選冶智能推送云服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

宋曉梅，郭振宇，王 銳，宋 濤

(1.礦冶科技集團(tuán)有限公司； 2.礦冶過(guò)程自動(dòng)控制技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.礦冶過(guò)程自動(dòng)控制技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室； 4.金川集團(tuán)股份有限公司)

引 言

中國(guó)高度重視工業(yè)云的發(fā)展，把工業(yè)云作為推動(dòng)兩化深度融合重要抓手。在國(guó)家政策的指引下，全國(guó)各地制造企業(yè)進(jìn)行工業(yè)云服務(wù)發(fā)展規(guī)劃，著力建設(shè)工業(yè)云平臺(tái)，積極推廣工業(yè)云應(yīng)用。中國(guó)選冶工藝技術(shù)一流，但自動(dòng)化、信息化方面與發(fā)達(dá)國(guó)家差距大，存在短板，需要實(shí)現(xiàn)選冶過(guò)程智能制造來(lái)推動(dòng)企業(yè)生產(chǎn)和管理的變革，提升勞動(dòng)生產(chǎn)率。選冶過(guò)程智能優(yōu)化服務(wù)云平臺(tái)可以促進(jìn)企業(yè)從生產(chǎn)型組織向服務(wù)型組織轉(zhuǎn)變，其應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算等信息化技術(shù)手段，發(fā)展遠(yuǎn)程運(yùn)維、智能推送等云服務(wù)商業(yè)模式，提升企業(yè)的創(chuàng)新能力和服務(wù)能力。選冶過(guò)程智能制造云平臺(tái)通過(guò)現(xiàn)代化信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)選冶生產(chǎn)過(guò)程數(shù)字化、信息化，應(yīng)用云服務(wù)等關(guān)鍵技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)選冶數(shù)據(jù)高效處理及信息共享，促進(jìn)智慧礦山建設(shè)[1-3]。

選冶云服務(wù)對(duì)促進(jìn)選冶行業(yè)“互聯(lián)網(wǎng)+”發(fā)展和新業(yè)態(tài)新模式培育具有重要意義。一是促進(jìn)選冶行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新和改造，與傳統(tǒng)設(shè)備相融合并集成，形成新的科技成果和生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)操作自動(dòng)化、控制智能化、管理信息化；二是提供增值服務(wù)等新模式，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、物聯(lián)檢測(cè)、遠(yuǎn)程維護(hù)等；三是促進(jìn)人才資源利用，通過(guò)云服務(wù)實(shí)現(xiàn)企業(yè)資源共享。針對(duì)行業(yè)特點(diǎn)，選冶云服務(wù)系統(tǒng)以滿(mǎn)足企業(yè)需求為目的形成行業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用新模式，通過(guò)自動(dòng)化、信息化技術(shù)及業(yè)務(wù)需求集成，建設(shè)選冶工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，并服務(wù)于行業(yè)用戶(hù)。該平臺(tái)根據(jù)企業(yè)的業(yè)務(wù)需求，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中數(shù)據(jù)的采集、清洗、并聯(lián)、加工、建模處理，挖掘過(guò)程數(shù)據(jù)背后的價(jià)值[4]，在研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、設(shè)備維護(hù)、產(chǎn)品運(yùn)營(yíng)、資源管理等各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)為用戶(hù)提供服務(wù)，用戶(hù)通過(guò)PC機(jī)、移動(dòng)客戶(hù)端可享用平臺(tái)提供的各類(lèi)服務(wù)。

基于選冶企業(yè)信息共享需求，企業(yè)需要及時(shí)了解選冶云服務(wù)系統(tǒng)提供的服務(wù)結(jié)果，建立一套智能推送系統(tǒng)具有重要現(xiàn)實(shí)意義。該系統(tǒng)可為用戶(hù)提供跨系統(tǒng)、跨廠區(qū)的數(shù)據(jù)互聯(lián)和共享，使其及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況，且不受空間、時(shí)間約束，更大范圍打破物理和組織邊界，使調(diào)度指令與管理信息高效流動(dòng)，以便用戶(hù)能快速?zèng)Q策，提高生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)質(zhì)量。

