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基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的智能計(jì)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(yuǎn)程計(jì)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(jìn)科學(xué)的管理制度和計(jì)量檢測手段。計(jì)量管理是指協(xié)調(diào)計(jì)量行政管理、計(jì)量經(jīng)濟(jì)管理、計(jì)量技術(shù)管理及計(jì)量管理法制管理之間關(guān)系的總稱,是計(jì)量工作中的重要組成部分。計(jì)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(jì)量管理,將企業(yè)的生產(chǎn)活動、經(jīng)營管理活動依賴計(jì)量技術(shù)活動有機(jī)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(jì)量工作的科技含量,是計(jì)量工作目前面臨的重要內(nèi)容,計(jì)量信息化、數(shù)字化已是計(jì)量事業(yè)的發(fā)展趨勢。

基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的智能計(jì)量管理系統(tǒng)是運(yùn)用.net、J2EE、java中間件技術(shù)等當(dāng)前先進(jìn)的IT技術(shù)，針對帶有軌道衡的企業(yè)的特有計(jì)量業(yè)務(wù)及流程特點(diǎn)，運(yùn)用UML建模工具，創(chuàng)建出物聯(lián)網(wǎng)智能計(jì)量系統(tǒng)的初步模型。同時(shí)，利用視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)庫管理，同計(jì)算機(jī)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(yuǎn)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(jìn)技術(shù)應(yīng)用于計(jì)量系統(tǒng)中，完整地解決了遠(yuǎn)程計(jì)量問題，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)衡器現(xiàn)場無人值守的計(jì)量方式和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)計(jì)量，整個(gè)計(jì)量過程遠(yuǎn)程控制 (包括零點(diǎn)監(jiān)控和調(diào)整、計(jì)算機(jī)、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(shí)用性、安全性、可靠性和先進(jìn)性，并大大提高工作效率，降低生產(chǎn)成本和運(yùn)輸成本。該系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)、操作方便、運(yùn)行速度快、運(yùn)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(jī)用一芯光纖傳送至監(jiān)控中心；稱重?cái)?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(jī)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(jì)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(shí)，可通過對講系統(tǒng)及時(shí)告訴監(jiān)視點(diǎn)處理。它可以實(shí)現(xiàn)計(jì)量業(yè)務(wù)的現(xiàn)代化、提高計(jì)量管理水平、減少計(jì)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(xiàng)目上線后，可以充分整合汽車衡等計(jì)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(jì)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(yuǎn)程可操控計(jì)量管理系統(tǒng)，并且對每個(gè)計(jì)量點(diǎn)安裝多臺全方位的視頻監(jiān)控設(shè)備，完成計(jì)量過程的監(jiān)控、圖像抓拍及計(jì)量操作過程的截圖，輔助計(jì)量操作員完成計(jì)量任務(wù)。此系統(tǒng)規(guī)范了計(jì)量流程、防止人為誤差和作弊，而且實(shí)現(xiàn)了計(jì)量的自動、智能，最終形成信息化、智能化、無人化的新型計(jì)量數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。

1.2 實(shí)施目標(biāo)

智能遠(yuǎn)程計(jì)量項(xiàng)目實(shí)施完成后，能夠?qū)搹S各物資計(jì)量點(diǎn)與集中計(jì)量監(jiān)控中心有機(jī)聯(lián)合，通過遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)使各種信息及時(shí)得到溝通和共享，進(jìn)一步從整體上提高物資計(jì)量的運(yùn)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(jì)量系統(tǒng)。具體包括：

1)    建設(shè)國際先進(jìn)、國內(nèi)領(lǐng)先的企業(yè)級計(jì)量中心；

2)    實(shí)現(xiàn)汽車衡業(yè)務(wù)95%以上的自動計(jì)量；

3)    提高計(jì)量業(yè)務(wù)的整體作業(yè)效率,單車自動計(jì)量處理時(shí)間<15秒,遠(yuǎn)程計(jì)量處理時(shí)間<20秒；

