選冶智能推送云服務系統的設計與應用

宋曉梅，郭振宇，王 銳，宋 濤

(1.礦冶科技集團有限公司； 2.礦冶過程自動控制技術國家重點實驗室；3.礦冶過程自動控制技術北京市重點實驗室； 4.金川集團股份有限公司)

引 言

中國高度重視工業云的發展，把工業云作為推動兩化深度融合重要抓手。在國家政策的指引下，全國各地制造企業進行工業云服務發展規劃，著力建設工業云平臺，積極推廣工業云應用。中國選冶工藝技術一流，但自動化、信息化方面與發達國家差距大，存在短板，需要實現選冶過程智能制造來推動企業生產和管理的變革，提升勞動生產率。選冶過程智能優化服務云平臺可以促進企業從生產型組織向服務型組織轉變，其應用互聯網云計算等信息化技術手段，發展遠程運維、智能推送等云服務商業模式，提升企業的創新能力和服務能力。選冶過程智能制造云平臺通過現代化信息技術實現選冶生產過程數字化、信息化，應用云服務等關鍵技術能夠實現選冶數據高效處理及信息共享，促進智慧礦山建設[1-3]。

選冶云服務對促進選冶行業“互聯網+”發展和新業態新模式培育具有重要意義。一是促進選冶行業的技術創新和改造，與傳統設備相融合并集成，形成新的科技成果和生產力，實現操作自動化、控制智能化、管理信息化；二是提供增值服務等新模式，實現遠程監控、物聯檢測、遠程維護等；三是促進人才資源利用，通過云服務實現企業資源共享。針對行業特點，選冶云服務系統以滿足企業需求為目的形成行業互聯網應用新模式，通過自動化、信息化技術及業務需求集成，建設選冶工業互聯網平臺，并服務于行業用戶。該平臺根據企業的業務需求，實現生產過程中數據的采集、清洗、并聯、加工、建模處理，挖掘過程數據背后的價值[4]，在研發設計、生產制造、設備維護、產品運營、資源管理等各個生產環節為用戶提供服務，用戶通過PC機、移動客戶端可享用平臺提供的各類服務。

基于選冶企業信息共享需求，企業需要及時了解選冶云服務系統提供的服務結果，建立一套智能推送系統具有重要現實意義。該系統可為用戶提供跨系統、跨廠區的數據互聯和共享，使其及時了解現場生產情況，且不受空間、時間約束，更大范圍打破物理和組織邊界，使調度指令與管理信息高效流動，以便用戶能快速決策，提高生產運營質量。

1 推送系統介紹

在各類Web應用系統中，都有消息推送、消息提醒等服務功能，通過消息告知與提醒能讓用戶第一時間知曉此類消息，并且相關平臺利用消息推送能提高用戶活躍度和黏性，喚醒沉默用戶，從而提高平臺使用率。根據業務類型和產品形態，消息推送分為即時通訊和非即時通訊兩大類：如微信、QQ等社交APP的聊天消息屬于即時通訊；非即時通訊包括今日頭條、網易新聞等新聞資訊類，天貓、京東等平臺運行營銷類，淘寶、抖音等個性化推薦類，電商平臺物流等系統通知類。阿里云通過MPS發起多種類型的消息推送，能夠提供控制臺頁面推送和服務器端接入，實現面向單個用戶、自定義用戶分組等多維度推送個性化信息；百度云通過云端和客戶端建立長連接提供推送實時消息服務，支持根據標簽分類向特定用戶群體和單個用戶推送消息；騰訊云推送提供接入簡單、推送穩定、快速、高抵達的APP通知欄及應用內消息推送服務，支持APP推送、應用內消息及智能短信等多種類型，能夠有效提高用戶活躍度；網易云信引入手機系統廠商推送，當用戶清理掉應用進程、網絡不穩定等導致客戶端SDK無法與云信服務器保持正常連接時，服務器將使用手機廠商系統級推送來提醒用戶有消息需要接收。

