深入挖掘数据价值提升生产...智能矿山数据分析与应用探讨_赵奕.pdf

深入挖掘数据价值，提升生产管理效率 智能矿山数据分析与应用探讨赵 奕，石 磊，韦永兰，丁 涛（中国恩菲工程技术有限公司，北京）摘 要 本文介绍了数据在助力企业提升管理效率中的重要作用，通过智能矿山数据采集、统计分析、发布展示的实施应用案例，对智能矿山建设中，数据采集原则、数据分析策略、数据展示方法提供了实施建议。同时，探讨了企业在数据分析应用中遇到的普遍问题及解决方法，并对企业如何通过数据分析提升管理效率提出了应用建议。关键词；数据采集；数据分析；数据展示；仪表看板；报表中图分类号 文献标志码 文章编号 （）：收稿日期 作者简介 赵奕（），男，河南镇平人，高级工程师，大学本科，主要从事矿山、冶炼行业自动化、信息化、智能化方案咨询、设计及工程项目实施工作，现任中国恩菲工程技术有限公司矿山事业部副总工程师。引用格式 赵奕，石磊，韦永兰，等 深入挖掘数据价值，提升生产管理效率 智能矿山数据分析与应用探讨 有色设备，（）：引言全球矿业正在经历新的信息化、智能化革命。加快推动人工智能、大数据、物联网、云计算等新一代信息通信技术（）在矿业的应用，推动采矿业信息化、智能化，实现矿业绿色发展，已成为国内国际企业的迫切需求。信息化作为智能矿山建设的关键一环，起到了承上启下，融会贯通的作用。而生产数据的采集分析又是生产信息管理的重中之重，智能矿山的信息化管理需要采集哪些数据，如何分析这些数据，挖掘这些数据的价值都是需要企业认真探讨的。数据应用在生产管理中的数字化进程.数据应用在生产管理中的数字化演变（）数据采集数字化：人工手动填报 数字化数据采集以往企业都是通过手工记录和纸质文档提交进行数据收集、统计分析和展示来进行企业的信息发布和管理；如今，随着技术进步，管理提升，企业可通过全数字化数据采集、应用，通过生产信息系统的自动统计分析报表，专用的故障实时监测、诊断工具，交互式的电子仪表看板，实现企业的无纸化办公与全信息化管理，极大地提升了企业的管理效率。（）生产管理信息化：电话通知传达 数字化信息管理以往企业的生产调度管理、指令下达往往都是通过常规电话通知进行排班及生产计划管理；现在，通过数字化工具（无线通信器，平板电脑等），生产计划和任务工单可以通过数字化工具直接下达到每一个操作工手中，操作工根据任务工单开展工作并在任务完成后，对工单进行在线填报提交当班生产数据，系统即可自动生成当班的任务记录。真正实现了企业的无纸化、数字化在线管理。（）数据分析工具化：人工统计计算 数字化分析工具以往企业的生产数据统计、分析及报告都是通过人工进行统计计算的，其中往往避免不了人为的因素干扰；如今，通过数字化分析工具的应用，所有的数据统计分析都由数字化分析系统自动生成，确保了数据的可靠性、准确性、及时性，为企业的生产管理提供了高效的决策依据。（）生产决策数据化：人工经验管理 数据支撑智慧决策传统矿山是管理人员根据生产过程监控及生产有色设备 年第 期经验进行管理；智能矿山将是通过资源可视化、生产可视化、设备可视化、管理可视化及全生产流程的数据化分析进行智慧决策管理。.智能矿山全流程数据数字化应用架构智能矿山建设实现从智能设备、数据采集、数据传输、数据存储、数据分析、数据管理到数据展示的全流程数据的数字化应用。全流程数据数字化应用架构如图 所示。智能设备建立设备数字档案、全生命周期数据标签，实现图 全流程数据数字化应用架构设备数字化管理。数据采集通过智能传感器（）、自动化系统（）、数据采集器（）等数字化感知应用，实现智能矿山生产运营数据的数字化采集。数据传输通过数字传输设备：网关、路由器、数字通信基站及数字通讯传输方式及协议：、等实现采集数据的数字化传输。数据存储：通过数字化数据存储平台：实时 历史数据库、私有云、公有云等形式实现采集数据的数字化存储数据分析与应用通过专业的数据分析工具，应用平台：、等实现对生产运营数据的统计、分析与数字化应用。