卷烟工厂实时数据分类方法研究_杜云鹏.pdf

dianzi yuanqijian yu xinxijishu 电 子 元 器 件 与 信 息 技 术86|卷烟工厂实时数据分类方法研究杜云鹏，杨文义，江志凌，张立冬，程婉君武汉卷烟厂，湖北武汉，430000摘要：实时数据是卷烟工厂智能制造数字化转型中的重要数据基础，但实时数据的分类却尚未形成统一标准，因此本文提出卷烟工厂实时数据分类方法研究。全面梳理本单位实时数据源和数据链，收集和获取卷烟工厂实时数据，形成实时数据基础清单。根据工业数据分类分级指南（试行）和烟草行业数据中心数据建模规范，结合某中烟的战略蓝图和业务架构，从数据的管理视角和使用视角出发，分别按生产要素及业务活动和数据所在的物理位置两个主要维度对数据进行分类，形成实时数据的类别目录和位置目录的双目录分类结构，然后结合数据实体，采用统一格式数据编码规则进行编制，最终赋予实时数据22位的唯一数据编码。经实验证明，本分类方法既满足了车间生产纵向的使用需求，又满足了业务主管部门的横向条线管理需求，立体式的实时数据分类方法，对实时数据实体进行了全方位的描述，为实时数据在智能制造的数据深入应用奠定基础，在卷烟工厂实时数据分类方面具有良好的应用前景。关键词：卷烟工厂；实时数据；双目录；分类；生产要素；数据编码中图分类号:TP311文献标志码:ADOI:10.19772/ki.2096-4455.2023.1.020 0引言当下国家大力提倡制造企业进行数字化转型，实现企业智能制造升级，而实时数据的应用是数字化转型、智能制造的重中之重，如何让实时数据更好地为智能制造赋能，是当下制造企业面临的重大挑战，实时数据的分类目的就是为实时数据应用提供坚实的基础。由于卷烟工厂实时数据种类较多、数据量较大，在实际中具有较高的分类难度，并且国内关于卷烟工厂实时数据分类研究起步比较晚，相关的理论还不是特别充足，目前卷烟工厂仍然采用传统方法对实时数据进行分类，实时数据的分类相对简单，不成体系，对实时数据未来应用的支撑不足；分类维度扁平，不够立体，无法更好地满足使用者和管理者更深层次的数据使用需求。为此本文提出卷烟工厂实时数据分类方法研究。1卷烟工厂实时数据分类方法1.1分类过程实时数据分类过程包含分类规划、分类准备、分类实施、结果评估、维护改造五个阶段，每个阶段又分为若干步骤，总共十三个分类步骤。分类规划阶段主要工作是选择数据分类的视角和制定分类指导体系，形成实时数据分类过程总体指导方针；分类准备阶段主要工作是进行实时数据普查，调研数据现状以确定分类对象，在充分了解现状基础上，制定数据分类维度，结合分类维度选择合适的分类方法；分类实施阶段主要工作是根据分类维度制定出实时数据的分类目录，并制定实时数据的数据编码规则，然后开始对待分类数据实体对象进行分类，输出分类结果；结果评估阶段主要工作是通过访谈相关人员和集中评审的方式对分类结果进作者简介：杜云鹏，男，汉族，湖北武汉，硕士，高级工程师，研究方向：工业自动化、信息化、数字化转型领域；江志凌，男，汉族，湖北黄陂，硕士，高级工程师，研究方向：设备自动化、智能制造、两化融合、信息化规划等。电 子 元 器 件 与 信 息 技 术|87软件和信息技术服务行评估，以测试分类结果；维护改造阶段主要工作是制定变更控制管理办法，必要时进行变更控制，同时定期进行结果评估，以确保实时数据分类结果的可用。图1为卷烟工厂实时数据分类流程示意图。图 1卷烟工厂实时数据分类流程示意图1.2实时数据分类规划及准备实时数据分类以YC/T581-2019烟草行业数据中心数据建模规范为参考，从公司战略蓝图和业务架构出发，通过数据全面梳理，打通车间、系统间的数据壁垒，实现企业生产要素和业务活动各类信息的互联，构建全要素、全产业链、全价值链、全面连接的新型烟草工业生产制造和服务体系。实时数据分类将依据数据域、数据子域、实体三层模型架构来开展，它将实时数据抽象和封装成一系列的实体，并定义这些实体的属性、操作和关联关系。