1 推送系統(tǒng)介紹

在各類(lèi)Web應(yīng)用系統(tǒng)中，都有消息推送、消息提醒等服務(wù)功能，通過(guò)消息告知與提醒能讓用戶(hù)第一時(shí)間知曉此類(lèi)消息，并且相關(guān)平臺(tái)利用消息推送能提高用戶(hù)活躍度和黏性，喚醒沉默用戶(hù)，從而提高平臺(tái)使用率。根據(jù)業(yè)務(wù)類(lèi)型和產(chǎn)品形態(tài)，消息推送分為即時(shí)通訊和非即時(shí)通訊兩大類(lèi)：如微信、QQ等社交APP的聊天消息屬于即時(shí)通訊；非即時(shí)通訊包括今日頭條、網(wǎng)易新聞等新聞資訊類(lèi)，天貓、京東等平臺(tái)運(yùn)行營(yíng)銷(xiāo)類(lèi)，淘寶、抖音等個(gè)性化推薦類(lèi)，電商平臺(tái)物流等系統(tǒng)通知類(lèi)。阿里云通過(guò)MPS發(fā)起多種類(lèi)型的消息推送，能夠提供控制臺(tái)頁(yè)面推送和服務(wù)器端接入，實(shí)現(xiàn)面向單個(gè)用戶(hù)、自定義用戶(hù)分組等多維度推送個(gè)性化信息；百度云通過(guò)云端和客戶(hù)端建立長(zhǎng)連接提供推送實(shí)時(shí)消息服務(wù)，支持根據(jù)標(biāo)簽分類(lèi)向特定用戶(hù)群體和單個(gè)用戶(hù)推送消息；騰訊云推送提供接入簡(jiǎn)單、推送穩(wěn)定、快速、高抵達(dá)的APP通知欄及應(yīng)用內(nèi)消息推送服務(wù)，支持APP推送、應(yīng)用內(nèi)消息及智能短信等多種類(lèi)型，能夠有效提高用戶(hù)活躍度；網(wǎng)易云信引入手機(jī)系統(tǒng)廠商推送，當(dāng)用戶(hù)清理掉應(yīng)用進(jìn)程、網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定等導(dǎo)致客戶(hù)端SDK無(wú)法與云信服務(wù)器保持正常連接時(shí)，服務(wù)器將使用手機(jī)廠商系統(tǒng)級(jí)推送來(lái)提醒用戶(hù)有消息需要接收。

盡管消息推送提醒功能廣泛應(yīng)用在各類(lèi)云服務(wù)平臺(tái)或者APP應(yīng)用中，但針對(duì)礦山企業(yè)推送生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的應(yīng)用較少。礦山企業(yè)原礦具有礦物組成復(fù)雜、性質(zhì)多變、有腐蝕性等特點(diǎn)，選礦車(chē)間潮濕、多塵、振動(dòng)大，選礦設(shè)備類(lèi)型多且能耗大，雖然磨礦、浮選、濃縮脫水等選礦過(guò)程通過(guò)自動(dòng)化、信息化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了儀器儀表接入，以及中央控制室自動(dòng)控制操作，但未實(shí)現(xiàn)對(duì)選礦生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)價(jià)值的挖掘，以及生產(chǎn)過(guò)程中數(shù)據(jù)互聯(lián)和共享，用戶(hù)需要在控制室才能看到生產(chǎn)情況，其時(shí)間和空間受到一定的限制[5]。針對(duì)礦山企業(yè)，需要實(shí)現(xiàn)根據(jù)用戶(hù)需求，將信息定向、精準(zhǔn)地推送給用戶(hù)，使其能夠及時(shí)排查設(shè)備故障并進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)，實(shí)時(shí)了解控制設(shè)備健康狀態(tài)。選冶智能推送云服務(wù)系統(tǒng)能夠建立云服務(wù)推送快速部署機(jī)制，實(shí)現(xiàn)信息的精準(zhǔn)“消費(fèi)”，采用消息推送和定時(shí)郵件定向推送信息的方法，將用戶(hù)所關(guān)心的消息、定制的報(bào)表及流程運(yùn)行統(tǒng)計(jì)類(lèi)信息推送給用戶(hù)，保障了有效信息快速可靠地到達(dá)消費(fèi)端[6-7]。

2 選冶智能推送云服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 總體設(shè)計(jì)

