工業(yè)電子雷管全產(chǎn)業(yè)鏈大數(shù)據(jù)平臺(tái)的構(gòu)建策略

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

（保融盛維（沈陽(yáng)）科技有限公司，沈陽(yáng) 110000）

0 引言

在民用爆破器材中，工業(yè)電子雷管處在技術(shù)領(lǐng)先地位。在工業(yè)電子雷管出現(xiàn)之前，工程爆破所使用的雷管多為延時(shí)雷管，安全性較低。較之常規(guī)雷管，工業(yè)電子雷管是在原有雷管裝藥下，提高雷管延時(shí)精度、可靠性，使雷管延時(shí)精度達(dá)到1ms。因此，可以說(shuō)新型雷管更具精準(zhǔn)性和安全性，不僅易于應(yīng)用操作，而且性能更符合工程實(shí)際需求。

1 工業(yè)電子雷管產(chǎn)品特征

工業(yè)電子雷管是以微電子集成芯片為技術(shù)基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)通訊系統(tǒng)，通過(guò)控制裝置控制組件。其控制裝置分為信息接收裝置、存儲(chǔ)裝置等，同時(shí)負(fù)責(zé)指令執(zhí)行。在系統(tǒng)運(yùn)行中，控制裝置隨時(shí)監(jiān)測(cè)雷管狀態(tài)數(shù)據(jù)，進(jìn)行智能監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)爆破延期控制。抵達(dá)預(yù)期延期時(shí)間后，驅(qū)動(dòng)儲(chǔ)能裝置會(huì)進(jìn)行能量釋放，進(jìn)行點(diǎn)火引爆。工業(yè)電子雷管由點(diǎn)火元件、電子控制模塊、基礎(chǔ)雷管、腳部線材四部分組成；編程器、起爆器是組成引爆系統(tǒng)的核心。（圖1）調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，使用電子雷管后炸藥大塊率顯著降低，振動(dòng)影響控制良好，炸藥單耗量得以合理縮減。分析綜合應(yīng)用成本，電子雷管實(shí)際效益較好，并且具有顯著的安全性，比較符合使用者預(yù)期。在未來(lái)，工業(yè)電子雷管大范圍推廣幾乎是必然趨勢(shì)。

圖1 工業(yè)電子雷管主要構(gòu)成

2 工業(yè)電子雷管全產(chǎn)業(yè)鏈大數(shù)據(jù)平臺(tái)的構(gòu)建

2.1 工業(yè)電子雷管全產(chǎn)業(yè)鏈大數(shù)據(jù)平臺(tái)構(gòu)建的關(guān)鍵內(nèi)容

①底層基礎(chǔ)數(shù)據(jù)打通。圍繞工業(yè)電子雷管全生命周期全數(shù)據(jù)鏈，在芯片設(shè)計(jì)封裝、模組生產(chǎn)檢測(cè)、電子雷管生產(chǎn)檢測(cè)、爆破現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用四個(gè)環(huán)節(jié)，圍繞影響雷管產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行數(shù)據(jù)抓取，并將數(shù)據(jù)上傳至大數(shù)據(jù)平臺(tái)。②實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈大數(shù)據(jù)平臺(tái)。研究并構(gòu)建企業(yè)級(jí)基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建數(shù)碼雷管全產(chǎn)業(yè)鏈大數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)電子雷管設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、檢測(cè)、賦碼、追溯、現(xiàn)場(chǎng)爆破的全鏈大數(shù)據(jù)在線采集，助力數(shù)碼雷管產(chǎn)品質(zhì)量可靠性管控；設(shè)計(jì)工業(yè)電子雷管以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)質(zhì)量管理的模式，對(duì)質(zhì)量信息充分整合與集成，提升跨部門(mén)、跨企業(yè)、跨層級(jí)的質(zhì)量管理與安全生產(chǎn)管理聯(lián)動(dòng)聯(lián)控能力；同時(shí)使雷管生產(chǎn)企業(yè)具備快速感知、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、超前預(yù)警、聯(lián)動(dòng)處置、系統(tǒng)評(píng)估的產(chǎn)業(yè)管理能力。③產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)估與分析?；诠I(yè)電子雷管生產(chǎn)、檢驗(yàn)、運(yùn)輸、使用全鏈大數(shù)據(jù)，深度挖掘數(shù)據(jù)中的相關(guān)關(guān)系與機(jī)理因素，采用動(dòng)態(tài)Bayes、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、隨機(jī)分析、結(jié)構(gòu)分析、邏輯分析等方法，構(gòu)建質(zhì)量評(píng)估與預(yù)測(cè)模型、質(zhì)量問(wèn)題追溯與可靠性評(píng)價(jià)模型，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量及時(shí)監(jiān)控、評(píng)估、預(yù)警與問(wèn)題追溯。