4)    實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn)計(jì)量員業(yè)務(wù)負(fù)荷分配均衡、通車率均衡、設(shè)備負(fù)荷均衡；

建立遠(yuǎn)程集中計(jì)量系統(tǒng)監(jiān)控平臺與操作平臺，實(shí)現(xiàn)智能計(jì)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(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè),對經(jīng)濟(jì)發(fā)展至關(guān)重要，其中計(jì)量作為鋼鐵企業(yè)中一項(xiàng)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(jì)量依然是靠計(jì)量員在磅房現(xiàn)場進(jìn)行計(jì)量和監(jiān)控,每個(gè)計(jì)量點(diǎn)都需要二十四小時(shí)駐扎人員值班,物資計(jì)量點(diǎn)不僅分散,而且條件差,不利于集中管理和監(jiān)督,而且計(jì)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(kuò)大,物資計(jì)量站點(diǎn)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(yùn)輸量增大,廠內(nèi)物流量大大增加,人工計(jì)量點(diǎn)的反映速度已成為企業(yè)進(jìn)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(gè)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(jì)算機(jī)及現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)為基礎(chǔ)的遠(yuǎn)程集中計(jì)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(yuǎn)程集中計(jì)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(gè)適合其生產(chǎn)、經(jīng)營、管理的信息化計(jì)量平臺,實(shí)現(xiàn)了所有計(jì)量、計(jì)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(yuǎn)程集中計(jì)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(jìn)工作效率、加強(qiáng)管理服務(wù)客戶、提高計(jì)量水平以及業(yè)務(wù)處理效率,在原有計(jì)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(yuǎn)程計(jì)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(jì)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(shí)結(jié)合行業(yè)基礎(chǔ)，注重在進(jìn)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(jì)量終端的應(yīng)用功能，本項(xiàng)目還自主研發(fā)了遠(yuǎn)程計(jì)量自助一體機(jī)，實(shí)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(yuǎn)程計(jì)量系統(tǒng)示意圖

2 需求分析

在計(jì)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(jì)量管理系統(tǒng)軟件以及關(guān)于計(jì)量方面的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),基本能滿足企業(yè)對于計(jì)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(gè)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(yuǎn)程計(jì)量項(xiàng)目，缺乏物流系統(tǒng)支持，大量與計(jì)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(jì)量系統(tǒng)中實(shí)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(jì)算機(jī)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(jì)量管理工作水平與時(shí)俱進(jìn),不斷完善和提高以滿足計(jì)量工作日益發(fā)展的需要,計(jì)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(yuǎn)程集中計(jì)量管理系統(tǒng)的建設(shè)使計(jì)量管理工作更加科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)和高效是必要的?；诖?本項(xiàng)目研究開發(fā)出的基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程計(jì)量管理系統(tǒng),為鋼鐵企業(yè)實(shí)施計(jì)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(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路：建立獨(dú)立的計(jì)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動、自助、遠(yuǎn)程計(jì)量，與現(xiàn)有的ERP系統(tǒng)達(dá)到無縫對接。

整個(gè)系統(tǒng)采用集中管理、分布監(jiān)控的設(shè)計(jì)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(jī)（終端）和軟件系統(tǒng)進(jìn)行就地處理，通過計(jì)量專用光纖網(wǎng)絡(luò)與控制中心進(jìn)行交互。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(yuǎn)程計(jì)量信息系統(tǒng)三層總體架構(gòu)

? 數(shù)據(jù)基礎(chǔ)層—各計(jì)量站點(diǎn)

各計(jì)量站點(diǎn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括計(jì)量儀表的重量數(shù)據(jù)讀取、監(jiān)控?cái)z像機(jī)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(yùn)行的數(shù)據(jù)支撐，采用就地控制與遠(yuǎn)程控制相結(jié)合的模式設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

