基于數(shù)據(jù)“中臺(tái)”模式的鋼鐵企業(yè)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)整合探索與實(shí)踐

吳建杰

（河鋼集團(tuán)唐山不銹鋼有限責(zé)任公司，河北 063105）

0 引言

深化信息化、智能化和大數(shù)據(jù)等系統(tǒng)的研發(fā)應(yīng)用，打造企業(yè)信息系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，拓展‘智能+’，是推動(dòng)鋼鐵企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、加快發(fā)展的有效方式。唐山不銹鋼公司（下稱(chēng)不銹鋼公司）信息化系統(tǒng)經(jīng)過(guò)多年建設(shè)和完善，已形成了從基礎(chǔ)級(jí)自動(dòng)化到?jīng)Q策支持系統(tǒng)的五級(jí)架構(gòu)。但由于各系統(tǒng)構(gòu)建時(shí)間不同、構(gòu)建目的不同，從建設(shè)伊始就沒(méi)有考慮各系統(tǒng)間的信息互聯(lián)互通，導(dǎo)致不同信息化系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)不能共享，各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)不能有效整合、開(kāi)發(fā)和利用，造成企業(yè)信息資源的浪費(fèi)，同時(shí)各系統(tǒng)的功能拓展能力有限，已不能適應(yīng)企業(yè)的信息化的發(fā)展和創(chuàng)新。

本文闡述了不銹鋼公司的信息化系統(tǒng)的建設(shè)歷程、整體架構(gòu)以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)的應(yīng)用情況，對(duì)目前公司信息化系統(tǒng)存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，提出了搭建數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)平臺(tái)收集孤島數(shù)據(jù)的方案，并對(duì)基于數(shù)據(jù)“中臺(tái)”模式的數(shù)據(jù)整合平臺(tái)在公司生產(chǎn)中發(fā)揮的作用進(jìn)行了分析總結(jié)。

1 原信息化系統(tǒng)的問(wèn)題及分析

不銹鋼公司信息化系統(tǒng)經(jīng)過(guò)多年建設(shè)，形成了從自動(dòng)化一級(jí)到信息化五級(jí)的五級(jí)架構(gòu)。煉鋼、軋鋼自動(dòng)化一、二級(jí)系統(tǒng)已在產(chǎn)線(xiàn)得到普遍應(yīng)用；信息化MES生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)、QMS質(zhì)量管理系統(tǒng)、ODS訂單設(shè)計(jì)系統(tǒng)、ERP經(jīng)營(yíng)管理系統(tǒng)以及OA協(xié)同管理系統(tǒng)等信息化系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用。信息化系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 不銹鋼公司信息化系統(tǒng)五級(jí)架構(gòu)

1.1 信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)孤島難以支撐公司業(yè)務(wù)變化與創(chuàng)新

在多年傳統(tǒng)的IT建設(shè)方式下，不銹鋼公司的各種信息系統(tǒng)大多是獨(dú)立采購(gòu)或者獨(dú)立建設(shè)的，無(wú)法做到信息的互聯(lián)互通，導(dǎo)致企業(yè)內(nèi)部形成多個(gè)數(shù)據(jù)孤島。隨著不銹鋼公司的發(fā)展，在高端產(chǎn)品生產(chǎn)及終端客戶(hù)深度服務(wù)過(guò)程中，原來(lái)以生產(chǎn)、質(zhì)量、設(shè)備等專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)為核心的建設(shè)模式所產(chǎn)生的業(yè)務(wù)操作數(shù)據(jù)，被煙囪式的信息化系統(tǒng)分割到了不同數(shù)據(jù)庫(kù)中，不同信息化系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)不能完全共享，一旦公司業(yè)務(wù)發(fā)生變更，產(chǎn)生新的應(yīng)用需求，這種煙囪式體系架構(gòu)難以支撐業(yè)務(wù)變化與創(chuàng)新。

