宋曉梅，郭振宇，王 銳，宋 濤

(1.礦冶科技集團有限公司； 2.礦冶過程自動控制技術(shù)國家重點實驗室；3.礦冶過程自動控制技術(shù)北京市重點實驗室； 4.金川集團股份有限公司)

引 言

中國高度重視工業(yè)云的發(fā)展，把工業(yè)云作為推動兩化深度融合重要抓手。在國家政策的指引下，全國各地制造企業(yè)進行工業(yè)云服務發(fā)展規(guī)劃，著力建設工業(yè)云平臺，積極推廣工業(yè)云應用。中國選冶工藝技術(shù)一流，但自動化、信息化方面與發(fā)達國家差距大，存在短板，需要實現(xiàn)選冶過程智能制造來推動企業(yè)生產(chǎn)和管理的變革，提升勞動生產(chǎn)率。選冶過程智能優(yōu)化服務云平臺可以促進企業(yè)從生產(chǎn)型組織向服務型組織轉(zhuǎn)變，其應用互聯(lián)網(wǎng)云計算等信息化技術(shù)手段，發(fā)展遠程運維、智能推送等云服務商業(yè)模式，提升企業(yè)的創(chuàng)新能力和服務能力。選冶過程智能制造云平臺通過現(xiàn)代化信息技術(shù)實現(xiàn)選冶生產(chǎn)過程數(shù)字化、信息化，應用云服務等關鍵技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)選冶數(shù)據(jù)高效處理及信息共享，促進智慧礦山建設[1-3]。

選冶云服務對促進選冶行業(yè)“互聯(lián)網(wǎng)+”發(fā)展和新業(yè)態(tài)新模式培育具有重要意義。一是促進選冶行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新和改造，與傳統(tǒng)設備相融合并集成，形成新的科技成果和生產(chǎn)力，實現(xiàn)操作自動化、控制智能化、管理信息化；二是提供增值服務等新模式，實現(xiàn)遠程監(jiān)控、物聯(lián)檢測、遠程維護等；三是促進人才資源利用，通過云服務實現(xiàn)企業(yè)資源共享。針對行業(yè)特點，選冶云服務系統(tǒng)以滿足企業(yè)需求為目的形成行業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用新模式，通過自動化、信息化技術(shù)及業(yè)務需求集成，建設選冶工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，并服務于行業(yè)用戶。該平臺根據(jù)企業(yè)的業(yè)務需求，實現(xiàn)生產(chǎn)過程中數(shù)據(jù)的采集、清洗、并聯(lián)、加工、建模處理，挖掘過程數(shù)據(jù)背后的價值[4]，在研發(fā)設計、生產(chǎn)制造、設備維護、產(chǎn)品運營、資源管理等各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)為用戶提供服務，用戶通過PC機、移動客戶端可享用平臺提供的各類服務。

基于選冶企業(yè)信息共享需求，企業(yè)需要及時了解選冶云服務系統(tǒng)提供的服務結(jié)果，建立一套智能推送系統(tǒng)具有重要現(xiàn)實意義。該系統(tǒng)可為用戶提供跨系統(tǒng)、跨廠區(qū)的數(shù)據(jù)互聯(lián)和共享，使其及時了解現(xiàn)場生產(chǎn)情況，且不受空間、時間約束，更大范圍打破物理和組織邊界，使調(diào)度指令與管理信息高效流動，以便用戶能快速決策，提高生產(chǎn)運營質(zhì)量。

