大型水泥集團(tuán)企業(yè)生產(chǎn)信息化平臺建設(shè)及應(yīng)用

王真，王秋富

1 前言

1.1 水泥企業(yè)信息化發(fā)展現(xiàn)狀

隨著我國水泥工業(yè)的快速發(fā)展及市場競爭的不斷加劇，越來越多的水泥企業(yè)開始重視信息化建設(shè)工作。很多大型水泥集團(tuán)企業(yè)投入了大量資金用于信息化平臺的建設(shè)，通過引入先進(jìn)信息技術(shù)，如，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)、銷售、庫存、采購等業(yè)務(wù)的數(shù)字化管理；通過建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理平臺，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化，能夠?qū)崟r分析市場價(jià)格、銷售數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)等信息，輔助企業(yè)做出更準(zhǔn)確的決策；通過引入能源管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對能源的實(shí)時監(jiān)測與控制，能夠及時發(fā)現(xiàn)并有效解決能源浪費(fèi)問題，降低了能源消耗和成本[1]。然而，目前國內(nèi)外水泥行業(yè)尚未形成一個被廣泛認(rèn)可的集團(tuán)級信息管理控制系統(tǒng)。各分項(xiàng)管理系統(tǒng)，如，生產(chǎn)管理、能源管理、設(shè)備管理和質(zhì)量管理等系統(tǒng)，仍處于信息孤島的狀態(tài)，如何統(tǒng)籌規(guī)劃、合理運(yùn)用上述信息系統(tǒng)，已成為各大型水泥集團(tuán)信息化發(fā)展的重要突破口[2]。

1.2 存在的問題

目前，雖然許多水泥企業(yè)已開始實(shí)施了信息化轉(zhuǎn)型，但仍存在信息化程度不高、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)及數(shù)據(jù)管理不統(tǒng)一、市場營銷能力不足、生產(chǎn)效率較低等問題。一些水泥企業(yè)尚未實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、銷售、庫存、采購等業(yè)務(wù)的信息化管理，導(dǎo)致業(yè)務(wù)流程不順暢，管理效率低；各業(yè)務(wù)部門數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，數(shù)據(jù)難以互通，易形成信息孤島且數(shù)據(jù)利用率低；缺乏有效的市場營銷手段，難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)銷平衡；缺乏智能化生產(chǎn)手段，生產(chǎn)效率低，人工成本高，經(jīng)濟(jì)效益不佳[3]。

為有效解決水泥企業(yè)在信息化發(fā)展過程中存在的問題，進(jìn)一步提高信息化水平，亟需加強(qiáng)水泥企業(yè)的信息化基礎(chǔ)建設(shè)，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和信息化平臺，以推動水泥企業(yè)的信息化轉(zhuǎn)型、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同及智能化變革。

1.3 解決方案

某水泥集團(tuán)通過與中才邦業(yè)協(xié)同創(chuàng)新、統(tǒng)籌推進(jìn)，在信息化與智能化方面取得了長足進(jìn)步。該水泥集團(tuán)企業(yè)生產(chǎn)信息化平臺以工藝、裝備為核心，以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以區(qū)域生產(chǎn)信息化平臺、智能工廠為載體，采用私有云、虛擬化、大數(shù)據(jù)及容器化等前沿技術(shù)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，構(gòu)建了一個集數(shù)據(jù)模型、業(yè)務(wù)模型、組態(tài)工具、數(shù)據(jù)接口于一體的動態(tài)優(yōu)化、安全高效、綠色低碳的智能化系統(tǒng)。同時，采取SAAS（Software-as-a-Servive，軟件即服務(wù)）模式，為集團(tuán)企業(yè)提供靈活的平臺服務(wù)。相較于傳統(tǒng)的本地化部署，平臺私有云部署可節(jié)省成員企業(yè)70%的硬件與人力成本。現(xiàn)對該水泥集團(tuán)企業(yè)生產(chǎn)信息化平臺建設(shè)情況作簡要介紹，供業(yè)內(nèi)企業(yè)參考。

2 集團(tuán)企業(yè)生產(chǎn)信息化平臺建設(shè)內(nèi)容

2.1 企業(yè)生產(chǎn)信息化平臺架構(gòu)

