某玄武巖礦山數字化云服務平臺應用

周 權 初曉明 駱文武 張生祥

（浙江交投嵊興礦業有限公司）

隨著礦物資源的貧化和人力成本的不斷上升，為提高生產效率降低運營成本，礦山骨料加工行業企業已經著手逐步向數字化轉型［1-8］，浙江某玄武巖礦山以數字虛擬化技術、云服務、大數據等技術作為技術支撐，完成企業數字化云平臺的建設，并定制生產調度管理、設備管理、安全管理等云服務應用，以期幫助企業完成數字化轉型，并為企業帶來可觀的效益回報，對礦山智能化建設具備借鑒意義。

1 企業云平臺搭建

早期的企業軟件平臺及數據中心均采用托管型服務，即服務器、網絡、存儲等設備均由各不同系統廠家提供，導致硬件投入量、維護量大，設備利用率不足等情況發生。該礦業公司數據中心采用一整套虛擬化解決方案搭建企業軟件云平臺，將智能礦山建設過程中的應用服務部署到虛擬化的高性能物理服務器上，達到高可靠度和自動化運維的目標，為骨料生產加工和企業管理提供可視化分析決策支撐平臺。

1.1 云平臺邏輯架構

建設的云平臺由虛擬基礎架構層、集成開發平臺和系統應用3層架構組成，平臺構筑建設虛擬計算資源池、虛擬存儲資源池、虛擬網絡資源池、虛擬安全資源池，完成各類資源的池化管理，有效提升數據及資源利用率，對平臺內數據及資源進行資源共享管理，邏輯架構如圖1所示。

1.2 云平臺虛擬化技術

云平臺數據中心采用虛擬化設計，應用云操作系統完成虛擬化數據管理，以提高企業數據中心管理效率和系統安全，實現計算、存儲、網絡、安全設備虛擬化、池化管理和使用。云平臺采用虛擬化網絡設計，數據中心組網方案采用扁平化的二層網絡架構，相對傳統數據中心網絡結構更加簡化、安全和高效，整體網絡劃分為接入匯聚層、核心層，核心交換機承擔著核心層和匯聚層的雙重任務，以提高資源利用率。

2 礦山云服務應用

傳統的礦山管理，大都由不同廠家提供多套軟件完成各自管理任務，造成了功能重復、數據互通性差、管理協同能力不足等問題。在企業云平臺基礎上，采用易購工廠（eGoPlant）集成開發平臺，結合虛擬數據中心快速完成各子系統的功能建模和定向功能開發，為企業定制應用層云服務，實現與其他企業廠商的系統無縫集成，云服務應用包含7個核心服務應用，分別為生產管理應用、設備管理應用、安全監管應用、能源管控應用、質量管理應用、生產監視應用、智能決策應用。

2.1 生產管理應用

生產管理應用為調度部門提供數據采集、工作記錄、事務管理、報表管理等功能，幫助調度人員自動采集現場生產指標數據、匯總調度指令、編制調度日報，提高調度人員對現場生產信息的掌握能力、調度信息共享性。其核心功能：

（1）生產計劃管理。為生產計劃的制定、分解、執行跟蹤、調整、考核等工作提供管理工具，代替現有的人工記錄、傳遞計劃數據的方式，在保證數據準確性的前提下提高人員的工作效率。

（2）生產執行跟蹤。將生產中的計劃執行跟蹤結果顯示給調度人員，將計劃與實際的完成比例、超前值等統計結果以柱狀圖、表格、曲線等形式展現給調度人員，及時發現問題逐級上報。

（3）作業數據匯總。將生產數據根據總調的需求進行匯總，通過參照方式直接獲取生產數據，無需人工錄入，保證了數據的唯一性。

（4）生產調度看板。通過對采礦作業數據的采集和自身發生調度數據的匯總，形成公司調度報表，包括公司生產報表、設備作業率報表、計量統計表等，及時反映公司整體的生產運營狀況。

2.2 設備管理應用

設備管理應用以優化企業設備維護資源為目標，實現設備的全生命周期管理。通過積極主動的預防性維護，基于監測模型和監測數據預判設備是否運行在最佳狀態，保證設備資產處于高可用性狀態，提高設備利用效率，設備管理應用功能如圖2 所示，其核心功能：