依据业务过程中相关信息的抽象和分析，将一系列实体进行聚合，并将它们划分为不同的管理域，从而最大限度地实现信息和数据的共享。在对卷烟工厂实时数据分类之前，需要做好准备工作，第一，全面梳理本单位实时数据数据源和数据链，全面开展实时数据普查工作，从数据产生源头、采集源头调研数据场景、数据库、数据采集系统等，对实时数据数据源和数据链进行全面梳理。第二，收集、整理全部实时数据，实时数据梳理建议采用自下而上的技术视角和自上而下的主题域视角展开，通过调研信息系统现状、盘点系统数据项，对数据进行收集和整理，形成实时数据基础清单。实时数据分类根据自身业务特点，从数据的管理者和使用者视角出发，从生产要素及业务活动和数据产生物理位置两个主要维度对数据进行分类1。分类方法将采用面、线结合的混合分类方法。卷烟工厂运营过程中会产生大量数据，按生产要素和业务活动进行相应的业务实体划分，包括工艺质量数据、生产物料数据、设备状态数据、能源数据、环境数据、人员数据、生产计划数据7大类，这些数据对于卷烟工厂发展和管理具有重要价值，需要对实时数据进行分类管理2。图2为卷烟工厂实时数据生产要素及业务活动分类框架。按实时数据产生所在的物理位置划分，根图 2卷烟工厂实时数据生产要素及业务活动分类框架dianzi yuanqijian yu xinxijishu 电 子 元 器 件 与 信 息 技 术88|据卷烟厂的实际生产情况，划分为制丝、卷包、物流、动力等车间，并按照卷烟工厂实时数据分类模型逐级划分到数据实体，最终形成实时数据按生产要素及业务活动划分的类别目录和按数据产生物理位置划分的位置目录3。1.3实时数据编码根据烟草行业数据中心数据建模规范，结合某中烟的战略蓝图和业务架构，实时数据类别目录按生产要素及业务活动划分，其层次结构分为四级。一级目录反映企业生产要素及业务活动，是顶层划分；二级、三级目录反映实体的聚集或组合；四级目录反映实时数据的实体4。实时数据位置目录按照数据来源位置划分，其层次结构分为工厂级、区域级，然后再根据区域特点将数据分为一、二、三级目录。实时数据均采用统一格式数据编码规则进行编制，实时数据编码总共22位，由8位实时数据类别编码、10位位置编码和4位实体编码组成，表1为卷烟工厂实时数据编码示意表。卷烟工厂实时数据编码包括类别编码、位置编码和实体编码，具体如下。类别编码：1-8位编码用于标识实时数据的类别。对应数据类别的四个级别目录，每级由两位数字组成，不足两位在前面补“0”。其中一级、二级、三级类别目录由公司统一编码，四级类别目录由各单位自行编码5。如遇该类别目录为空，用“00”编码。位置编码：9-18位编码是实时数据位置标识码，用于区分各单位实时数据资产归属和位置，其中：9-10位为工厂编码，由两位数字组成，不足两位在前面补“0”。11-12位为区域编码，由两位数字组成，不足两位在前面补“0”。13-18位：对应实时数据位置三个级别目录，每级由两位数字组成，不足两位在前面补“0”。其中公司规定一级目录编码，各卷烟厂规定二、三级目录编码，可根据实际工艺情况和实际流程场景进行细化6。如遇该位置目录为空，用“00”编码。实体编码：19-22位编码用于描述实时数据实体，由四位数字组成，不足四位在前面补“0”。以某卷烟厂制丝车间1号线加料段加料机入口水分为例，对应最终编码为：0101030101010103010001。1.4实时数据分类实时数据分类将根据已编制好的实时数据类别目录和位置目录以及实时数据编码规则，对前期准备好的实时数据基础清单进行分类及编码。图3为实时数据分类的基本步骤。图 3卷烟工厂实时数据分类步骤如图4所示，首先卷烟工厂根据实际情况，设计实时数据清单表格格式，可从数据基本属性、数据来源、数据使用三个角度对数据点进行描述。图 4卷烟工厂实时数据清单格式示意图根据类别目录和位置目录对实时数据进行分类。按照类别分类目录进行分类时，需要根据优先级原则划分，即在实时数据划分类别过程中，当有质量、生产、设备多重类别的实时数据时，遵循工艺质量、生产物料、设备状态顺序划分。