? 數(shù)據(jù)管理層－計(jì)量監(jiān)控中心服務(wù)器群

計(jì)量中心服務(wù)器是整個(gè)系統(tǒng)的核心樞紐，負(fù)責(zé)整個(gè)計(jì)量系統(tǒng)的管理、運(yùn)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(yuǎn)程計(jì)量工作站及業(yè)務(wù)站

監(jiān)控中心各計(jì)量員通過授權(quán)使用業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程計(jì)量業(yè)務(wù)操作和遠(yuǎn)程計(jì)量監(jiān)控。

3.2 系統(tǒng)架構(gòu)

為了保證設(shè)計(jì)的先進(jìn)性、成熟性和可實(shí)施性，在架構(gòu)設(shè)計(jì)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(lán)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(shí)現(xiàn)的技術(shù)采用。

根據(jù)計(jì)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(jì)量業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)劃分為計(jì)劃域、組織域、計(jì)量設(shè)備域、量測域、產(chǎn)品域、計(jì)量點(diǎn)域和異常域等七大域，同時(shí)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(jì)

圖4 功能模型

功能描述：

圖5 任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)示意

3.4 安全及可靠性

計(jì)量業(yè)務(wù)應(yīng)用的高效、順暢、7x24小時(shí)不間斷工作，必須架構(gòu)在一個(gè)高性能、高可靠、可擴(kuò)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?fù)?、服?wù)器集群、軟硬件選擇、網(wǎng)絡(luò)帶寬、所需設(shè)備數(shù)量計(jì)算等方面硬件部署規(guī)劃與設(shè)計(jì)。

圖6 系統(tǒng)拓?fù)?/p>

遵循系統(tǒng)采用兩層C/S架構(gòu)設(shè)計(jì)（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(shí)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(jī)通過MS SQL Server實(shí)現(xiàn)雙機(jī)熱備的高可用性，并充分保證系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運(yùn)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(jī)時(shí)間，允許不間斷的進(jìn)行系統(tǒng)升級和維護(hù)。

? 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(jī)的保護(hù)設(shè)置和故障恢復(fù)過程。

定時(shí)備份技術(shù)

定時(shí)備份技術(shù)是數(shù)據(jù)保護(hù)的一種常見技術(shù)手段，在本項(xiàng)目中也會利用此技術(shù)進(jìn)一步達(dá)到對遠(yuǎn)程計(jì)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)保護(hù)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(shí)自動全備份

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

? 為數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)對象提供更細(xì)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(shí)現(xiàn)導(dǎo)入導(dǎo)出；

? 支持導(dǎo)入時(shí)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(xiàng)目為江蘇某企業(yè)提供遠(yuǎn)程計(jì)量管理系統(tǒng)，通過調(diào)整、優(yōu)化計(jì)量業(yè)務(wù)流程，構(gòu)建完善的遠(yuǎn)程可操控計(jì)量管理系統(tǒng)，提升公司物資計(jì)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(jì)量效率，預(yù)計(jì)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(jì)量大廳遠(yuǎn)程操作，改善和提高職工工作環(huán)境。

3）對計(jì)量業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管控，計(jì)量業(yè)務(wù)領(lǐng)域負(fù)責(zé)人可及時(shí)處理突發(fā)的計(jì)量異常問題。

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

5）計(jì)量過程數(shù)據(jù)的全程記錄，便于計(jì)量工作審計(jì)、處理計(jì)量異議時(shí)追溯計(jì)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(jìn)行嚴(yán)格規(guī)定，避免人工計(jì)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(yuǎn)程智能計(jì)量系統(tǒng)，通過調(diào)整、優(yōu)化計(jì)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(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等新技術(shù)優(yōu)勢，在計(jì)量中心構(gòu)建完善的遠(yuǎn)程可操控計(jì)量管理系統(tǒng)，采用自動或遠(yuǎn)程輔助的方式完成計(jì)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(jì)量管控水平和信息化管理水平。