（1）設備基礎管理包括設備名稱、編碼編號、位置結構、供應商、生產日歷等內容。

（2）設備運行管理結合了設備動態實時運行信息，記錄各個設備開機、停機、故障、事故等過程數據。

（3）設備維修管理分為計劃性維修和非計劃性維修兩大類，計劃性維修工作是以標準為基準，以一定周期進行循環執行的設備相關管理；非計劃性維修是故障發生后進行的維修工作。

（4）備品備件管理包含備件采購管理、備件庫存管理、備件回收交舊管理、備件消耗跟蹤以及維修費用管理等。

（5）KPI 報表統計分析根據設備管理的不同維度，設置不同類型的KPI 指標分析報表和分析結果，為設備管理者提供設備建設投資依據。

2.3 安全監管應用

安全監控管理應用通過對風險分級管控、隱患排查治理管理要求的數據整合，輔助管理者推進雙重預防性工作機制在礦山落地生根（圖3），其核心功能：

（1）安全風險管控工作由礦長全面負責，礦長通過該應用，每月對重大安全風險管控措施落實情況和管控效果進行一次檢查分析、核實，分管負責人每旬組織對分管范圍內月度安全風險管控重點實施情況進行一次檢查分析。

（2）礦山安全隱患排查采用閉環管理模式，安全監管應用能夠實現全過程記錄隱患信息，并完成基于大數據的隱患分析，形成安全隱患企業自查—上報—管理監督—企業整改—整改效果評價和反饋完整的閉環管理。

（3）管理信息標準化依據國家安監總局規定，結合企業現場管理的具體辦法，通過建立動態標準庫，實現對各類礦山安全生產標準化的網絡化、信息化管理，通過安全生產標準化管理信息系統的建設，改善礦山安全生產基本條件，切實保障礦山職工的生命安全和健康。

（4）應急救援指揮建立應急救援數據庫，實現應急預案、資源保障、應急演練、應急指揮的信息化管理，提高應急響應和處置能力。

2.4 能源管控應用

能源管控應用幫助企業實現能源調度的扁平化在線管理，優化管理流程，實現生產過程局部節能，有效地減少能源浪費，提高能源利用率，為企業的工藝優化改造行為提供數據支撐，能源管控應用功能結構如圖4所示，該應用主要功能：

（1）數據采集采用OPC 協議，基于SOAP 協議的數據服務總線，將礦區實時監控系統采集變電站及關鍵線路點位的電量數據，形成能源檔案，方便顯示和分析能源數據。

（2）能源檔案管理系統支持對計量儀表信息設置和管理歸檔，包括設備基本信息、部門信息、采集頻率、表底維護，儀表更換維護等。

（3）能源計劃與實績管理通過采集能源信息，存入虛擬數據中心進行匯總分析，根據歷史能源消耗數據及與產能的關系，結合下一年度或季度生產計劃，為下一階段的能源計劃制定提供數據支撐，減少能源消耗。

（4）平衡分析包括結算量、產量平衡分析與生產量、生產平衡分析，能源平衡分析以全礦或部門為平衡范圍，反映各種能源的來蹤去跡及各種能源的消費構成、加工轉換的投入和產出，體現出能量的平衡關系。

2.5 質量管理應用

產品檢驗和在線質量檢測數據分析是評估礦山生產情況、指導礦山生產的重要依據，質量管理應用能夠實現質檢化驗及檢斤計量數據的在線采集、存儲和共享，為上層業務系統提供可靠的數據源，主要功能：

（1）質量過程管理實時采集粒度儀等在線檢測儀表的實時數據，在系統中實時展現各工藝點的質量檢測數據，通過曲線圖可視化手段反映工藝質量變化情況，幫助管理人員掌握生產情況，調整工藝參數，穩定生產。

