GIS在企業(yè)生產(chǎn)工藝流程信息管理系統(tǒng)模型建立上的應(yīng)用

羅 松，劉自放

（長春工程學(xué)院，長春130012）

0 引言

地理信息系統(tǒng)（GIS）是用于輸入、存儲、查詢、分析和顯示地理數(shù)據(jù)的計算機(jī)信息管理系統(tǒng)。隨著計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，地理信息系統(tǒng)（GIS）也獲得了飛速發(fā)展。GIS借助于計算機(jī)系統(tǒng)建立地理信息數(shù)據(jù)庫，搭建了一種高效的地理信息數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺，將地理環(huán)境的各種要素，包括它們的地理空間分布和所具有的屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，并能夠?qū)崿F(xiàn)對存儲數(shù)據(jù)的各種分析、調(diào)用和處理，可很好地滿足用戶快速獲取和分析處理地理信息的需求。近年來，由于GIS強(qiáng)大的圖形與相關(guān)數(shù)據(jù)的處理功能，已用于突發(fā)事件規(guī)劃、市場分析、設(shè)施管理、運輸規(guī)劃和軍事領(lǐng)域。隨著GIS技術(shù)不斷更新及人們對其應(yīng)用領(lǐng)域的開發(fā)與拓展，相信其應(yīng)用領(lǐng)域還將會得到飛速擴(kuò)展。

本文研究建立的系統(tǒng)，是以某企業(yè)工藝生產(chǎn)流程為描述對象，以工藝清潔生產(chǎn)與節(jié)水減排為主要研究內(nèi)容，利用GIS強(qiáng)大的圖形與屬性數(shù)據(jù)的管理功能，對工藝流程進(jìn)行表達(dá)，以展示企業(yè)的生產(chǎn)工藝流程以及對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的管理，建立一個直觀、先進(jìn)、準(zhǔn)確的基于GIS的生產(chǎn)工藝流程信息管理系統(tǒng)。

從研究觀察范圍需要來看，有時關(guān)注整體工藝、有時關(guān)注局部工藝，有時甚至關(guān)注其中一個生產(chǎn)工藝節(jié)點；從研究工藝流程數(shù)據(jù)上看，有時要研究水量的平衡，有時要研究物料的平衡，有時還要查看節(jié)點水質(zhì)的狀況。因此分層組織表示工藝流程的圖形和分類組織相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)交織在一起，靈活且可選擇性地進(jìn)行工藝流程的表達(dá)，能夠為分析人員方便地提供直觀的流程和有組織的數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)預(yù)期結(jié)果是，通過建立工藝流程展示系統(tǒng)，可分級分層圖示企業(yè)的生產(chǎn)工藝流程，全面更新監(jiān)測生產(chǎn)工藝狀況；可同步顯示各工藝環(huán)節(jié)運行的水質(zhì)、水量與物料等數(shù)據(jù)；根據(jù)研究需要，對企業(yè)生產(chǎn)過程與清潔生產(chǎn)和水污染控制相關(guān)的技術(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類展示；利用函數(shù)功能對相關(guān)節(jié)點進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)；能在系統(tǒng)中對數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，形成工藝生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)動態(tài)模型。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)設(shè)計思路

地理信息系統(tǒng)的優(yōu)勢為圖像分層技術(shù)和屬性數(shù)據(jù)管理技術(shù)。利用圖像分層技術(shù)，GIS軟件可以將表達(dá)流程的圖形元素分層進(jìn)行組織和管理，圖像分層的層數(shù)可以根據(jù)不同企業(yè)的生產(chǎn)工藝增加或減少。

本工藝流程信息管理系統(tǒng)在設(shè)計中，設(shè)定對企業(yè)工藝流程及屬性數(shù)據(jù)分3層進(jìn)行展示。首層為生產(chǎn)工藝整體流程，第2層為單元工藝流程，第3層為工藝節(jié)點流程，每層設(shè)置相應(yīng)的顯示比例。流程的細(xì)部信息，隨瀏覽時的縮放比例增大逐層展開。

由于GIS采用數(shù)據(jù)庫形式管理數(shù)據(jù)，因此具有管理、顯示、分析和處理海量數(shù)據(jù)的能力?；贕IS功能，可以將工藝流程中的各種數(shù)據(jù)作為圖形的屬性數(shù)據(jù)加以組織和管理，以實現(xiàn)對生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)的高度集成管理和對信息的分類綜合分析。由于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可運用SQL語言直接完成復(fù)雜的數(shù)據(jù)邏輯運算和操作，可大大提高數(shù)據(jù)的處理和運用效率。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)

