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挖掘数据价值,实现首钢矿业设备精细化管理

作者:匿名出处:论坛2016-03-05 15:36

  一、企业简介

  首钢矿业公司隶属首钢(集团)总公司,成立于1959年,位于河北省迁安市、迁西县境内。经过50多年的生产建设,首钢矿业公司已发展成为以采矿、选矿为主业,兼营矿山装备制造、矿山技术服务等非矿产业,集生产、科研、开发为一体的特大型现代化矿山企业。是首钢重要的原料生产基地,有各类厂矿、子公司20多个单位,在册职工1万人。首钢矿业公司采矿、选矿与同行业可比的技术经济指标,在全国冶金矿山中名列前茅,采剥总量劳产率、精矿粉劳产率等指标先后创出“中国企业新纪录”。先后获得了“中国矿业十佳企业”、“中国最具创新力企业”、“首都文明单位标兵”等荣誉称号。

  面向未来,首钢矿业公司提出要提高发展质量,做精做强迁安地区矿产主业,打造具有较强竞争力的装备制造业,发展具有自身特点的技术服务业,大力推进资源综合利用,建设安全健康、绿色经济、智能高效、可持续发展的数字矿山。

  二、企业信息化应用总体现状

  “十五”以来,首钢矿业公司确立了“一流的矿业、开放的矿山”的发展目标,坚持“以信息化带动工业化,以工业化促进信息化,走新型工业化道路”,采用自主创新的理念、技术和方法,改造提升传统矿山企业,推动企业变革,推进数字矿山建设。

  首钢矿业公司积极推进数字化矿山建设,运用信息化手段提升现场自动化和企业管理水平。建成大容量、高速传输的企业局域网,主业生产状态自动采集,实现了生产过程的实时动态监控。自主研发了国内首创、具有国际先进水平的露天采矿矿车智能调度系统等一批模块化产品。建成以GIS地理信息系统、MES生产执行系统、ERP企业资源管理系统、OA信息系统四块为重点,现场装备数字化、生产过程数字化、生产执行数字化、企业资源管理数字化四级为基础,全程贯通、数据共享,物流、资金流、信息流“三流合一”,独具特色的“四级四块”数字化矿山体系,在我国冶金矿山行业实现了历史性突破。特别是结合杏山铁矿地下开采工艺特点,研发以安全生产为中心的生产信息系统,与自动化“十大系统”、安全“六大系统”整合集成,上线运行,成为全国地下金属矿山数字化建设示范工程。

  多年来,首钢矿业公司致力于两化融合,不断推进企业两化融合建设,率先在2006年底建成的独具特色的“四级四块”数字矿山体系,在我国冶金矿山行业实现了历史性突破。首钢矿业公司成为国内第一个尝试进行数字矿山建设并取得突破的企业。

图1 首钢矿业公司数字矿山体系

  图1 首钢矿业公司数字矿山体系

  首钢矿业的数字化矿山建设推动企业自身发生了根本性的变化,也在行业内起到了示范推广作用,先后获得中国企业联合会颁发的 “全国企业信息化建设典型示范单位”,钢铁工业协会现代化管理创新成果一等奖、科技进步二等奖,冶金矿山企业协会科技进步一等奖。北京市现代化管理创新成果一等奖,“矿业通用MES系统产品化研发与应用”和“数据仓库技术在矿山设备管理数据分析系统中的应用研究”通过中国冶金矿山科技成果鉴定。在钢铁工业协会和冶金矿山协会组织的冶金矿山行业两化评估中,我们参与了标准制定和评估工作。

  经过十几年的数字矿山建设,其影响广泛而深刻,不仅体现在思想、方法、管理等各个方面,而且在信息化带动工业化,提升工业化水平上也产生了显著成效,促进了两化深度融合。2014年,矿业公司被评为“国家级信息化和工业化深度融合示范企业”,成为全国第一批两化融合管理体系贯标试点企业之一。首钢矿业公司的两化融合建设取得了丰硕的成果,在国内同行业具有典型的示范作用和推广价值。

