矿物加工流程服务平台搭建与实现.pdf

第32 卷增刊12023年6 月文章编号：10 0 4-40 51(2 0 2 3)S1-0162-05中国矿业CHINA MINING MAGAZINED0I:10.12075/j.issn.1004-4051.20230444Vol.32,Suppl 1June2023矿物加工流程服务平台搭建与实现安鹏翔1，郭振宇1.2，宋涛1，刘道喜1.2（1矿冶科技集团有限公司，北京10 0 16 0；2.矿冶过程智能优化制造全国重点实验室，北京10 2 6 2 8)摘要：根据矿物加工流程行业构建一套数据矿物加工流程服务平台，从业务角度实现面向矿物加工生产管理业务的各类管控服务；从数据角度具备数据采集、数据管理、数据服务等功能，使用角度平台提供的服务具有统一性、规范性、快速性，用户在使用该平台时，可以简捷化、规范化日常操作流程，聚焦业务应用。矿物加工流程服务平台通过规范生产操作流程、监控设备运转状态、生产资源管理、移动APP应用，将生产过程通过数字化信息技术进行收集、整理、分析、查询流程数据，从而在矿物加工生产过程中提高生产效率。关键词：服务平台；矿物加工；数据采集；移动APP；数字化中图分类号：TD9Construction and implementation of mineral processing process service platformAN Pengxiang*,GUO Zhenyul-2,SONG Taol2,LIU Daoxil-?(1.BGRIMM Technology Group,Beijing 100160,China;2.State Key Laboratory of Intelligent Optimized Manufacturing in Mining&.Metallurgy Process,Abstract:According to the mineral processing process industry to build a data mineral processing processservice platform,from the business point of view to achieve mineral processing production managementservices.From the perspective of data with data collection,data management,data services and otherfunctions,the use of perspective platform to provide services is unified,standardized,fast,users in the use ofthe platform,can simplify and standardize the daily operation process,focusing on business applications.Themineral processing process service platform regulates the production operation process,monitors the runningstate of the equipment,manages the production resources,and applies the mobile APP,the productionprocess is collected,sorted,analyzed and queried by digital information technology,so as to improve theproduction efficiency in mineral processing.Keywords:rock service platform;mineral processing;data collection;mobile application;digitization0 引 言近年来，矿物加工企业均在积极探索数字化转型途径，以增加自身竞争力。工业和信息化部、国家发展和改革委员会、自然资源部于2 0 2 0 年4月2 8日联合公告了有色金属行业智能矿山建设指南（试文献标识码：ABeijing 102628,China)行），该文件提到“可结合矿山实际情况，采用业务、数据双驱动的管理理念，围绕设备、能耗、化验、计量等业务主线，建设智能、协同的生产运作管理系统”1。这为矿物加工企业数字化转型提供了思路，可面向矿物加工生产运作管理业务，搭建一套矿物收稿日期：2 0 2 3-0 6-0 5基金项目：国家重点研发计划项目资助（编号：2 0 19YFE0105000）；甘肃省科技计划项目资助（编号：2 0 ZD7WC010）第一作者简介：安鹏翔（1993一），男，汉族，河南安阳人，主要从事矿物加工服务平台研究与开发，E-mail：a n p e n g x i a n g b g r i mm.c o m。