数据展示与发布：通过发布平台：信息集成、电子仪表看板及数字工具：移动设备（手机）微信、工业互联网、客户端 等实现数据的数字化展示与发布。数据采集与分析系统典型应用.系统组成与架构本节将通过一座老旧矿山自动化、信息化改造，通过数据采集与分析系统的构建部署，说明生产数据分析系统在智能矿山生产管理中的典型应用。该项目采用了一套融合系统，用于对井下排水系统自动化控制、电能管控、视频监控、生产数据分析系统等进行统一构建。各生产工序数据的采集与控制通过现场设置的远程控制单元（）实现。通过融合系统网络将各终端数据送至地表生产管控中心，实现整个改造项目的数据采集与远程监控。该项目生产数据分析系统采用了 的数据采集 历史存储 数据分析三层架构，该架构在施耐德电气全球大量矿山应用系统中得到过成功应用，包括力拓、必和必拓、淡水河谷等多家矿业巨头。生产数据分析系统总体架构如图 所示。（）主要用于底层自动化数据采集与画面监控，以及与人员定位系统、设备定位系赵 奕等：深入挖掘数据价值，提升生产管理效率图 生产数据分析系统总体架构统、视频监控系统、设备监控系统等的数据集成。（）采用原生的 实现与 的数据通信，并进行历史数据存储，为 提供数据支撑（）内置了面向矿业应用的多个功能模块，包括计划管理、生产统计、停机分析、质量分析、物料管理、成本管理、维护管理、知识管理、绩效管理等，通过组态配置即可完成系统的开发部署、分析并生成全矿生产数据分析报告及生产统计报表，并可将生产管理数据通过办公网上传至各生产办公室的上位管理计算机，使得管理人员可对全矿主要生产状态及工艺指标及时掌握，为生产决策提供数据依据。.数据采集与传输（）数据采集为了对生产过程全要素进行全面的监控，需要对相应的设备运行数据、生产过程数据、能源监控数据等进行实时采集，以便进行相应的数据统计、分析应用，实现生产管理、绩效管理、故障停机分析、设备管理等生产运营管理功能。以下以排水泵为例，说明需要采集的数据，排水泵采集数据如表 所示。（）数据传输现场采集的数据通过（系统）（数据采集系统）（历史数据库）（数据分析系统）将采集的数据进行处理与分析。数据传输示意图参见图：数据流传输示意图。.数据处理与分析模块式生产数据分析解决方案是基于当今自动化和 开放式技术和方法构建而成。它帮助用户在更少成本的前提下，实现更为快速的，更高的投资回报。该目采用的数据分析软件平台 通过其独特的用户定制组态的分析模块套件帮助企业在特定领字段提升其业务水平。当生产过程中发生了干扰和波动时，事件发生时间记录要求非常严格。在以往工程师只能通过查看报警记录，同时与屏幕上的趋势数据进行比较才能分析原因。现在通过生产数据分析平台，工程师只需简单的添加分析笔（模拟量、数字量、报警）可以快速地显示过程波动。生产过程中的任何变化都可以与报警比较，使得过程波动分析不再复杂。该项目用到的数据分析模块如下：（）设备停机管理模块 设备停机管理模块可以自动捕获停有色设备 年第 期 表 排水泵采集数据表采集数据数据类别数据用途数据类型数据来源电机线圈温度（三相）设备数据设备管理电机轴承温度（前、后）设备数据设备管理水泵轴承温度（前、后）设备数据设备管理电机驱动端及非驱动端振动（前、后）设备数据设备管理振动传感器水泵驱动端及非驱动端振动（前、后）设备数据设备管理振动传感器电机线电流（三相）电能数据电能管控 设备管理多功能电流表电机有功功率电能数据电能管控 设备管理多功能电流表电机视在功率电能数据电能管控 设备管理多功能电流表电机有功电度电能数据电能管控 设备管理多功能电流表电机功率因素电能数据电能管控 设备管理多功能电流表电机运行信号设备数据绩效管理 设备管理低压柜电机运行时间设备数据绩效管理 设备管理低压柜水泵进水压力过程数据生产管理 能源管理压力变送器水泵出水压力过程数据生产管理 能源管理压力变送器进 出口流量过程数据生产管理 能源管理流量变送器图 数据流传输示意图机事件，降低人为事件记录带来的不一致性和不准确性。