李宏超,劉 永,王宇江,白云升
(中煤平朔集團(tuán)有限公司信息中心,山西 朔州 036006)
根據(jù)國(guó)家能源局等部委對(duì)智能化煤礦建設(shè)指南中指出,露天生產(chǎn)煤礦智能化的建設(shè)目標(biāo)要重點(diǎn)提升露天礦內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心、感知系統(tǒng)的建設(shè)工作,重點(diǎn)建設(shè)可以遠(yuǎn)程操控的系統(tǒng)、無(wú)人駕駛的系統(tǒng)、遠(yuǎn)程運(yùn)維的系統(tǒng)等,實(shí)現(xiàn)開(kāi)采環(huán)境的數(shù)字化、采掘裝備的智能化、生產(chǎn)過(guò)程的遙控化、信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)化和經(jīng)營(yíng)管理的信息化。
露天礦開(kāi)采相較于井工開(kāi)采空間更加開(kāi)放,是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng),它包含人機(jī)要素、環(huán)境要素、管理要素等多種要素。平朔集團(tuán)東露天礦作為平朔集團(tuán)下屬的特大型露天礦,隨著智能化的發(fā)展,正在把以往以人為經(jīng)驗(yàn)控制的操作思想轉(zhuǎn)往以智能化代替經(jīng)驗(yàn)的操控思想,利用云服務(wù)能力,并融合自動(dòng)化、信息化系統(tǒng)體系,通過(guò)智能化的基礎(chǔ)支撐架構(gòu),構(gòu)建一個(gè)全新的智能化的煤礦業(yè)務(wù)承載平臺(tái),向?qū)崿F(xiàn)智慧礦山建設(shè)的總體目標(biāo)邁進(jìn)一步。
要想將一個(gè)露天礦實(shí)現(xiàn)智能化、智慧化管控能力前,首先想到的就是要構(gòu)建一個(gè)優(yōu)秀的基礎(chǔ)智能化支撐平臺(tái),智能露天煤礦的內(nèi)涵就在于針對(duì)整個(gè)開(kāi)采過(guò)程中“人員、機(jī)器、環(huán)境、管理”構(gòu)成的一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng),需要利用先進(jìn)的傳感技術(shù)、信息技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù),使系統(tǒng)具備相對(duì)應(yīng)的“狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、科學(xué)決策、精準(zhǔn)執(zhí)行”[8]的應(yīng)用能力,而這些應(yīng)用能力是要承載在一個(gè)基礎(chǔ)智能化的支撐平臺(tái)上,同時(shí)由此平臺(tái)提供云化服務(wù)的保障。
基于以上認(rèn)識(shí),智能化露天煤礦規(guī)劃建設(shè)可分為5 個(gè)大方面來(lái)分別建設(shè)系統(tǒng):設(shè)備及工藝智能化的系統(tǒng)、生產(chǎn)計(jì)劃與工程管理智能化的系統(tǒng)、透明地質(zhì)智能化的系統(tǒng)、綜合管理智能化的系統(tǒng)、基礎(chǔ)支撐智能化的系統(tǒng)。那么要支撐起如此龐大的智能化露天礦山,就一定要搭建一些基礎(chǔ)平臺(tái):網(wǎng)絡(luò)及通信平臺(tái)、大數(shù)據(jù)應(yīng)用云平臺(tái)、物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)[1]。
未來(lái)建設(shè)一個(gè)融合智能化生產(chǎn)、安全保障、經(jīng)營(yíng)管理等多系統(tǒng)、多功能融合的一體化平臺(tái)將成為露天煤礦智能化建設(shè)發(fā)展的主要方向,而所有保障露天礦生產(chǎn)、安全的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)都應(yīng)搭建在一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)上,將這個(gè)平臺(tái)定義為基礎(chǔ)支撐智能化應(yīng)用平臺(tái),通過(guò)基礎(chǔ)支撐智能化應(yīng)用平臺(tái)的搭建,需要將以大數(shù)據(jù)、數(shù)字化、智能化為基礎(chǔ)的融合多種功能的平臺(tái)滲透到在“人員、機(jī)器、環(huán)境、管理”各主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)中,創(chuàng)造一個(gè)全新的露天礦智能化管理模式,基座平臺(tái)應(yīng)提供靈活的應(yīng)用策略配置功能,服務(wù)器資源池優(yōu)化功能,滿(mǎn)足高并發(fā)、高吞量的訪問(wèn)需求。超融合架構(gòu)很好的滿(mǎn)足了以上各種需要,它融合了大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)、云計(jì)算技術(shù)、各種安全保障服務(wù)。