系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)主要是為后續(xù)研究提供完善、直觀、準(zhǔn)確的工藝和管線等信息，通過元素屬性數(shù)據(jù)的更新比較，得出加工工藝主要用水環(huán)節(jié)的水質(zhì)動態(tài)變化規(guī)律、水量平衡、研究對象的給水排水現(xiàn)狀、物料平衡和各用水環(huán)節(jié)節(jié)水潛力的分析，并以主要耗水工段的給水排水工藝圖形研究為基礎(chǔ)，結(jié)合各生產(chǎn)工段的具體生產(chǎn)條件和設(shè)備條件，研究適宜的節(jié)水減排技術(shù)，建立并優(yōu)化主要耗水工段及全廠生產(chǎn)工藝優(yōu)化模型和控制系統(tǒng)。GIS系統(tǒng)為研究人員的決策提供實時的科學(xué)依據(jù)，具有重要的實用價值。

另外對于企業(yè)，雖然企業(yè)各部門都有自己的信息管理系統(tǒng)，但是各個系統(tǒng)之間互不相容，沒有信息交流。為了提高企業(yè)的管理效率，可利用該系統(tǒng)集中管理多種信息，實現(xiàn)企業(yè)的生產(chǎn)管理、管線設(shè)備統(tǒng)計查詢、優(yōu)化調(diào)度、事故處理等一系列功能?；贕IS的系統(tǒng)能夠為各生產(chǎn)部門的設(shè)備運行、動態(tài)監(jiān)測、生產(chǎn)情況等數(shù)據(jù)提供錄入、編輯、管理、查詢、統(tǒng)計和報表等功能，甚至還可以與非空間信息（如人事等）結(jié)合起來，形成一個數(shù)據(jù)整體，為高效管理提供先進(jìn)手段。

1.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫建立

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的基本組成，包括要素類、要素數(shù)據(jù)集、屬性表（table）、關(guān)系類以及工具箱、柵格目錄、柵格數(shù)據(jù)集等。為了完成一個GIS項目的數(shù)據(jù)庫建設(shè)，必須輸入、核實和管理屬性數(shù)據(jù)。GIS中的屬性數(shù)據(jù)通常用關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理，因為關(guān)系數(shù)據(jù)庫由相互獨立的表組成，表的設(shè)計應(yīng)該能方便數(shù)據(jù)輸入、查詢、檢索、操作和輸出。

本系統(tǒng)建立的部分?jǐn)?shù)據(jù)庫圖示如圖1～2。

圖1 數(shù)據(jù)庫

圖2 屬性表

1.4 系統(tǒng)圖層分類編碼

圖層分類編碼規(guī)則是系統(tǒng)實現(xiàn)的重要規(guī)則，它關(guān)系到空間數(shù)據(jù)庫、屬性數(shù)據(jù)庫以及兩者間聯(lián)接關(guān)系的設(shè)計，關(guān)系到全部查詢分析的準(zhǔn)確完成。因此在制定圖層分類編碼時主要依靠以下幾條原則：1）要反映工藝板塊的基本屬性；2）考慮各工藝間的邏輯關(guān)系；3）遵循數(shù)據(jù)編碼規(guī)律。部分圖層分類編碼如圖3。

圖3 圖層分類編碼

1.5 系統(tǒng)圖形庫設(shè)計

通過對企業(yè)生產(chǎn)工藝全過程分析，系統(tǒng)在圖形庫的設(shè)計上將整個工藝流程分為3層展示，在3個不同的比例尺下展現(xiàn)出不同詳細(xì)程度的工藝流程圖。通過比例尺和圖層的調(diào)節(jié)，可以顯示出自己想要查看的工藝崗位，并存儲錄入和查詢修改相應(yīng)的屬性頁。玉米預(yù)處理工段圖例如圖4～5所示。

1.6 系統(tǒng)功能設(shè)計

此GIS系統(tǒng)的功能設(shè)計完全以服務(wù)于課題研究需要為目標(biāo)，系統(tǒng)中的每一個功能均根據(jù)課題組的實際需要設(shè)置，既實現(xiàn)研究的全部需求，同時也避免軟件出現(xiàn)冗余功能。下面逐一介紹各功能模塊（如圖6）。

圖4 玉米預(yù)處理圖例

圖5 玉米浸泡屬性圖

圖6 系統(tǒng)功能模塊圖

1）工藝圖形管理：工藝流程圖的顯示、縮放、漫游和不同圖層的開關(guān)。

2）圖形數(shù)據(jù)管理：管線、設(shè)備、區(qū)域、文字等元素的編輯、顯示、縮放、漫游。按區(qū)域查詢統(tǒng)計機(jī)械設(shè)備構(gòu)件、管線長度等。

