集團級信息管理控制系統(tǒng)的應用

馮蘭洲 ，李志丹，殷 杰 ，張曉麗

1 引言

目前國內(nèi)外還沒有形成一個被廣泛認可的水泥行業(yè)集團級信息管理控制系統(tǒng)。國外水泥設備制造商中，ABB、施耐德、西門子、F.L.Smidth等公司雖然都有自己的能源管理系統(tǒng)、優(yōu)化控制系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)，但是各個系統(tǒng)幾乎都是獨立的，無法在統(tǒng)一的平臺上共享數(shù)據(jù)，也未形成管控一體化的體系，只是對一部分能源管理和設備巡檢、運維管理進行了初步的統(tǒng)計。在國內(nèi)，中材邦業(yè)公司已經(jīng)為南方水泥集團有限公司建立了一套集團級水泥生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)，將生產(chǎn)監(jiān)控、停機維護、熟料生產(chǎn)計劃、庫存管理等整合成為全階段、全流程和全范圍的信息化管理平臺。搭建水泥集團級管理控制系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)先進水泥制造技術中多系統(tǒng)平臺間的數(shù)據(jù)互通，打通企業(yè)信息孤島，在統(tǒng)一平臺上進行工業(yè)大數(shù)據(jù)深度發(fā)掘，將是水泥行業(yè)智能制造的發(fā)展方向。

2 技術架構

根據(jù)上海南方水泥有限公司對于集團級信息管理控制系統(tǒng)的要求，確定系統(tǒng)的建設遵循“實用、可靠、整體化、標準化、可延展”的原則，突出實用性，符合ISA95 MES功能規(guī)范，確保系統(tǒng)具有安全性、穩(wěn)定性、可擴展性、實時性、可執(zhí)行性、集成性和可視性等特點。系統(tǒng)采用的Hipermatic平臺軟件擁有自主知識產(chǎn)權，符合國際ISA S95標準。該軟件采用J2EE技術，基于SOA架構，支持集群熱備，支持Oracle、SQL Server等多種數(shù)據(jù)庫，提供應用客戶端（C/S）、網(wǎng)頁客戶端（B/S）、Web Services客戶端等多種形式，支持熱部署。Factory Talk Production Centre提供了豐富的業(yè)務對象，如工藝路徑、物料清單、生產(chǎn)線、設備、操作員、工單、工藝路徑等，具有強大的建模能力，可以創(chuàng)建完整的生產(chǎn)模型和工作流，采用模型驅(qū)動的方式規(guī)范實際生產(chǎn)作業(yè)流程。Hipermatic提供了豐富的輔助工具，如智能報表工具Jasper Report、數(shù)據(jù)遷移工具Live Transfer、二次開發(fā)工具、網(wǎng)頁發(fā)布工具等，可以最大程度地滿足客戶個性化需求。

相較于目前主流的平臺軟件產(chǎn)品，Hipermatic平臺的關鍵差異化優(yōu)勢有：跨平臺支持，Hipermatic平臺支持UNIX、LINUX、WINDOWS等不同平臺的操作系統(tǒng)；負載均衡技術，對中型及大型MES系統(tǒng)的部署，Hipermatic平臺支持多節(jié)點冗余和負載均衡（Load Balance）技術；生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫與歷史數(shù)據(jù)庫實時備份，通過生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫的自動遷移技術，優(yōu)化生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫，形成高效穩(wěn)定的數(shù)據(jù)庫；基于UNIX、LINUX操作系統(tǒng)的高性能服務器支持（大規(guī)模，穩(wěn)定性）；二次開發(fā)平臺的程序版本管理，不影響生產(chǎn)環(huán)境的運行，測試與運行分離；開放的集成接口等。

3 設計原則

一致性原則：項目實施的最終目的是提高生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少浪費，降低工作難度，提高生產(chǎn)管理水平。系統(tǒng)的設計目標必須與此保持一致，結(jié)合長興南方的實際需求，減少不必要功能，控制成本，盡量避免增加系統(tǒng)使用人員的工作量或復雜程度。