企業(yè)生產(chǎn)信息化平臺架構(gòu)如圖1 所示。該水泥集團(tuán)在“業(yè)務(wù)中臺與數(shù)據(jù)中臺”平臺架構(gòu)上，采用云原生開發(fā)邏輯，建立了基于大數(shù)據(jù)框架、流批一體引擎、數(shù)據(jù)中臺為核心的平臺底座，可滿足各類業(yè)務(wù)系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)應(yīng)用。業(yè)務(wù)中臺實(shí)現(xiàn)了集團(tuán)到成員企業(yè)的“穿透式”監(jiān)管，形成了統(tǒng)一的生產(chǎn)數(shù)字“底表”，報(bào)表統(tǒng)計(jì)過程實(shí)現(xiàn)了無人化、無紙化。

圖1 企業(yè)生產(chǎn)信息化平臺架構(gòu)

2.2 企業(yè)生產(chǎn)信息化平臺網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

企業(yè)生產(chǎn)信息化平臺網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2 所示。企業(yè)生產(chǎn)信息化平臺網(wǎng)絡(luò)的外層第一道防護(hù)為設(shè)置WAF 應(yīng)用防火墻（WEB 應(yīng)用防護(hù)系統(tǒng)），下一代防火墻組成第二道防護(hù)網(wǎng)，根據(jù)預(yù)定的安全規(guī)則，監(jiān)視和控制傳入和傳出的網(wǎng)絡(luò)流量；通過加載防火墻IPS（入侵防御）系統(tǒng)、AV（防病毒）系統(tǒng)，檢測、識別、分析、攔截網(wǎng)絡(luò)中的可疑流量，建立內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)之間的安全機(jī)制。在內(nèi)網(wǎng)中，設(shè)置核心三層交換機(jī)，通過VLAN 控制和管理不同網(wǎng)絡(luò)之間訪問策略，實(shí)現(xiàn)各層網(wǎng)絡(luò)間的邏輯隔離。區(qū)域公司和生產(chǎn)企業(yè)間的網(wǎng)絡(luò)通訊，通過IPSEC實(shí)現(xiàn)端到端的網(wǎng)絡(luò)加密通道，進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

圖2 企業(yè)生產(chǎn)信息化平臺網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2.3 企業(yè)生產(chǎn)信息化平臺應(yīng)用效果

該水泥集團(tuán)企業(yè)生產(chǎn)信息化平臺在應(yīng)用中逐步完善，形成了集數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、報(bào)表自動化、功能移動化、應(yīng)用全云化、平臺建設(shè)生態(tài)化、平臺數(shù)據(jù)服務(wù)化、管理一體化與網(wǎng)絡(luò)安全建設(shè)、運(yùn)維體系建設(shè)一站式服務(wù)的創(chuàng)新模式，達(dá)到了預(yù)期效果。

各成員企業(yè)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)達(dá)到秒級實(shí)時采集、上云、清洗、計(jì)算并多維度存儲，共計(jì)約70 000余個數(shù)據(jù)采集點(diǎn)位。各成員企業(yè)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)涵蓋生產(chǎn)報(bào)表、環(huán)保報(bào)表、能耗報(bào)表、庫存報(bào)表，涵蓋大區(qū)所需的經(jīng)營分析報(bào)表、企業(yè)對標(biāo)、精益生產(chǎn)、違規(guī)行為報(bào)表等，共計(jì)7大類906張報(bào)表。

為方便移動化辦公需求，集團(tuán)生產(chǎn)信息化平臺所有功能均可實(shí)現(xiàn)APP 端和微信小程序端的應(yīng)用一體化。應(yīng)用效果具體如下：

2.3.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

邊緣端生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集器接入到區(qū)域信息化平臺，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集鏈路標(biāo)準(zhǔn)化；根據(jù)示范線生產(chǎn)實(shí)際提煉出一套標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)簽體系，提升了數(shù)據(jù)治理的能力；根據(jù)數(shù)據(jù)管理要求，統(tǒng)一核心數(shù)據(jù)指標(biāo)計(jì)算周期及計(jì)算公式，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化；統(tǒng)一存儲采集數(shù)據(jù)，并對標(biāo)準(zhǔn)化處理后的數(shù)據(jù)建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)底表，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的同源復(fù)用；提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問接口，規(guī)范數(shù)據(jù)應(yīng)用，建立了標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)應(yīng)用體系。

2.3.2 報(bào)表自動化

信息化平臺報(bào)表數(shù)據(jù)源采用數(shù)據(jù)中臺治理后的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)報(bào)表數(shù)據(jù)的自動計(jì)算、自動聚合、自動匯總；優(yōu)化了報(bào)表功能，實(shí)現(xiàn)了單元格填報(bào)權(quán)限控制；人工填報(bào)數(shù)據(jù)參照示范生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了報(bào)表的全自動填報(bào)。

