馮蘭洲 ，李志丹，殷 杰 ，張曉麗

1 引言

目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有形成一個(gè)被廣泛認(rèn)可的水泥行業(yè)集團(tuán)級(jí)信息管理控制系統(tǒng)。國(guó)外水泥設(shè)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(gè)系統(tǒng)幾乎都是獨(dú)立的，無(wú)法在統(tǒng)一的平臺(tái)上共享數(shù)據(jù)，也未形成管控一體化的體系，只是對(duì)一部分能源管理和設(shè)備巡檢、運(yùn)維管理進(jìn)行了初步的統(tǒng)計(jì)。在國(guó)內(nèi)，中材邦業(yè)公司已經(jīng)為南方水泥集團(tuán)有限公司建立了一套集團(tuán)級(jí)水泥生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)，將生產(chǎn)監(jiān)控、停機(jī)維護(hù)、熟料生產(chǎn)計(jì)劃、庫(kù)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(tái)。搭建水泥集團(tuán)級(jí)管理控制系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)先進(jìn)水泥制造技術(shù)中多系統(tǒng)平臺(tái)間的數(shù)據(jù)互通，打通企業(yè)信息孤島，在統(tǒng)一平臺(tái)上進(jìn)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(shù)架構(gòu)

根據(jù)上海南方水泥有限公司對(duì)于集團(tuán)級(jí)信息管理控制系統(tǒng)的要求，確定系統(tǒng)的建設(shè)遵循“實(shí)用、可靠、整體化、標(biāo)準(zhǔn)化、可延展”的原則，突出實(shí)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(kuò)展性、實(shí)時(shí)性、可執(zhí)行性、集成性和可視性等特點(diǎn)。系統(tǒng)采用的Hipermatic平臺(tái)軟件擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，符合國(guó)際ISA S95標(biāo)準(zhǔn)。該軟件采用J2EE技術(shù)，基于SOA架構(gòu)，支持集群熱備，支持Oracle、SQL Server等多種數(shù)據(jù)庫(kù)，提供應(yīng)用客戶端（C/S）、網(wǎng)頁(yè)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(wù)對(duì)象，如工藝路徑、物料清單、生產(chǎn)線、設(shè)備、操作員、工單、工藝路徑等，具有強(qiáng)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(dòng)的方式規(guī)范實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)流程。Hipermatic提供了豐富的輔助工具，如智能報(bào)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(yè)發(fā)布工具等，可以最大程度地滿足客戶個(gè)性化需求。

相較于目前主流的平臺(tái)軟件產(chǎn)品，Hipermatic平臺(tái)的關(guān)鍵差異化優(yōu)勢(shì)有：跨平臺(tái)支持，Hipermatic平臺(tái)支持UNIX、LINUX、WINDOWS等不同平臺(tái)的操作系統(tǒng)；負(fù)載均衡技術(shù)，對(duì)中型及大型MES系統(tǒng)的部署，Hipermatic平臺(tái)支持多節(jié)點(diǎn)冗余和負(fù)載均衡（Load Balance）技術(shù)；生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)與歷史數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)備份，通過(guò)生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的自動(dòng)遷移技術(shù)，優(yōu)化生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)，形成高效穩(wěn)定的數(shù)據(jù)庫(kù)；基于UNIX、LINUX操作系統(tǒng)的高性能服務(wù)器支持（大規(guī)模，穩(wěn)定性）；二次開發(fā)平臺(tái)的程序版本管理，不影響生產(chǎn)環(huán)境的運(yùn)行，測(cè)試與運(yùn)行分離；開放的集成接口等。

3 設(shè)計(jì)原則

一致性原則：項(xiàng)目實(shí)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(fèi)，降低工作難度，提高生產(chǎn)管理水平。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)必須與此保持一致，結(jié)合長(zhǎng)興南方的實(shí)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(fù)雜程度。

整體性原則：正確規(guī)劃企業(yè)所需要的應(yīng)用系統(tǒng)，確定各應(yīng)用系統(tǒng)之間的界限和相互聯(lián)系，尤其要關(guān)注在不同階段實(shí)施的應(yīng)用系統(tǒng)之間的銜接關(guān)系。信息系統(tǒng)關(guān)系到企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的方方面面，它們共同構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體，因此在制定總體規(guī)劃時(shí)，應(yīng)考慮各個(gè)部門對(duì)信息系統(tǒng)的需求。隨著信息技術(shù)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(yīng)調(diào)整，要具備較好的擴(kuò)展性，可以根據(jù)需要增加或減少子系統(tǒng)，對(duì)整體沒(méi)有負(fù)面影響。

