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基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的智能計量解決方案

江蘇金恒信息科技股份有限公司

網(wǎng)絡行業(yè)應用篇/智能化生產(chǎn)

1 概述

1.1 背景

遠程計量系統(tǒng)在生產(chǎn)中所處的位置十分重要,可謂是生產(chǎn)的眼睛,良好的產(chǎn)品質(zhì)量離不開沒有先進科學的管理制度和計量檢測手段。計量管理是指協(xié)調(diào)計量行政管理、計量經(jīng)濟管理、計量技術管理及計量管理法制管理之間關系的總稱,是計量工作中的重要組成部分。計量管理對企業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低能耗、節(jié)約成本等方面都有著舉足輕重的作用，通過計量管理,將企業(yè)的生產(chǎn)活動、經(jīng)營管理活動依賴計量技術活動有機地結合,從而使生產(chǎn)活動、經(jīng)營管理活動更有成效。在信息技術飛速發(fā)展的今天,如何增加計量工作的科技含量,是計量工作目前面臨的重要內(nèi)容,計量信息化、數(shù)字化已是計量事業(yè)的發(fā)展趨勢。

基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的智能計量管理系統(tǒng)是運用.net、J2EE、java中間件技術等當前先進的IT技術，針對帶有軌道衡的企業(yè)的特有計量業(yè)務及流程特點，運用UML建模工具，創(chuàng)建出物聯(lián)網(wǎng)智能計量系統(tǒng)的初步模型。同時，利用視頻監(jiān)控、遠程控制、數(shù)據(jù)庫管理，同計算機網(wǎng)絡技術相結合，建立集圖像、數(shù)據(jù)、現(xiàn)場設備控制于一體的遠程稱重管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)可對多種車型自動邏輯判別，成功地將軌道衡動態(tài)自動稱重、汽車衡靜態(tài)稱重、視頻監(jiān)控、網(wǎng)絡通訊、車號自動識別、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫管理等先進技術應用于計量系統(tǒng)中，完整地解決了遠程計量問題，實現(xiàn)了多個衡器現(xiàn)場無人值守的計量方式和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡傳輸?shù)膶崟r計量，整個計量過程遠程控制 (包括零點監(jiān)控和調(diào)整、計算機、儀表重啟、車號識別器重啟等)，無需人員到現(xiàn)場操作。它包括了稱重、監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)場設備控制、信號傳輸、網(wǎng)絡管理等應用，具有明顯的實用性、安全性、可靠性和先進性，并大大提高工作效率，降低生產(chǎn)成本和運輸成本。該系統(tǒng)技術先進、操作方便、運行速度快、運行界面友好，具有良好的通用推廣性。

通過公司的信息網(wǎng)將數(shù)據(jù)、圖像、聲音傳送至監(jiān)控中心。系統(tǒng)采用稱重控制數(shù)據(jù)與圖像聲音兩套傳輸系統(tǒng)。視頻、聲音通過光端機用一芯光纖傳送至監(jiān)控中心；稱重數(shù)據(jù)、車位檢測信號、車號識別數(shù)據(jù)通過以另一芯光纖晶光端機傳送至監(jiān)控中心。監(jiān)控中心每臺衡有兩臺電腦控制，一臺用于過衡計量，另一臺監(jiān)視現(xiàn)場畫面，監(jiān)控畫面可以放大切換。數(shù)據(jù)有問題時，可通過對講系統(tǒng)及時告訴監(jiān)視點處理。它可以實現(xiàn)計量業(yè)務的現(xiàn)代化、提高計量管理水平、減少計量人員、提高業(yè)務處理效率、適應現(xiàn)代化企業(yè)的發(fā)展趨勢而投資建設的智能化系統(tǒng)。項目上線后，可以充分整合汽車衡等計量設備，利用視頻技術、IC卡技術等多種信息手段，結合多種計量防作弊手段，利用分布式網(wǎng)絡等技術，構建完善的遠程可操控計量管理系統(tǒng)，并且對每個計量點安裝多臺全方位的視頻監(jiān)控設備，完成計量過程的監(jiān)控、圖像抓拍及計量操作過程的截圖，輔助計量操作員完成計量任務。此系統(tǒng)規(guī)范了計量流程、防止人為誤差和作弊，而且實現(xiàn)了計量的自動、智能，最終形成信息化、智能化、無人化的新型計量數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。