2.3.3 功能移動化

信息化平臺APP 端功能與WEB 端功能同步，大區(qū)模塊與單廠模塊功能全部移動化；搭建了統(tǒng)一的消息推送平臺，實(shí)現(xiàn)了消息及時發(fā)布推送功能；搭建了數(shù)智微信小程序，實(shí)現(xiàn)了工作臺指標(biāo)總覽、窯運(yùn)行情況、窯運(yùn)行指標(biāo)、停機(jī)信息實(shí)時監(jiān)控及趨勢查看，大區(qū)報(bào)表、單廠報(bào)表上報(bào)更新等功能；實(shí)現(xiàn)了微信端推送生產(chǎn)線開停機(jī)消息、環(huán)保標(biāo)簽預(yù)警，關(guān)聯(lián)小程序查看查詢趨勢。

2.3.4 應(yīng)用全云化

信息化平臺基于超融合私有云架構(gòu)統(tǒng)一部署，平臺所有功能應(yīng)用均已上云，集中部署方式可大幅減少區(qū)域公司軟硬件投資；平臺采用邊緣數(shù)據(jù)采集和區(qū)域私有云協(xié)同模式，相比傳統(tǒng)本地化部署方式，可縮短50%的實(shí)施周期，快速實(shí)現(xiàn)功能上線；平臺私有云部署、數(shù)據(jù)采集的標(biāo)準(zhǔn)化處理及“賬套式”業(yè)務(wù)功能的快速復(fù)用，可實(shí)現(xiàn)新增生產(chǎn)線業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)快速接入，快速上線投用。

2.3.5 平臺建設(shè)生態(tài)化

初步建立了區(qū)域生產(chǎn)信息化平臺生態(tài)體系，運(yùn)用中臺低代碼能力，可快速構(gòu)建各類標(biāo)準(zhǔn)化和個性化定制開發(fā)業(yè)務(wù)功能，具備良好的第三方系統(tǒng)集成能力；搭建了專業(yè)文檔管理平臺，豐富了專業(yè)文檔。

2.3.6 平臺數(shù)據(jù)服務(wù)化

提供了強(qiáng)大的可視化展示服務(wù)，搭建了區(qū)域生產(chǎn)信息化平臺可視化大屏、智能工廠生產(chǎn)管理可視化大屏、粉磨基地生產(chǎn)管理可視化大屏、皮帶廊道可視化大屏，對接數(shù)智化礦山可視化大屏?；趯?shí)時視頻數(shù)據(jù)，提供遠(yuǎn)程會議、遠(yuǎn)程檢查等服務(wù)，已接入多家水泥企業(yè)實(shí)時視頻數(shù)據(jù)，可提供所轄企業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、對標(biāo)分析服務(wù)，滿足區(qū)域公司管理需求。

2.3.7 管理一體化

區(qū)域平臺為區(qū)域公司及成員企業(yè)提供一體化管理服務(wù)，可在統(tǒng)一平臺上實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控、在線報(bào)表填報(bào)、生產(chǎn)計(jì)劃、停機(jī)分析、預(yù)警推送等功能；提供窯、磨等設(shè)備生產(chǎn)日報(bào)、月報(bào)等生產(chǎn)報(bào)表，提供窯運(yùn)行情況分析、水泥材料消耗、月度生產(chǎn)計(jì)劃、環(huán)保信息匯總、安全信息匯總、微信報(bào)表、企業(yè)對標(biāo)報(bào)表等分析報(bào)表，初步滿足區(qū)域公司一體化管理需求，具備良好的業(yè)務(wù)需求擴(kuò)展能力。

2.3.8 運(yùn)維體系建設(shè)

搭建了遠(yuǎn)程運(yùn)維系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對區(qū)域平臺系統(tǒng)及軟硬件運(yùn)行情況的實(shí)時監(jiān)控預(yù)警，如發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集中斷，平臺可自動判斷故障位置并發(fā)出預(yù)警通知。平臺對所有虛擬機(jī)及微服務(wù)重要指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控預(yù)警，提醒運(yùn)維人員維護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定性。同時，平臺可定期生成軟硬件運(yùn)行報(bào)告，提升運(yùn)維工作效率。