在平朔集團(tuán)東露天礦智能化建設(shè)時(shí)需要重點(diǎn)解決以下2 大問(wèn)題。
1)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面。①實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能擴(kuò)展性:露天礦區(qū)隨著智能化的不斷發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)內(nèi)有著各種各樣不同種類(lèi)的應(yīng)用,超大帶寬與超低時(shí)延的礦區(qū)網(wǎng)絡(luò)將成為標(biāo)配,同時(shí)還應(yīng)當(dāng)充分考慮未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性能,以滿(mǎn)足不斷增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)接入需求,如何將網(wǎng)絡(luò)性能在“無(wú)感知狀態(tài)”下逐步提升成為建設(shè)的一個(gè)難點(diǎn);②提升運(yùn)維管理的便捷性:隨著網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的逐步增多,網(wǎng)絡(luò)的靈活性、安全性、易維護(hù)性都將直接影響業(yè)務(wù)的使用效率,隨著轉(zhuǎn)控分離技術(shù)的逐步成熟,網(wǎng)絡(luò)更加趨向于集中的控制、集中的管理、集中的策略分發(fā),如何通過(guò)一個(gè)統(tǒng)一的基礎(chǔ)支撐智能化應(yīng)用平臺(tái),實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的實(shí)時(shí)偵查與網(wǎng)絡(luò)權(quán)限的集中下發(fā)成為又一大難點(diǎn);③重視網(wǎng)絡(luò)中的安全性:近年來(lái),勒索病毒事件頻發(fā),以往的網(wǎng)絡(luò)安全建設(shè),管理人員更加注重的是露天礦網(wǎng)絡(luò)出口區(qū)域的安全防護(hù),內(nèi)網(wǎng)缺乏有效的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別系統(tǒng)及風(fēng)險(xiǎn)阻隔機(jī)制?,F(xiàn)如今的網(wǎng)絡(luò)安全形式,管理人員不僅要關(guān)注出口區(qū)域,更應(yīng)該加強(qiáng)數(shù)據(jù)安全建設(shè),將數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)過(guò)程中所有環(huán)節(jié)進(jìn)行相應(yīng)的安全防護(hù),防止數(shù)據(jù)泄密,對(duì)于管理、生產(chǎn)內(nèi)網(wǎng)安全防護(hù)體系的建設(shè)同樣重要,合理的規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)安全區(qū)域,增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)邊界的安全防護(hù)、綜合審計(jì)、漏洞掃描、主機(jī)安全防護(hù)、主機(jī)加固、WEB 防護(hù)、身份認(rèn)證等安全技術(shù)措施都應(yīng)該作為管理人員關(guān)注的重點(diǎn),如何通過(guò)一個(gè)統(tǒng)一的基礎(chǔ)支撐智能化應(yīng)用平臺(tái),實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全的防護(hù)能力,成為網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的研究方向。
2)基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè)方面。①可靠性要保障:露天礦各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)能否連續(xù)運(yùn)行直接關(guān)系到煤礦正常生產(chǎn)業(yè)務(wù)的開(kāi)展,管理人員需要方方面面考慮到煤礦業(yè)務(wù)系統(tǒng)的連續(xù)服務(wù)能力,因此基礎(chǔ)支撐智能化應(yīng)用平臺(tái)底層的架構(gòu)必須保證十分高的可靠性,這就需要平臺(tái)不僅要在硬件故障時(shí)可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)自動(dòng)切換,同時(shí)還應(yīng)該在邏輯故障例如勒索病毒、刪庫(kù)等事件發(fā)生時(shí),保障應(yīng)用和數(shù)據(jù)的可恢復(fù)性;②業(yè)務(wù)性能要保障:煤礦生產(chǎn)管理、操作人員使用業(yè)務(wù)系統(tǒng)時(shí)候,除了要保障系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性以外,使用體驗(yàn)一定要流暢,如何保障業(yè)務(wù)使用的流程性呢?