整體性原則：正確規(guī)劃企業(yè)所需要的應用系統(tǒng)，確定各應用系統(tǒng)之間的界限和相互聯(lián)系，尤其要關注在不同階段實施的應用系統(tǒng)之間的銜接關系。信息系統(tǒng)關系到企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的方方面面，它們共同構成一個有機的整體，因此在制定總體規(guī)劃時，應考慮各個部門對信息系統(tǒng)的需求。隨著信息技術的發(fā)展、企業(yè)內(nèi)外部環(huán)境的變化，總體規(guī)劃亦需要相應調(diào)整，要具備較好的擴展性，可以根據(jù)需要增加或減少子系統(tǒng)，對整體沒有負面影響。

可擴展性原則：要求系統(tǒng)以足夠的靈活性提供更快的實施速度、更方便的客戶化功能、更少的系統(tǒng)維護費用來適應這種變化。

安全性與穩(wěn)定性原則：集團級信息管理控制系統(tǒng)是生產(chǎn)管理和執(zhí)行的關鍵，應當具有非常高的可靠性、安全性及容錯性。關鍵服務器要冗余配置，保證系統(tǒng)能夠不間斷地運行；將內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)相隔離，避免病毒的侵入；充分考慮數(shù)據(jù)的保密，在設計時，對不同的用戶設置嚴格的訪問權限；充分考慮系統(tǒng)的異常情況及處理，并對系統(tǒng)運行情況進行詳細的記錄。當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可以快速地解決問題和恢復運行。

標準性原則：以ISA-S95標準中定義的功能模型為藍本，在技術實現(xiàn)上采用遵循SOA平臺架構、模塊化和組件化成熟的商品化軟件平臺和配套產(chǎn)品；規(guī)范應用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)集成，減少與周邊系統(tǒng)的耦合度，以便成果的示范和推廣。

4 系統(tǒng)主要功能介紹

該系統(tǒng)開發(fā)目的在于管控集團旗下的17家水泥廠的27條熟料生產(chǎn)線的生產(chǎn)，系統(tǒng)主要有生產(chǎn)監(jiān)控和生產(chǎn)報表兩大功能。

圖1 長興南方2 500t熟料生產(chǎn)監(jiān)控畫面

4.1 生產(chǎn)監(jiān)控功能

27條生產(chǎn)線的每條生產(chǎn)線都有2幅畫面反應其實時生產(chǎn)情況。第一幅畫面為燒成系統(tǒng)畫面，主要包括DCS中原料均化庫、燒成窯尾、燒成窯頭、煤粉制備內(nèi)容的組合。在一幅畫面中反映了整條生產(chǎn)線燒成系統(tǒng)的概況以及所有DCS系統(tǒng)中的主機設備的開關量和模擬量指標，通過關鍵參數(shù)可以直接觀察燒成系統(tǒng)的工作情況。第二幅畫面是原料系統(tǒng)畫面，主要包括DCS畫面中的原料粉磨和廢氣處理內(nèi)容的組合，在一幅畫面中反映生產(chǎn)線中原料粉磨系統(tǒng)的生產(chǎn)情況。由于生產(chǎn)線的實際情況各不相同，磨機的選擇有輥磨、球磨、輥壓機，預熱器的選擇也有單系列和雙系列之分，而因設計年限和設計院的不同，整體的工藝流程也有較大的區(qū)別。為了能真實反映實際生產(chǎn)情況，系統(tǒng)提供了大量的素材單元，通過合理的組合以及精確的布局，完美地實現(xiàn)了DCS系統(tǒng)的升華。集團負責人可以隨時掌握27條生產(chǎn)線的實際生產(chǎn)情況，便于統(tǒng)籌安排生產(chǎn)，給出合理的規(guī)劃意見。

生產(chǎn)監(jiān)控畫面見圖1、圖2。

4.2 報表功能

生產(chǎn)報表功能在空間范圍上分為單廠生產(chǎn)報表和大區(qū)匯總生產(chǎn)報表，在時間維度上分為生產(chǎn)日報表和生產(chǎn)月報表。

