解决方案丨云南锡业股份有限公司大屯锡矿安全生产信息化系统解决方案

★ 北京亚控科技发展有限公司 王谞衡

★ 云南锡业股份有限公司 卢石权

★ 英国南安普顿大学 王一恒

★ 北京亚控科技发展有限公司 裴之勇

从“十三五”至今，国家相关政策、规划都对企业信息化建设提出了较高的要求，希望通过信息化和工业化的深度融合，推进智能制造，逐步实现结构调整、产业升级，并积极改善企业在工业化经济中所存在的高消耗、高污染的问题，实现资源、能源的合理利用，以支持绿色、低碳的发展战略。在国家大力推动智能制造背景下，世界最大锡矿集团-云锡集团大屯锡矿从自身生产管理发展和提升的需要出发，通过生产管控信息化系统的建设，以生产现场数字化、生产管控互联互通为目标，实现现场数据的自动采集和监控报警，在此基础上，逐步实现企业生产可视化、生产管理、能源管理、检化验管理、设备管理、物流管理、安全管理、人员管理等重要环节业务的精益化管理，并自动形成满足不同层级、不同业务需求的统计报表指标，最后利用大数据技术和人工智能技术建立各类模型算法，实现生产经营管理的智能化辅助决策支持，大力提升企业生产数字化水平、企业生产管控水平，提高企业管控效率和企业效益，为企业高质量发展打好坚实的基础。

本项目主要目的是解决大屯锡矿生产执行过程中经营管理的问题、提升信息化管理水平，同时解决对上与控股公司SAP系统深度融合对接问题。根据总体规划、逐步实施的原则，本项目建设主要包含系统平台、MES生产执行应用。其中系统平台以大屯锡矿为试点，并且考虑支持其他矿山的多站点部署应用，MES生产执行业务模块针对大屯锡矿实际应用需求进行开发。具体内容如下：

（1）搭建系统基础平台，实现信息化统一门户、统一认证、统一App管理，同时提供流程引擎、表单引擎、组态服务软件等快速开发工具，依托平台能实现应用的快速构建和统一管理。

（2）建立数据采集系统，从采矿及选矿DCS、PLC、电力集控、称重、化验等过程控制系统及安全在线监测等系统自动采集数据，将数据汇总到统一数据中心，为数据互联互通、数据应用和场景化奠定基础。

（3）依托数据采集系统、统一数据中心和系统开发、运维一体化基础软件平台，构建MES生产执行应用，实现生产管理、设备管理、物资管理和计量质检管理等核心业务数字化，实现现场业务标准化、规范化管理。

（4）实现大屯MES系统与控股公司SAP的信息集成共享，发挥统筹管理功能，进一步提升智能矿山建设水平。

（5）在现有计质化验、产品销售运用模块的基础上继续推进生产计划、设备、物资等管理模块，建成从资源—计划—运输—质检化验—安全—销售的矿山全业务流程数据的跟踪、监控的MES系统，并打通MES系统与控股公司SAP系统的信息自动对接。通过MES系统的建设，形成矿内的数据中心，将数据有机地关联起来，有效地解决各业务部门之间、各应用系统之间数据独立和相互隔离的业务协同问题，实现信息共享。

本项目建设借鉴主流技术，以结构清晰、层次合理、高效应用、安全管控为准则，基于生产管控一体化平台的云、边、端架构，采用微服务分布式部署方式建设集数据采集、建模分析、故障告警、反向控制等核心系统功能的信息化管控系统。平台向下支持工业现场级数据的深度对接和管理，向上实现各应用场景系统数据的服务和应用。同时配套在基础设施部分建设功能明确（视频、数采、办公、运维等）、可靠性高的传输网络和全厂高效统一的以虚拟化、云化资源池，遵照业务管理需求灵活进行资源下发和统一进行运维管控。项目建设采用整体设计、分步实施，结合生产管控实际进行分期建设，部署方式前期采用私有云本地化进行部署，后期可根据业务情况进行公有云的部署。系统整体规划技术架构（参考）图如图1所示。

图1 总体架构

项目总体业务以生产管控为主，业务结构将包含：生产管理、设备管理、物资管理、计量质量管理、系统管理、移动APP等业务模块或子系统。

（1）门户首页

门户首页的主要功能是对企业信息分类展示，对各应用系统的内容进行汇总和索引展示，方便用户快速了解企业概况。本页面采用数据列表，图表展示的方式，分模块对本平台的相关数据如生产概况、调度中心管理、企业新闻公告、政策法规监管、职业技能要求等信息进行了列举展示，首页中展示的信息可以在点击后跳转到对应的具体模块进行数据的详情查看与操作，门户首页提供了生产概览统计、我的应用个性化收藏功能，为各级用户提供应用快速收藏及打开功能，方便用户操作。门户首页能够自定义配置，满足各级管理者差异化的查询、使用需求。

