某玄武岩矿山数字化云服务平台应用

周 权 初晓明 骆文武 张生祥

（浙江交投嵊兴矿业有限公司）

随着矿物资源的贫化和人力成本的不断上升，为提高生产效率降低运营成本，矿山骨料加工行业企业已经着手逐步向数字化转型［1-8］，浙江某玄武岩矿山以数字虚拟化技术、云服务、大数据等技术作为技术支撑，完成企业数字化云平台的建设，并定制生产调度管理、设备管理、安全管理等云服务应用，以期帮助企业完成数字化转型，并为企业带来可观的效益回报，对矿山智能化建设具备借鉴意义。

1 企业云平台搭建

早期的企业软件平台及数据中心均采用托管型服务，即服务器、网络、存储等设备均由各不同系统厂家提供，导致硬件投入量、维护量大，设备利用率不足等情况发生。该矿业公司数据中心采用一整套虚拟化解决方案搭建企业软件云平台，将智能矿山建设过程中的应用服务部署到虚拟化的高性能物理服务器上，达到高可靠度和自动化运维的目标，为骨料生产加工和企业管理提供可视化分析决策支撑平台。

1.1 云平台逻辑架构

建设的云平台由虚拟基础架构层、集成开发平台和系统应用3层架构组成，平台构筑建设虚拟计算资源池、虚拟存储资源池、虚拟网络资源池、虚拟安全资源池，完成各类资源的池化管理，有效提升数据及资源利用率，对平台内数据及资源进行资源共享管理，逻辑架构如图1所示。

1.2 云平台虚拟化技术

云平台数据中心采用虚拟化设计，应用云操作系统完成虚拟化数据管理，以提高企业数据中心管理效率和系统安全，实现计算、存储、网络、安全设备虚拟化、池化管理和使用。云平台采用虚拟化网络设计，数据中心组网方案采用扁平化的二层网络架构，相对传统数据中心网络结构更加简化、安全和高效，整体网络划分为接入汇聚层、核心层，核心交换机承担着核心层和汇聚层的双重任务，以提高资源利用率。

2 矿山云服务应用

传统的矿山管理，大都由不同厂家提供多套软件完成各自管理任务，造成了功能重复、数据互通性差、管理协同能力不足等问题。在企业云平台基础上，采用易购工厂（eGoPlant）集成开发平台，结合虚拟数据中心快速完成各子系统的功能建模和定向功能开发，为企业定制应用层云服务，实现与其他企业厂商的系统无缝集成，云服务应用包含7个核心服务应用，分别为生产管理应用、设备管理应用、安全监管应用、能源管控应用、质量管理应用、生产监视应用、智能决策应用。

2.1 生产管理应用

生产管理应用为调度部门提供数据采集、工作记录、事务管理、报表管理等功能，帮助调度人员自动采集现场生产指标数据、汇总调度指令、编制调度日报，提高调度人员对现场生产信息的掌握能力、调度信息共享性。其核心功能：

（1）生产计划管理。为生产计划的制定、分解、执行跟踪、调整、考核等工作提供管理工具，代替现有的人工记录、传递计划数据的方式，在保证数据准确性的前提下提高人员的工作效率。

（2）生产执行跟踪。将生产中的计划执行跟踪结果显示给调度人员，将计划与实际的完成比例、超前值等统计结果以柱状图、表格、曲线等形式展现给调度人员，及时发现问题逐级上报。

（3）作业数据汇总。将生产数据根据总调的需求进行汇总，通过参照方式直接获取生产数据，无需人工录入，保证了数据的唯一性。

（4）生产调度看板。通过对采矿作业数据的采集和自身发生调度数据的汇总，形成公司调度报表，包括公司生产报表、设备作业率报表、计量统计表等，及时反映公司整体的生产运营状况。

2.2 设备管理应用

设备管理应用以优化企业设备维护资源为目标，实现设备的全生命周期管理。通过积极主动的预防性维护，基于监测模型和监测数据预判设备是否运行在最佳状态，保证设备资产处于高可用性状态，提高设备利用效率，设备管理应用功能如图2 所示，其核心功能：

