基于工业互联网的智慧矿山解决方案介绍

基于工业互联网的新一代智慧矿山解决方案介绍目录CONTENTS123新一代智慧矿山解决方案介绍数据中台，矿山工业互联网平台的核心工业互联网，煤炭企业新一代技术体系我们把目前各种智慧矿山的实践总结三种技术路线典型技术路线一：3D可视化典型技术路线二：综合自控典型技术路线三智能综采工作面两个国家推荐标准：技术源头应用功能数据架构技术架构技术特色发展方向GIS(3D/2D）+CAD/PLM自控软件组态+实时数据库煤机设备的数字化智能化应用/改造；边缘计算；工业网络通讯技术宏观矿井微观工作面/设备的建模与展现矿山技术管理、安监空间数据、CAD图档数据；管理信息独立；主要数据人工录入SOA为核心的IT架构为主：其它领域系统以集成为主形象直观，展示性强；理论上可以开发其它领域应用真三维，矿山全面数字化；与场景结合，开发领域应用；与自控和管理信息化融合集成各自控、安监子系统，通过组态软件进行统一展现；监测为主、具备控制能力设备、仪表实时数据；管理信息独立；主要数据由仪表产生传统的自控系统架构（PLC/DCS/FCS）为主：很少参与其它专业领域尤其是经营管理领域形象直观，展示性强；展示内容主要是技术参数及基于技术参数的分析图表；与业务场景结合不强可视化增强；与业务场景和工业机理算法模型结合，开发领域应用；与管理信息化融合设备智能控制/远程控制；减人甚至无人开采设备工况实时数据；地质地测数据；工作量精准测量数据；管理信息具备不涉及传统的自控系统架构（PLC/DCS/FCS）为主：自控技术与物理设备融合增强的控制能力；边缘计算；自控与物理设备融合以点带面，提升企业整体自控水平；与工业机理算法模型结合；与管理信息化融合GB/T34679-2017《智慧矿山信息系统通用技术规范》GB/T51272-2018《煤炭工业智能化矿井设计规范》这些技术路线/标准殊途同归，最终都是要实现两化融合单一路线特色鲜明，但很难良好支撑跨领域业务场景我们推荐第四种路线：工业互联网工业互联网是互联网和新一代IT技术与工业系统全方位深度融合所形成的产业和应用生态，是工业智能化发展的关键综合信息基础设施应用是目的网络是基础数据是核心安全是保障总体框架技术体系四级、三层、两网、一平台我国官方定义的工业互联网平台架构，对于像煤炭企业这样的工业企业构建新型的两化融合的企业技术系统，具有重要指导意义

2017年11月27日，国务院印发《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》，随后工信部发布《工业互联网平台白皮书》，提出了工业互联网平台参考架构：网络通讯体系是矿山工业互联网的基础，主要涉及以下内容网络互联通讯数采地址标识应用支撑IT网（IP为基础）OT网（模拟/工业总线/工业以太并存）外网（Internet)）现状IT/OT融合智能网络（IP到底、智能设备、SDN、泛在无线）互联网（IPv6、SDN、高性能、高Qos、安全可控）安全融合硬件通讯设备互通软件互操作工业互联网现状工业互联网RS485/工业现场总线MODBUSOPC工业现场总线/工业以太网工业现场总线/工业以太网OPC-UA现状工业互联网无统一标识解析体系IPv4+NAT地址体系公共标识解析体系建设中IPv6现状工业互联网定制开发为主，无平台支撑应用支撑平台逐步成熟云端集成/互操作N/AMQTT、XMPP等网络互联体系地址与标识体系应用支撑体系信息安全体系是矿山工业互联网的保障数据是矿山工业互联网的核心数据来源地质/资源建模矿山设计洗选系统GPS/物流计量矿山六大系统：采掘机