（2）質量預警實時監測在線質量檢測數據，并與工藝標準對比，對數據超標和異常趨勢進行及時預警。

（3）質量檢驗管理通過質量檢驗數據的自動采集及在線傳遞實現數據不落地，并以此數據作為基礎提供數據分析功能，管理人員通過質量分析工具進行質量數據相關性分析，找到質量問題的根源，質量檢驗管理流程如圖5所示。

2.6 生產監視應用

該應用為調度中心、企業管理者在辦公室能實時了解不同控制系統和企業生產現場的實際情況，生產監視應用功能如圖6所示，應用監視范圍涵蓋了生產、設備、安全、質量、能源等各方面的重要信息，幫助生產管理者全面掌握生產情況，主要功能：

（1）工藝流程監視結合礦山企業生產運行流程，建立遠程關鍵工藝流程監視畫面，實時在線監測重要生產過程數據，應用以系統流程圖（設備形象聯系圖）的方式實時監測生產線參數，直觀形象表達現場生產過程。

（2）設備和工藝參數監視采集來自生產現場各類檢測儀表的數據，在工藝監控畫面上實時顯示工藝參數變化情況，保障與現場即時檢測結果同步。

（3）生產綜合監控預警通過圖、表等形式顯示工藝參數和標準數據之間的實時差異，對生產過程中重要的工藝監測值設置預警閾值，當監測值超過預警閾值時，會預警提醒。

2.7 智能決策應用

智能決策應用依托企業云平臺，借助大數據與商業智能分析技術，以取得最佳經營效益為目標，對該礦山生產經營過程中的數據進行深入分析，運用數據聯機分析處理（OLAP）提煉出對指導生產管理和經營決策有幫助的信息，輔助管理者制定生產經營決策（圖7），其主要功能：

（1）管理者駕駛艙按高層管理人員的不同需求，從礦山數字化云平臺中抽取數據，定制化信息窗口，使受關心的數據能方便呈現在個人辦公窗口中，提高決策效率。

（2）信息挖掘和數據預警通過數據挖掘技術分析虛擬數據中心的海量數據，挖掘出客觀的異常預警信息，并用于危機預警，建立科學合理的數據模型，通過對來自生產現場和生產經驗管理業務過程中海量數據的挖掘處理，對數據異常變化和偏差進行分析，進而對各類異常信息進行發現、分析、識別、評估和預警。

（3）生產指標統計分析通過對生產過程的各項指標數據進行整理、分析，結合各項績效指標，給出生產考核的結果，通過不斷的對標和動態考核，幫助管理者實現生產工藝及管理模式的優化，最終達到提質增效的結果。

（4）生產成本統計分析通過精確地統計水、電、油等能源和物資消耗數據，結合財務經費，統計分析企業生產經營成本，幫助企業管理者掌控生產經營成本構成，分析確定降低成本的有效途徑，實現降本增效。

3 應用效果

浙江某玄武巖礦山數字化云平臺經過3 個生產季度系統應用，為企業在節能降耗、管理效益提升、產能提升等各方面發揮了積極的推動作用。在企業信息化建設投入方面，云服務軟件直接部署在自身管理的虛擬機上，每個管理模塊無需獨立占用物理服務器，物理資源開支方面節省了40%以上；扁平化二層架構降低了網絡復雜度簡化了網絡拓撲，大批量減少了網絡設備使用，設備運維成本投入也大大降低；在保產能提升管理效能方面，在滿足企業達產400 t/h生產能力的同時，軟件服務平臺結合智能控制系統，實現了破碎篩分系統固定崗位無人值守，為企業減少固定崗位工人45 人，每年可為企業帶來可觀的經濟效益和社會效益。

4 結語

浙江某玄武巖礦山數字化云服務平臺的應用，推動企業完成了數字化轉型，幫助企業構建集生產數字化、管理可視化、全要素協同化、決策智能化、產業綠色化為一體的信息化云服務，完全實現了礦山全層開采和廢物再利用，從根本上提高資源利用率、從源頭上保護了生態環境，取得了較好的資源、環境和安全等社會效益，助力企業打造成浙東區域玄武巖砂石骨料第一品牌；同時數字化云服務平臺的成功應用，也為礦山行業推進智能礦山建設，實現礦山開發與運行的可持續發展，提供一條踐行之路。