1 推送系統(tǒng)介紹

在各類Web應用系統(tǒng)中，都有消息推送、消息提醒等服務功能，通過消息告知與提醒能讓用戶第一時間知曉此類消息，并且相關平臺利用消息推送能提高用戶活躍度和黏性，喚醒沉默用戶，從而提高平臺使用率。根據(jù)業(yè)務類型和產(chǎn)品形態(tài)，消息推送分為即時通訊和非即時通訊兩大類：如微信、QQ等社交APP的聊天消息屬于即時通訊；非即時通訊包括今日頭條、網(wǎng)易新聞等新聞資訊類，天貓、京東等平臺運行營銷類，淘寶、抖音等個性化推薦類，電商平臺物流等系統(tǒng)通知類。阿里云通過MPS發(fā)起多種類型的消息推送，能夠提供控制臺頁面推送和服務器端接入，實現(xiàn)面向單個用戶、自定義用戶分組等多維度推送個性化信息；百度云通過云端和客戶端建立長連接提供推送實時消息服務，支持根據(jù)標簽分類向特定用戶群體和單個用戶推送消息；騰訊云推送提供接入簡單、推送穩(wěn)定、快速、高抵達的APP通知欄及應用內(nèi)消息推送服務，支持APP推送、應用內(nèi)消息及智能短信等多種類型，能夠有效提高用戶活躍度；網(wǎng)易云信引入手機系統(tǒng)廠商推送，當用戶清理掉應用進程、網(wǎng)絡不穩(wěn)定等導致客戶端SDK無法與云信服務器保持正常連接時，服務器將使用手機廠商系統(tǒng)級推送來提醒用戶有消息需要接收。

盡管消息推送提醒功能廣泛應用在各類云服務平臺或者APP應用中，但針對礦山企業(yè)推送生產(chǎn)過程中實時數(shù)據(jù)的應用較少。礦山企業(yè)原礦具有礦物組成復雜、性質(zhì)多變、有腐蝕性等特點，選礦車間潮濕、多塵、振動大，選礦設備類型多且能耗大，雖然磨礦、浮選、濃縮脫水等選礦過程通過自動化、信息化技術(shù)實現(xiàn)了儀器儀表接入，以及中央控制室自動控制操作，但未實現(xiàn)對選礦生產(chǎn)過程中實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)價值的挖掘，以及生產(chǎn)過程中數(shù)據(jù)互聯(lián)和共享，用戶需要在控制室才能看到生產(chǎn)情況，其時間和空間受到一定的限制[5]。針對礦山企業(yè)，需要實現(xiàn)根據(jù)用戶需求，將信息定向、精準地推送給用戶，使其能夠及時排查設備故障并進行預防性維護，實時了解控制設備健康狀態(tài)。選冶智能推送云服務系統(tǒng)能夠建立云服務推送快速部署機制，實現(xiàn)信息的精準“消費”，采用消息推送和定時郵件定向推送信息的方法，將用戶所關心的消息、定制的報表及流程運行統(tǒng)計類信息推送給用戶，保障了有效信息快速可靠地到達消費端[6-7]。

2 選冶智能推送云服務系統(tǒng)設計

2.1 總體設計

基于云服務平臺，系統(tǒng)采用“Java+SpringMVC+Mybatis”架構(gòu)方案，對采集的數(shù)據(jù)進行處理和分類。根據(jù)用戶需求，推送方式分為2種：客戶端消息推送和定時郵件推送。選冶智能推送云服務系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)分為表現(xiàn)層、服務層、服務組件層。其中，表現(xiàn)層負責數(shù)據(jù)的展示，接收消息數(shù)據(jù)后根據(jù)請求選擇相應的消息應用服務，根據(jù)服務返回的結(jié)果展示分為任務提交、任務查看、任務管理等；服務層對業(yè)務進行邏輯實現(xiàn)，包括精準推送服務、實時消息推送和后臺業(yè)務邏輯處理；服務組件層主要是為服務層提供支持，包括郵件模塊、數(shù)據(jù)持久層、數(shù)據(jù)處理和任務調(diào)度模塊。用戶可以在前端創(chuàng)建任務推送，任務信息包含任務名、任務類型、推送人員、執(zhí)行時間，并可以查看任務狀態(tài)。

圖1 選冶智能推送云服務系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

推送內(nèi)容通過數(shù)據(jù)的清洗、關聯(lián)、加工、建模處理后完成，根據(jù)業(yè)務內(nèi)容實現(xiàn)消息推送，如將設備故障、設備運行狀態(tài)、流程狀態(tài)等信息及時推送給相關負責人員，以便其及時作出決策。郵件模塊通過JavaMail實現(xiàn)，JavaMail采用SMTP協(xié)議發(fā)送郵件，可通過基本屬性設置郵件發(fā)送協(xié)議、發(fā)送地址、服務器身份驗證等信息，將用戶所關心的投用率等信息采用日報、周報等形式發(fā)送，負責人員可以及時了解自動控制的基礎控制回路、專家控制系統(tǒng)等運轉(zhuǎn)投用率和效果評價情況。任務調(diào)度模塊通過Quartz框架實現(xiàn)。

