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(luò)行業(yè)應(yīng)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(xué)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(shù)管理及計量管理法制管理之間關(guān)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(shù)活動有機地結(jié)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(shù)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(shù)等當(dāng)前先進的IT技術(shù)，針對帶有軌道衡的企業(yè)的特有計量業(yè)務(wù)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(luò)技術(shù)相結(jié)合，建立集圖像、數(shù)據(jù)、現(xiàn)場設(shè)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(luò)通訊、車號自動識別、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫管理等先進技術(shù)應(yīng)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(luò)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(shè)備控制、信號傳輸、網(wǎng)絡(luò)管理等應(yīng)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(shù)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(wù)的現(xiàn)代化、提高計量管理水平、減少計量人員、提高業(yè)務(wù)處理效率、適應(yīng)現(xiàn)代化企業(yè)的發(fā)展趨勢而投資建設(shè)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(shè)備，利用視頻技術(shù)、IC卡技術(shù)等多種信息手段，結(jié)合多種計量防作弊手段，利用分布式網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，構(gòu)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(shè)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(wù)。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(biāo)
智能遠程計量項目實施完成后，能夠?qū)搹S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(wù)水平，形成基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的信息化、智能化的新型智能計量系統(tǒng)。具體包括：
1) 建設(shè)國際先進、國內(nèi)領(lǐng)先的企業(yè)級計量中心；
2) 實現(xiàn)汽車衡業(yè)務(wù)95%以上的自動計量；
3) 提高計量業(yè)務(wù)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(wù)的接管；
5) 實現(xiàn)計量員業(yè)務(wù)負荷分配均衡、通車率均衡、設(shè)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(chǔ)產(chǎn)業(yè),對經(jīng)濟發(fā)展至關(guān)重要，其中計量作為鋼鐵企業(yè)中一項不可缺少的技術(shù)基礎(chǔ)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(shè)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(luò)監(jiān)控技術(shù)為基礎(chǔ)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(yīng)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(wù)數(shù)據(jù)的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)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(shè)中不可缺少的重要組成部分。
因此,為了適應(yīng)鋼鐵企業(yè)現(xiàn)代自動化建設(shè)、改進工作效率、加強管理服務(wù)客戶、提高計量水平以及業(yè)務(wù)處理效率,在原有計質(zhì)量管理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,建設(shè)企業(yè)基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠程計量管理系統(tǒng)以適應(yīng)企業(yè)快速發(fā)展的需要就成了鋼鐵企業(yè)當(dāng)前首要考慮的問題。
1.4 在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)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(jié)合鋼鐵行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，形成成熟而行之有效的工廠管理軟件解決方案，同時結(jié)合行業(yè)基礎(chǔ)，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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(chǔ)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(guān)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(wù)的需求。但是由于鋼鐵行業(yè)信息化建設(shè)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(wù)沒有緊密聯(lián)系的業(yè)務(wù)檢查需要在計量系統(tǒng)中實現(xiàn)。增加了系統(tǒng)的業(yè)務(wù)復(fù)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(jié)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(dāng)今計算機網(wǎng)絡(luò)及軟件應(yīng)用技術(shù)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(shù)上研究的遠程集中計量管理系統(tǒng)的建設(shè)使計量管理工作更加科學(xué)、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(yīng)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(shè)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(shè)計模式，所有的業(yè)務(wù)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(luò)與控制中心進行交互。
系統(tǒng)設(shè)計采用三層架構(gòu)：數(shù)據(jù)基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)管理層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層，見下圖：
圖3 遠程計量信息系統(tǒng)三層總體架構(gòu)
? 數(shù)據(jù)基礎(chǔ)層—各計量站點
各計量站點的基礎(chǔ)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(chǔ)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(jié)合的模式設(shè)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(wù)器群