引用格式：安鹏翔，郭振宇，宋涛，等.矿物加工流程服务平台搭建与实现J.中国矿业，2 0 2 3，32（S1）：16 2-16 6.AN Pengxiang,GUO Zhenyu,SONG Tao,et al.Construction and implementation of mineral processing process service platformJ.ChinaMining Magazine,2023,32(S1):162-166.责任编辑：刘硕增刊1加工流程服务平台，基于该平台开发应用各类服务，实现生产运作管理数字化，提高管理效率。基于矿物加工流程服务平台，业务上，可灵活开发、实现面向矿物加工生产管理业务的各类管控服务，如生产计划管理，以能及时调整生产情况；统计监控设备运转率、故障率，可综合了解设备状态；能源管理，便于统计消耗，估计能源成本等功能；数据上，随着业务的不断完善与延伸，需开发的服务会逐渐增加，而随着服务的应用与增加，数据种类将不断丰富，数据量也不断增加，平台需要具备数据采集、数据管理、数据服务等功能；使用上，平台提供的服务具有统一性、规范性、快速性，用户在使用该平台时，可以简捷化、规范化日常操作流程，聚焦业务应用。为实现上述功能，该类平台的搭建至关重要。基于此，制定平台开发目标，进行业务架构设计，介绍开发技术组件选型与平台搭建，阐述平台功能设计，最后介绍所开发的服务与实现。通过服务平台应用，可有效将生产管理中的信息传递转化为平台内部的数据传递，是管理手段的变革2。所搭建的矿物加工流程服务平台将成为矿物加工在生产过程中提高生产效率必不可少的手段。1矿物加工流程服务开发目标矿物加工流程服务平台是为了针对矿物加工流程过程管控，通过采用数字化技术进行收集、整理、分析、查询流程数据，可以提高生产效率，降低一线员工的工作量。同时，可以使矿物加工流程环节规格化、条理化，便于一线员工监控生产，方便管理人员动态调整生产情况。针对矿物加工流程生产特点，服务平台的开发制定以下四点目标。1）矿物加工流程服务平台能够规范生产操作流程，为更深层次的管理提供保障。服务平台能根据规则动态生成排班计划，可统计每个班组每个班次的矿量统计信息，同时，每个班组的班长可每天发布当前班组的公告信息，安排本班的工作计划及工作任务。员工登录平台是可以看到本班生产计划及任务。将生产标准化、制度化、程序化，同时也保证数据的准确性，提高员工的工作效率。2）针对设备进行实时管控，确保设备能够不间断工作。服务平台能根据设备测点实时监控设备运行状态、温度、压力、料位等测点数据，给予异常报警提示。根据设备启停状态，统计设备运转率，根据报警数据，统计报警信息。3）生产资源管理针对矿物加工流程中用到物料进行管控，产生的用电、用水、气等能源消耗，服务安鹏翔，等：矿物加工流程服务平台搭建与实现2业务架构设计2.1平台业务架构设计服务平台分为四层架构，包含边缘层、IaaS、PaaS、Sa a S层。边缘层是数据来源的基础，对所有设备进行连接和管理，并利用相应的通讯协议转换实现数据的对接和交互操作。通过对数据的管理、计算，实现降低网络传输负载和服务端计算压力；laaS层利用虚拟化、分布式存储技术对物理资源进行池化处理，对海量数据实施动态调整，高效达到数据资源共享服务；PasS层是服务平台的核心服务，构建相应的组件服务，提供数据管理、计算、应用、交互等功能；SaaS层是服务平台的应用层，搭建生产资源管理、生产管控、可视化、移动端等服务。平台业务架构设计如图1所示。2.2平台技术框架服务平台数据来源有三种，分别是DCS数据源、信息化业务数据源、泡沫图像（片）数据信息。DCS数据源通过采集服务将数据传输至Kafka消息队列，由Storm流数据处理推送值OpenTSD时序数据库中；信息化系统数据通过平台应用服务存储至MySQL关系型数据库。如遇网络中断可临时由本地MongoDB数据库暂存数据信息。待网络通讯恢复，通过Kafka消息队列上传至持久化MySQL；非结构化图片泡沫图像（片）通过采集服务将图片传输至FastDFS文件系统。Springboot框架搭建关业务服务开发功能，读取持久化数据库数据，提供生产监控业务和信息化业务；系统监控与日志系统是实时记录服务平台的运行状态及日志记录。平台技术框架如图2 所示。由图2 可见平台业务流与数据流统一。具体平台组件选型如下所述。Kafka消息队列：实现实时数据的传输与缓存,对DCS等产生的大量时序数据进行持续不断的采集传输。Kafka对传输的数据起到缓存功能，对数据源的采集量过大的场景，仍能通过消息队列将逐步传输，最终被接收端消费。组件可分布式部署，提供主备分区，有高可用性。采集到的数据可分发流式数据到各种数据平台其他组件的功能，可被后续流计算、分布式计算与存储组件接163平台可对生产资源进行统计与数据分析。