表 1卷烟工厂实时数据编码示意表实时数据类别编码实时数据位置编码实体编码12345678910111213141516171819202122一级目录编码二级目录编码三级目录编码四级目录编码工厂编码区域编码一级目录编码二级目录编码三级目录编码4 位流水码 电 子 元 器 件 与 信 息 技 术|89软件和信息技术服务其他类别与以上三种类别有交集时，按以上三种类别划分，必要时把另外的分类以自定义标签进行补充。实时数据分类完成之后，将根据实时数据编码规则进行实时数据编码。最后，继续完善实时数据清单表格内的其他实时数据属性7。实时数据分类完成后，可通过访谈或评审的方式对分类结果进行验证评估，测试分类结果是否达到预期效果。实时数据分类不可能一蹴而就，随着对实时数据的认识不断加深，对实时数据价值的不断挖掘，对实时数据应用也会越来越广泛。无论是实时数据的分类目录，还是实时数据本身都存在新增、修改、删除的全生命周期的管理过程。因此，还要辅以相应的管理办法对实时数据分类的变更进行管理，并定期对实时数据进行评估/审计，以满足未来实时数据应用的要求8。2实验论证分析以某卷烟工厂实时数据为实验对象，选择了制丝车间、卷包车间、动力车间、物流车间、新型烟草车间5大车间以及智慧园区共6个区域实时数据，按照前面提到的数据分类分级方法对实时数据进行梳理并进行分类验证。整个实验过程累计梳理了31565条实时数据。并经过初步验证，从管理视角和使用视角出发，按照生产要素及业务活动和数据生产物理位置两个主要维度进行实时数据分类的方法，较之常见的单视角、单维度的数据分类方法，让实时数据的分类更加丰富、立体，能够更加全面地对实时数据进行描述，为后续智能制造过程中实时数据的应用提供更多灵活的应用空间。总体来说，本实时数据分类方法具有如下几方面优点。2.1有利于打破信息孤岛现象从工厂内网来看，当前一个卷烟工厂内部的信息往往来源于不同的工业设备、软硬件平台、操作系统、网络环境等，如DCS、PLC等底层控制系统以及上层的MES、ERP等信息化系统通常来源于不同的厂家。由于信息交互方式不统一、不同信息源之间缺少有效的协作机制等原因，系统间的信息传递不畅，存在信息孤岛现象。从车间和产业链协作来看，不同车间的系统、数据很难打通，尚未实现全产业链、全价值链的全面连接。通过对实时数据分类并在后期构建相应的数据模型，可以实现信息的标准化表述及流动，是打破信息孤岛现象的一种便捷的解决方案9。2.2有效提高信息交互效率工业企业对象的信息通常分散在各种信息源上，各单元之间独立开发，互不干涉，而且数据对象的信息可能存在重复或者缺失的情况。因此，来自不同信息源的信息无法顺利交互。随着先进技术的应用，如先进的分析应用程序，对信息交互的需求越来越迫切，用于交互的信息量也越来越多，这种情况下的信息交互成本更高。通过对实时数据分类并在后期构建相应的数据模型，构建信息之间的关联关系，提供标准化的信息格式，能够有效提高信息交互效率10。2.3有利于数据资产的梳理和理解通过对数据更高维度的抽象和分类，将卷烟工厂的实时数据进行全方位的立体式的归类和梳理，统一标准，形成由数据到信息模型的映射，从而便于实时数据到资产的梳理和转化，更方便实时数据使用者的使用以及数据管理者的管理，为未来更深层次的数据应用提供更好的基础11。3结语根据查阅的文献资料，以及个人工作经验，提出了一个新的卷烟工厂实时数据分类思路，并通过实验验证了该思路的可行性与可靠性，更加全面地对实时数据进行分类，提高了数据分类的维度和精度，让卷烟工厂实时数据的分类及描述更加立体。此次研究提高了卷烟工厂实时数据分类技术水平，为实际操作提供理论依据，具有重要的现实意义。（下转第98页）dianzi yuanqijian yu xinxijishu 电 子 元 器 件 与 信 息 技 术98|参考文献1 陈光祥,李徽胜,韩捷,等.低压配电网合环转供电风险评估与