1.2 實施目標

智能遠程計量項目實施完成后，能夠將鋼廠各物資計量點與集中計量監(jiān)控中心有機聯(lián)合，通過遠程監(jiān)控系統(tǒng)使各種信息及時得到溝通和共享，進一步從整體上提高物資計量的運行效率和服務水平，形成基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術的信息化、智能化的新型智能計量系統(tǒng)。具體包括：

1)    建設國際先進、國內(nèi)領先的企業(yè)級計量中心；

2)    實現(xiàn)汽車衡業(yè)務95%以上的自動計量；

3)    提高計量業(yè)務的整體作業(yè)效率,單車自動計量處理時間<15秒,遠程計量處理時間<20秒；

4)    實現(xiàn)遠程集中管理,增加完善的防作弊功能,異常業(yè)務的接管；

5)    實現(xiàn)計量員業(yè)務負荷分配均衡、通車率均衡、設備負荷均衡；

建立遠程集中計量系統(tǒng)監(jiān)控平臺與操作平臺，實現(xiàn)智能計量與現(xiàn)有系統(tǒng)無縫對接。

1.3 適用范圍

鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎產(chǎn)業(yè),對經(jīng)濟發(fā)展至關重要，其中計量作為鋼鐵企業(yè)中一項不可缺少的技術基礎工作,對企業(yè)生產(chǎn)的作用和意義是非常明顯的。目前大多數(shù)鋼鐵企業(yè)的計量依然是靠計量員在磅房現(xiàn)場進行計量和監(jiān)控,每個計量點都需要二十四小時駐扎人員值班,物資計量點不僅分散,而且條件差,不利于集中管理和監(jiān)督,而且計量過程中也易產(chǎn)生人為誤差或失誤,特別是隨著企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大,物資計量站點也隨之增多,設備增多與人員相對較少的矛盾日益明顯, 隨著鋼鐵企業(yè)鋼鐵產(chǎn)量在市場需求和管理效率不斷提高的情況下,產(chǎn)量逐年增加,物資運輸量增大,廠內(nèi)物流量大大增加,人工計量點的反映速度已成為企業(yè)進一步提高生產(chǎn)效率的瓶頸。因此企業(yè)為了優(yōu)化和合理利用人力資源,提高市場競爭力必須在各個環(huán)節(jié)想辦法,希望節(jié)省成本提高工作效率。從而采用計算機及現(xiàn)代網(wǎng)絡監(jiān)控技術為基礎的遠程集中計量管理系統(tǒng)能夠減少人力成本,提高工作效率,為企業(yè)提高市場競爭力。

此外，現(xiàn)代化的生產(chǎn)需要與之相適應的信息系統(tǒng)支撐,遠程集中計量系統(tǒng)是鋼鐵企業(yè)信息化中很重要的組成部分。為企業(yè)建立了一個適合其生產(chǎn)、經(jīng)營、管理的信息化計量平臺,實現(xiàn)了所有計量、計量調(diào)度業(yè)務數(shù)據(jù)的規(guī)范化、標準化、電子化和集成化。遠程集中計量系統(tǒng)現(xiàn)已成為鋼鐵企業(yè)信息化建設中不可缺少的重要組成部分。

因此,為了適應鋼鐵企業(yè)現(xiàn)代自動化建設、改進工作效率、加強管理服務客戶、提高計量水平以及業(yè)務處理效率,在原有計質(zhì)量管理信息系統(tǒng)的基礎上,建設企業(yè)基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術的遠程計量管理系統(tǒng)以適應企業(yè)快速發(fā)展的需要就成了鋼鐵企業(yè)當前首要考慮的問題。

1.4 在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡體系架構中的位置

圖1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)示意圖

基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的智能計量解決方案，在結合鋼鐵行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用的基礎上，形成成熟而行之有效的工廠管理軟件解決方案，同時結合行業(yè)基礎，注重在進場車輛的管控，與外部物流形成跨企業(yè)的協(xié)作平臺。為了簡化計量終端的應用功能，本項目還自主研發(fā)了遠程計量自助一體機，實現(xiàn)企業(yè)與企業(yè)、企業(yè)與客戶、企業(yè)與供應商間的數(shù)據(jù)互聯(lián)網(wǎng)傳輸與交互，打造智能終端的輕量級應用。