4）基于服务平台配套Android3移动端APPL41，岗位人员登录APP后，可查看实时生产状态、本班的班报统计、本班的班组公告、实时监测设备运行状态、实时报警、历史报警等信息。若产生报警信息移动端APP可接收到报警信息，能够方便岗位人员及时响应，排查设备故障报警原因。164Saas资产管理设备台购测点维护生产管控生产计划能源管理可视化大屏数据大屏报表统计移动端APP生产监控实时报警数据管理计算服务元数据管理实时计算门户平台可视化服务应用服务Paas时序数据数据平台数据采集中国矿业矿物加工流程服务平台架构图应用平台服务数据挖掘容器数据管理第32 卷服务组件接口交互API服务算法组件可视化库数据存储消息队列Laas边缘层主机破磨数据主机浮选数据存储生产数据药剂数据云平台用水数据能源数据设备感知系列传感器、控制器、仪表智能终端设备图1平台业务架构设计图Fig.1 Design diagram of platform business architecture矿物加工流程流程服务平台KafkaOPC serverOPC客户端服务采集服务DCSRest API信息化系统药花图片泡沫图像（片）Storm流数据处理消息队列Record补录程序MongoDB采集服务临时(1个月）采集服务生产监控业务：时序数据处理与分OpenTSDB析业务Spring时序数据库boot框MySQL架FastDFS持久化系统监控与日志系统业务服务开发信息化业务：报表及报表数据展示图2 平台技术架构图Fig.2 Architecture diagram of platform technology收。Storm流数据处理引擎：Storm流计算组件提供一种持续、低时延、事件触发的计算任务，可对来自DCS序数据直接处理、分析，如累加、求均值、最值等。流数据来自Kafka消息列队，流数据作为流计算的触发源，驱动流计算的运行。一个流计算任务必须至少使用一批流数据作为数据源。一批进入的数据流将直接触发下游流计算的一次流式计算处理，并针对单批次流式数据得出计算结果。OpenTSDB时序数据库：从DCS采集到的数据均是现场仪表、电气设备等时序数据，实时采集数据量巨大，需要人库速度快，支持海量时序数据准实时查询的数据库。OpenTSDB是基于Hbase的分布式，可伸缩的时间序列数据库。而HBase底层是Hadoop分布式框架5，故OpenTSDB可充分支持海量时序数据的存储与查询，特别适合监控系统场景。MySQL关系型数据库：一款高性能且相对简单的数据库系统，主流关系型数据库之一，与一些大型数据库如Oracle、M SSQ L相比，其复杂程度较低，将会极大减少运维成本。作为平台业务数据库。FastDFS轻量级分布式文件存储系统：提供文本、图片等非结构化数据的分布式存储、计算、调度、管理。Spring Boot框架：平台对外提供数据web服务，各服务采用多服务架构开发。服务开发上，基于SpringBoot框架，采用多服务开发与部署方式，不再是把多个应用增刊1放到一个Web服务器下，而是每个应用独立使用一个Web服务器，可敏捷实现类服务的上线与运维。iView十Vue.js前端开发框架：项目前端采用iView十Vue.js作为开发框架，相较于传统的Web前端，iView十Vue.js有自己已的前端风格和规范，也同时保证了前端视觉和交互的一致性。抛弃了传统的原生开发方式，转而使用基于数据驱动和组件化的渐进式开发框架Vue.js，开发人员无需关心业务无关的DOM操作，代码结构也更为清晰。3服务平台基础功能设计3.1权限管理与身份认证服务平台将功能模块，用于操作权限和数据权限分别管理。其中数据权限以组织为基础，一个用户所能看到的数据根据其分配角色所处的组织决定，叫做组织权限，比如一个监控组所看到的数据和决策组看到的不一样。这种设计方式能实现一个厂矿对部门或车间的分权限管理，同时厂部实现班组、部门的分级管理。设计系统管理模块，方便系统管理员根据管理的需要，对整个系统功能模块进行基本的管理、配置和控制，也可同时保证数据的安全性及灵活性。亦同时可支持单工厂和集团企业的日常运营管理要求。设计系统权限管理功能包括以下方面。用户身份验证。系统会根据用户输入的用户信息，对用户的身份进行验证，只有系统设置此用户并且此用户拥有登录的权限，才可以登录系统。可以为每个角色配置可使用的功能，以及每个功能的操作权限。可设置每个角色的可用菜单以及菜单的操作权限，再将角色授权给用户。精确控制用户可访问的模块、功能甚至细到每个按钮的使用。支持用户自定义权限范围。系统对数据权限的控制。处在不同组织的角色所能看到不同的数据。权限管理与身份认证的设计与实现同时保障了平台与数据访问安全。3.2平台门户设计开发平台门户，作为本平台应用人口，将需要有用户交互的子系统的链接集成到门户页中，便于用户对其他系统访问。门户包含矿量数据统计、班组矿量统计、排班计划、本月矿量统计、班组任务公告、月计划信息。