运通排安全监测六大系统数据采集与交换对象感知实时采集批量采集数据核查数据路由数据预处理与存储数据预处理数据存储企业数据模型数据监测展示与统计分析数据可视化数据开放数据融合多维分析基础参照数据（空间坐标、行政区划、组织机构代码等）指标数据（分析数据）主数据设备物资人资财务……组织结构财务指标市场指标经营指标能力建设……实时指标安全生产实时数据图文档数据多媒体数据数据深度应用（智能决策与先进控制）数据挖掘与预测实时预警联动控制先进控制人工智能业务处理数据（产、供、销、财务核算、人事等）目录CONTENTS123新一代智慧矿山解决方案介绍数据中台，矿山工业互联网平台的核心工业互联网，煤炭企业新一代技术体系在工信部推荐的工业互联网平台参考架构中，工业大数据相关内容处于核心位置，我们结合煤矿企业特点，将其发展为煤矿企业数据中台（也称“大数据平台”）工业大数据平台（数据中台）公共应用基础平台（技术中台）工业场景轻应用APP（业务中台）能源物联网平台（边缘计算与数据采集）智能可视化我们据此总结了矿山工业互联网平台顶层架构工信部推荐的工业互联网平台参考架构对煤炭企业（大）数据的再认识物理世界数字世界编码型号厂家功能坐标长描述短描述……数据顶层设计（元数据）顶层框架数据分类/主题域数据定义/模板数据核心层事务数据主数据指标数据业务活动描述、单据、表格、状态等数据基础层（参照数据/底图）地图、设计底图、计量标准、国家基础数据标准等16位辅码特征描述1特征描述2特征描述3长描述短描述计量单位……0113040000001635Φ6.5mm35#

优质碳素圆钢\Φ6.5mm\35#优质碳素圆钢\Φ6.5mm\35#吨……0113040000163600Φ6.5mm40#

优质碳素圆钢\Φ6.5mm\40#优质碳素圆钢\Φ6.5mm\40#吨……分类属性业务说明

主题一级子主题二级子主题数据拥有者数据使用者数据项编号数据项中文名称数据项业务定义数据项业务用途相关数据处理逻辑数据类型数据长度财务预算管理生产经营管理预算财务部：财务处…事业部：财务处CW00100100001预算原油价格……（单位：元/吨）利润对比分析…数量…金额…金额/…数量浮点小数（10，2）企业核心数据构成与相互关系元数据：包括各种类型的元数据（如业务元数据、技术元数据）实例：业务和技术定义、主数据模板、数据结构、报表和用户视图定义、归档的标准来源、实际数据库中数据位置、创建者等等参照数据实例：GIS底图（空间基础数据）有效值列表编码表产品层次结构主数据实例：设备（煤机等）人员主数据客户主数据供应商主数据产品主数据交易数据实例：销售订单采购订单发票发煤单分析数据（指标数据）：实例：资产负责表，利润表、存货核算表、销售统计表、产品盈利统计表用于创建用于创建用于创建用于创建用于创建用于创建用于创建用于创建用于创建空间位置是煤炭企业数据实体的一种属性，可以根据位置属性在空间模型（底图）基础上对数据进行分类、组织以空间位置为索引的数据组织方式，支持从空间位置属性反推、查询业务实体再获得该实体其它属性空间模型是企业大数据模型的一部分，主要起基础参考数据作用。GIS系统本身就分成基础空间数据管理和GIS应用（引用基础数据开展业务应用）由于煤炭行业动态生产特性，以位置作为唯一标识有一定局限性，我们推荐按照业务实际构成从整体上对业务实体进行数字化建模，可以对包括空间位置属性在内的所有属性进行管理物理实体：采煤机数据模型：采煤机业务活动业务功能标识属性特征主数据：采煤机编码型号厂家功能坐标长描述短描述计量单位小类分类码小类名称图纸空间模型（底图）提供基础参考数据成图工具对底图进行维护，对业务变化进行标定底图哪儿来的？