由于公司煉鋼、軋鋼工序建設(shè)時(shí)間較早，基礎(chǔ)自動(dòng)化設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮設(shè)備內(nèi)部需求，對(duì)外相對(duì)封閉，特別是部分高端設(shè)備由國(guó)外供應(yīng)商提供，存在核心技術(shù)保護(hù)和擴(kuò)展性、兼容性受限等制約因素，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程存在許多“信息孤島”。而公司信息化系統(tǒng)自2010年才開(kāi)始陸續(xù)建設(shè)，建設(shè)期晚于基礎(chǔ)自動(dòng)化建設(shè)，僅在后續(xù)煉鋼整體提升改造時(shí)，自動(dòng)化系統(tǒng)增加二級(jí)系統(tǒng)后，各專(zhuān)業(yè)所需數(shù)據(jù)信息才陸續(xù)上傳到信息化系統(tǒng)，同時(shí)，隨著生產(chǎn)、工藝、設(shè)備等專(zhuān)業(yè)精細(xì)化管理水平提升，各專(zhuān)業(yè)對(duì)基礎(chǔ)自動(dòng)化數(shù)據(jù)需求越來(lái)越多，信息化系統(tǒng)原有基礎(chǔ)自動(dòng)化數(shù)據(jù)已不滿(mǎn)足各專(zhuān)業(yè)分析的需要。

1.2 信息系統(tǒng)需從信息技術(shù)向數(shù)據(jù)技術(shù)轉(zhuǎn)型

信息化系統(tǒng)的建設(shè)要從信息技術(shù)向數(shù)據(jù)技術(shù)轉(zhuǎn)型。信息化系統(tǒng)建設(shè)時(shí)為了確保業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)不落地，更多側(cè)重生產(chǎn)、物流、工藝、質(zhì)量等各專(zhuān)業(yè)業(yè)務(wù)流程串接，較少考慮單一專(zhuān)業(yè)所需數(shù)據(jù)的集成，業(yè)務(wù)人員找數(shù)、用數(shù)費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

不銹鋼公司信息化系統(tǒng)自2010年開(kāi)始建設(shè)，經(jīng)歷了2011年ERP系統(tǒng)配套建設(shè)和2015年高強(qiáng)汽車(chē)板配套建設(shè)兩次大規(guī)模的拓展，實(shí)現(xiàn)了原有財(cái)務(wù)、采購(gòu)、生產(chǎn)、質(zhì)量、銷(xiāo)售等業(yè)務(wù)流程數(shù)據(jù)不落地。但由于信息化系統(tǒng)建設(shè)期間，更多關(guān)注的是各專(zhuān)業(yè)業(yè)務(wù)流程串接，而沒(méi)有考慮單個(gè)專(zhuān)業(yè)所需數(shù)據(jù)的系統(tǒng)集成，造成單個(gè)專(zhuān)業(yè)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)或多或少散落在不同的信息化系統(tǒng)中（如銷(xiāo)售專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)散落在SAP系統(tǒng)、APS系統(tǒng)、MES系統(tǒng)、計(jì)質(zhì)量系統(tǒng)等），無(wú)法滿(mǎn)足各專(zhuān)業(yè)用戶(hù)高效、便捷的使用現(xiàn)有信息化系統(tǒng)數(shù)據(jù)。另外，目前還存在很多過(guò)程管理數(shù)據(jù)散落在現(xiàn)場(chǎng)的紙版、電子版記錄中，無(wú)法形成數(shù)據(jù)的集中收集、存儲(chǔ)和后續(xù)分析，不利于各專(zhuān)業(yè)效率提升。

2 解決方案

2.1 搭建數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)平臺(tái)收集孤島數(shù)據(jù)

2.1.1 設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)PDA數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)平臺(tái)