2.3.9 網(wǎng)絡(luò)信息安全建設(shè)

通過評測信息系統(tǒng)安全等級，發(fā)現(xiàn)安全防護(hù)薄弱環(huán)節(jié)，并按照信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全三級等保要求完成相應(yīng)的整改工作。平臺可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分布式多副本存儲、應(yīng)急容災(zāi)快速備份、虛擬磁盤加密等安全防護(hù)措施，全方位保護(hù)數(shù)據(jù)安全。

3 區(qū)域企業(yè)信息化平臺系統(tǒng)功能

基于集團(tuán)企業(yè)生產(chǎn)信息化平臺，目前該水泥集團(tuán)已建成功能完善的區(qū)域信息化平臺，包含大區(qū)總覽、區(qū)域大屏、實(shí)時監(jiān)控、大區(qū)報(bào)表、單廠報(bào)表、強(qiáng)度管理、政府平臺數(shù)據(jù)服務(wù)、移動端APP 服務(wù)、微信小程序服務(wù)等功能。區(qū)域信息化平臺系統(tǒng)功能導(dǎo)圖如圖3所示。

圖3 區(qū)域信息化平臺系統(tǒng)功能導(dǎo)圖

3.1 大區(qū)總覽

按片區(qū)管理區(qū)域內(nèi)成員企業(yè)，同時展示熟料及水泥的月產(chǎn)量、月銷量和庫存情況，大幅提高了跨企業(yè)、跨地域動態(tài)統(tǒng)計(jì)效率。監(jiān)控區(qū)域內(nèi)成員企業(yè)水泥生產(chǎn)線數(shù)據(jù)采集鏈路相關(guān)設(shè)備通訊狀態(tài)，監(jiān)控水泥生產(chǎn)線的運(yùn)行狀態(tài)分布，按片區(qū)統(tǒng)計(jì)并動態(tài)展示水泥生產(chǎn)線標(biāo)煤耗、實(shí)物煤耗、噸熟料發(fā)電量、熟料綜合電耗、可靠性系數(shù)等重要參數(shù)，結(jié)合移動端APP 和可視化大屏，實(shí)時監(jiān)控成員企業(yè)的生產(chǎn)動態(tài)。大區(qū)總覽畫面如圖4所示。

圖4 大區(qū)總覽畫面

3.2 可視化大屏

通過區(qū)域地圖、圖標(biāo)、圖表、視頻框，更加直觀地展示區(qū)域企業(yè)規(guī)模及各成員企業(yè)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)。通過區(qū)域可視化大屏，管理者可多方位、多角度、全場景了解、掌握、監(jiān)測各條水泥生產(chǎn)線的產(chǎn)量、運(yùn)行和停機(jī)情況。通過生產(chǎn)數(shù)字化，提升區(qū)域側(cè)對區(qū)域成員企業(yè)的管理深度和廣度，提升數(shù)據(jù)服務(wù)利用率和數(shù)據(jù)價(jià)值。區(qū)域可視化大屏功能主要包括區(qū)域介紹、水泥生產(chǎn)線分布、開停機(jī)情況、生產(chǎn)情況，集成了每日微報(bào)、礦山大屏、長皮帶大屏等?？梢暬笃廉嬅嫒鐖D5所示。

圖5 可視化大屏畫面

3.3 實(shí)時監(jiān)控

區(qū)域信息化平臺共接入了31條水泥熟料生產(chǎn)線、47條水泥磨生產(chǎn)線，收集了109張生產(chǎn)流程實(shí)時監(jiān)控畫面，提供DCS 實(shí)時查詢和歷史查詢；支持組合查詢，常用窯運(yùn)行狀態(tài)組合和環(huán)保組合；支持分軸和同軸方式展現(xiàn)。區(qū)域信息化平臺生產(chǎn)流程實(shí)時監(jiān)控畫面如圖6所示。

圖6 生產(chǎn)流程監(jiān)控畫面

3.4 大區(qū)報(bào)表

大區(qū)報(bào)表包含運(yùn)行記錄、日報(bào)及月報(bào)匯總、材料消耗、微信報(bào)表、生產(chǎn)簡報(bào)、余熱發(fā)電報(bào)表、安全環(huán)保信息匯總及企業(yè)對標(biāo)等功能。區(qū)域信息化平臺大區(qū)報(bào)表畫面如圖7所示。