計量中心服務(wù)器是整個系統(tǒng)的核心樞紐，負責(zé)整個計量系統(tǒng)的管理、運行、控制以及與其它業(yè)務(wù)系統(tǒng)的交互。服務(wù)器包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、任務(wù)管理服務(wù)器、存儲服務(wù)器、流媒體服務(wù)器、環(huán)境監(jiān)測服務(wù)器、存儲矩陣等。
? 業(yè)務(wù)應(yīng)用層－遠程計量工作站及業(yè)務(wù)站
監(jiān)控中心各計量員通過授權(quán)使用業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程計量業(yè)務(wù)操作和遠程計量監(jiān)控。
3.2 系統(tǒng)架構(gòu)
為了保證設(shè)計的先進性、成熟性和可實施性，在架構(gòu)設(shè)計過程中，遵循“業(yè)務(wù)驅(qū)動”的原則，系統(tǒng)架構(gòu)是目標(biāo)系統(tǒng)體系的藍圖，是整體解決方案的模型化，系統(tǒng)架構(gòu)主要體現(xiàn)了需要建設(shè)的系統(tǒng)、系統(tǒng)實現(xiàn)的技術(shù)采用。
根據(jù)計量業(yè)務(wù)應(yīng)用的數(shù)據(jù)特性，考慮到各主題域之間的關(guān)聯(lián)度，將計量業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)劃分為計劃域、組織域、計量設(shè)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(shè)計
圖4 功能模型
功能描述：
序號 | 功能名稱 | 描述 |
1 | 汽車衡GAM機過磅端 | 主要用于汽車磅遠程過磅中的磅房端，主要包含儀表數(shù)據(jù)集成（且上傳）、紅外光柵集成、票據(jù)打印機集成、IC卡讀卡器集成、條碼掃描頭的集成、計量業(yè)務(wù)查詢、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)上傳接收、人工過磅等。 |
2 | 汽車磅坐席操作端 | 主要用于汽車磅坐席端的處理，包括任務(wù)接收與提示、過磅監(jiān)控數(shù)據(jù)展示、過磅任務(wù)信息展示、磅房設(shè)備狀態(tài)展示、皮重稱重、毛重稱重、過磅結(jié)果發(fā)送至任務(wù)調(diào)度等。 |
3 | 鐵水計量監(jiān)測 | 完成行車鐵水過磅計劃的顯示和儀表數(shù)據(jù)的接收；完成過磅數(shù)據(jù)的采集、匹配計劃形成完整的碼單 |
4 | 磅單補錄 | 對無法接受的計量磅單時在系統(tǒng)中補錄 |
5 | 計量追溯 | 對計量歷史進行追溯 |
6 | 錄像回放 | 對計量過程有疑問時，回看錄像信息 |
7 | 基礎(chǔ)規(guī)則維護 | 計量基礎(chǔ)規(guī)則維護 |
8 | 汽車磅過磅規(guī)則維護 | 汽車磅過磅規(guī)則維護 |
9 | 磅點維護 | 汽車磅、軌道衡磅點維護 |
10 | 坐席維護 | 汽車磅、軌道衡坐席維護 |
11 | 儀表類型維護 | 儀表類型維護 |
12 | 磅點硬件監(jiān)測 | 對磅點的硬件設(shè)備進行監(jiān)測 |
13 | 車隊管理 | 車隊基礎(chǔ)信息維護 |
14 | 車輛管理 | 車輛基礎(chǔ)信息維護 |
15 | 監(jiān)控基礎(chǔ)管理 | 監(jiān)控基礎(chǔ)信息維護 |
16 | 實時皮重庫 | 對實時皮重進行記錄 |
17 | 歷史皮重庫 | 對歷史皮重進行記錄 |
18 | 磅點過磅物資歷史紀(jì)錄 | 記錄過磅歷史物資 |
19 | IC卡管理 | IC卡基礎(chǔ)信息維護 |
20 | IC卡發(fā)卡管理 | 對IC卡發(fā)卡進行維護 |
21 | 接口表維護 | 接口表基礎(chǔ)信息維護 |
22 | 計量規(guī)則號管理 | 計量規(guī)則號基礎(chǔ)信息維護 |
23 | 計量系統(tǒng)內(nèi)部計量規(guī)則 | 計量系統(tǒng)內(nèi)部計量規(guī)則基礎(chǔ)信息維護 |
24 | 接口數(shù)據(jù)監(jiān)控 | 對接口數(shù)據(jù)進行監(jiān)控 |
25 | 計量委托管理 | 計量委托基礎(chǔ)信息維護 |
26 | 汽車磅計量數(shù)據(jù)異常處理 | 完成汽車磅過磅視頻監(jiān)控畫面的回放和追溯、完成過磅碼單數(shù)據(jù)的修改 |
27 | 計量明細查詢 | 完成計量過磅明細數(shù)據(jù)的查詢，統(tǒng)計和導(dǎo)出 |
28 | 皮重庫查詢 | 完成皮重庫數(shù)據(jù)的查詢，統(tǒng)計和導(dǎo)出 |
29 | 磅點及坐席監(jiān)控 | 磅點和坐席的實時監(jiān)控 |
31 | 黑名單業(yè)務(wù)規(guī)則 | 限制時間、限制磅點的記錄、原因管理 |
32 | 汽車磅坐席實時狀態(tài) | 坐席狀態(tài)：空閑、掛起、計量中、故障等 |
33 | 各計量點的實時狀態(tài) | 計量點狀態(tài)：空閑、計量中、秤故障、網(wǎng)絡(luò)中斷、本地過磅等 |
圖5 任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)示意
3.4 安全及可靠性
計量業(yè)務(wù)應(yīng)用的高效、順暢、7x24小時不間斷工作，必須架構(gòu)在一個高性能、高可靠、可擴展、可復(fù)用的基礎(chǔ)設(shè)施平臺上。物理架構(gòu)一般情況下需要系統(tǒng)拓撲、服務(wù)器集群、軟硬件選擇、網(wǎng)絡(luò)帶寬、所需設(shè)備數(shù)量計算等方面硬件部署規(guī)劃與設(shè)計。
圖6 系統(tǒng)拓撲
遵循系統(tǒng)采用兩層C/S架構(gòu)設(shè)計（數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)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(guān)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(wù)HA技術(shù)
? 數(shù)據(jù)庫HA有以下的特性：
? 簡單易用，7x24熱備應(yīng)用技術(shù)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(fù)途徑。
? 簡潔易用的管理方式，友好支持主機的保護設(shè)置和故障恢復(fù)過程。
定時備份技術(shù)
定時備份技術(shù)是數(shù)據(jù)保護的一種常見技術(shù)手段，在本項目中也會利用此技術(shù)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(shù)：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(shù)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(shè)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(yù)估導(dǎo)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(dǎo)入導(dǎo)出；
? 支持導(dǎo)入時重新映射功能(即將對象導(dǎo)入到新的目標(biāo)數(shù)據(jù)文件，架構(gòu)，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(wù)流程，構(gòu)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(yù)計可優(yōu)化人員50%以上；
司磅員數(shù)量降低率 | 52.5% |
人力成本下降 | 126萬元 |
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(wù)和數(shù)據(jù)進行集中管控，計量業(yè)務(wù)領(lǐng)域負責(zé)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(wù)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(wù)流程，利用自動化控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、計算機技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等新技術(shù)優(yōu)勢，在計量中心構(gòu)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(shù)，提升其公司物資計量管控水平和信息化管理水平。