2.2 工業(yè)電子雷管全產(chǎn)業(yè)鏈大數(shù)據(jù)平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)方案

基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代信息技術(shù)，以數(shù)碼雷管芯片為基礎(chǔ)、雷管生產(chǎn)環(huán)節(jié)為核心，建設(shè)數(shù)碼雷管全產(chǎn)業(yè)鏈大數(shù)據(jù)平臺(tái)，將數(shù)碼雷管生產(chǎn)、制造各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)和爆破應(yīng)用生態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行鏈接、打通、管理、利用，形成原材料-模組-雷管-爆破現(xiàn)場(chǎng)全產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)據(jù)采集平臺(tái)。向前追溯晶圓生產(chǎn)、芯片封測(cè)等供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)，向后及時(shí)獲取爆破現(xiàn)場(chǎng)信息，使雷管生產(chǎn)企業(yè)具備快速感知、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、超前預(yù)警、聯(lián)動(dòng)處置、系統(tǒng)評(píng)估的產(chǎn)業(yè)管理能力。

以芯片碼為核心實(shí)現(xiàn)電子雷管設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、檢測(cè)、賦碼、追溯、現(xiàn)場(chǎng)爆破的全鏈大數(shù)據(jù)在線采集，形成數(shù)據(jù)圖形化過(guò)程監(jiān)控，各監(jiān)管單位、生產(chǎn)使用單位按照權(quán)限級(jí)別共享數(shù)據(jù)，使產(chǎn)業(yè)鏈中物質(zhì)流、信息流形成閉環(huán)；基于平臺(tái)大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析，實(shí)現(xiàn)雷管生產(chǎn)和爆破現(xiàn)場(chǎng)使用的質(zhì)量管理、安全管理、應(yīng)急管理、社會(huì)治安管理，實(shí)現(xiàn)電子雷管產(chǎn)品生產(chǎn)信息、檢測(cè)信息和使用信息的全生命周期管理的智能存儲(chǔ)、在線查詢與售后追溯，實(shí)現(xiàn)制造數(shù)字化、透明化；助力數(shù)碼雷管全向管理及運(yùn)營(yíng)服務(wù)，提升移動(dòng)化、場(chǎng)景化、實(shí)時(shí)化的協(xié)同管理能力；研究設(shè)計(jì)工業(yè)電子雷管以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)質(zhì)量管理的模式，對(duì)質(zhì)量信息充分整合與集成，提升跨部門(mén)、跨企業(yè)、跨層級(jí)的質(zhì)量管理與安全生產(chǎn)管理聯(lián)動(dòng)聯(lián)控能力。工業(yè)電子雷管大數(shù)據(jù)平臺(tái)設(shè)計(jì)總體架構(gòu)如圖2所示。

圖2 工業(yè)電子雷管大數(shù)據(jù)平臺(tái)設(shè)計(jì)總體架構(gòu)

圖3 全鏈大數(shù)據(jù)處理與分析原理圖

2.3 工業(yè)電子雷管全產(chǎn)業(yè)鏈大數(shù)據(jù)平臺(tái)的具體構(gòu)建方案

2.3.1 全產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)鏈采集系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)資源采集以芯片ID為核心，鏈接芯片產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)、模組制造產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)、工業(yè)電子雷管產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)、爆破現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)數(shù)據(jù)等各端數(shù)據(jù)采集。

①芯片產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。晶圓與芯片數(shù)據(jù)采集包括晶圓生產(chǎn)、晶圓檢測(cè)、芯片封裝測(cè)試、芯片入廠檢測(cè)等數(shù)據(jù)采集。其中，芯片質(zhì)量檢測(cè)包含物理尺寸、電氣性能、芯片UID賦值等。根據(jù)用戶需求進(jìn)行硬件定制、軟件迭代，優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)系統(tǒng)解決方案，滿足工業(yè)電子雷管的全場(chǎng)景化應(yīng)用需求（小斷面、隧道、孔樁、基坑、礦山），適應(yīng)高海拔、高寒等嚴(yán)酷操作適用環(huán)境，完成核心芯片的優(yōu)化、升級(jí)和迭代。煤礦許用芯片就是一款適應(yīng)井下作業(yè)環(huán)境，并且符合煤礦許用標(biāo)準(zhǔn)的高端芯片。