搭建PDA數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)平臺(tái)，打通公司辦公網(wǎng)絡(luò)與自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的連接，收集產(chǎn)線(xiàn)基礎(chǔ)自動(dòng)化數(shù)據(jù)。在采取可靠安全防范措施的情況下，利用bat批處理腳本和PowerShell腳本進(jìn)行PDA數(shù)據(jù)文件的自動(dòng)抓取和管理，將自動(dòng)化一級(jí)網(wǎng)絡(luò)中的PDA文件自動(dòng)拷貝到三級(jí)網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)器上，同時(shí)增加僅有查詢(xún)權(quán)限的PDA文件查詢(xún)用戶(hù)，將用戶(hù)提供給工藝、設(shè)備等技術(shù)人員使用，實(shí)現(xiàn)上述人員在辦公區(qū)內(nèi)即可查看PDA文件。

2.1.2 完善MES數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)平臺(tái)

完善MES數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)平臺(tái)，收集過(guò)程自動(dòng)化（L2）數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)發(fā)三、四級(jí)信息化系統(tǒng)數(shù)據(jù)，重新設(shè)計(jì)二級(jí)、三級(jí)接口表，清理無(wú)效接口及接口中的“垃圾”數(shù)據(jù)，降低中轉(zhuǎn)平臺(tái)數(shù)據(jù)承載負(fù)荷。

2.1.3 優(yōu)化工廠數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)

優(yōu)化工廠數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)Python讀取接口，定制優(yōu)化采集產(chǎn)線(xiàn)基礎(chǔ)自動(dòng)化低采樣頻率數(shù)據(jù)。工廠數(shù)據(jù)庫(kù)采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)清洗、轉(zhuǎn)換和加工后，存儲(chǔ)到MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中，MySQL是一種關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，提高了訪(fǎng)問(wèn)速度并提高了靈活性。

These parameters were generated automatically by R software (The Comprehensive R Archive Network, TUAN Team, Tsinghua University). The program was written in advance.

2.2 搭建Python通用開(kāi)發(fā)平臺(tái)

2.2.1 數(shù)據(jù)提取

利用Python程序解析PDA文件數(shù)據(jù)，將PDA文件中需要的數(shù)據(jù)按工藝和設(shè)備技術(shù)人員的需求提取出來(lái)，經(jīng)過(guò)加工后，文件大小不超過(guò)50M,技術(shù)員電腦配置均可輕松打開(kāi)[1]。Python數(shù)據(jù)平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 Python數(shù)據(jù)平臺(tái)

2.2.2 數(shù)據(jù)分析與整合

由工藝技術(shù)人員提供一套電子版的異常分析PDA數(shù)據(jù)需求表，通過(guò)編程將需求表中的PDA數(shù)據(jù)點(diǎn)集中進(jìn)行采集、加工并合并到一張報(bào)表中展示給技術(shù)人員，供技術(shù)人員后續(xù)分析[2]。

2.2.3 設(shè)備狀態(tài)的趨勢(shì)分析

利用PDA文件中已采集記錄的設(shè)備相關(guān)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)的趨勢(shì)分析。由于屬于自主開(kāi)發(fā)，增加監(jiān)測(cè)點(diǎn)覆蓋面、新增檢測(cè)點(diǎn)、改變趨勢(shì)檢測(cè)算法等過(guò)程可達(dá)到零費(fèi)用，并在較短周期內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)所需功能。

2.2.4 1580軋線(xiàn)換輥時(shí)間自動(dòng)報(bào)出

利用Python開(kāi)發(fā)“1580換輥時(shí)間自動(dòng)報(bào)出程序”，解決數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)過(guò)程完全依靠人工、費(fèi)時(shí)費(fèi)力的問(wèn)題[3]。

2.2.5 搭建微信發(fā)布平臺(tái)

不銹鋼公司微信發(fā)布平臺(tái)主要是以Python語(yǔ)言為基礎(chǔ)構(gòu)建微信接口，以不銹鋼各作業(yè)區(qū)群為對(duì)象，以公司正式成文、各種規(guī)定、標(biāo)準(zhǔn)等文件或網(wǎng)絡(luò)抓取的相關(guān)信息等為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過(guò)問(wèn)答或自動(dòng)推送的形式將信息展示在微信群，供公司領(lǐng)導(dǎo)及員工查閱、學(xué)習(xí)。