CAD工程设计图、施工图设计图纸的数字化测绘煤炭企业构建企业（大）数据模型的过程企业数据模型核心内容业务/加工行为人机料环金成果物业务实体实体数据对象数据代码实体自然属性业务状态行为/服务/功能业务过程事务数据这部分数据若企业内部其它业务过程也需要，则可以定义为企业主数据企业主数据分析数据（指标数据）单据、业务状态等企业核心资源企业业务行为传统数据建模与深度应用方式：先建模，再加载转换，最后再基于模型进行分析、挖掘、深度应用输入层输出层实时数据（内存计算）贴源层缓存层仓库层集市层查询查询查询查询查询同步同步同步同步抽取抽取抽取聚合加载加载业务系统管理系统非系统数据运营监控统计报表经营预测业务追踪主题分析多维报表管理驾驶舱实时数据贴源层（ODS）缓存层（Staging）仓库层（DW）集市层（DM）实时数据层，建立和源系统的直接数据连接，保证信息的实时性，常用于监控用于同步源系统数据，不对源系统数据做处理，可用于对源系统事务级的数据分析及追溯用于获取源系统被更新数据信息，定义规范数据接口，仅存储发生变化数据记录信息。将数据模型化，一般以星型和雪花型设计数据结构，形成共享维度和层次关系。根据明确业务场景及需求设计，会利用CUBE来进行多维分析，数据大多经过逻辑运算。复杂和成本高人工慢95%

需要大量的手工参与33%

太慢和太长时间部署60%

太复杂难于管理38%

前期购买和持续维护成本Source-CIOResearchReport:BiggestChallengesofCurrentDataWarehousingSolutionCIO认为目前数据仓库遇到的挑战–JeffShukis,VPEngineeringandTechOps,VoiceBase大数据模式下的数据应用方式：以数据湖为基础，先加载，后根据分析场景进行清洗、转换、建模数据资产/数据目录关系数据设备数据媒体数据专属应用Web应用社交数据数据源数据移动数据存储数据分析数据服务批模式流模式拉取同步推送同步多数据源数据流建模关系存储（GP）索引存储（ES）图存储列存储HDFSSpark/MRPrestoTensorflow/R/…数据探索智能分析智能搜索…移动应用数据湖与传统数据仓库方式对比特点数据仓库数据湖数据来源来自交易系统，运营数据库和业务线应用程序的关系型数据来自物联网设备，网站，移动应用程序，社交媒体和企业应用程序的非关系型和关系型数据Schema在数仓模型设计实时时，预先制定好(schema-on-write)无需预先设计，在使用和分析时确定数据的schema（schema-on-read)成本/性能使用高级的存储实现最快的查询需求使用廉价的存储实现稍快的查询数据质量高度治理过的数据，是数据的单一事实版本任何数据，可能是没有调校过的原始数据（但数据质量依然要求有保障）用户业务分析师数据科学家数据工程师业务分析师（使用经过调校的数据）分析场景报表，BI、仪表盘机器学习、预测分析、数据画像、数据发现基于数据湖模式，可以构建新型的煤炭企业大数据平台——数据中台大数据存储计算引擎集群管理矿山数据资产管理工业数据连接处理工业数据建模主数据分析主题实时数据元数据实时监测实时分析统计分析报表数据挖掘基础设施处理套件数据治理数据服务人工智能工业APP应用设备工况人员定位异常报警预测预警应急联动目录CONTENTS123新一代智慧矿山解决方案介绍数据中台，矿山工业互联网平台的核心工业互联网，煤炭企业新一代技术体系用友基于工业互联网的新一代智慧矿山整体解决方案矿山大数据平台（数据中台）矿山工业PaaS平台（技术中台）矿山两化融合场景化应用（业务中台）矿山工业互联网边缘计算与数据采集平台智能可视化工作台矿山工业互联网IaaS平台矿山工业互联网安全体系新在哪儿？