图2 门户首页

（2）调度综合监控

调度综合监控实现各生产工艺流程在线监控、视频监控和数据监控，可以对各生产环节参数进行设置，实现设备远程启停、参数调优、生产参数历史趋势分析等功能。

图3 压风自救系统监控画面

（3）生产管理

平台生产管理模块基于大屯锡矿原有电子表格计划以及现有线下流程进行重构，以现有生产数据采集和系统统一运维管理为基础，在生产管控平台实现生产计划的编制并与集团SAP系统对接，通过restful API接口将主生产计划上传至集团公司SAP。对主生产计划进行分解、下发执行、生产计划跟踪，完成生产执行过程管理。

（4）设备管理

设备管理主要是针对企业或组织内部的设备进行管理，包括设备的采购、分配、维护、报废等方面。

综合信息展示面板，对常用功能、设备状态、待办事项、设备维修、设备保养、巡检任务等功能信息进行概括性展示，使用户能够快速了解当前设备状态，快速处理异常以及对应的工作。

图4 设备驾驶舱

（5）物资管理

物料管理的重点在于物料的出入库管理及工序间半成品的转库管理，不仅要记录出入库管理、库存查询，同时还需要提供库存盘点及库存数据修正。

图5 物资需求计划

（6）计质计量管理

计量质量管理模块通过restful API或OPC接口的方式与现有计量质量系统完成数据对接，并结合生产模块，进行数据互通，进行采矿、选矿及金属平衡报表展示和分析。

图6 计质计量管理

（7）移动App

移动App作为当下逐渐普遍化的远程终端应用场景，为用户提供了手机移动端工程访问功能，支持移动端浏览安全生产关键数据与系统运行等关键参数，并且能随时随地掌握设备运行状况，优化现有的业务模式和工作状态。同时结合App特有的使用特性，结合丰富的图形界面展现形式与灵活的属性配置方式，显著提升系统的可用性，切实给企业运行带来管理效益。

提供了在移动端设备读取、操作工业库中工业流程数据和关系库中关系数据的能力。

图7 移动App

移动App利用报表、趋势曲线、柱状图、饼图等不同的形式按照时间、类别、级别、频次等维度对隐患检查信息进行全面挖掘，直观展示、多层次分析企业安全生产态势，把控重点问题区域，为安全生产提供远程决策服务。

该项目根据大屯锡矿实际业务系统开发需求和云南锡业股份有限公司智能化矿山建设要求，以“平台+应用”的模式，落地数字矿山开发应用平台中的关键技术路线和实现方法，并且能够通过业务系统的自主开发与实际生产环境进行验证，同时项目成果能够进一步弹性扩展，在满足当前大屯锡矿生产全流程端到端业务的前提下，随着现场智能化改造的进一步加深，以及对功能集成性与多样性要求更高的情况下，能够使具备行业知识与现场运维需求，但是缺乏专业计算机知识的用户具备对系统进行自主运维、升级、开发的能力，主要创新性和重难点问题分析如下：

（1）矿山融合数据中心

提供一种分布式工业数据库，实现提供对所存储内容（模型、预定义、对象、记录、资源）的管理功能，包括增加、删除、修改、查询、权限配置、安全审计等；实现矿山生产全量数据（OT/IT/图像/音视频）的采集、存储、分析、服务，在提供各类子系统生产业务数据整合的基础上，为每条数据赋予时间、空间以及自身特质属性。利用查询、订阅对象地理空间的唯一性检索数据。科室运维人员使用时，只需指定对象的时间和空间，即可实现快速检索。

（2）矿山专用组态开发工具

提供包括可视化建模工具、交互界面组态工具、工艺流程图编辑器、图表、报表可视化编辑器、算法可视化组态编辑器在内的多项矿山专用组态开发工具，内部嵌入大屯锡矿生产业务相关模板与模型，使业务应用的开发全组态实现，不再依赖厂家对系统功能进行运维。