（1）设备基础管理包括设备名称、编码编号、位置结构、供应商、生产日历等内容。

（2）设备运行管理结合了设备动态实时运行信息，记录各个设备开机、停机、故障、事故等过程数据。

（3）设备维修管理分为计划性维修和非计划性维修两大类，计划性维修工作是以标准为基准，以一定周期进行循环执行的设备相关管理；非计划性维修是故障发生后进行的维修工作。

（4）备品备件管理包含备件采购管理、备件库存管理、备件回收交旧管理、备件消耗跟踪以及维修费用管理等。

（5）KPI 报表统计分析根据设备管理的不同维度，设置不同类型的KPI 指标分析报表和分析结果，为设备管理者提供设备建设投资依据。

2.3 安全监管应用

安全监控管理应用通过对风险分级管控、隐患排查治理管理要求的数据整合，辅助管理者推进双重预防性工作机制在矿山落地生根（图3），其核心功能：

（1）安全风险管控工作由矿长全面负责，矿长通过该应用，每月对重大安全风险管控措施落实情况和管控效果进行一次检查分析、核实，分管负责人每旬组织对分管范围内月度安全风险管控重点实施情况进行一次检查分析。

（2）矿山安全隐患排查采用闭环管理模式，安全监管应用能够实现全过程记录隐患信息，并完成基于大数据的隐患分析，形成安全隐患企业自查—上报—管理监督—企业整改—整改效果评价和反馈完整的闭环管理。

（3）管理信息标准化依据国家安监总局规定，结合企业现场管理的具体办法，通过建立动态标准库，实现对各类矿山安全生产标准化的网络化、信息化管理，通过安全生产标准化管理信息系统的建设，改善矿山安全生产基本条件，切实保障矿山职工的生命安全和健康。

（4）应急救援指挥建立应急救援数据库，实现应急预案、资源保障、应急演练、应急指挥的信息化管理，提高应急响应和处置能力。

2.4 能源管控应用

能源管控应用帮助企业实现能源调度的扁平化在线管理，优化管理流程，实现生产过程局部节能，有效地减少能源浪费，提高能源利用率，为企业的工艺优化改造行为提供数据支撑，能源管控应用功能结构如图4所示，该应用主要功能：

（1）数据采集采用OPC 协议，基于SOAP 协议的数据服务总线，将矿区实时监控系统采集变电站及关键线路点位的电量数据，形成能源档案，方便显示和分析能源数据。

（2）能源档案管理系统支持对计量仪表信息设置和管理归档，包括设备基本信息、部门信息、采集频率、表底维护，仪表更换维护等。

（3）能源计划与实绩管理通过采集能源信息，存入虚拟数据中心进行汇总分析，根据历史能源消耗数据及与产能的关系，结合下一年度或季度生产计划，为下一阶段的能源计划制定提供数据支撑，减少能源消耗。

（4）平衡分析包括结算量、产量平衡分析与生产量、生产平衡分析，能源平衡分析以全矿或部门为平衡范围，反映各种能源的来踪去迹及各种能源的消费构成、加工转换的投入和产出，体现出能量的平衡关系。

2.5 质量管理应用

产品检验和在线质量检测数据分析是评估矿山生产情况、指导矿山生产的重要依据，质量管理应用能够实现质检化验及检斤计量数据的在线采集、存储和共享，为上层业务系统提供可靠的数据源，主要功能：

（1）质量过程管理实时采集粒度仪等在线检测仪表的实时数据，在系统中实时展现各工艺点的质量检测数据，通过曲线图可视化手段反映工艺质量变化情况，帮助管理人员掌握生产情况，调整工艺参数，稳定生产。