矿量数据统计实时展示月计划、本月完成矿量、年度完成矿量及当前生产班组的任务计划；班组矿量统计实时展示全部班组当月完成矿量生产；排班计划展示当天及未来一天的生产班组信息；本月矿量按照日期采用折线图展示当月矿量生产数据，能够反应每天矿量生产详情；班组公告任务，展示当前生产班安鹏翔，等：矿物加工流程服务平台搭建与实现日任务矿量生产信息。3.3数据服务设计与实现设计实现如下功能，为进一步利用也为项目开发服务进行数据支撑。数据存储。被采集数据的存储，根据业务需要存储至高可用分布式文件系统、时序数据库或关系库。其中，时序数据库用于存储采集自DCS数据，关系库存储业务数据，分布式文件系统使用高效率、高性能的分布式存储以确保数据的安全和性能。数据管理。元数据管理，厘清信息资产。通过数据地图，实现数据资产的数据血缘和数据全景可视，提供数据智能搜索和运营监控。数据安全。数据权限管理，数据的分级打标、脱敏，以及数据审计。基于网络隔离、安全组规则以及一系列安全加固。数据预处理。实现数据的对齐、清洗、降维、抽取、合并、变换、分组等操作功能。数据查询与计算分析。实时探查和分析数据。触发分布式计算引擎，获取存储资源，对采集的数据记性并行离线计算，可进行对数据的探索式分析。以分布式实时计算框架集群、高速缓存集群、以及分布式消息订阅来保障数据的一致性及效率和安全。数据配置。数据信息绑定和数据分析服务的基础数据支撑，通过在数据配置中配置设备或流程与数据建立关联。数据服务。对数据库数据进行封装，对外提供restfulAPI接口。3.4访问流程用户登录系统时，需要先验证用户的账号信息是否正确。成功登录时，系统会根据账户所拥有的角色信息来获取相应的菜单访问权限。系统菜单栏显示出拥有访问权限的菜单信息。接下来用户可以访问系统菜单来操作所需要的功能。矿物加工生产管控的设备运转率、排班计划、能耗数据；报警管理中的实时报警信息、历史报警、故障率；系统管理中的菜单管理、数据源、角色、用户、缓存等信息（图3）。4服务开发与实现矿物加工流程服务平台中的各类服务高内聚，低耦合，各服务的综合应用，可提高生产管理效率，开发如下服务。1）生产计划管理。根据年生产任务，本服务自动分解到月、日、班任务。自动实时统计完成情况及百分比，通过对比完成情况与计划，便于生产上了解生产进度，以及时调整生产规划。2）智能排班。本服务能够动态按照排班原则进行自动排班，自动实现班组对应具体的日期以及165的公告信息，可供当前班组成员查看公告信息，调整生产调度；月计划信息展示本月的生产任务矿量、每166提示错误，重新输人获取用户访问权限生产管控文+设备管控排班计划电能管理矿量统计电能统计数据配置否是否操作完成退出系统图3访问流程Fig.3Flow of access班次，省去人工手动排班；3）设备管理。设备管控中统计监控设备运转率、故障率，可综合了解设备状态；设备参数监控、回溯。包括设备备品备件管理，函备品备件台账、库存、使用统计等功能。4）能源管理。矿物加工生产能源主要包括电、水、气等。电、水、气等数据来源于DCS，服务对各类能源实时消耗数据自动积分，计算累积量，可进一步计算班、日、月消耗，通过可处理量对比，计算能源单耗量。5）生产物料管理。矿物加工生产物料主要包括药剂、钢球等。服务根据钢球、药剂等生产物料上月消耗情况以及本月生产计划自动制定本月需求用量，自动统计本月实际累计用量，在每月初自动生成上个月的物料统计报表。6）生产质量管理。生产指标直接表征生产质量，如磨矿流程的溢流粒度、浓度，浮选流程的精矿、回收率等指标。金属平衡通过分析实际回收率和理中国矿业服务平台论回收率的关系考核金属流失情况，是生产质量管登录界面理的重要内容。本服务可自动生成生产报表，包括生产指标、金属平衡内容，基于本服务可灵活查询一错误判断用户名和密码+第32 卷定周期内的各类数据，实现环比、同比对比分析。7）移动应用。APP中包含设备管理、班报统计、实时报警、报警历史报警。岗位人员实时查看破碎、磨矿、浮选设备运行状态，如设备产生故障，立即产生实时报警信息，报警信息推送至手机终端，及时响系统管理应排查问题；基于移动APP生产班组可查看当前班组生产矿量，与班组计划任务矿量生成完成百分比。菜单管理数据源管理角色管理用户产管理角色权限更新缓存5 结语对矿物加工流程服务平台的研究、设计、开发、实施等各个阶段进行描述，对开发过程中采用的各类技术也进行说明。通过矿物加工流程服务平台开发，实现了矿物加工流程工厂企业的生产信息可视化管理，数据能够实时同步到服务平台中，能够有效提高员工的工作效率，提高矿量生产。服务平台采用多层架构思想，多服务构建功能业务，不仅满足指定的目标，同时对以后的功能拓展也做了相应的铺垫。参考文献【1工业和信息化部，国家发展改革委，自然资源部.有色金属行业智能矿山建设指南（试行)EB/OL.https：/w w w.g o 0 2 1,30（2）：31-35.GUO Zhenyu,ZHU Yingzhou,ZOU Guobin,et al.Analysisand conception of non-ferrous metal 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