②模組制造產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。模組端數(shù)據(jù)采集包括模組原材料數(shù)據(jù)采集、模組生產(chǎn)制造檢測(cè)數(shù)據(jù)采集。其中，電子模組檢測(cè)包含關(guān)鍵設(shè)備參數(shù)、生產(chǎn)工藝參數(shù)、產(chǎn)品性能參數(shù)、三碼綁定數(shù)據(jù)等60余項(xiàng)。

采用自動(dòng)化控制技術(shù)及智能圖像識(shí)別手段，生產(chǎn)過(guò)程中運(yùn)用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別、數(shù)據(jù)采集、信息集成等功能，大大提高生產(chǎn)的效率和自動(dòng)化程度，減少企業(yè)管理成本；建設(shè)電子雷管模組自動(dòng)化生產(chǎn)線及安全生產(chǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)管平臺(tái)，使其具有生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、環(huán)境數(shù)據(jù)采集、視頻監(jiān)控、在線檢測(cè)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)支撐等功能，實(shí)現(xiàn)民爆物品生產(chǎn)的智能化、可視化、網(wǎng)絡(luò)化和遠(yuǎn)程化。

③工業(yè)電子雷管制造產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。工業(yè)電子雷管生產(chǎn)與測(cè)試數(shù)據(jù)包括產(chǎn)品適配、質(zhì)量管控、雷管生產(chǎn)檢測(cè)等數(shù)據(jù)采集，具體為關(guān)鍵設(shè)備參數(shù)、生產(chǎn)工藝參數(shù)、產(chǎn)品性能參數(shù)、三碼綁定數(shù)據(jù)等采集。制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)，兼容多家芯片＆模組，建設(shè)電子雷管自動(dòng)化生產(chǎn)線及安全生產(chǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)管平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)以“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”為基礎(chǔ)的產(chǎn)線裝備互聯(lián)互通和中央管控，完成電子雷管生產(chǎn)過(guò)程中生產(chǎn)數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)等全數(shù)據(jù)在線采集；通過(guò)視頻監(jiān)控等方手段，打通電子雷管產(chǎn)線自動(dòng)控制設(shè)備，融合MES、ERP等信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)信息集成。

④爆破現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。爆破現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包含爆破數(shù)據(jù)的上傳及爆破設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的采集。通過(guò)爆破現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)視頻實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)管，爆破數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳，共享起爆器實(shí)時(shí)界面，語(yǔ)音指導(dǎo)爆工操作；支持遠(yuǎn)程系統(tǒng)操作，自動(dòng)生成報(bào)告指導(dǎo)廠商產(chǎn)品和流程優(yōu)化?；诒圃O(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的采集、整合，并將云計(jì)算、大數(shù)據(jù)技術(shù)融入傳統(tǒng)爆破設(shè)計(jì)軟件，提供方便、快捷的爆前設(shè)計(jì)，完成爆破現(xiàn)場(chǎng)的合理分工、協(xié)同工作、實(shí)時(shí)提醒。

在實(shí)現(xiàn)起爆設(shè)備通用化、一體化、便捷化、易監(jiān)管的同時(shí)，結(jié)合北斗技術(shù)、鴻蒙操作系統(tǒng)等，提升工程作業(yè)的管理水平和實(shí)施效率，完善工業(yè)電子雷管用戶側(cè)的使用效果。

2.3.2 云平臺(tái)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)集成通過(guò)智能設(shè)備拉取數(shù)據(jù)進(jìn)行在線數(shù)據(jù)采集，基于系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成之上，應(yīng)用云數(shù)據(jù)管理、關(guān)系型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與訪問(wèn)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)元數(shù)據(jù)預(yù)取及緩存替換，保證關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)集群共享存儲(chǔ)的一致性及其后續(xù)分析處理的便捷性。

2.3.3 全鏈大數(shù)據(jù)處理與分析①工業(yè)電子雷管全鏈大數(shù)據(jù)處理與分析。針對(duì)大數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測(cè)平臺(tái)所采集的電子雷管物料檢測(cè)、外觀檢測(cè)、半成品及成品檢測(cè)以及生產(chǎn)綜合分析等全產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)制造數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與整合，為后期質(zhì)量評(píng)估以及質(zhì)量問(wèn)題的快速追溯服務(wù)。首先對(duì)各類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)歸約和數(shù)據(jù)變換，保障數(shù)據(jù)的適用性和準(zhǔn)確性；然后通過(guò)隨機(jī)分析、隨機(jī)森林、數(shù)據(jù)離散化、聚類(lèi)等方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕稻S和增維，達(dá)到更加準(zhǔn)確的分析結(jié)果；對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合以及可視化分析、相關(guān)性分析，確定各類(lèi)指標(biāo)數(shù)據(jù)變化規(guī)律；最后建立異常處理庫(kù)，采取匹配處理方法，進(jìn)行異常分析。