3）板塊屬性數(shù)據(jù)管理：實現(xiàn)工藝各元素屬性的錄入、修改、刪除、報表。按不同屬性對工藝板塊進(jìn)行雙向查詢統(tǒng)計功能，按同類屬性對不同工藝板塊進(jìn)行屬性比較、關(guān)聯(lián)和運算。

4）管線、設(shè)備管理：管線長度、管徑、管材，設(shè)備使用年限、施工單位等屬性的管理、統(tǒng)計、查詢，以及各設(shè)備超鏈接詳圖查詢等功能。

5）水質(zhì)、水量分析：對現(xiàn)場工藝生產(chǎn)過程進(jìn)行實時監(jiān)測和資料查詢，使GIS系統(tǒng)屬性數(shù)據(jù)不斷更新，形成一系列不同階段的工況數(shù)據(jù)報表。再對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較，得出主要用水環(huán)節(jié)的水質(zhì)、水量，水量動態(tài)平衡關(guān)系和水質(zhì)動態(tài)變化規(guī)律及其主要影響因素，最終建立工藝生產(chǎn)水量平衡及水質(zhì)變化規(guī)律數(shù)學(xué)模型。

6）物料平衡分析：通過對短產(chǎn)品鏈玉米深加工工藝全過程物料數(shù)據(jù)分析比較，得出生產(chǎn)過程中的物料平衡關(guān)系，檢測生產(chǎn)線的運行狀況。

7）節(jié)水潛力分析：據(jù)已有的研究成果進(jìn)一步分析提出節(jié)水減排重點實施工藝板塊。

2 系統(tǒng)的前景分析

2.1 技術(shù)突破

系統(tǒng)技術(shù)突破了目前多采用的分頁面顯示工藝流程的習(xí)慣做法，采用圖形顯示工藝生產(chǎn)流程，圖形界面實現(xiàn)了大小無級縮放和顯示區(qū)域拖動改變，隨著圖像縮放的比例變化，可逐漸分類、分層次顯示生產(chǎn)流程的各個工藝節(jié)點及反映生產(chǎn)狀態(tài)的參數(shù)，為管理者提供了新穎的瀏覽方式；畫面顯示內(nèi)容不受既定分辨率和顯示界面大小限制；畫面注釋信息采用數(shù)據(jù)庫管理，方便實現(xiàn)數(shù)據(jù)的增、刪、改、查，并可對數(shù)據(jù)進(jìn)行建立相關(guān)關(guān)系和函數(shù)計算處理；系統(tǒng)信息可方便地載入服務(wù)器，用戶可根據(jù)權(quán)限登錄查看。

2.2 應(yīng)用前景

系統(tǒng)開發(fā)與搭建相比工業(yè)中常用的組態(tài)軟件更為容易，且脫離了工藝過程自動控制系統(tǒng)的參數(shù)采集與傳輸方式，使得不熟悉自動控制領(lǐng)域的技術(shù)人員，經(jīng)過培訓(xùn)也能上手完成；對于使用者，系統(tǒng)的顯示功能更加強(qiáng)大，操作也極為簡便；系統(tǒng)初步實驗效果受到現(xiàn)場管理人員的好評。

系統(tǒng)設(shè)計思路新穎，采用的技術(shù)手段先進(jìn)，功能強(qiáng)大，易學(xué)易用，應(yīng)用前景看好，極有推廣價值。

3 結(jié)語

在分析、設(shè)計、最后實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)工藝流程信息管理系統(tǒng)模型建立的過程中，我們充分體會到，應(yīng)用新的技術(shù)，可以大大提高信息管理的能力和效率。我們得出的幾點啟示：

1）應(yīng)用地理信息系統(tǒng)技術(shù)，能更高效、直觀、綜合地管理空間和屬性信息。它比單純的基于屬性數(shù)據(jù)庫的管理信息系統(tǒng)具有更直觀、信息容量更大的優(yōu)點。

2）系統(tǒng)可以進(jìn)行各種統(tǒng)計查詢和輸出，可以輕松獲得各種統(tǒng)計資料和報告，做到及時準(zhǔn)確，系統(tǒng)最大的特點是能為研究人員提供決策服務(wù)。

3）隨著計算機(jī)軟硬件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、通訊技術(shù)的發(fā)展，必將推動GIS的發(fā)展，其強(qiáng)大的圖形與數(shù)據(jù)相結(jié)合進(jìn)行信息管理的功能，也將為有此需求的各行各業(yè)所用，為人們生產(chǎn)、生活、學(xué)習(xí)和工作提供先進(jìn)的信息管理與服務(wù)。

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