工業電子雷管全產業鏈大數據平臺的構建策略

李穎 LI Ying；劉東 LIU Dong；曹瑞雪 CAO Rui-xue

（保融盛維（沈陽）科技有限公司，沈陽 110000）

0 引言

在民用爆破器材中，工業電子雷管處在技術領先地位。在工業電子雷管出現之前，工程爆破所使用的雷管多為延時雷管，安全性較低。較之常規雷管，工業電子雷管是在原有雷管裝藥下，提高雷管延時精度、可靠性，使雷管延時精度達到1ms。因此，可以說新型雷管更具精準性和安全性，不僅易于應用操作，而且性能更符合工程實際需求。

1 工業電子雷管產品特征

工業電子雷管是以微電子集成芯片為技術基礎，設計通訊系統，通過控制裝置控制組件。其控制裝置分為信息接收裝置、存儲裝置等，同時負責指令執行。在系統運行中，控制裝置隨時監測雷管狀態數據，進行智能監控，從而實現爆破延期控制。抵達預期延期時間后，驅動儲能裝置會進行能量釋放，進行點火引爆。工業電子雷管由點火元件、電子控制模塊、基礎雷管、腳部線材四部分組成；編程器、起爆器是組成引爆系統的核心。（圖1）調查數據顯示，使用電子雷管后炸藥大塊率顯著降低，振動影響控制良好，炸藥單耗量得以合理縮減。分析綜合應用成本，電子雷管實際效益較好，并且具有顯著的安全性，比較符合使用者預期。在未來，工業電子雷管大范圍推廣幾乎是必然趨勢。

圖1 工業電子雷管主要構成

2 工業電子雷管全產業鏈大數據平臺的構建

2.1 工業電子雷管全產業鏈大數據平臺構建的關鍵內容

①底層基礎數據打通。圍繞工業電子雷管全生命周期全數據鏈，在芯片設計封裝、模組生產檢測、電子雷管生產檢測、爆破現場應用四個環節，圍繞影響雷管產品質量進行數據抓取，并將數據上傳至大數據平臺。②實現全產業鏈大數據平臺。研究并構建企業級基于工業互聯網構建數碼雷管全產業鏈大數據平臺，實現電子雷管設計、生產、檢測、賦碼、追溯、現場爆破的全鏈大數據在線采集，助力數碼雷管產品質量可靠性管控；設計工業電子雷管以數據驅動質量管理的模式，對質量信息充分整合與集成，提升跨部門、跨企業、跨層級的質量管理與安全生產管理聯動聯控能力；同時使雷管生產企業具備快速感知、實時監測、超前預警、聯動處置、系統評估的產業管理能力。③產品質量評估與分析。基于工業電子雷管生產、檢驗、運輸、使用全鏈大數據，深度挖掘數據中的相關關系與機理因素，采用動態Bayes、神經網絡、隨機分析、結構分析、邏輯分析等方法，構建質量評估與預測模型、質量問題追溯與可靠性評價模型，實現產品生產質量及時監控、評估、預警與問題追溯。

2.2 工業電子雷管全產業鏈大數據平臺的總體設計方案

基于工業互聯網，利用云計算、大數據等現代信息技術，以數碼雷管芯片為基礎、雷管生產環節為核心，建設數碼雷管全產業鏈大數據平臺，將數碼雷管生產、制造各環節數據和爆破應用生態數據進行鏈接、打通、管理、利用，形成原材料-模組-雷管-爆破現場全產業鏈的數據采集平臺。向前追溯晶圓生產、芯片封測等供應鏈數據，向后及時獲取爆破現場信息，使雷管生產企業具備快速感知、實時監測、超前預警、聯動處置、系統評估的產業管理能力。

以芯片碼為核心實現電子雷管設計、生產、檢測、賦碼、追溯、現場爆破的全鏈大數據在線采集，形成數據圖形化過程監控，各監管單位、生產使用單位按照權限級別共享數據，使產業鏈中物質流、信息流形成閉環；基于平臺大數據統計、分析，實現雷管生產和爆破現場使用的質量管理、安全管理、應急管理、社會治安管理，實現電子雷管產品生產信息、檢測信息和使用信息的全生命周期管理的智能存儲、在線查詢與售后追溯，實現制造數字化、透明化；助力數碼雷管全向管理及運營服務，提升移動化、場景化、實時化的協同管理能力；研究設計工業電子雷管以數據驅動質量管理的模式，對質量信息充分整合與集成，提升跨部門、跨企業、跨層級的質量管理與安全生產管理聯動聯控能力。工業電子雷管大數據平臺設計總體架構如圖2所示。

圖2 工業電子雷管大數據平臺設計總體架構

圖3 全鏈大數據處理與分析原理圖

2.3 工業電子雷管全產業鏈大數據平臺的具體構建方案

2.3.1 全產業數據鏈采集系統產業數據資源采集以芯片ID為核心，鏈接芯片產業鏈數據、模組制造產業鏈數據、工業電子雷管產業鏈數據、爆破現場作業數據等各端數據采集。

①芯片產業鏈數據采集系統。晶圓與芯片數據采集包括晶圓生產、晶圓檢測、芯片封裝測試、芯片入廠檢測等數據采集。其中，芯片質量檢測包含物理尺寸、電氣性能、芯片UID賦值等。根據用戶需求進行硬件定制、軟件迭代，優化現場作業系統解決方案，滿足工業電子雷管的全場景化應用需求（小斷面、隧道、孔樁、基坑、礦山），適應高海拔、高寒等嚴酷操作適用環境，完成核心芯片的優化、升級和迭代。煤礦許用芯片就是一款適應井下作業環境，并且符合煤礦許用標準的高端芯片。