（2）质量预警实时监测在线质量检测数据，并与工艺标准对比，对数据超标和异常趋势进行及时预警。

（3）质量检验管理通过质量检验数据的自动采集及在线传递实现数据不落地，并以此数据作为基础提供数据分析功能，管理人员通过质量分析工具进行质量数据相关性分析，找到质量问题的根源，质量检验管理流程如图5所示。

2.6 生产监视应用

该应用为调度中心、企业管理者在办公室能实时了解不同控制系统和企业生产现场的实际情况，生产监视应用功能如图6所示，应用监视范围涵盖了生产、设备、安全、质量、能源等各方面的重要信息，帮助生产管理者全面掌握生产情况，主要功能：

（1）工艺流程监视结合矿山企业生产运行流程，建立远程关键工艺流程监视画面，实时在线监测重要生产过程数据，应用以系统流程图（设备形象联系图）的方式实时监测生产线参数，直观形象表达现场生产过程。

（2）设备和工艺参数监视采集来自生产现场各类检测仪表的数据，在工艺监控画面上实时显示工艺参数变化情况，保障与现场即时检测结果同步。

（3）生产综合监控预警通过图、表等形式显示工艺参数和标准数据之间的实时差异，对生产过程中重要的工艺监测值设置预警阈值，当监测值超过预警阈值时，会预警提醒。

2.7 智能决策应用

智能决策应用依托企业云平台，借助大数据与商业智能分析技术，以取得最佳经营效益为目标，对该矿山生产经营过程中的数据进行深入分析，运用数据联机分析处理（OLAP）提炼出对指导生产管理和经营决策有帮助的信息，辅助管理者制定生产经营决策（图7），其主要功能：

（1）管理者驾驶舱按高层管理人员的不同需求，从矿山数字化云平台中抽取数据，定制化信息窗口，使受关心的数据能方便呈现在个人办公窗口中，提高决策效率。

（2）信息挖掘和数据预警通过数据挖掘技术分析虚拟数据中心的海量数据，挖掘出客观的异常预警信息，并用于危机预警，建立科学合理的数据模型，通过对来自生产现场和生产经验管理业务过程中海量数据的挖掘处理，对数据异常变化和偏差进行分析，进而对各类异常信息进行发现、分析、识别、评估和预警。

（3）生产指标统计分析通过对生产过程的各项指标数据进行整理、分析，结合各项绩效指标，给出生产考核的结果，通过不断的对标和动态考核，帮助管理者实现生产工艺及管理模式的优化，最终达到提质增效的结果。

（4）生产成本统计分析通过精确地统计水、电、油等能源和物资消耗数据，结合财务经费，统计分析企业生产经营成本，帮助企业管理者掌控生产经营成本构成，分析确定降低成本的有效途径，实现降本增效。

3 应用效果

浙江某玄武岩矿山数字化云平台经过3 个生产季度系统应用，为企业在节能降耗、管理效益提升、产能提升等各方面发挥了积极的推动作用。在企业信息化建设投入方面，云服务软件直接部署在自身管理的虚拟机上，每个管理模块无需独立占用物理服务器，物理资源开支方面节省了40%以上；扁平化二层架构降低了网络复杂度简化了网络拓扑，大批量减少了网络设备使用，设备运维成本投入也大大降低；在保产能提升管理效能方面，在满足企业达产400 t/h生产能力的同时，软件服务平台结合智能控制系统，实现了破碎筛分系统固定岗位无人值守，为企业减少固定岗位工人45 人，每年可为企业带来可观的经济效益和社会效益。

4 结语

浙江某玄武岩矿山数字化云服务平台的应用，推动企业完成了数字化转型，帮助企业构建集生产数字化、管理可视化、全要素协同化、决策智能化、产业绿色化为一体的信息化云服务，完全实现了矿山全层开采和废物再利用，从根本上提高资源利用率、从源头上保护了生态环境，取得了较好的资源、环境和安全等社会效益，助力企业打造成浙东区域玄武岩砂石骨料第一品牌；同时数字化云服务平台的成功应用，也为矿山行业推进智能矿山建设，实现矿山开发与运行的可持续发展，提供一条践行之路。