圖2 長興南方2 500t原料粉磨生產(chǎn)監(jiān)控畫面

圖3 單廠生產(chǎn)日報表

單廠生產(chǎn)日報表（圖3）中包括了單日的熟料產(chǎn)量、停窯時間及原因、停窯次數(shù)、窯連續(xù)運轉(zhuǎn)天數(shù)、可靠性系數(shù)、運轉(zhuǎn)率、余熱發(fā)電量、噸熟料發(fā)電量、入窯煤粉發(fā)熱量、庫容、當日庫存以及當日庫容比，這些信息可以充分反映生產(chǎn)線當日的總體生產(chǎn)情況。

單廠生產(chǎn)月報表（圖4）中包括了當月的熟料月產(chǎn)、運轉(zhuǎn)率、可靠性系數(shù)、標煤耗、煤應用基低位發(fā)熱量、實物煤耗、煤粉空干基低位發(fā)熱量、噸熟料煤成本、噸熟料石灰石成本、熟料綜合電耗、噸熟料發(fā)電量。月報表的功能主要是統(tǒng)計不同廠區(qū)的熟料產(chǎn)量和生產(chǎn)噸熟料的成本，協(xié)助廠區(qū)管理人員合理安排生產(chǎn)計劃，解決發(fā)現(xiàn)的生產(chǎn)問題。

在左側(cè)彈出的菜單欄中詳細地列出了大區(qū)的報表統(tǒng)計，包括熟料產(chǎn)量、熟料停窯情況、噸熟料發(fā)電量、煤粉發(fā)熱量、熟料庫存以及日報審核。而大區(qū)生產(chǎn)月報表（圖5）包括熟料產(chǎn)量、窯運轉(zhuǎn)率、窯可靠性系數(shù)、標煤耗、實物煤耗、原煤發(fā)熱量、煤粉發(fā)熱量、噸熟料煤成本、噸熟料石灰石成本、熟料綜合電耗以及月報審計。大區(qū)報表的主要功能是對大區(qū)范圍內(nèi)各廠的情況加以統(tǒng)計并對比，找到廠級之間的關聯(lián)和區(qū)別，有助于協(xié)同管理，共同提升管理水平。

4.3 基礎信息管理功能（圖6）

圖4 單廠生產(chǎn)月報表

圖5 大區(qū)生產(chǎn)月報表

基礎信息管理功能主要分為對工廠的管理以及對用戶的管理兩個方面。對工廠的管理，包括可以對工廠生產(chǎn)線分別設置班組成員、其他基本信息等功能。而用戶管理功能，包括可單獨賦予不同的用戶以不同權限，也可賦予整個用戶組不同的權限，方便批量操作。系統(tǒng)可創(chuàng)建不同的用戶角色及用戶。用戶數(shù)據(jù)包括：用戶個人信息、廠別、部門別、班別、角色、類型等信息。對于用戶密碼的管控，系統(tǒng)建立新用戶時設定初始密碼，用戶自定密碼由用戶第一次登陸系統(tǒng)后自行修改確認。

4.4 其他可擴展功能

目前集團級信息管理控制系統(tǒng)的功能針對的是生產(chǎn)管理方面。而系統(tǒng)的多元化接口以及模塊化設計模式，可以方便地接入其他系統(tǒng)或者是開發(fā)新的功能管理模塊，其中包括質(zhì)量管理系統(tǒng)、設備管理系統(tǒng)和能源管理系統(tǒng)。

（1）質(zhì)量管理系統(tǒng)