②模組制造產業鏈數據采集系統。模組端數據采集包括模組原材料數據采集、模組生產制造檢測數據采集。其中，電子模組檢測包含關鍵設備參數、生產工藝參數、產品性能參數、三碼綁定數據等60余項。

采用自動化控制技術及智能圖像識別手段，生產過程中運用機器視覺檢測方法，實現自動識別、數據采集、信息集成等功能，大大提高生產的效率和自動化程度，減少企業管理成本；建設電子雷管模組自動化生產線及安全生產動態監管平臺，使其具有生產數據采集、環境數據采集、視頻監控、在線檢測、數據存儲與分析、產品設計支撐等功能，實現民爆物品生產的智能化、可視化、網絡化和遠程化。

③工業電子雷管制造產業鏈數據采集系統。工業電子雷管生產與測試數據包括產品適配、質量管控、雷管生產檢測等數據采集，具體為關鍵設備參數、生產工藝參數、產品性能參數、三碼綁定數據等采集。制定統一的數據采集標準，兼容多家芯片＆模組，建設電子雷管自動化生產線及安全生產動態監管平臺，實現以“工業互聯網”為基礎的產線裝備互聯互通和中央管控，完成電子雷管生產過程中生產數據、環境數據等全數據在線采集；通過視頻監控等方手段，打通電子雷管產線自動控制設備，融合MES、ERP等信息系統，實現生產信息集成。

④爆破現場作業數據采集系統。爆破現場數據采集系統包含爆破數據的上傳及爆破設計數據的采集。通過爆破現場實時視頻實現遠程監管，爆破數據實時上傳，共享起爆器實時界面，語音指導爆工操作；支持遠程系統操作，自動生成報告指導廠商產品和流程優化。基于爆破設計數據的采集、整合，并將云計算、大數據技術融入傳統爆破設計軟件，提供方便、快捷的爆前設計，完成爆破現場的合理分工、協同工作、實時提醒。

在實現起爆設備通用化、一體化、便捷化、易監管的同時，結合北斗技術、鴻蒙操作系統等，提升工程作業的管理水平和實施效率，完善工業電子雷管用戶側的使用效果。

2.3.2 云平臺的數據存儲及數據集成通過智能設備拉取數據進行在線數據采集，基于系統數據集成之上，應用云數據管理、關系型數據存儲與訪問等技術，實現元數據預取及緩存替換，保證關系型數據庫集群共享存儲的一致性及其后續分析處理的便捷性。

2.3.3 全鏈大數據處理與分析①工業電子雷管全鏈大數據處理與分析。針對大數據質量檢測平臺所采集的電子雷管物料檢測、外觀檢測、半成品及成品檢測以及生產綜合分析等全產業鏈生產制造數據進行數據分析與整合，為后期質量評估以及質量問題的快速追溯服務。首先對各類數據進行預處理，包括數據清洗、數據集成、數據歸約和數據變換，保障數據的適用性和準確性；然后通過隨機分析、隨機森林、數據離散化、聚類等方式對數據進行適當的降維和增維，達到更加準確的分析結果；對處理后的數據進行整合以及可視化分析、相關性分析，確定各類指標數據變化規律；最后建立異常處理庫，采取匹配處理方法，進行異常分析。

②基于動態Bayes的工業電子雷管質量評估與預測。針對工業電子雷管生產全過程監控數據、全樣本半成品、成品檢驗數據，構建質量評估模型，實現產品生產質量狀態及時監控、評估與提前預警。

根據生產監控數據與半成品、成品檢驗數據提取質量評價指標，分析指標與產品質量相關性，定義工業電子雷管質量穩定性參數，建立質量評估指標體系。通過指標之間的關聯關系構建Bayes網絡結構，基于產品生產、檢驗歷史大數據學習網絡結構參數，考慮初始網絡、轉移網絡、時間序列關系建立動態Bayes質量評估與預測模型。采用動態Bayes質量模型評估并預測生產狀況，使用TOPSIS方法對網絡推理結果進行轉化，依據評估結果對產線生產狀態給出評價或預警。

③工業電子雷管生產質量分析及追溯。針對電子雷管全鏈數據平臺所采集的影響質量的生產、裝配過程中的各類數據，基于大數據技術進行質量問題分析、追溯和預測，實現生產質量控制。構建電子雷管質量標簽體系，確定影響產品性能的指標。根據電子雷管在不同檢測環節對質量問題記錄的方式不同，分別構建基于語義描述及數據挖掘的產品質量問題追溯模型。結合采集的產品不合格率、不合格類型出現率等相關數據，設計改進BP神經網絡對質量問題進行預測，實現事前預警及質量控制。

④不完全檢驗條件下工業電子雷管質量可靠性分析。針對研發階段或小批量試制階段新型號產品測試數據、檢驗數據不完備，以及破壞性試驗數據的不完整，開展工業電子雷管質量可靠性分析與評估。通過電子雷管及模組工作原理確定產品功能結構與產品可靠性結構框圖，根據工業電子雷管樣品狀態鑒定驗收相關檢驗及試驗數據對產品任務可靠性相關因素分析。最后基于產品可靠性結構與主要部件可靠度計算結果采用邏輯關系GO圖方法分析工業電子雷管模組可靠性。

3 結束語

綜上所述，工業電子雷管是更具科學性和技術性的雷管類型，安全性顯著提升。在工程爆破作業時通過構建工業電子雷管全產業鏈大數據平臺，實現電子雷管設計、生產、檢測、賦碼、追溯、現場爆破的全鏈大數據在線采集，助力數碼雷管全向管理及運營服務；研究設計電子雷管以數據驅動質量管理的模式，對質量信息充分整合與集成，提升跨部門、跨企業、跨層級的質量管理與安全生產管理聯動聯控能力。