把源头数据自动采集问题放在首要位置有条件的，以FCS为方向重构自控体系架构扩大数采覆盖范围，解决设备数采不足、不准问题以OPC-UA为重点建立开放的符合国际标准的数采平台建立企业级大数据平台覆盖工程设计、接续、生产、安监、环保、企业经营管理等完整领域全企业业务对象数据建模数据治理及相关工具建立工业PaaS平台为矿山各应用场景提供微服务、应用容器、公共业务服务、开发平台、工业算法引擎等提供公共支撑服务建立全企业物理实体数字化模型，为上层应用提供基础服务建立符合实际的安全体系把握好信息安全与应用需求的平衡在OPC-UA等新技术标准支持下建立新一代矿山工业互联网安全体系是可行的建设矿山工业互联网IaaS平台以融合网络通讯为重点服务器、存储等计算基础设施应全面云化、同时可考虑混合云以场景为中心建设融合生产和管理的应用采用基于工业PaaS的新型架构场景化、微服务、轻应用、两化融合建立支持多终端、多格式、用户个性化、应用场景化、统一访问入口的智能化统一工作台，基于WebGL的新型可视化技术智慧矿山整体解决方案将基于工业互联网平台打造各层次、各场景的应用实时工况设备管理决策联动生产调度安全监测智慧决策安健环质量标准化应急指挥监测与报警隐患和危险源职业健康生产管控设备资产管理能源管理生产监管生产技术经营管控协同办公人力资源财务共享工程项目内部市场……物资供应煤炭运销责任目标绿色环保智慧安全管控智慧生产运营智慧经营决策地质地测4D透明矿山辅助设计矿产资源供电设计安全培训一通三防矿山工业互联网平台物联网大数据平台数据分析数据建模IOT连接数据存储应用支撑平台技术平台开发平台Web平台移动平台可视化应用平台智能工作台3D可视化AR/图像识别GIS融合通信网络行为感知工况感知环境感知工业实时应用管控应用边缘应用决策应用用友的云数据中台产品，能够为矿山企业数据湖建设提供良好保障数据交换主数据批量计算流计算内存计算查询计算主题数据人员项目……人资财务……实时研判数据分析查询探索数据挖掘数据运维实时数据消息队列数据抽取工具日志文件汇聚……数据安全数据分析数据计算数据存储数据汇聚数据来源企业内部数据源企业外部数据源人力资源财务数据投资项目……气象数据政府数据社交数据……工业实时应用——实时工况监测范围：采煤机、液压支架、三机、掘进设备、皮带运输机、排水系统、通风机、供配电、给排水、水处理、洗选设备、粉尘、调度通信、矿井广播……实时采集与存储：与各矿井下智能仪表、智能模块、板卡、PLC、控制器、分站、读卡器等硬件设备进行实时通信，对相关环境参数、设备工况、电网参数、人员位置、车辆位置等参数进行实时采集，根据相关控制逻辑进行实时控制。界面组态：具备工具、仪表控件、图表空间、实现画面设计、动画连接、脚本控制、图层控制。图形显示：应采用面向对象的图形可视化界面，引入类的概念对监控对象的数据、属性、动作进行管理，形象生动的还原了真实的生产工艺过程。事件记录：对所有涉及系统配置操作，对子系统实施控制的操作及一些重要的操作，具有自动完整的记录。实时报警：平台根据报警类型、报警内容、报警级别通过语音方式播报，推送到各种客户端显示提醒，并可配置声光装置。趋势分析：利用多维分析、关联分析、趋势分析等分析方式对生产工况进行分析评估，直观的显示区域、煤矿的生产状况。生产调度以GIS平台、3D可视化平台、大数据图表作为可视化载体，实现采掘执行过程的一体化呈现，能够为管理人员提供直观的数据可视化展现。