基礎(chǔ)平臺(tái)的快速實(shí)時(shí)的響應(yīng)變得尤為重要,因此在基礎(chǔ)平臺(tái)的建設(shè)過(guò)程中,一定要考慮到平臺(tái)運(yùn)行能力,滿(mǎn)足生產(chǎn)業(yè)務(wù)流暢使用的需求,而且隨著5G 等先進(jìn)技術(shù)的在露天礦生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用,未來(lái)的各種生產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)于業(yè)務(wù)處理速度的需求更是快速增長(zhǎng)的,所以基礎(chǔ)智能化平臺(tái)的建設(shè)不僅僅需要滿(mǎn)足現(xiàn)有的業(yè)務(wù)系統(tǒng),還要可以支撐長(zhǎng)期的性能發(fā)展,實(shí)現(xiàn)性能的可擴(kuò)展;③擴(kuò)展能力要保障:露天礦山的智能化正在迅猛的發(fā)展,業(yè)務(wù)系統(tǒng)不斷的升級(jí)改造,同生產(chǎn)開(kāi)采相關(guān)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)變化極其快速,要保障業(yè)務(wù)系統(tǒng)在產(chǎn)生更高的性能、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量需求時(shí)候,不需要重新立項(xiàng)、重新設(shè)計(jì)方案?;A(chǔ)支撐智能化應(yīng)用平臺(tái)需要一個(gè)可以提供平滑擴(kuò)展能力的基礎(chǔ)架構(gòu),將業(yè)務(wù)系統(tǒng)的計(jì)算資源、內(nèi)存、存儲(chǔ)空間等可以按需擴(kuò)展,通過(guò)增加基礎(chǔ)支撐智能化應(yīng)用平臺(tái)相應(yīng)的基礎(chǔ)模塊,就可以做到業(yè)務(wù)系統(tǒng)在線的線性擴(kuò)展能力。
1)技術(shù)路線及發(fā)展趨勢(shì)。隨著云技術(shù)的不斷發(fā)展、成熟,云計(jì)算等技術(shù)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段,大多煤礦企業(yè)將摒棄傳統(tǒng)IT 架構(gòu),逐步轉(zhuǎn)向云架構(gòu)?,F(xiàn)階段的煤礦企業(yè)實(shí)踐中,暴露出了一系列問(wèn)題,包括數(shù)據(jù)安全、數(shù)據(jù)遷移等等眾多方面,因此,在平朔集團(tuán)東露天礦基礎(chǔ)支撐智能化應(yīng)用平臺(tái)有2 個(gè)方面是必須要考慮的,一是實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化來(lái)徹底解決數(shù)據(jù)安全性的顧慮,二是通過(guò)統(tǒng)一的平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)煤礦企業(yè)在不同硬件資源的環(huán)境下,實(shí)現(xiàn)融合兼容不同設(shè)備的架構(gòu)模式。
2)新技術(shù)架構(gòu)挑戰(zhàn)。在構(gòu)建智能化煤炭生產(chǎn)建設(shè)的大背景下,平朔集團(tuán)東露天礦同樣面臨新的業(yè)務(wù)挑戰(zhàn),就是如何將之前傳統(tǒng)IT 架構(gòu)過(guò)渡到擁有多類(lèi)型應(yīng)用承載的云架構(gòu)服務(wù)體系上。目前,平朔集團(tuán)東露天礦區(qū)業(yè)務(wù)應(yīng)用因?yàn)閭鹘y(tǒng)IT 技術(shù)架構(gòu)、生產(chǎn)業(yè)務(wù)需求特性等原因,已經(jīng)形成了運(yùn)轉(zhuǎn)特性差異極大的應(yīng)用系統(tǒng),那么如何保障可以支撐不同運(yùn)轉(zhuǎn)特性的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性成為基礎(chǔ)支撐智能化應(yīng)用平臺(tái)建設(shè)中要解決的問(wèn)題。