基于云服務(wù)平臺(tái)，系統(tǒng)采用“Java+SpringMVC+Mybatis”架構(gòu)方案，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分類(lèi)。根據(jù)用戶(hù)需求，推送方式分為2種：客戶(hù)端消息推送和定時(shí)郵件推送。選冶智能推送云服務(wù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)分為表現(xiàn)層、服務(wù)層、服務(wù)組件層。其中，表現(xiàn)層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的展示，接收消息數(shù)據(jù)后根據(jù)請(qǐng)求選擇相應(yīng)的消息應(yīng)用服務(wù)，根據(jù)服務(wù)返回的結(jié)果展示分為任務(wù)提交、任務(wù)查看、任務(wù)管理等；服務(wù)層對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行邏輯實(shí)現(xiàn)，包括精準(zhǔn)推送服務(wù)、實(shí)時(shí)消息推送和后臺(tái)業(yè)務(wù)邏輯處理；服務(wù)組件層主要是為服務(wù)層提供支持，包括郵件模塊、數(shù)據(jù)持久層、數(shù)據(jù)處理和任務(wù)調(diào)度模塊。用戶(hù)可以在前端創(chuàng)建任務(wù)推送，任務(wù)信息包含任務(wù)名、任務(wù)類(lèi)型、推送人員、執(zhí)行時(shí)間，并可以查看任務(wù)狀態(tài)。

圖1 選冶智能推送云服務(wù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

推送內(nèi)容通過(guò)數(shù)據(jù)的清洗、關(guān)聯(lián)、加工、建模處理后完成，根據(jù)業(yè)務(wù)內(nèi)容實(shí)現(xiàn)消息推送，如將設(shè)備故障、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、流程狀態(tài)等信息及時(shí)推送給相關(guān)負(fù)責(zé)人員，以便其及時(shí)作出決策。郵件模塊通過(guò)JavaMail實(shí)現(xiàn)，JavaMail采用SMTP協(xié)議發(fā)送郵件，可通過(guò)基本屬性設(shè)置郵件發(fā)送協(xié)議、發(fā)送地址、服務(wù)器身份驗(yàn)證等信息，將用戶(hù)所關(guān)心的投用率等信息采用日?qǐng)?bào)、周報(bào)等形式發(fā)送，負(fù)責(zé)人員可以及時(shí)了解自動(dòng)控制的基礎(chǔ)控制回路、專(zhuān)家控制系統(tǒng)等運(yùn)轉(zhuǎn)投用率和效果評(píng)價(jià)情況。任務(wù)調(diào)度模塊通過(guò)Quartz框架實(shí)現(xiàn)。

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)選取MySQL關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)ER圖如圖2所示。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)滿(mǎn)足數(shù)據(jù)完整性要求，并且保證數(shù)據(jù)的可擴(kuò)展性和穩(wěn)定性，包括用戶(hù)表、任務(wù)信息表、推送信息表、定點(diǎn)郵件推送信息等。用戶(hù)表用于存儲(chǔ)用戶(hù)的登錄信息、角色管理及電話(huà)、郵箱等相關(guān)信息；任務(wù)信息表包含任務(wù)id、任務(wù)名稱(chēng)、任務(wù)分組、任務(wù)完成情況及相關(guān)的外鍵信息(user_id)；推送信息表包含關(guān)聯(lián)的任務(wù)名稱(chēng)、推送時(shí)間、推送內(nèi)容、執(zhí)行次數(shù)、任務(wù)狀態(tài)；定點(diǎn)郵件推送信息包含關(guān)聯(lián)的任務(wù)id、郵件內(nèi)容、收件人、抄送人、密送人、發(fā)件周期、開(kāi)始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、任務(wù)優(yōu)先級(jí)別等信息。

圖2 數(shù)據(jù)庫(kù)ER圖

2.3 關(guān)鍵技術(shù)