可擴(kuò)展性原則：要求系統(tǒng)以足夠的靈活性提供更快的實(shí)施速度、更方便的客戶化功能、更少的系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用來(lái)適應(yīng)這種變化。

安全性與穩(wěn)定性原則：集團(tuán)級(jí)信息管理控制系統(tǒng)是生產(chǎn)管理和執(zhí)行的關(guān)鍵，應(yīng)當(dāng)具有非常高的可靠性、安全性及容錯(cuò)性。關(guān)鍵服務(wù)器要冗余配置，保證系統(tǒng)能夠不間斷地運(yùn)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(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)不同的用戶設(shè)置嚴(yán)格的訪問(wèn)權(quán)限；充分考慮系統(tǒng)的異常情況及處理，并對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行詳細(xì)的記錄。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可以快速地解決問(wèn)題和恢復(fù)運(yùn)行。

標(biāo)準(zhǔn)性原則：以ISA-S95標(biāo)準(zhǔn)中定義的功能模型為藍(lán)本，在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上采用遵循SOA平臺(tái)架構(gòu)、模塊化和組件化成熟的商品化軟件平臺(tái)和配套產(chǎn)品；規(guī)范應(yīng)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(tuán)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(bào)表兩大功能。

圖1 長(zhǎng)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(yīng)其實(shí)時(shí)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(kù)、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(jī)設(shè)備的開關(guān)量和模擬量指標(biāo)，通過(guò)關(guān)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(shí)際情況各不相同，磨機(jī)的選擇有輥磨、球磨、輥壓機(jī)，預(yù)熱器的選擇也有單系列和雙系列之分，而因設(shè)計(jì)年限和設(shè)計(jì)院的不同，整體的工藝流程也有較大的區(qū)別。為了能真實(shí)反映實(shí)際生產(chǎn)情況，系統(tǒng)提供了大量的素材單元，通過(guò)合理的組合以及精確的布局，完美地實(shí)現(xiàn)了DCS系統(tǒng)的升華。集團(tuán)負(fù)責(zé)人可以隨時(shí)掌握27條生產(chǎn)線的實(shí)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(bào)表功能

生產(chǎn)報(bào)表功能在空間范圍上分為單廠生產(chǎn)報(bào)表和大區(qū)匯總生產(chǎn)報(bào)表，在時(shí)間維度上分為生產(chǎn)日?qǐng)?bào)表和生產(chǎn)月報(bào)表。

圖2 長(zhǎng)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?qǐng)?bào)表

單廠生產(chǎn)日?qǐng)?bào)表（圖3）中包括了單日的熟料產(chǎn)量、停窯時(shí)間及原因、停窯次數(shù)、窯連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)天數(shù)、可靠性系數(shù)、運(yùn)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(kù)容、當(dāng)日庫(kù)存以及當(dāng)日庫(kù)容比，這些信息可以充分反映生產(chǎn)線當(dāng)日的總體生產(chǎn)情況。

單廠生產(chǎn)月報(bào)表（圖4）中包括了當(dāng)月的熟料月產(chǎn)、運(yùn)轉(zhuǎn)率、可靠性系數(shù)、標(biāo)煤耗、煤應(yīng)用基低位發(fā)熱量、實(shí)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(bào)表的功能主要是統(tǒng)計(jì)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(jì)劃，解決發(fā)現(xiàn)的生產(chǎn)問(wèn)題。

在左側(cè)彈出的菜單欄中詳細(xì)地列出了大區(qū)的報(bào)表統(tǒng)計(jì)，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(kù)存以及日?qǐng)?bào)審核。而大區(qū)生產(chǎn)月報(bào)表（圖5）包括熟料產(chǎn)量、窯運(yùn)轉(zhuǎn)率、窯可靠性系數(shù)、標(biāo)煤耗、實(shí)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(bào)審計(jì)。大區(qū)報(bào)表的主要功能是對(duì)大區(qū)范圍內(nèi)各廠的情況加以統(tǒng)計(jì)并對(duì)比，找到廠級(jí)之間的關(guān)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(chǔ)信息管理功能（圖6）