通过可视化建模工具，对大屯锡矿涉及的生产设备、工作区域等物进行孪生建模，为业务开发人员提供全套完整物模型，确保数字孪生过程零代码。

通过交互界面组态工具，对人机交互界面进行快速构建，包含丰富的布局容器、PC端与移动端UI组件。确保交互页面搭建全组态、低代码。

通过工艺流程图编辑器，拖拽式搭建大屯锡矿生产工艺流程图，提供基本图素、设备图形模型。提供包括旋转、缩放、漫游在内的多种动画链接配置。

通过报表可视化编辑器，保留Excel操作习惯，确保大屯锡矿已有的Excel表格可以直接复制粘贴复用，可在单元格中枚举矿山融合数据中心中的各类数据对象，实现报表的自动生成、数据自动填充。

通过图表可视化编辑器，将常用数据分析所需的图表内置，用户拖拽后即可配置数据进行展示，同时支持百度echarts官网、社区中的丰富图表样式一键复用。

通过算法可视化编辑器，以组态的形式，使具备丰富现场经验的工程师能够快速、便捷地将自己的行业经验算法化，内置包括订阅数据、系统函数、监听HTTP、写入数据库等各类通用算法任务节点，并提供包括固定周期、固定时间、数据变化等多种算法触发方式。

（3）业务流程自定义配置工具

针对大屯锡矿各系统的业务数据结构进行分层梳理，通过构建生产子系统的业务层级结构，结合矿山物对象进行绑定以完成围绕矿山物的业务事件建模。在面对不同矿山业务事件结构不同的场景下，用户只需要调整层级结构的关联关系，无需编写复杂的代码逻辑与抽象的数据库表结构构建。

针对矿山不同的业务流程场景，通过自定义配置工具，研究一款基于BPMN2.0标准的流程管理页面，支持包括流程管理、模型管理、流程发起、流程实例追溯在内的多项功能，内嵌流程设计器，支持可视化流程设计。

考虑到不同矿山人员组织结构与岗位职责未来的变动，将业务事件对象直接与岗位进行配置式绑定，通过人员排班确定业务事件在某个日期，某个班次的具体执行人员，从而实现事件记录的精准推送。

（1）实现数据管理的自动化、结构化、标准化，形成高可靠、高准确性的良性数据资产，对生产数据进行精确采集，全面收集和按需分析，对业务数据进行结构管理、流程配置、职责关联，真正发挥生产大数据的优势，为效率分析和辅助决策提供可靠的数据支撑。数据采集的自动采集率达到90%，数据覆盖率达到85%。

（2）实现高度组态化的数字矿山开发应用平台，具备矿山模型可配、数据接入可配、交互界面可配、生产业务可配功能，系统将智能矿山计算机系统底层框架、基础通用的功能模块进行封装，使得实施过程主要为配置的高度弹性，而不是基于高级语言的代码开发，使得生产全量数据存储的结构设计与库表搭建由1个月降低为1周，智能矿山标准系统功能的开发由1年降低为3个月。

（3）实现系统持续改进优化机制，当生产系统随着智能化改进发生变化时，业务工程师可以随时在线调整数据结构、添加新功能，只需根据大屯锡矿当前实际业务和物理实体进行数据对象与功能单元实例化即可，将当前大屯锡矿智能矿山建设过程中系统开发运维过程由原来的依赖系统厂家基于高级语言定制化的开发方式转换为由各生产科室、班组通过组态的理念进行自主运维、自主迭代升级，每年系统运维费用预计节省80%，系统业务扩展费用预计节省90%。

（1）以大屯锡矿已经建成的数据中心机房底层资源（IaaS层），构建PaaS层能力（物联网接入能力、数据处理能力）的中间平台，从而打造基于大屯锡矿采矿、选矿各环节业务管理模型的SaaS化App（业务模块）应用，即大屯锡矿MES系统协同管控平台。

（2）系统结合大屯锡矿实际业务管理工作，梳理和优化企业生产管理的业务流程，包括采矿、选矿、物料、设备、能源、生产、人员、安全、环保等业务流程在内的所有资源，实现采购、生产、销售、财务等业务的互联互通；运用MES系统对矿山各环节的数据进行采集和分析，对上与控股公司SAP系统深度融合对接，对下汇集采矿及选矿DCS、PLC、电力集控、称重、化验等过程控制系统数据及安全在线监测系统数据，为企业搭建一个生产运维协调管控平台，解决企业数据孤岛问题，满足业主生产、管理、经营的需求，实现企业管理扁平化，作业流程化、标准化，提高企业生产精准管理和经营决策的快速反应能力。