水土云工業互聯網平臺
中冶賽迪信息技術（重慶）有限公司（簡稱“中冶賽迪信息”）是中央直屬企業中國五礦集團旗下智能化信息化業務板塊引領企業，也是其下屬國際化大型工程技術企業中冶賽迪集團的控股子公司。中冶賽迪信息以智能制造推動鋼鐵工業轉型升級，助力鋼鐵企業實現生產流程、技術體系和組織管理多維度創新，推出了智能原料場、智慧煉鐵、智能物流、煉鋼智能工廠、軋鋼智能工廠等一系列智能制造產品體系及解決方案，多項產品及解決方案市場占有率位居領先，并在全行業率先發布水土云工業互聯網平臺，打造高效率、高品質、綠色、安全的服務型智能工廠。
項目
概況
項目背景
隨著網絡信息技術與制造業的逐漸融合，智能制造不斷走向深入，工業企業的信息技術應用從單個設備、單個工藝、單個企業向全要素、全產業鏈、全生命周期逐步拓展。傳統數字化工具與當前不斷增長的需求之間的差距，形成了制約智能制造領域快速發展的痛點：一是工業數據的爆發式增長需要新的數據管理工具。隨著工業系統由物理空間向信息空間、從可見世界向不可見世界延伸，工業數據采集范圍不斷擴大，數據的類型和規模都呈指數級增長，需要一個全新數據管理工具，實現海量數據低成本、高可靠的存儲和管理。二是企業智能化決策需要新的應用創新載體。數據的豐富化為制造企業開展更加規范化和精準化管理創造了前提，但工業場景高度復雜，由少數大型企業驅動的應用創新模式難以滿足不同企業的差異化需求，迫切需要一個開放的應用創新載體，通過工業數據、工業知識與平臺功能的開放調用，降低應用創新門檻，實現智能化應用的爆發式增長。三是新型制造模式需要新的業務交互手段。為快速響應市場變化，制造企業間在設計、生產等領域的并行組織與資源協同日益頻繁，要求企業設計、生產和管理系統都要更好支持與其他企業的業務交互，這就需要一個新的交互工具，實現不同主體、不同系統間的高效集成。在此背景下，工業互聯網平臺應運而生。
中冶賽迪集團承擔著助力中國鋼鐵加快轉型升級、由鋼鐵大國邁向鋼鐵強國的國家責任與使命。中冶賽迪信息依托集團公司自身數十載鋼鐵行業領域知識積累融合云計算、移動互聯、物聯網、大數據、人工智能等前沿技術，面向以鋼鐵工業為代表的復雜流程工業，以業務為導向攻克關鍵技術，研發水土云工業互聯網平臺，以數據驅動業務創新，提供面向數據全生命周期的一站式工業云服務，推進大數據價值發現與增值，致力于構建工業智能制造開放協同生態。
2. 項目簡介
水土云工業互聯網平臺致力于打造鋼鐵工業智能工廠的數字化底座，為鋼鐵企業從傳統制造向智能制造的轉型升級提供數據開發治理、業務開發連接、云原生開發與運維等多項能力和平臺化工具。賽迪信息以“一個平臺+三個一體化”的新型架構為基礎打造全流程智能工廠解決方案。通過建設超大規模鋼鐵一體化智能管控應用系統，在一個平臺上支撐鋼鐵企業全流程管操控業務，縱向打通數據傳送鏈路，橫向貫通各生產工序和管理部門，打造覆蓋鋼鐵企業全基地的數據“高速公路”，實現數據不落地，信息無斷點，驅動生產數據持續創造價值。
項目目標
本項目致力于面向以鋼鐵行業為代表的復雜流程工業，針對工業領域客戶在全要素、全產業鏈、全流程、全生命周期的信息技術應用訴求，以水土云工業互聯網平臺為數字底座，以基于平臺的智能制造解決方案為依托，助力傳統工業企業實現數據、知識和模型的匯聚與沉淀，以及生產流程、技術體系和組織管理多維度創新，打造高效率、高品質、綠色、安全的服務型智能工廠。