  三、参评信息化项目详细情况介绍

  1.项目背景介绍

  随着国家两化融合工作的推进,矿山行业在生产过程自动化、数字化方面取得了长足的进展,企业运营效率得到了提升。较大规模的矿山企业都建立了自己的ERP系统,对于企业资源的充分利用、最优调配、流程化管理等提供了非常好的解决方案。但是,ERP这种面向事务处理的企业业务处理系统,由于其数据库和应用软件技术长期偏向于面向业务处理,在信息分析领域存在着不足,与企业高层管理人员的决策分析的要求还存在着一定的差距。因此,基于企业ERP系统建立企业的数据仓库是未来信息技术的发展方向之一。企业信息化建设的日趋成熟为数据仓库的建设提供了契机,在矿山行业,这个趋势也越来越明显。

  通过多年的信息化建设,首钢矿业公司积累了大量的数据信息资源,为数据分析和利用提供了基本条件。包括ERP系统和MES系统等信息资源。特别是ERP系统的实施实现了各种业务数据进入系统,通过系统实现业务管理、结算、结产,实现物流、资金流、信息流的三流合一,实现信息系统的全面集成和贯通。另外,公司坚持运用信息技术带动企业各项工作的创新和升级,信息化在生产和管理层面的应用范围和领域不断扩大,管理层和决策层对现有数据进一步分析和利用的需求越来越多。

  首钢矿业公司是一个设备高度密集型企业,设备管理在企业生产经营中具有举足轻重的地位。多年来,公司已经形成了以ERP系统为核心的设备信息化管理平台,建立了以点检定修为轴心的设备管理流程体系,有效地推动了公司设备管理水平的提升。但随着公司设备管理水平的提高,特别是在公司“两化融合”工作的推动下,设备管理对精细化、特性化的要求也日趋强烈。如何发挥长期业务过程中积累的庞大数据的作用,实现对设备的完好率、故停率、检停率、检修工序隐患占有率、隐患发现占有率、隐患当期处理率等等关键技经指标多维度、多层次分析。进而帮助各级管理人员快速、精准查找问题和原因,有针对性地开展工作,为预知维修和设备功能精度管理奠定基础。在这一背景下,首钢矿业公司对数据仓库技术进行了探索,建立了首钢矿业公司设备管理数据分析系统,用于对设备管理相关数据的挖掘分析。

  2.项目目标与实施原则

  项目总体目标:运用数据仓库技术,以设备管理业务为核心,整合分散在各业务系统中的数据,建立分析模型,将数据之间的业务关联、逻辑关系更直观地反映出来。实现从设备状态(物的状态)、点检和专业管理人员状况(人的状态)等层面进行有效分析,进而提升设备管理水平,保证设备长周期稳定运行,降低维修成本。

  项目具体目标:

  (1)通过系统实现数据集成,将分散在各个业务系统中的相关数据,收集到统一的数据库,建立数据共享平台。

  (2)建立设备数据仓库,按照统一的数据格式和规则,对相关的数据进行清洗、转换、加载,形成设备数据仓库,实现设备管理数据分析的环境。

  (3)建立高效的报表和数据分析平台、以报表、图表、多维分析等方式,简便、快捷地展现设备管理中的各项技经指标,为领导层提供决策依据。

  项目实施原则:

  (1)数据的完整性:针对目前现有业务系统进行数据抽取,数据的传送要求能够进行断点续传、增量传送,做到不多传也不少传,同时,保护引用的完整性、减少冗余数据、杜绝产生不一致数据的现象。

  (2)良好的可扩展性:能够利用相关接口标准或自行制定相关接口标准保证数据的一致性;数据的抽取和转换在接口标准下进行,方便以后新加入或新改造系统的整合。

  (3)系统的高效性:为减轻服务器负担,降低对服务器的要求,需要对系统的性能进行优化。优先考虑ETL加载流程的性能,优化设计模式,最大限度地减少数据建模和ETL的工作量。

  (4)系统的易用性:应实现最终用户可以根据现有数据仓库构造查询、制作报表和构建分析模型。

  3.项目实施与应用情况详细介绍

  (1)技术路线:

  数据仓库项目的设计与实现,需要把众多相关的因素有效地进行集成和组织,形成一套完整的设计方法和实施规则。本系统的建设将采取如下总体技术路线:

  1)数据仓库架构设计:系统架构共包含五个层次,分别是数据源层、ODS缓冲层、ETL处理层、数据仓库层和数据应用层。在该架构中,现有业务系统是数据源,这些数据源中的数据首先按照原有的数据模型被复制到ODS数据缓冲区;然后从数据缓冲区按照数据模型被清洗转换装载到数据仓库中,最终作为用户应用分析的数据基础。

  2)需求分析,确定系统主题域:通过与业务部门的充分交流,了解建立设备管理数据分析系统所要解决的问题的真正含义,确定各个主题下的指标分析要求。

  3)数据ETL过程设计:主要完成数据抽取规则的确定、数据的全量和增量抽取。ETL 过程实现从源业务系统提取业务数据,然后清洗、转换这些数据,并将它们加载到数据仓库中,为数据分析做好准备。

  4)数据建模过程设计:数据建模过程主要内容包括确定数据范围、粒度层次划分、数据关系模型的确定和维度建模。

  5)数据仓库应用实现:选择ReportServer报表服务实现对数据仓库中的数据进行分析的要求,分析的结果以直观、灵活的方式表现,支持复杂的图表。

  (2)系统架构设计

  结合首钢矿业公司设备管理的实际需要,首钢矿业公司设备管理数据分析系统整体架构由五个主要部分组成,系统架构设计如图2所示。

图2 数据仓库系统架构设计图

  图2 数据仓库系统架构设计图

  1)数据源层。为数据仓库提供数据来源,它包括多个联机事务处理系统以及外部文件。数据源一般分布于网络中不同的结点,数据仓库通过网络中的数据接口与数据源进行连接。

  2)ODS缓冲层。用于存放从业务系统直接抽取出来的数据,这些数据从数据结构、数据之间的逻辑关系上都与业务系统基本保持一致,原来由业务系统产生的报表、细节数据的查询能够从ODS中进行,降低业务系统的查询压力。

  3)ETL处理层。从异构的数据缓存库中提取数据,加工、转换数据为一个标准的格式,并且加载数据到数据仓库层,该层不仅涉及对数据抽取过程的实现,还包括对各抽取过程的合理调度和安排,以提高系统并行处理能力,并确保抽取出来的数据准确、可用。

  4)DW数据仓库层。用来实现各种业务需求的数据层。该层采用星型模型存储数据,存在不同的粒度等级,粒度设计是分析层设计中的重要内容。该层数据可用于满足报表统计、即席查询、数据分析及挖掘的需要。

  5)数据应用层。数据保存到数据仓库中的目的是为了满足用户的各种可预见和不可预见的需求,即数据的展示。主要包括各种报表和数据的查询,最终以多种统计图形或表格的方式展示给用户。

  (3)技术难点和创新点

  1)优化了数据存储和传输效率:项目共涉及到5个厂矿的设备专业数据,其中,设备的维修订单、隐患通知单等表中的记录都达到了百万级,如此大的数据量必然影响数据的ETL过程、数据查询性能等。系统分别从数据存储、数据抽取、数据结构设计等三个方面进行了优化,来提高系统的数据查询性能。

  2)实现数据仓库Web方式展现:主流数据仓库厂商的分析工具需要安装客户端,且有用户数限制,本次开发重点探索如何采用Web方式展现数据仓库中的数据;系统采用浏览器+ReportServer的方式,展现分析数据,实现了数据展现的通用性,更加灵活,降低了维护的成本。

  3)建立了可配置的数据包:在设备管理过程中,不同单位、不同时期对设备的管理重点不同,设备经常发生变化,比如标杆工序。为适应这种变化的管理需求,建立了数据包。通过数据包,业务人员可以按照重点设备、标杆工序、单位等不同的设备分类、不同的管理范围,进行自定义指标,并能够对指标自行调整,提高了系统的灵活性。