生产调度工作频次较高，形式多种多样，通过大屏幕系统、个人电脑、移动终端多种交互终端，能够全天候支撑生产调度业务的顺利开展。个性化调度台生产管理规程资料矿长/厂长分管领导调度室技术及管理人员基层人员调度任务实时数据统计图表原煤产量掘进进尺调度会议班前会调度台张人员考勤作业规程安全规程职业健康规程技术材料巷道布置通风网络解算安全监测安全管控安全联动预警报警人员、车辆定位束管监测压风监测通风监测视频监控瓦斯监测顶板压力监测瓦斯监测……1、安全监测监控监测显示：在矿井地理信息图中将安全监系统的分站、传感器位置以及测数值实时显示。报警功能：当瓦斯超限时，“瓦斯监测全局图”中显示报警及联动提示信息；按颜色区分不同报警等级；趋势功能：模拟量、开关量的实时曲线和历史曲线显示：系统对各检测值进行存储，可实现自定义时间段的监测值曲线显示和查询功能。2、车辆、人员定位：实现对移动对象（井下人员及车辆）的实时定位和跟踪，路径回放等功能3、工业电视系统、安防系统集成：将煤矿井下生产、地面工业场地等关键场合的实时图像传送、在矿井视图中可查看所有摄像仪的精确位置4、井下火灾预报：集成接入束管监测系统，显示气体组成成分表，火源温度的变化情况，具备分析及环境变化趋势模拟图的功能，在相关气体含量超标的情况下自动报警5、矿井水文监测显示所有监测点的实时水量数据，建立水文监测点数据库，并以实时曲线的形式展现监测点监测数据的变化情况6、矿压监测顶板离层、锚杆应力、围岩应力等数据的在线监测，在线形成压力曲线，及时准确的判断矿压变化情况。在矿压超限的情况下自动报警。生产技术解决方案——基于空间数据模型（参照数据/底图）开发相应的可视化与管理应用元数据几何体关联数据索引数据关联属性数据矿体数据地质数据水文数据储量数据测量数据……核心处理图形算法库专用算法库空间处理引擎出图引擎数字化协同开采地质地测采矿设计辅助设计一通三防设计数据矿井工程辅助设计机电设备基础信息矿产资源供电设计流程集成数据集成4D透明矿山生产技术管理的核心技术是空间位置相关的图文档大数据管理（“一张图”），关键是建立矿山空间基础数据库（所谓“底图”），以及在底图基础上所作各种业务图形、业务数据的管理GIS方法PLM方法ECM/MDM方法利用GIS软件的空间位置管理和图层管理功能，以位置坐标为线索，把各种图纸统一管理起来优势劣势对位置相关业务实体管理较方便通过坐标把各种技术图纸串联起来，便于查看需要专门的成图工具或者转换、导入工具对于位置特征不太明显的业务实体管理能力较弱除了空间位置以外，对其它维度的数据分类较为粗放利用CAD领域的PLM软件按照工艺流程或业务分类对于各种图文档大数据进行管理优势劣势与常用成图、看图工具结合紧密与3D模型集成相对容易分类符合业务习惯对于地图或空间模型与对应的图档数据位置匹配需要专门处理利用企业内容管理（ECM）或主数据管理（MDM）软件的能力，安装各种维度对图档大数据进行管理优势劣势数据分类、查询、检索能力强多种数据类型管理性能强大需要第三方成图、看图工具对于地图或空间模型与对应的图档数据位置匹配需要专门处理经营管控解决方案解决方案人、财、物三大资源全面覆盖，产、供、销三大环节全面贯穿的核心应用体系基于大数据技术的经营管控数字化决策应用物供、运销、安全、内部市场等专项领域的精细化管控系统支持采购、销售、第三方等B2B互联网商务平台应用价值企业经营管控和决策提供有力支撑及数据保障，为各级管理人员提供基于大数据技术的分析和预测服务，实现经营管控的全面数字化；实现对企业的精益运营、精细管控，辅助完成业务管理