圖2 遠程計量系統(tǒng)示意圖

2 需求分析

在計量數(shù)據(jù)管理體系基本建立的基礎上,我國鋼鐵企業(yè)也相繼開發(fā)了適合自身需要的計量管理系統(tǒng)軟件以及關于計量方面的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),基本能滿足企業(yè)對于計量業(yè)務的需求。但是由于鋼鐵行業(yè)信息化建設諸多的個性化需求以及鋼鐵企業(yè)在資金、規(guī)模、管理模式等諸多方面的差異,例如某些鋼企的遠程計量項目，缺乏物流系統(tǒng)支持，大量與計量本身業(yè)務沒有緊密聯(lián)系的業(yè)務檢查需要在計量系統(tǒng)中實現(xiàn)。增加了系統(tǒng)的業(yè)務復雜度，以及與ERP系統(tǒng)的接口的數(shù)量。

鋼鐵企業(yè)信息化結合企業(yè)自身情況,對自身的企業(yè)信息化提出了更高的要求,而且在當今計算機網(wǎng)絡及軟件應用技術的不斷更新和發(fā)展的情況下,為了使鋼鐵企業(yè)信息化計量管理工作水平與時俱進,不斷完善和提高以滿足計量工作日益發(fā)展的需要,計量管理軟件也必將不斷完善和發(fā)展，基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術上研究的遠程集中計量管理系統(tǒng)的建設使計量管理工作更加科學、嚴謹和高效是必要的。基于此,本項目研究開發(fā)出的基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的遠程計量管理系統(tǒng),為鋼鐵企業(yè)實施計量管理提供了一種可行的方案，可以適應大中小型企業(yè)的發(fā)展需要，前景還是非常廣闊的。

3 解決方案

3.1 方案介紹

遠程監(jiān)控計量系統(tǒng)設計思路：建立獨立的計量系統(tǒng)，實現(xiàn)自動、自助、遠程計量，與現(xiàn)有的ERP系統(tǒng)達到無縫對接。

整個系統(tǒng)采用集中管理、分布監(jiān)控的設計模式，所有的業(yè)務數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)、語音、圖像、控制信號等）通過無人值守機（終端）和軟件系統(tǒng)進行就地處理，通過計量專用光纖網(wǎng)絡與控制中心進行交互。

系統(tǒng)設計采用三層架構：數(shù)據(jù)基礎層、數(shù)據(jù)管理層、業(yè)務應用層，見下圖：

圖3 遠程計量信息系統(tǒng)三層總體架構

? 數(shù)據(jù)基礎層—各計量站點

各計量站點的基礎數(shù)據(jù)包括計量儀表的重量數(shù)據(jù)讀取、監(jiān)控攝像機的音視頻信號采集、紅外監(jiān)測信號采集、語音對講信號的交互、IC卡信息采集、儀表狀態(tài)的指令控制等等，基礎數(shù)據(jù)層作為系統(tǒng)運行的數(shù)據(jù)支撐，采用就地控制與遠程控制相結合的模式設計，提高系統(tǒng)運行的可靠性。

? 數(shù)據(jù)管理層－計量監(jiān)控中心服務器群

計量中心服務器是整個系統(tǒng)的核心樞紐，負責整個計量系統(tǒng)的管理、運行、控制以及與其它業(yè)務系統(tǒng)的交互。服務器包括數(shù)據(jù)庫服務器、應用服務器、任務管理服務器、存儲服務器、流媒體服務器、環(huán)境監(jiān)測服務器、存儲矩陣等。

? 業(yè)務應用層－遠程計量工作站及業(yè)務站

監(jiān)控中心各計量員通過授權使用業(yè)務應用系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程計量業(yè)務操作和遠程計量監(jiān)控。

3.2 系統(tǒng)架構

為了保證設計的先進性、成熟性和可實施性，在架構設計過程中，遵循“業(yè)務驅動”的原則，系統(tǒng)架構是目標系統(tǒng)體系的藍圖，是整體解決方案的模型化，系統(tǒng)架構主要體現(xiàn)了需要建設的系統(tǒng)、系統(tǒng)實現(xiàn)的技術采用。

根據(jù)計量業(yè)務應用的數(shù)據(jù)特性，考慮到各主題域之間的關聯(lián)度，將計量業(yè)務數(shù)據(jù)劃分為計劃域、組織域、計量設備域、量測域、產(chǎn)品域、計量點域和異常域等七大域，同時將對上述域形成支撐的公共部分組成支撐域。