2.2 數(shù)據(jù)庫設計

數(shù)據(jù)庫選取MySQL關系數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫ER圖如圖2所示。數(shù)據(jù)庫設計滿足數(shù)據(jù)完整性要求，并且保證數(shù)據(jù)的可擴展性和穩(wěn)定性，包括用戶表、任務信息表、推送信息表、定點郵件推送信息等。用戶表用于存儲用戶的登錄信息、角色管理及電話、郵箱等相關信息；任務信息表包含任務id、任務名稱、任務分組、任務完成情況及相關的外鍵信息(user_id)；推送信息表包含關聯(lián)的任務名稱、推送時間、推送內(nèi)容、執(zhí)行次數(shù)、任務狀態(tài)；定點郵件推送信息包含關聯(lián)的任務id、郵件內(nèi)容、收件人、抄送人、密送人、發(fā)件周期、開始時間、結(jié)束時間、任務優(yōu)先級別等信息。

圖2 數(shù)據(jù)庫ER圖

2.3 關鍵技術(shù)

Quartz是一個在Java基礎上實現(xiàn)的開源項目，具有強大的調(diào)度機制，能夠在Web應用中進行復雜的作業(yè)調(diào)度。選冶智能推送云服務系統(tǒng)使用Quartz調(diào)度機制實現(xiàn)靈活設定觸發(fā)器的時間表、時間間隔等，并進行調(diào)度任務和觸發(fā)器關聯(lián)映射。Quartz框架包含任務調(diào)度器(Scheduler)、任務(Job)、調(diào)度程序(JobDetail)、觸發(fā)器(Trigger)等核心組件[8]。任務調(diào)度器為作業(yè)調(diào)度的核心管理者，一個任務調(diào)度器中可以注冊多個調(diào)度程序和觸發(fā)器；任務為Web應用中的功能模塊，表示要執(zhí)行的具體內(nèi)容，通過界面端設置任務名、任務組名、觸發(fā)器名、觸發(fā)器組名，時間設置實現(xiàn)后即可通過任務調(diào)動監(jiān)聽觸發(fā)[5]；調(diào)度程序是可執(zhí)行調(diào)度程序要執(zhí)行的內(nèi)容；觸發(fā)器作為作業(yè)調(diào)度任務的操作者，代表任務參數(shù)的配置，開發(fā)人員可以根據(jù)調(diào)度需求配置任務和觸發(fā)器監(jiān)聽為全局監(jiān)聽或是特定任務的監(jiān)聽。Quartz可以在應用服務器中或者嵌入另一個獨立應用程序中運行，也可以作為獨立程序應用在Java虛擬機內(nèi)，同時可被實例化，作為獨立的項目集群用于作業(yè)執(zhí)行。Quartz具有任務持久化、調(diào)度功能強大、應用方式靈活、分布式和集群能力強大、無環(huán)境依賴性等特點，并且易于與Spring整合集成實現(xiàn)強大的調(diào)度功能，因此系統(tǒng)采用Quartz調(diào)度機制執(zhí)行任務調(diào)度，并通過界面實現(xiàn)調(diào)度任務的啟停，將調(diào)度任務信息保存到數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)調(diào)度任務持久化和穩(wěn)定化。

3 系統(tǒng)功能及應用

選冶智能推送云服務系統(tǒng)使用Spring MVC架構(gòu)開發(fā)模式，即模型(M-Model)、視圖(V-View)、控制器(C-Control)，應用Mybatis持久層架構(gòu)與MySQL關系數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)映射關系。

選冶智能云服務推送系統(tǒng)具有靈活的定制服務功能，可以根據(jù)需求設置推送內(nèi)容、推送時間、觸發(fā)條件、接收人等相關信息。接入云平臺的企業(yè)用戶可以實時了解基礎控制回路、設備運轉(zhuǎn)情況等，不受空間和時間限制即可查看基礎控制健康狀態(tài)，以及利用故障診斷系統(tǒng)反饋的結(jié)果進行故障定位，及時排查故障和進行預防性維護。該系統(tǒng)可實現(xiàn)的功能包括：