Quartz是一個(gè)在Java基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的開(kāi)源項(xiàng)目，具有強(qiáng)大的調(diào)度機(jī)制，能夠在Web應(yīng)用中進(jìn)行復(fù)雜的作業(yè)調(diào)度。選冶智能推送云服務(wù)系統(tǒng)使用Quartz調(diào)度機(jī)制實(shí)現(xiàn)靈活設(shè)定觸發(fā)器的時(shí)間表、時(shí)間間隔等，并進(jìn)行調(diào)度任務(wù)和觸發(fā)器關(guān)聯(lián)映射。Quartz框架包含任務(wù)調(diào)度器(Scheduler)、任務(wù)(Job)、調(diào)度程序(JobDetail)、觸發(fā)器(Trigger)等核心組件[8]。任務(wù)調(diào)度器為作業(yè)調(diào)度的核心管理者，一個(gè)任務(wù)調(diào)度器中可以注冊(cè)多個(gè)調(diào)度程序和觸發(fā)器；任務(wù)為Web應(yīng)用中的功能模塊，表示要執(zhí)行的具體內(nèi)容，通過(guò)界面端設(shè)置任務(wù)名、任務(wù)組名、觸發(fā)器名、觸發(fā)器組名，時(shí)間設(shè)置實(shí)現(xiàn)后即可通過(guò)任務(wù)調(diào)動(dòng)監(jiān)聽(tīng)觸發(fā)[5]；調(diào)度程序是可執(zhí)行調(diào)度程序要執(zhí)行的內(nèi)容；觸發(fā)器作為作業(yè)調(diào)度任務(wù)的操作者，代表任務(wù)參數(shù)的配置，開(kāi)發(fā)人員可以根據(jù)調(diào)度需求配置任務(wù)和觸發(fā)器監(jiān)聽(tīng)為全局監(jiān)聽(tīng)或是特定任務(wù)的監(jiān)聽(tīng)。Quartz可以在應(yīng)用服務(wù)器中或者嵌入另一個(gè)獨(dú)立應(yīng)用程序中運(yùn)行，也可以作為獨(dú)立程序應(yīng)用在Java虛擬機(jī)內(nèi)，同時(shí)可被實(shí)例化，作為獨(dú)立的項(xiàng)目集群用于作業(yè)執(zhí)行。Quartz具有任務(wù)持久化、調(diào)度功能強(qiáng)大、應(yīng)用方式靈活、分布式和集群能力強(qiáng)大、無(wú)環(huán)境依賴(lài)性等特點(diǎn)，并且易于與Spring整合集成實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的調(diào)度功能，因此系統(tǒng)采用Quartz調(diào)度機(jī)制執(zhí)行任務(wù)調(diào)度，并通過(guò)界面實(shí)現(xiàn)調(diào)度任務(wù)的啟停，將調(diào)度任務(wù)信息保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，實(shí)現(xiàn)調(diào)度任務(wù)持久化和穩(wěn)定化。

3 系統(tǒng)功能及應(yīng)用

選冶智能推送云服務(wù)系統(tǒng)使用Spring MVC架構(gòu)開(kāi)發(fā)模式，即模型(M-Model)、視圖(V-View)、控制器(C-Control)，應(yīng)用Mybatis持久層架構(gòu)與MySQL關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)映射關(guān)系。

選冶智能云服務(wù)推送系統(tǒng)具有靈活的定制服務(wù)功能，可以根據(jù)需求設(shè)置推送內(nèi)容、推送時(shí)間、觸發(fā)條件、接收人等相關(guān)信息。接入云平臺(tái)的企業(yè)用戶(hù)可以實(shí)時(shí)了解基礎(chǔ)控制回路、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況等，不受空間和時(shí)間限制即可查看基礎(chǔ)控制健康狀態(tài)，以及利用故障診斷系統(tǒng)反饋的結(jié)果進(jìn)行故障定位，及時(shí)排查故障和進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的功能包括：

1)設(shè)備故障診斷報(bào)告與運(yùn)行狀態(tài)推送。

2)設(shè)備故障診斷。聯(lián)合專(zhuān)家、設(shè)備生產(chǎn)廠商等，建立云服務(wù)設(shè)備故障分析機(jī)制，通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)等實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)及故障分析。系統(tǒng)將相關(guān)的報(bào)告信息推送給管理決策人員，為現(xiàn)場(chǎng)提供立體式的故障分析報(bào)告及維修建議,幫助管理決策人員及時(shí)作出決策部署。

3)基于大數(shù)據(jù)分析的流程運(yùn)行狀態(tài)報(bào)告推送。

4)根據(jù)流程分析需求，基于云服務(wù)的礦物加工過(guò)程的海量歷史數(shù)據(jù)，對(duì)礦物平衡、組分及產(chǎn)品質(zhì)量分析評(píng)估后的流程狀態(tài)報(bào)告進(jìn)行推送，實(shí)現(xiàn)定制服務(wù)功能。