  (4)应用情况

  系统于2014年11月份试运行,通过对各系统数据的综合应用、处理,最大限度地与设备管理工作、管理思想结合起来,各项指标均得到了改善和提高,有效地提升了设备管理水平。

  1) 对设备状态的分析:从不同的角度分析数据,实现数据的可追踪性,为用户发现问题、追踪问题提供了途径。

图3 数据分析

  图3 数据分析

  2)管理指标分析:对各类隐患信息,从点检发现、控制及处理等几个角度进行分析,实现管理层对点检工作情况的监督与评估。

图4 分析指标

  图4 分析指标

  3)通过信息化手段,把规章制度规定的内容、业务流程固化下来。系统按照检修制度规定内容,将相关数据挖掘出来,自动生成检修计划,提高了工作效率和检修的质量。

图5 检修计划建议

  图5 检修计划建议

  4)加强设备的周期化管理:做到重点备件重点控制,并按备件的周期安排检查任务。根据经验,针对不同设备、不同点位确定了不同备件的更换周期,按照更换周期,定期的对备件进行倒修,实现了管理的精细化。系统能够对将到期的备件进行预警提示,对于将到期的,点检人员要及时的安排检修进行更换。

图6 周期管理

  图6 周期管理

  4. 效益分析

  设备管理数据分析系统的建立,实现了对业务数据的整合、融合、深度开发,提供专业报表、查询、分析,为专业管理人员提供有效的数据分析手段,有助于形成数字化思维方式,进行精细化管理。以此为主要支撑,形成了矿业公司“两化融合”的第一个新型能力,即:设备隐患在线管控和设备精细化管理能力,是国内黑色冶金矿山首创。

  该项目取得效益如下:

  (1)降低了备件成本:经过一年的应用,设备备件费用的单耗明显降低,今年1-10月矿业公司精矿成本中,吨精备件消耗为12.948元/吨,比去年的16.972元/吨降低了23.71%,按照同期精矿粉产量385.526万吨计算,相当于节约了成本1551万元。

  (2)提高了各项技经指标:通过系统运用,检修计划更加准确,设备隐患处理的更加及时,从而保持了稳定的设备状况,延长了备件的使用寿命,各项技经指标均得到了改善和提高。如设备综合完好率,矿业公司按下属三个矿山18类109台套重要、主要设备计算综合完好率,该指标2014年完成95.66%,今年1-10月份完成97.065%,相当于增加设备完好时间11134台时。

  (3)管理效益:为各级领导经营决策提供科学依据,从系统中可以直观的得出公司设备管理的一个整体水平;通过对历史数据的查询分析,可以得出各相关指标的趋势,发现日常管理中存在的不足,并根据实际情况制定合理的解决方案。

  (4)推广价值:通过建立设备管理数据分析系统,围绕对数据仓库技术进行的探索,熟练掌握了数据仓库的建设过程,积累了数据仓库项目的建设经验,为矿业公司以及冶金矿山行业进行数据分析平台的建设打下了基础。

  四、企业信息化未来发展规划

  “十三五”期间,首钢矿业公司信息化建设将以安全生产、职业健康、节能减排、生态环境、降本增效、产品质量为重点,推进云计算、大数据、物联网、移动互联等新一代信息技术与矿山技术、加工制造技术的深度融合,全面提升企业资源优化配置,持续提高工艺工序的智能化水平,促进企业经营生产管理模式的转型,围绕安全健康、绿色经济、智能高效、可持续发展,打造创新型、智能型、领先型的数字矿山,成为全国矿山企业的典范。

  通过信息化建设和深入应用,从最小管理单元开始,实现对各项管理工作的全流程各环节的信息化管控;强化信息系统与自动化系统的整合,实现过程控制与生产管理信息系统的集成互通,关键生产环节实现基于数学模型的智能控制和在线优化;实现数据挖掘技术与数学模型技术的紧密融合,对于信息系统中储存的海量数据进行抓取以结构化处理,对企业经营生产管理的各项指标进行监控与分析,为各层面的管理决策提供数据支持。实现“管理精细化、控制智能化、决策支持数据化”的目标。

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关键词:两化融合, 首钢矿业 ,BI

责任编辑:杨爽

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