3)多類(lèi)型應(yīng)用承載挑戰(zhàn)。露天礦業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)一般包含如多種場(chǎng)景類(lèi)型,其主要類(lèi)型總結(jié)如下:算力密集型,多是基于視頻監(jiān)控類(lèi)的AI 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別,要求邊緣側(cè)具備數(shù)據(jù)算力能力及海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)能力;容量密集型,多是基于設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控的數(shù)據(jù),該類(lèi)型業(yè)務(wù)場(chǎng)景需要全量數(shù)據(jù)的采集與存儲(chǔ)、傳輸及轉(zhuǎn)換,多以分布式架構(gòu)為主;GPU 特性承載,業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用GIS 渲染,該類(lèi)型業(yè)務(wù)場(chǎng)景對(duì)承載能力中的GPU 要求極高;SCADA 體系,該應(yīng)用體系所屬是基于PLC 及單片機(jī)架構(gòu)的自動(dòng)化控制類(lèi)系統(tǒng),是礦區(qū)的核心應(yīng)用,場(chǎng)景特點(diǎn)是不間斷運(yùn)轉(zhuǎn),對(duì)中心側(cè)能力依賴(lài)較低;最后一類(lèi)是純管理軟件體系,該類(lèi)應(yīng)用具有不定時(shí)性的高并發(fā)量及吞吐量要求,對(duì)于基礎(chǔ)平臺(tái)要求具備靈活的資源配置能力。露天礦業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)主要類(lèi)型如圖1。
圖1 露天礦業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)主要類(lèi)型
平朔集團(tuán)東露天礦針對(duì)礦區(qū)現(xiàn)狀通過(guò)招標(biāo)方式構(gòu)建了以超融合體系數(shù)據(jù)中心及應(yīng)用支撐架構(gòu)為基礎(chǔ)的基礎(chǔ)支撐智能化應(yīng)用平臺(tái)[2-9]。
超融合體系數(shù)據(jù)中心及應(yīng)用支撐架構(gòu)具備云主機(jī)計(jì)算服務(wù)、云存儲(chǔ)服務(wù)、鏡像管理等服務(wù)功能,業(yè)務(wù)管理人員可以通過(guò)云管理平臺(tái)快速的構(gòu)建自己需求的業(yè)務(wù)?;诔诤象w系數(shù)據(jù)中心及應(yīng)用支撐架構(gòu)可以對(duì)包括X86、ARM、VMware 等不同類(lèi)型構(gòu)建的資源池,同時(shí)對(duì)資源具備統(tǒng)一的管理能力,解決了早期煤礦企業(yè)對(duì)信息化建設(shè)采用傳統(tǒng)的IT 架構(gòu),造成的大量服務(wù)器資源浪費(fèi)問(wèn)題。
1)云主機(jī)計(jì)算。超融合體系數(shù)據(jù)中心及應(yīng)用支撐架構(gòu)中的云主機(jī)計(jì)算服務(wù)通過(guò)基于超融合基礎(chǔ)設(shè)施、底層的計(jì)算虛擬化技術(shù),向管理人員提供便捷的向?qū)降牟渴穑瑢?shí)現(xiàn)對(duì)鏡像選擇、資源池定義、云存儲(chǔ)添加、網(wǎng)絡(luò)設(shè)置等多種業(yè)務(wù)操作,極大地提高了運(yùn)維管理人員的運(yùn)維便捷性。同時(shí),當(dāng)運(yùn)行在平臺(tái)中的主機(jī)數(shù)規(guī)模較大時(shí),管理人員可對(duì)其進(jìn)行分組管理,并滿(mǎn)足跨資源池分組。
2)云存儲(chǔ)。超融合體系數(shù)據(jù)中心及應(yīng)用支撐架構(gòu)中的云存儲(chǔ)服務(wù)是通過(guò)基于超融合基礎(chǔ)設(shè)施、底層的存儲(chǔ)能力,實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)底層多副本、條帶化等功能,保障了業(yè)務(wù)系統(tǒng)的高可靠性。超融合體系數(shù)據(jù)中心及應(yīng)用支撐架構(gòu)內(nèi)置高性能存儲(chǔ)、容量型存儲(chǔ)、性能型存儲(chǔ)等多種類(lèi)型的存儲(chǔ),滿(mǎn)足管理人員各種各樣存儲(chǔ)標(biāo)簽需求。
3)鏡像管理。超融合體系數(shù)據(jù)中心及應(yīng)用支撐架構(gòu)中的鏡像服務(wù)可提供簡(jiǎn)單方便的鏡像管理功能,管理人員可以靈活便捷的使用公有鏡像和私有鏡像來(lái)申請(qǐng)?jiān)浦鳈C(jī)。同時(shí),通過(guò)云主機(jī)或者外部鏡像文件來(lái)創(chuàng)建私有鏡像或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備鏡像。