圖3 頂層概念模型

3.3 功能設計

圖4 功能模型

功能描述：

圖5 任務調(diào)度系統(tǒng)示意

3.4 安全及可靠性

計量業(yè)務應用的高效、順暢、7x24小時不間斷工作，必須架構在一個高性能、高可靠、可擴展、可復用的基礎設施平臺上。物理架構一般情況下需要系統(tǒng)拓撲、服務器集群、軟硬件選擇、網(wǎng)絡帶寬、所需設備數(shù)量計算等方面硬件部署規(guī)劃與設計。

圖6 系統(tǒng)拓撲

遵循系統(tǒng)采用兩層C/S架構設計（數(shù)據(jù)庫服務器、應用服務器）。操作系統(tǒng)使用穩(wěn)定、安全的Windows Server操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫使用大型關系型MS SQL Server數(shù)據(jù)庫以實現(xiàn)對大量并發(fā)及高效數(shù)據(jù)處理的需求。其中，兩臺數(shù)據(jù)庫主機通過MS SQL Server實現(xiàn)雙機熱備的高可用性，并充分保證系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運行。

穩(wěn)定可靠的服務HA技術

? 數(shù)據(jù)庫HA有以下的特性：

? 簡單易用，7x24熱備應用技術支持。

? 顯著減少停機時間，允許不間斷的進行系統(tǒng)升級和維護。

? 完備的系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份及恢復途徑。

? 簡潔易用的管理方式，友好支持主機的保護設置和故障恢復過程。

定時備份技術

定時備份技術是數(shù)據(jù)保護的一種常見技術手段，在本項目中也會利用此技術進一步達到對遠程計量系統(tǒng)數(shù)據(jù)保護的目的。具體備份策略如下：

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份

備份方式：定時自動全備份

備份技術：采用SQL Server自帶的鏡像工具實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫備份工作。該技術具有以下優(yōu)點：

? 為數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)對象提供更細微級別的選擇性；

? 可以設定數(shù)據(jù)庫版本號(主要是用于兼容老版本的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng))；

? 并行執(zhí)行；

? 預估導出作業(yè)所需要的磁盤空間；

? 支持分布式環(huán)境中通過數(shù)據(jù)庫鏈接實現(xiàn)導入導出；

? 支持導入時重新映射功能(即將對象導入到新的目標數(shù)據(jù)文件，架構，表空間等)；

? 支持元數(shù)據(jù)壓縮及數(shù)據(jù)采樣。

4 成功案例

本項目為江蘇某企業(yè)提供遠程計量管理系統(tǒng)，通過調(diào)整、優(yōu)化計量業(yè)務流程，構建完善的遠程可操控計量管理系統(tǒng)，提升公司物資計量管控水平和信息化管理水平。

合理優(yōu)化人員配置，提高人員計量效率，預計可優(yōu)化人員50%以上；

1）司磅員集中辦公，便于對司磅員集中管理，提高司磅員的辦公效率。

2）現(xiàn)場工作環(huán)境惡劣，系統(tǒng)上線后，職工在計量大廳遠程操作，改善和提高職工工作環(huán)境。

3）對計量業(yè)務和數(shù)據(jù)進行集中管控，計量業(yè)務領域負責人可及時處理突發(fā)的計量異常問題。

4）系統(tǒng)輔以多種計量防作弊的手段，減少司磅員與司機的直接接觸，減少計量過磅作弊現(xiàn)象的發(fā)生。

5）計量過程數(shù)據(jù)的全程記錄，便于計量工作審計、處理計量異議時追溯計量過程

6）通過定義的過磅業(yè)務規(guī)則，對過磅的過程進行嚴格規(guī)定，避免人工計量過程中失誤或者作弊。

此外，為馬鞍山鋼鐵股份有限公司提供遠程智能計量系統(tǒng)，通過調(diào)整、優(yōu)化計量業(yè)務流程，利用自動化控制技術、網(wǎng)絡技術、多媒體技術、計算機技術、數(shù)據(jù)庫技術等新技術優(yōu)勢，在計量中心構建完善的遠程可操控計量管理系統(tǒng)，采用自動或遠程輔助的方式完成計量，并采用包括大數(shù)據(jù)在內(nèi)的多種新技術，提升其公司物資計量管控水平和信息化管理水平。