圖4 單廠生產(chǎn)月報(bào)表

圖5 大區(qū)生產(chǎn)月報(bào)表

基礎(chǔ)信息管理功能主要分為對(duì)工廠的管理以及對(duì)用戶的管理兩個(gè)方面。對(duì)工廠的管理，包括可以對(duì)工廠生產(chǎn)線分別設(shè)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(dú)賦予不同的用戶以不同權(quán)限，也可賦予整個(gè)用戶組不同的權(quán)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(gè)人信息、廠別、部門別、班別、角色、類型等信息。對(duì)于用戶密碼的管控，系統(tǒng)建立新用戶時(shí)設(shè)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(rèn)。

4.4 其他可擴(kuò)展功能

目前集團(tuán)級(jí)信息管理控制系統(tǒng)的功能針對(duì)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(shè)計(jì)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(shè)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(yàn)儀器數(shù)據(jù)自動(dòng)采集軟件，自動(dòng)接收分析儀器最新化驗(yàn)數(shù)據(jù)。采集的數(shù)據(jù)，經(jīng)規(guī)范化處理后，傳輸存儲(chǔ)到質(zhì)量信息管理系統(tǒng)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中。其他人工化驗(yàn)數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)錄入，傳輸存儲(chǔ)到服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中。質(zhì)量數(shù)據(jù)錄入存儲(chǔ)流程，完全按照設(shè)定的業(yè)務(wù)流程規(guī)范進(jìn)行，對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)警提示并發(fā)回重做，整個(gè)業(yè)務(wù)流程細(xì)節(jié)可追溯。系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計(jì)分析、圖形化展示功能、化驗(yàn)人員績(jī)效考核、異常自動(dòng)提醒并智能分析可能原因。在流程控制、質(zhì)量控制、統(tǒng)計(jì)分析、績(jī)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(jìn)質(zhì)量管理精細(xì)化、智能化。

圖6 工廠基礎(chǔ)信息管理

（2）設(shè)備管理系統(tǒng)

設(shè)備管理系統(tǒng)以設(shè)備臺(tái)賬為基礎(chǔ)，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(hù)成本為目標(biāo)，提供故障檢修、計(jì)劃維修、狀態(tài)檢修等維修保養(yǎng)模式，集成物資管理、預(yù)算管理、項(xiàng)目管理、財(cái)務(wù)管理等應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備全生命周期管理，支持設(shè)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(shí)時(shí)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(shí)時(shí)計(jì)算監(jiān)測(cè)生產(chǎn)線、車間、班組及主要耗能設(shè)備的能耗數(shù)據(jù)及綜合能效水平，當(dāng)能耗指標(biāo)超限時(shí)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信息。通過(guò)系統(tǒng)展現(xiàn)的實(shí)時(shí)和歷史能耗動(dòng)態(tài)信息以及變化趨勢(shì)，深入分析研究，掌握能源使用過(guò)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(shí)系統(tǒng)生成的各種能耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和管理報(bào)表，為實(shí)施能效對(duì)標(biāo)、設(shè)備及人員績(jī)效考核提供科學(xué)依據(jù)，為生產(chǎn)管理運(yùn)營(yíng)精細(xì)化和生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)調(diào)度提供有效決策輔助。在幫助用戶實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效、降低成本的基礎(chǔ)上，有效提升企業(yè)能源管理水平和生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)水平。

5 結(jié)語(yǔ)

集團(tuán)級(jí)生產(chǎn)管控信息化平臺(tái)，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(shè)備運(yùn)維、物流銷售等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建多維度、精細(xì)化的水泥企業(yè)一體化管控平臺(tái)，可以集成生產(chǎn)管理、設(shè)備管理、能源管理、質(zhì)量管理等功能模塊，構(gòu)建企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)資源中心，優(yōu)化生產(chǎn)調(diào)度及運(yùn)營(yíng)決策。依托工業(yè)實(shí)時(shí)庫(kù)與關(guān)系庫(kù)的無(wú)縫融合，通過(guò)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中涉及到的海量工藝運(yùn)行參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、能源消耗數(shù)據(jù)以及眾多質(zhì)量相關(guān)化驗(yàn)數(shù)據(jù)的多維度調(diào)用，實(shí)現(xiàn)多參數(shù)、多平臺(tái)技術(shù)的融合。借助直觀、簡(jiǎn)潔的可視化展現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)綜合查詢、多數(shù)據(jù)對(duì)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(tái)在一定的深度和廣度上利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，控制和集成化管理企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中的各種信息，實(shí)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(tái)，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(wù)流程，控制生產(chǎn)成本，適應(yīng)瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，提高經(jīng)濟(jì)效益。