②基于動(dòng)態(tài)Bayes的工業(yè)電子雷管質(zhì)量評(píng)估與預(yù)測(cè)。針對(duì)工業(yè)電子雷管生產(chǎn)全過(guò)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、全樣本半成品、成品檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，構(gòu)建質(zhì)量評(píng)估模型，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量狀態(tài)及時(shí)監(jiān)控、評(píng)估與提前預(yù)警。

根據(jù)生產(chǎn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)與半成品、成品檢驗(yàn)數(shù)據(jù)提取質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)，分析指標(biāo)與產(chǎn)品質(zhì)量相關(guān)性，定義工業(yè)電子雷管質(zhì)量穩(wěn)定性參數(shù)，建立質(zhì)量評(píng)估指標(biāo)體系。通過(guò)指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)建Bayes網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，基于產(chǎn)品生產(chǎn)、檢驗(yàn)歷史大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)，考慮初始網(wǎng)絡(luò)、轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)、時(shí)間序列關(guān)系建立動(dòng)態(tài)Bayes質(zhì)量評(píng)估與預(yù)測(cè)模型。采用動(dòng)態(tài)Bayes質(zhì)量模型評(píng)估并預(yù)測(cè)生產(chǎn)狀況，使用TOPSIS方法對(duì)網(wǎng)絡(luò)推理結(jié)果進(jìn)行轉(zhuǎn)化，依據(jù)評(píng)估結(jié)果對(duì)產(chǎn)線生產(chǎn)狀態(tài)給出評(píng)價(jià)或預(yù)警。

③工業(yè)電子雷管生產(chǎn)質(zhì)量分析及追溯。針對(duì)電子雷管全鏈數(shù)據(jù)平臺(tái)所采集的影響質(zhì)量的生產(chǎn)、裝配過(guò)程中的各類(lèi)數(shù)據(jù)，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行質(zhì)量問(wèn)題分析、追溯和預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)質(zhì)量控制。構(gòu)建電子雷管質(zhì)量標(biāo)簽體系，確定影響產(chǎn)品性能的指標(biāo)。根據(jù)電子雷管在不同檢測(cè)環(huán)節(jié)對(duì)質(zhì)量問(wèn)題記錄的方式不同，分別構(gòu)建基于語(yǔ)義描述及數(shù)據(jù)挖掘的產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題追溯模型。結(jié)合采集的產(chǎn)品不合格率、不合格類(lèi)型出現(xiàn)率等相關(guān)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)事前預(yù)警及質(zhì)量控制。

④不完全檢驗(yàn)條件下工業(yè)電子雷管質(zhì)量可靠性分析。針對(duì)研發(fā)階段或小批量試制階段新型號(hào)產(chǎn)品測(cè)試數(shù)據(jù)、檢驗(yàn)數(shù)據(jù)不完備，以及破壞性試驗(yàn)數(shù)據(jù)的不完整，開(kāi)展工業(yè)電子雷管質(zhì)量可靠性分析與評(píng)估。通過(guò)電子雷管及模組工作原理確定產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)與產(chǎn)品可靠性結(jié)構(gòu)框圖，根據(jù)工業(yè)電子雷管樣品狀態(tài)鑒定驗(yàn)收相關(guān)檢驗(yàn)及試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)產(chǎn)品任務(wù)可靠性相關(guān)因素分析。最后基于產(chǎn)品可靠性結(jié)構(gòu)與主要部件可靠度計(jì)算結(jié)果采用邏輯關(guān)系GO圖方法分析工業(yè)電子雷管模組可靠性。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，工業(yè)電子雷管是更具科學(xué)性和技術(shù)性的雷管類(lèi)型，安全性顯著提升。在工程爆破作業(yè)時(shí)通過(guò)構(gòu)建工業(yè)電子雷管全產(chǎn)業(yè)鏈大數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)電子雷管設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、檢測(cè)、賦碼、追溯、現(xiàn)場(chǎng)爆破的全鏈大數(shù)據(jù)在線采集，助力數(shù)碼雷管全向管理及運(yùn)營(yíng)服務(wù)；研究設(shè)計(jì)電子雷管以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)質(zhì)量管理的模式，對(duì)質(zhì)量信息充分整合與集成，提升跨部門(mén)、跨企業(yè)、跨層級(jí)的質(zhì)量管理與安全生產(chǎn)管理聯(lián)動(dòng)聯(lián)控能力。