现场管理人员可以根据相应的信息分析当前生产设备的停机原因，并对如维修任务、新设备、新作业程序等影响因素进行优先级排序。通过对设备的计划内停机事件、计划外停机事件以及低效率运行的报告，设备停机管理模块可将复杂问题归纳为常见原因，从而帮助生产管理人员更快更好清晰掌握设备运行情况以提升连续生产效率。设备停机管理模块，记录设备停机次数，累计停机时间，停机原因，可分析出设备因为什么原因停机时间最长，针对性解决，以提高设备生产效率。设备停机分析流程如图 所示。该项目采用停机管理模块进行管理的设备包括：提升机、输送机、排水泵。延迟捕捉：每次检测到一个延迟时，系统都会创建一个包含以下数据字段的记录：参见表 输送机延迟记录数据字段。的停机模块中提供以下几种图表的分析：赵 奕等：深入挖掘数据价值，提升生产管理效率图 生产数据分析流程甘特图：甘特图是常用的基于时间的棒状图分析工具。停机模块中的甘特图可用来分析在给定时间内各停机活动的时段并以此分析可能的关联。图 提升机停机记录（周数据）图：图是一种排序图，使用棒状图来对不同类别进行量的排序。在停机模块中该图经常用于分析停机的主要原因。常见分析包括前 位的停机原因、前 位的停机类别、前 位的停机位置等，还可以同时对停机次数和发生时间进行分析。参见图：提升机停机记录（周数据），通过记录提升机停机次数，累计停机时间，停机原因，可分析有色设备 年第 期表 输送机延迟记录字段字段名 捕捉类型 字段描述 开始日期时间 始终自动 延迟事件开始的时间 结束日期时间 始终自动 延迟事件结束的时间（各延迟均不会显示结束日期时间，同时延迟仍在进行中）（）持续时间始终自动 延迟的持续时间 有效持续时间 始终自动 延迟的持续时间 损失率（仅适用于损失率降低的延迟）（）延迟类型 始终自动“一级”或“二级”所有延迟均被标记为“一级”，除非提供的序列标签在延迟检测时是真实的。这种情况下，延迟就是“二级”类型。原因位置 手动或自动（仅在有完成值时为自动）（）引起延迟的组件位置。原因手动或自动（仅在有完成值时为自动）（）例如：堵塞、检验等 ，分类手动或自动（仅在有完成值时为自动）（）例如：计划维护、未计划操作等 ，意见手动（自由文本）（）包括自由文本注释栏。轮班始终自动“日班”、“下午班”或“晚班”、“”“日班”、“下午班”或“晚班”“”，“”“”工艺区 始终自动“”（资产的缩写名）（）时间使用 始终自动 例如：未计划的计划工艺未计划工艺设备 ，部门始终自动 电气、机械、操作，记录类型 始终自动“停机”或“低速运行”操作员手动（利用下拉列表）（）填写记录的操作员姓名 赵 奕等：深入挖掘数据价值，提升生产管理效率出设备因为什么原因停机时间最长，针对性解决，以提高设备生产效率。（）生产管理模块 生产管理模块通过对生产数据的实时数据采集以及提供单一的手工数据录入点，实现捕捉精准的生产数据。生产管理模块主要用来收集和跟踪生产过程的投入与产出，其中包括材料、消耗品、能源、排放以及废品、次品和产品成品等信息。通过这些数据的收集可以准确描绘出目前生产的情况，管理者和生产人员可以看到整个动态的生产实绩，及时了解计划的执行情况，从而更好更明智的决策生产以提高效率。利用 生产管理模块，可帮助企业尽最大可能提升生产时间、减少失误、降低手工和重复数据录入的相关成本。该项目生产数据管理主要包括：电能数据统计分析（需量分析、有功分析、电耗占比、配电站分析）。提升机生产数据（提升矿石累积量、废石次数累积量、提升总量）。水泵房运行数据（电机温度、泵出口压力、流量、振动、泵和电机运行时间、电耗、电流）。生产数据捕捉参见表：输送机生产记录字段，主要捕捉数据包括：采样周期、持续时间、矿石产量、废石产量、记录类型、轮班、总产量、皮带称重。表 输送机生产记录字段字段名 捕捉类型 字段描述 采样周期（始终自动 记录创建的时间（如：）（：）持续时间（始终自动 延迟的持续时间 矿石产量（始终自动 上一个采样周期后经过称重计的矿石吨位。废石产量（始终自动 上一个采样周期后经过称重计的废石吨位。记