3 理論或?qū)嵺`效果分析

3.1 形成了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)

統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)可有效服務(wù)于各專(zhuān)業(yè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采集、處理、分發(fā)和應(yīng)用的全過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)MES系統(tǒng)、計(jì)質(zhì)量系統(tǒng)、天車(chē)系統(tǒng)、PDA系統(tǒng)、PI工廠數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)等十余套系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成；同時(shí)可根據(jù)工藝參數(shù)分析需求，借助基礎(chǔ)自動(dòng)化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集整合工藝數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)分析趨勢(shì)圖，判斷生產(chǎn)工藝和設(shè)備使用狀態(tài)。1580軋機(jī)壓力設(shè)定趨勢(shì)圖如圖3所示。

圖3 1580壓力設(shè)定趨勢(shì)圖

3.2 過(guò)程自動(dòng)化數(shù)據(jù)的集成

利用PDA系統(tǒng)和PI工廠數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)線(xiàn)過(guò)程自動(dòng)化數(shù)據(jù)的集成。

3.3 數(shù)據(jù)取用接口的開(kāi)放

利用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中臺(tái)數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)放式接口定義，便于用戶(hù)自定義取數(shù)。

3.4 形成了數(shù)據(jù)分析模型

3.4.1 實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)分析模型的固化

利用程序?qū)崿F(xiàn)了數(shù)據(jù)分析模型的固化。數(shù)據(jù)分析模型可實(shí)現(xiàn)：熱軋生產(chǎn)線(xiàn)粗、精軋軋制節(jié)奏的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)比對(duì)、飛剪切頭尾的數(shù)據(jù)輸出及鋼坯入爐溫度的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)；粗軋軋制節(jié)奏、高壓水除磷狀態(tài)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)；卷箱穿帶和成卷速度的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)；精軋終軋溫度、軋機(jī)竄輥等狀態(tài)的監(jiān)測(cè)；卷取芯軸張力、側(cè)導(dǎo)板壓力系數(shù)等狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。

3.4.2 形成數(shù)據(jù)使用指南知識(shí)文檔

以PDA數(shù)據(jù)使用指南為例，形成知識(shí)文檔，便于用戶(hù)使用。PDA數(shù)據(jù)使用指南包含了前言、數(shù)據(jù)來(lái)源、數(shù)據(jù)需求確定、數(shù)據(jù)解析、算法設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)展示等內(nèi)容，通俗易懂便于用戶(hù)使用。

4 結(jié)語(yǔ)

不銹鋼公司在不引入外部技術(shù)支持的情況下，利用公司內(nèi)部IT人員開(kāi)發(fā)和實(shí)施了公司數(shù)據(jù)“中臺(tái)”的項(xiàng)目，有效的消除了公司內(nèi)部各信息化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)孤島，實(shí)現(xiàn)了各專(zhuān)業(yè)的數(shù)據(jù)集成和共享。

數(shù)據(jù)“中臺(tái)”系統(tǒng)投用后成效十分顯著：從企業(yè)戰(zhàn)略決策層面看,開(kāi)始通過(guò)數(shù)據(jù)支撐經(jīng)營(yíng)決策；從數(shù)據(jù)積累情況看，注重業(yè)務(wù)過(guò)程中數(shù)據(jù)的積累、收集；從數(shù)據(jù)維度看，數(shù)據(jù)維度逐漸豐富；從數(shù)據(jù)組織形式看，以面向業(yè)務(wù)主題的指標(biāo)體系為內(nèi)容進(jìn)行數(shù)據(jù)組織；從數(shù)據(jù)質(zhì)量看，開(kāi)始實(shí)施數(shù)據(jù)質(zhì)量控制，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、加工；從數(shù)據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景看,為企業(yè)管理提供決策支持；從數(shù)據(jù)應(yīng)用工具看，以數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)和專(zhuān)業(yè)化BI報(bào)表工具為主。