盡管消息推送提醒功能廣泛應用在各類云服務平臺或者APP應用中，但針對礦山企業推送生產過程中實時數據的應用較少。礦山企業原礦具有礦物組成復雜、性質多變、有腐蝕性等特點，選礦車間潮濕、多塵、振動大，選礦設備類型多且能耗大，雖然磨礦、浮選、濃縮脫水等選礦過程通過自動化、信息化技術實現了儀器儀表接入，以及中央控制室自動控制操作，但未實現對選礦生產過程中實時數據和歷史數據價值的挖掘，以及生產過程中數據互聯和共享，用戶需要在控制室才能看到生產情況，其時間和空間受到一定的限制[5]。針對礦山企業，需要實現根據用戶需求，將信息定向、精準地推送給用戶，使其能夠及時排查設備故障并進行預防性維護，實時了解控制設備健康狀態。選冶智能推送云服務系統能夠建立云服務推送快速部署機制，實現信息的精準“消費”，采用消息推送和定時郵件定向推送信息的方法，將用戶所關心的消息、定制的報表及流程運行統計類信息推送給用戶，保障了有效信息快速可靠地到達消費端[6-7]。

2 選冶智能推送云服務系統設計

2.1 總體設計

基于云服務平臺，系統采用“Java+SpringMVC+Mybatis”架構方案，對采集的數據進行處理和分類。根據用戶需求，推送方式分為2種：客戶端消息推送和定時郵件推送。選冶智能推送云服務系統結構如圖1所示。該系統分為表現層、服務層、服務組件層。其中，表現層負責數據的展示，接收消息數據后根據請求選擇相應的消息應用服務，根據服務返回的結果展示分為任務提交、任務查看、任務管理等；服務層對業務進行邏輯實現，包括精準推送服務、實時消息推送和后臺業務邏輯處理；服務組件層主要是為服務層提供支持，包括郵件模塊、數據持久層、數據處理和任務調度模塊。用戶可以在前端創建任務推送，任務信息包含任務名、任務類型、推送人員、執行時間，并可以查看任務狀態。

圖1 選冶智能推送云服務系統結構圖

推送內容通過數據的清洗、關聯、加工、建模處理后完成，根據業務內容實現消息推送，如將設備故障、設備運行狀態、流程狀態等信息及時推送給相關負責人員，以便其及時作出決策。郵件模塊通過JavaMail實現，JavaMail采用SMTP協議發送郵件，可通過基本屬性設置郵件發送協議、發送地址、服務器身份驗證等信息，將用戶所關心的投用率等信息采用日報、周報等形式發送，負責人員可以及時了解自動控制的基礎控制回路、專家控制系統等運轉投用率和效果評價情況。任務調度模塊通過Quartz框架實現。

2.2 數據庫設計

數據庫選取MySQL關系數據庫，數據庫ER圖如圖2所示。數據庫設計滿足數據完整性要求，并且保證數據的可擴展性和穩定性，包括用戶表、任務信息表、推送信息表、定點郵件推送信息等。用戶表用于存儲用戶的登錄信息、角色管理及電話、郵箱等相關信息；任務信息表包含任務id、任務名稱、任務分組、任務完成情況及相關的外鍵信息(user_id)；推送信息表包含關聯的任務名稱、推送時間、推送內容、執行次數、任務狀態；定點郵件推送信息包含關聯的任務id、郵件內容、收件人、抄送人、密送人、發件周期、開始時間、結束時間、任務優先級別等信息。

圖2 數據庫ER圖

2.3 關鍵技術

Quartz是一個在Java基礎上實現的開源項目，具有強大的調度機制，能夠在Web應用中進行復雜的作業調度。選冶智能推送云服務系統使用Quartz調度機制實現靈活設定觸發器的時間表、時間間隔等，并進行調度任務和觸發器關聯映射。Quartz框架包含任務調度器(Scheduler)、任務(Job)、調度程序(JobDetail)、觸發器(Trigger)等核心組件[8]。任務調度器為作業調度的核心管理者，一個任務調度器中可以注冊多個調度程序和觸發器；任務為Web應用中的功能模塊，表示要執行的具體內容，通過界面端設置任務名、任務組名、觸發器名、觸發器組名，時間設置實現后即可通過任務調動監聽觸發[5]；調度程序是可執行調度程序要執行的內容；觸發器作為作業調度任務的操作者，代表任務參數的配置，開發人員可以根據調度需求配置任務和觸發器監聽為全局監聽或是特定任務的監聽。Quartz可以在應用服務器中或者嵌入另一個獨立應用程序中運行，也可以作為獨立程序應用在Java虛擬機內，同時可被實例化，作為獨立的項目集群用于作業執行。Quartz具有任務持久化、調度功能強大、應用方式靈活、分布式和集群能力強大、無環境依賴性等特點，并且易于與Spring整合集成實現強大的調度功能，因此系統采用Quartz調度機制執行任務調度，并通過界面實現調度任務的啟停，將調度任務信息保存到數據庫中，實現調度任務持久化和穩定化。