5)控制效果應(yīng)用評(píng)估與優(yōu)化效果報(bào)告推送。

6)遠(yuǎn)程連接選冶控制系統(tǒng)軟硬件程序，對(duì)流程自動(dòng)控制的基礎(chǔ)控制回路、專(zhuān)家控制系統(tǒng)等運(yùn)轉(zhuǎn)投用率和效果進(jìn)行評(píng)估，推送評(píng)估結(jié)果和優(yōu)化效果報(bào)告。

國(guó)內(nèi)某銅礦選礦廠設(shè)備類(lèi)型多，生產(chǎn)流程長(zhǎng)，礦石性質(zhì)復(fù)雜，盡管選礦廠實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化生產(chǎn)，但仍需要及時(shí)獲取選礦生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)、流程檢測(cè)、生產(chǎn)運(yùn)行、環(huán)境安全等數(shù)據(jù)，以降低管理人員的工作強(qiáng)度，提升運(yùn)行管理效率。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)調(diào)研、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及服務(wù)部署，針對(duì)該銅礦選礦廠建設(shè)的選冶智能推送云服務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了上述系統(tǒng)功能，部分推送信息如圖3所示。選冶智能推送云服務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)后，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人和企業(yè)生產(chǎn)操作、管理負(fù)責(zé)人直接通過(guò)Web瀏覽器、移動(dòng)客戶(hù)端即可查看推送的郵件消息，不受地理位置限制，隨時(shí)了解優(yōu)化控制投用情況和控制效果，保證了技術(shù)人員隨時(shí)隨地了解系統(tǒng)回路投用情況和特殊工況，并及時(shí)排查、解決存在的問(wèn)題，促進(jìn)了控制投用率的提升和控制策略的改進(jìn)。該系統(tǒng)在完成礦企主要過(guò)程參數(shù)遠(yuǎn)程集成的基礎(chǔ)上，還實(shí)現(xiàn)了智能優(yōu)化控制回路運(yùn)行效果的遠(yuǎn)程統(tǒng)計(jì)分析和自動(dòng)發(fā)布功能，以及輔助優(yōu)化控制投用率的提升效果。

圖3 郵件定制推送信息

選冶智能推送云服務(wù)系統(tǒng)滿(mǎn)足了該銅礦選礦廠的信息化共享需求，為各層管理部門(mén)提供了關(guān)鍵設(shè)備和指標(biāo)信息共享，促進(jìn)了各部門(mén)面向生產(chǎn)過(guò)程的主動(dòng)預(yù)防性管理，為礦山安全生產(chǎn)、有效預(yù)防和及時(shí)處理各種突發(fā)事故和自然災(zāi)害提供有效手段，提高了生產(chǎn)效率，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，進(jìn)而保障了自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

4 結(jié) 語(yǔ)

選冶智能云服務(wù)推送系統(tǒng)采用消息推送及定時(shí)處理等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)將用戶(hù)所需的信息定向、精準(zhǔn)地推送給用戶(hù)，保障了有效信息快速可靠地到達(dá)消費(fèi)端，以便用戶(hù)能及時(shí)排查設(shè)備故障并進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)，實(shí)時(shí)了解控制設(shè)備健康狀態(tài)。通過(guò)定制服務(wù)及精準(zhǔn)推送消息，實(shí)現(xiàn)選冶企業(yè)人工運(yùn)維成本的最小化，同時(shí)通過(guò)將設(shè)備故障診斷信息、設(shè)備監(jiān)控信息及時(shí)準(zhǔn)確地推送發(fā)出提醒，一方面可最大程度地提高運(yùn)行效率，另一方面可節(jié)約企業(yè)的人力成本，實(shí)現(xiàn)降本增效。該系統(tǒng)能夠更好地實(shí)現(xiàn)選冶企業(yè)管理信息資源共享，優(yōu)化資源模型，更好地為周、月等數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)提供服務(wù)，有效減少統(tǒng)計(jì)匯報(bào)人員的日常工作，實(shí)現(xiàn)企業(yè)運(yùn)維和決策信息化。在后續(xù)工作中，根據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)則和需求，可對(duì)云平臺(tái)進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步挖掘生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)背后的價(jià)值，提高數(shù)據(jù)分析能力，以便能更進(jìn)一步提高系統(tǒng)適用性，為應(yīng)用“互聯(lián)網(wǎng)+”構(gòu)建選冶行業(yè)新業(yè)態(tài)新模式營(yíng)造開(kāi)放、共享、協(xié)同的信息化環(huán)境。