变革“厚平台、薄应用、微服务”架构，灵活适应企业管控模式的调整和业务变革，降低信息化建设风险和总拥有成本，提高信息化建设效率战略、风控、合规、绩效互联网商务网上采购电子招标与供应商协同阳光采购平台网上销售营销式运销在线下单B2BB2B交易平台物流服务平台企业资源管理财务管理总帐应收、应付固定资产银行日记帐差旅管理结帐和报表成本中心利润中心成本核算资金费控……人力资源管理绩效管理培训管理招聘管理薪酬管理……采购管理采购需求采购寻源采购收货……销售管理销售订单发货管理寄售业务……生产管理生产成本物料清单MRP……项目管理项目三算……资产管理购置、报废……库存管理转储、盘点……设备管理预防性维护……党政工团法律事务纪检监察风控审计公共关系综合事务规划发展绩效管理战略管理投资管理EIPOA融合通讯业务管控物资供应物资需求采购寻源库存管理采购结算供应商物资超市运输销售场内发运无人值守在途运输销售结算第三方物流运销调度内部市场市场体系定额体系交易管理价格体系全面预算考核评价安全生产数字化开采生产管控智能安健环设备生命周期生产管控解决方案矿井作业计划采掘接续计划设备配套计划设备需求计划备件需求计划设备检修计划备件配套计划洗选作业计划运输销售掘进接续计划开采接续计划运输通风等辅助作业计划商品煤库存原煤库存生产作业准备生产工艺准备生产组织准备设备/备件/物资/人员的准备设备资产管理供应商协同管理物资管理煤炭生产监管组织督办协调平衡生产调度地测管理MES市场需求协同管理综合自动化生产工况地质水文监测煤质管理计划协同生产实绩实时数据智能分析能源管理质量产销量监控车辆管理销售计划公路运输计划铁路运输计划设备管理无线传感器RFID芯片精密点检物联网、工业网环境互联网环境智能移动应用运行周期管理设备知识共享温度、振动、启停、位置、身份位置、身份温度、振动、启停、位置、身份位置变化频繁的设备大型精密设备位置相对固定的设备移动点、巡检移动工单移动监控……预测型维修点巡检管理运维保养管理……技术档案缺陷故障库……实时工况数据设备智能分析模型预防维护模型劣化预测模型OEE分析模型……设备三维仿真设备实时监控设备运行分析设备劣化预测矿业互联网设备OEE分析MESLE智能企业能源管理安环管理智慧仓储智慧物流工程管理物联网标识智能运维JAVAGONODEJSC/C++开发支撑Andriod/IOS骨架生成应用服务层大数据分析数据清理事件管理模型选择故障预测数据分发订阅注册规则定义数据过滤定向分发数据持久化实时库HBaseMongoDBInfluxDB数据分发层告警服务规则引擎日志服务支持服务层规则管理数据订阅规则执行数据联动规则定义数据订阅告警定义告警投递日志存储日志查询日志移除日志分析元数据管理核心服务层微服务注册配置中心物管理域管理模板库驱动库服务注册服务发现服务诊断服务配置主数据管理调度中心值定义值管理值发布值校验负载均衡定时/随机调度故障诊断设备识别数据采集采集服务层命令下发协议适配设备连接数据解析数据清洗命令解析命令执行命令反馈命令校验MTConnect、FOCAS、ZigBee.、NB-IoT、LoRa、Modbus、OPCUA、OPCDA、MQTT、SMMP、BACNET、Rest、….权限管理租户管理安全认证平台监视物可视配置管理控制台开发者指南视频设备数控机床AGVPLC工业机器人注塑机计量仪表DCS用友“精智”工业互联网平台是国内领先的工业互联网平台现场层接口层接入层处理层APPDaaS/BaaS/SaaS云集成平台开发平台UI建模l流程建模l微服务编排l开放体系服务治理平台移动平台IoT平台连接I适配l解析