3 系統功能及應用

選冶智能推送云服務系統使用Spring MVC架構開發模式，即模型(M-Model)、視圖(V-View)、控制器(C-Control)，應用Mybatis持久層架構與MySQL關系數據庫實現映射關系。

選冶智能云服務推送系統具有靈活的定制服務功能，可以根據需求設置推送內容、推送時間、觸發條件、接收人等相關信息。接入云平臺的企業用戶可以實時了解基礎控制回路、設備運轉情況等，不受空間和時間限制即可查看基礎控制健康狀態，以及利用故障診斷系統反饋的結果進行故障定位，及時排查故障和進行預防性維護。該系統可實現的功能包括：

1)設備故障診斷報告與運行狀態推送。

2)設備故障診斷。聯合專家、設備生產廠商等，建立云服務設備故障分析機制，通過大數據技術等實現預測及故障分析。系統將相關的報告信息推送給管理決策人員，為現場提供立體式的故障分析報告及維修建議,幫助管理決策人員及時作出決策部署。

3)基于大數據分析的流程運行狀態報告推送。

4)根據流程分析需求，基于云服務的礦物加工過程的海量歷史數據，對礦物平衡、組分及產品質量分析評估后的流程狀態報告進行推送，實現定制服務功能。

5)控制效果應用評估與優化效果報告推送。

6)遠程連接選冶控制系統軟硬件程序，對流程自動控制的基礎控制回路、專家控制系統等運轉投用率和效果進行評估，推送評估結果和優化效果報告。

國內某銅礦選礦廠設備類型多，生產流程長，礦石性質復雜，盡管選礦廠實現了自動化生產，但仍需要及時獲取選礦生產過程中設備運轉、流程檢測、生產運行、環境安全等數據，以降低管理人員的工作強度，提升運行管理效率。通過現場數據調研、系統設計及服務部署，針對該銅礦選礦廠建設的選冶智能推送云服務系統實現了上述系統功能，部分推送信息如圖3所示。選冶智能推送云服務系統實現后，項目負責人和企業生產操作、管理負責人直接通過Web瀏覽器、移動客戶端即可查看推送的郵件消息，不受地理位置限制，隨時了解優化控制投用情況和控制效果，保證了技術人員隨時隨地了解系統回路投用情況和特殊工況，并及時排查、解決存在的問題，促進了控制投用率的提升和控制策略的改進。該系統在完成礦企主要過程參數遠程集成的基礎上，還實現了智能優化控制回路運行效果的遠程統計分析和自動發布功能，以及輔助優化控制投用率的提升效果。

圖3 郵件定制推送信息

選冶智能推送云服務系統滿足了該銅礦選礦廠的信息化共享需求，為各層管理部門提供了關鍵設備和指標信息共享，促進了各部門面向生產過程的主動預防性管理，為礦山安全生產、有效預防和及時處理各種突發事故和自然災害提供有效手段，提高了生產效率，降低了工人勞動強度，進而保障了自動化系統的穩定性和可靠性。

4 結 語

選冶智能云服務推送系統采用消息推送及定時處理等技術，實現將用戶所需的信息定向、精準地推送給用戶，保障了有效信息快速可靠地到達消費端，以便用戶能及時排查設備故障并進行預防性維護，實時了解控制設備健康狀態。通過定制服務及精準推送消息，實現選冶企業人工運維成本的最小化，同時通過將設備故障診斷信息、設備監控信息及時準確地推送發出提醒，一方面可最大程度地提高運行效率，另一方面可節約企業的人力成本，實現降本增效。該系統能夠更好地實現選冶企業管理信息資源共享，優化資源模型，更好地為周、月等數據統計提供服務，有效減少統計匯報人員的日常工作，實現企業運維和決策信息化。在后續工作中，根據業務規則和需求，可對云平臺進行優化，進一步挖掘生產過程數據背后的價值，提高數據分析能力，以便能更進一步提高系統適用性，為應用“互聯網+”構建選冶行業新業態新模式營造開放、共享、協同的信息化環境。