1)設備故障診斷報告與運行狀態(tài)推送。

2)設備故障診斷。聯(lián)合專家、設備生產(chǎn)廠商等，建立云服務設備故障分析機制，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)等實現(xiàn)預測及故障分析。系統(tǒng)將相關的報告信息推送給管理決策人員，為現(xiàn)場提供立體式的故障分析報告及維修建議,幫助管理決策人員及時作出決策部署。

3)基于大數(shù)據(jù)分析的流程運行狀態(tài)報告推送。

4)根據(jù)流程分析需求，基于云服務的礦物加工過程的海量歷史數(shù)據(jù)，對礦物平衡、組分及產(chǎn)品質(zhì)量分析評估后的流程狀態(tài)報告進行推送，實現(xiàn)定制服務功能。

5)控制效果應用評估與優(yōu)化效果報告推送。

6)遠程連接選冶控制系統(tǒng)軟硬件程序，對流程自動控制的基礎控制回路、專家控制系統(tǒng)等運轉(zhuǎn)投用率和效果進行評估，推送評估結(jié)果和優(yōu)化效果報告。

國內(nèi)某銅礦選礦廠設備類型多，生產(chǎn)流程長，礦石性質(zhì)復雜，盡管選礦廠實現(xiàn)了自動化生產(chǎn)，但仍需要及時獲取選礦生產(chǎn)過程中設備運轉(zhuǎn)、流程檢測、生產(chǎn)運行、環(huán)境安全等數(shù)據(jù)，以降低管理人員的工作強度，提升運行管理效率。通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)調(diào)研、系統(tǒng)設計及服務部署，針對該銅礦選礦廠建設的選冶智能推送云服務系統(tǒng)實現(xiàn)了上述系統(tǒng)功能，部分推送信息如圖3所示。選冶智能推送云服務系統(tǒng)實現(xiàn)后，項目負責人和企業(yè)生產(chǎn)操作、管理負責人直接通過Web瀏覽器、移動客戶端即可查看推送的郵件消息，不受地理位置限制，隨時了解優(yōu)化控制投用情況和控制效果，保證了技術(shù)人員隨時隨地了解系統(tǒng)回路投用情況和特殊工況，并及時排查、解決存在的問題，促進了控制投用率的提升和控制策略的改進。該系統(tǒng)在完成礦企主要過程參數(shù)遠程集成的基礎上，還實現(xiàn)了智能優(yōu)化控制回路運行效果的遠程統(tǒng)計分析和自動發(fā)布功能，以及輔助優(yōu)化控制投用率的提升效果。

圖3 郵件定制推送信息

選冶智能推送云服務系統(tǒng)滿足了該銅礦選礦廠的信息化共享需求，為各層管理部門提供了關鍵設備和指標信息共享，促進了各部門面向生產(chǎn)過程的主動預防性管理，為礦山安全生產(chǎn)、有效預防和及時處理各種突發(fā)事故和自然災害提供有效手段，提高了生產(chǎn)效率，降低了工人勞動強度，進而保障了自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

4 結(jié) 語

選冶智能云服務推送系統(tǒng)采用消息推送及定時處理等技術(shù)，實現(xiàn)將用戶所需的信息定向、精準地推送給用戶，保障了有效信息快速可靠地到達消費端，以便用戶能及時排查設備故障并進行預防性維護，實時了解控制設備健康狀態(tài)。通過定制服務及精準推送消息，實現(xiàn)選冶企業(yè)人工運維成本的最小化，同時通過將設備故障診斷信息、設備監(jiān)控信息及時準確地推送發(fā)出提醒，一方面可最大程度地提高運行效率，另一方面可節(jié)約企業(yè)的人力成本，實現(xiàn)降本增效。該系統(tǒng)能夠更好地實現(xiàn)選冶企業(yè)管理信息資源共享，優(yōu)化資源模型，更好地為周、月等數(shù)據(jù)統(tǒng)計提供服務，有效減少統(tǒng)計匯報人員的日常工作，實現(xiàn)企業(yè)運維和決策信息化。在后續(xù)工作中，根據(jù)業(yè)務規(guī)則和需求，可對云平臺進行優(yōu)化，進一步挖掘生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)背后的價值，提高數(shù)據(jù)分析能力，以便能更進一步提高系統(tǒng)適用性，為應用“互聯(lián)網(wǎng)+”構(gòu)建選冶行業(yè)新業(yè)態(tài)新模式營造開放、共享、協(xié)同的信息化環(huán)境。