超融合體系數(shù)據(jù)中心及應(yīng)用支撐架構(gòu)支持安全虛擬化,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化將原來(lái)的網(wǎng)絡(luò)安全硬件設(shè)備的硬件和軟件分離開(kāi),使硬件網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備功能利用虛擬化軟件的方式實(shí)現(xiàn),虛擬化組件融合在超融合體系數(shù)據(jù)中心及應(yīng)用支撐架構(gòu)中,通過(guò)這種方式,充分利用了基礎(chǔ)支撐智能化應(yīng)用平臺(tái)的硬件資源,降低傳統(tǒng)IT 架構(gòu)中硬件網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備的昂貴費(fèi)用、極大的減少了運(yùn)維人員的人力成本,快速部署、彈性伸縮、分布式的高可靠、故障自愈等特性也為企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)需求帶來(lái)極大的滿(mǎn)足度。
超融合體系數(shù)據(jù)中心及應(yīng)用支撐架構(gòu)具備按需自動(dòng)調(diào)整主機(jī)規(guī)模的服務(wù),為滿(mǎn)足管理、使用人員各種業(yè)務(wù)需求、保證較高質(zhì)量的服務(wù)、降低服務(wù)成本,超融合架構(gòu)的彈性伸縮功能就顯得尤為重要,它能有效地應(yīng)對(duì)各種業(yè)務(wù)系統(tǒng)出現(xiàn)的劇烈波動(dòng)情形,在業(yè)務(wù)負(fù)載達(dá)到較高的使用需求時(shí)候擴(kuò)大部署規(guī)模,保證業(yè)務(wù)系統(tǒng)服務(wù)的正常運(yùn)行,在業(yè)務(wù)系統(tǒng)需求低谷期時(shí)縮減部署規(guī)模,避免平臺(tái)性能及資源的浪費(fèi)。
超融合體系數(shù)據(jù)中心及應(yīng)用支撐架構(gòu)的管理平臺(tái)提供全方位、立體化的安全運(yùn)行監(jiān)控功能,運(yùn)維人員可以對(duì)平臺(tái)中一切的資源使用情況、告警信息、運(yùn)行性能和剩余容量等進(jìn)行監(jiān)控,實(shí)時(shí)了解超融合一體機(jī)、虛擬化主機(jī)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)和虛擬化網(wǎng)絡(luò)接口的健康狀態(tài)。幫助管理人員降低IT 成本,提升運(yùn)維效率。
煤礦生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要,超融合體系數(shù)據(jù)中心及應(yīng)用支撐架構(gòu)可以建立“本地備份-異地容災(zāi)”的備份方案,當(dāng)運(yùn)行在主站點(diǎn)云主機(jī)出現(xiàn)系統(tǒng)故障或業(yè)務(wù)丟失時(shí),平臺(tái)可以快速優(yōu)先選擇從本地備份數(shù)據(jù)中恢復(fù)整臺(tái)云主機(jī)及系統(tǒng)業(yè)務(wù),或者在異地備份站點(diǎn)拉起已經(jīng)備份的云主機(jī)進(jìn)行云主機(jī)及系統(tǒng)業(yè)務(wù)恢復(fù),后將業(yè)務(wù)回遷到主站點(diǎn),實(shí)現(xiàn)異地的容災(zāi)功能。超融合備份方案如圖2。
圖2 超融合備份方案
通過(guò)基于超融合體系數(shù)據(jù)中心及應(yīng)用支撐架構(gòu)的基礎(chǔ)支撐智能化應(yīng)用平臺(tái)構(gòu)建,可以實(shí)現(xiàn)礦區(qū)業(yè)務(wù)應(yīng)用承載、網(wǎng)絡(luò)安全體系建立及智能化改造的要素指標(biāo),讓管理人員簡(jiǎn)化日常工作內(nèi)容,提高效能。
1)提升組織的運(yùn)營(yíng)效率。通過(guò)基于超融合體系數(shù)據(jù)中心及應(yīng)用支撐架構(gòu)的基礎(chǔ)支撐智能化應(yīng)用平臺(tái)建設(shè),實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)原有業(yè)務(wù)架構(gòu)遷移、優(yōu)化了運(yùn)行能效。另一方面,通過(guò)基礎(chǔ)架構(gòu)的建設(shè),強(qiáng)化露天開(kāi)采智能化管控手段,提高人員安全管控能力。
2)提升對(duì)礦山安全的監(jiān)管能力。在平臺(tái)的支撐下,礦區(qū)監(jiān)管組織能夠隨時(shí)看到各項(xiàng)生產(chǎn)安全系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)時(shí)信息,并可通過(guò)對(duì)信息的監(jiān)控、整理與挖掘,為企業(yè)安全生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)提供決策支持,尤其是可對(duì)未知的因素提供準(zhǔn)確判斷依據(jù),可視化的聯(lián)動(dòng)操作場(chǎng)景,從而提高決策的科學(xué)性;也能通過(guò)平臺(tái)數(shù)據(jù)分析,優(yōu)化礦山安全監(jiān)控系統(tǒng)各項(xiàng)監(jiān)控指標(biāo),對(duì)礦山安全事件有效的進(jìn)行預(yù)警與必要管控。