質(zhì)量管理系統(tǒng)的前端化驗儀器數(shù)據(jù)自動采集軟件，自動接收分析儀器最新化驗數(shù)據(jù)。采集的數(shù)據(jù)，經(jīng)規(guī)范化處理后，傳輸存儲到質(zhì)量信息管理系統(tǒng)服務器數(shù)據(jù)庫中。其他人工化驗數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)錄入，傳輸存儲到服務器數(shù)據(jù)庫中。質(zhì)量數(shù)據(jù)錄入存儲流程，完全按照設定的業(yè)務流程規(guī)范進行，對異常數(shù)據(jù)進行預警提示并發(fā)回重做，整個業(yè)務流程細節(jié)可追溯。系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計分析、圖形化展示功能、化驗人員績效考核、異常自動提醒并智能分析可能原因。在流程控制、質(zhì)量控制、統(tǒng)計分析、績效考核、智能輔助決策等方面，輔助質(zhì)量管理及生產(chǎn)管理者推進質(zhì)量管理精細化、智能化。

圖6 工廠基礎信息管理

（2）設備管理系統(tǒng)

設備管理系統(tǒng)以設備臺賬為基礎，以工單的提交、審批和執(zhí)行為主線，以提高維修效率、降低總體維護成本為目標，提供故障檢修、計劃維修、狀態(tài)檢修等維修保養(yǎng)模式，集成物資管理、預算管理、項目管理、財務管理等應用，實現(xiàn)對設備全生命周期管理，支持設備管理的持續(xù)優(yōu)化。

（3）能源管理系統(tǒng)

水泥生產(chǎn)能源管理系統(tǒng)，實時在線采集能源消耗數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)、電氣數(shù)據(jù)、品質(zhì)數(shù)據(jù)，實時計算監(jiān)測生產(chǎn)線、車間、班組及主要耗能設備的能耗數(shù)據(jù)及綜合能效水平，當能耗指標超限時自動發(fā)出報警信息。通過系統(tǒng)展現(xiàn)的實時和歷史能耗動態(tài)信息以及變化趨勢，深入分析研究，掌握能源使用過程中存在的不合理環(huán)節(jié)，為查找能耗偏高和異常情況提供靈活的分析和診斷工具。同時系統(tǒng)生成的各種能耗統(tǒng)計數(shù)據(jù)和管理報表，為實施能效對標、設備及人員績效考核提供科學依據(jù)，為生產(chǎn)管理運營精細化和生產(chǎn)運營調(diào)度提供有效決策輔助。在幫助用戶實現(xiàn)節(jié)能增效、降低成本的基礎上，有效提升企業(yè)能源管理水平和生產(chǎn)運營水平。

5 結(jié)語

集團級生產(chǎn)管控信息化平臺，是水泥智能生產(chǎn)的核心支撐系統(tǒng)，以工藝參數(shù)、物料消耗、能源消耗、質(zhì)量、設備運維、物流銷售等數(shù)據(jù)為基礎，構建多維度、精細化的水泥企業(yè)一體化管控平臺，可以集成生產(chǎn)管理、設備管理、能源管理、質(zhì)量管理等功能模塊，構建企業(yè)生產(chǎn)運營數(shù)據(jù)資源中心，優(yōu)化生產(chǎn)調(diào)度及運營決策。依托工業(yè)實時庫與關系庫的無縫融合，通過對企業(yè)生產(chǎn)過程中涉及到的海量工藝運行參數(shù)、設備運行數(shù)據(jù)、能源消耗數(shù)據(jù)以及眾多質(zhì)量相關化驗數(shù)據(jù)的多維度調(diào)用，實現(xiàn)多參數(shù)、多平臺技術的融合。借助直觀、簡潔的可視化展現(xiàn)，實現(xiàn)綜合查詢、多數(shù)據(jù)對比、直觀性分析，能有力地提升企業(yè)生產(chǎn)操控水平和企業(yè)生產(chǎn)效率。

生產(chǎn)管控信息化平臺在一定的深度和廣度上利用計算機技術、網(wǎng)絡技術和數(shù)據(jù)庫技術，控制和集成化管理企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動中的各種信息，實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)外部信息的共享和有效利用。企業(yè)依托此平臺，能做出有利于生產(chǎn)要素組合優(yōu)化的決策，合理配置企業(yè)資源，完善業(yè)務流程，控制生產(chǎn)成本，適應瞬息萬變的市場競爭環(huán)境，提高經(jīng)濟效益。