圖7 大區(qū)報(bào)表畫面

3.5 設(shè)備管理

通過傳感器和監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)自動報(bào)警，避免設(shè)備損壞和生產(chǎn)中斷；根據(jù)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)和歷史維護(hù)記錄，系統(tǒng)定期檢查設(shè)備運(yùn)行狀況，預(yù)測可能出現(xiàn)的問題；維修人員遠(yuǎn)程診斷和排除設(shè)備故障，節(jié)省時間和人力成本，提高設(shè)備故障處理效率和準(zhǔn)確性；根據(jù)生產(chǎn)需求和設(shè)備狀況，調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行時間和運(yùn)行方式，提高設(shè)備的利用率和生產(chǎn)效率。

3.6 庫存管理

實(shí)時監(jiān)控庫存的進(jìn)貨、出貨、結(jié)存等情況，避免庫存積壓和缺貨；系統(tǒng)分析歷史庫存數(shù)據(jù)，了解各種原材料的需求量和庫存結(jié)構(gòu)，制定合理的庫存計(jì)劃，優(yōu)化庫存結(jié)構(gòu)；動態(tài)管理庫存，提高庫存周轉(zhuǎn)率和運(yùn)營效率，降低庫存成本和運(yùn)營成本。

3.7 采購管理

明確采購各環(huán)節(jié)職責(zé)和操作規(guī)范，避免人為干預(yù)和操作失誤，提高采購流程的透明度和公正性；建立供應(yīng)商數(shù)據(jù)庫，記錄供應(yīng)商信息、資質(zhì)、合同等，科學(xué)評估和選擇供應(yīng)商，降低采購風(fēng)險(xiǎn)；及時了解掌握市場行情和供應(yīng)商動態(tài)，共享和協(xié)同采購信息，進(jìn)行價(jià)格對比和質(zhì)量評估，提高采購質(zhì)量。

3.8 APP功能移動化應(yīng)用

顯示區(qū)域企業(yè)水泥和熟料的昨日產(chǎn)量、當(dāng)月產(chǎn)量、銷售數(shù)據(jù)，昨日庫存數(shù)據(jù)及庫容比，實(shí)時顯示停機(jī)數(shù)據(jù)，對接全國水泥價(jià)格指數(shù)。APP移動化應(yīng)用畫面如圖8所示。

圖8 APP移動化應(yīng)用畫面

3.9 政府平臺數(shù)據(jù)服務(wù)

為了配合政府平臺創(chuàng)造公共價(jià)值，遵循政府能源管理要求，該水泥集團(tuán)信息化平臺提供了開放性的數(shù)據(jù)服務(wù)，對接浙江省、安徽省政府能源管理平臺，分別以15min 和30min 的不同頻率提供顆粒度高、時效性強(qiáng)、標(biāo)準(zhǔn)一致、計(jì)算準(zhǔn)確的各企業(yè)生產(chǎn)過程能耗參數(shù)的數(shù)據(jù)服務(wù)。政府平臺數(shù)據(jù)服務(wù)如圖9所示。

圖9 政府平臺數(shù)據(jù)服務(wù)

3.10 網(wǎng)絡(luò)安全建設(shè)

針對技術(shù)和管理上的薄弱環(huán)節(jié)，區(qū)域公司進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)安全的整改完善工作，目前已完成信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全三級等保的整改工作。網(wǎng)絡(luò)安全建設(shè)如圖10所示。

圖10 網(wǎng)絡(luò)安全建設(shè)

4 結(jié)語

目前，該集團(tuán)已建成覆蓋全區(qū)域的體系化、自動化、數(shù)字化的生產(chǎn)信息化管控平臺，共接入水泥熟料生產(chǎn)線31條、水泥磨生產(chǎn)線47條。

大型水泥集團(tuán)企業(yè)通過引入信息技術(shù)，建立生產(chǎn)信息化平臺，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能化和自動化，提高生產(chǎn)效率；可幫助水泥企業(yè)實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，降低人力、物力和能源的消耗，降低運(yùn)營成本。通過引入市場營銷和電子商務(wù)等新型營銷手段，可拓展銷售渠道和市場范圍，提高營銷效果和客戶滿意度，提升市場競爭力。通過數(shù)據(jù)分析和管理報(bào)告等手段，可獲得更全面、準(zhǔn)確的市場信息和內(nèi)部管理數(shù)據(jù)，從而更好地把握市場趨勢，提升企業(yè)運(yùn)營水平，增強(qiáng)企業(yè)決策能力。