二、項目實施概況
1. 項目總體架構和主要內容
水土云工業互聯網平臺深度融合鋼鐵工藝知識和應用場景，形成了“一個平臺+三個一體化”的新型鋼鐵行業智能制造架構，即以工業互聯網平臺為數字底座，以鐵區一體化、鋼軋一體化、管控一體化為思路，建設超大規模鋼鐵一體化智能管控應用。整體解決方案基于鋼鐵行業特征，以私有云架構，向下連接生產車間自動化系統以及智能傳感設備等，向上支撐全廠全流程生產管控業務。具體架構如圖1所示。
圖1 智能工廠解決解決方案整體架構
2. 網絡、平臺或安全互聯架構
（1）平臺業務架構
水土云工業互聯網平臺作為構建數字工廠信息化框架和基礎，主要由數據開發治理、業務開發連接、云原生開發運維三大板塊組成，實現工業知識、模型和歷史數據的沉淀，并面向工業場景提供業務與數據的共享服務體系，降低企業IT的重復建設、減少煙囪式協作成本、敏捷響應前端業務的快速變化。
圖2 水土云工業互聯網平臺業務架構
（2）數據開發與治理
數據開發治理平臺提供具有行業特征的一站式智能制造數據服務，支持數據全生命周期管理，集數據采集、存儲、開發、治理等功能于一體，為上層平臺或應用提供數據開發與服務能力，支撐基于大數據的智能應用高效開發和布署，提高生產要素配置與利用效率，推進生產數據持續創造價值，實現以經驗和直覺為核心的作業決策到以數據為驅動的智能服務的進化。
圖3 數據開發治理平臺架構
（3）業務開發與連接
業務開發連接平臺是支撐前端靈活構建各類工業應用和解決方案的中樞，提供適用于冶金鋼鐵敏捷開發的引擎組件與深度融入領域知識的業務組件，將企業生產運營數據與通用業務轉為共享服務，實現業務重復建設的降低、煙囪式協作成本的較少、業務場景變化的快速響應，結合平臺的開放連接能力與移動互聯技術，加快企業數字化進程，助力打造數字互聯的協同體系。
圖4 低代碼開發平臺示意圖
（4）云原生開發與運維
云原生開發運維平臺針對工業企業數字化過程中日益豐富的智能應用開發、管理和運維難題，基于云原生技術凝練應用研發和管理過程，實現應用構建過程中的質量控制、自動審批、可視化上線，軟硬件資源靈活擴展、動態分配，多維度指標實時告警、高效排查。有效提升企業信息化智能化管理質量、保證基于平臺的持續穩定運行，降低企業應用研發及部署運維技術門檻和成本，提升效率。
圖5 云原生開發運維平臺架構
3. 具體應用場景和應用模式
（1）冶金全流程智能工廠解決方案，打造極致高效的精益智能工廠
冶金全流程智能工廠解決方案是以水土云工業互聯網平臺為數字底座，針對鋼鐵企業全廠全流程，鐵-鋼-軋、生產、設備、能源、物流、安環等環節，進行鐵區、鋼軋、管控三個一體化改造的整體解決方案。
以煉鐵工序為例，解決方案針對鐵區生產的環境惡劣、效率偏低、智能化程度不足的問題，以高爐的穩定高效為中心，以原料、燒結、焦化、高爐的協同優化為目標，基于水土云工業互聯網平臺，貫穿鐵區原料、燒結、球團、高爐生產工序的數據鏈，通過建立鐵區一體化流程管控體系和多維度監控報警和推送機制，并結合深度學習算法在燒結點火、球團焙燒過程、高爐爐熱等關鍵操作點的工序生產過程狀態發展預測，實現鐵區可視化生產、數字化管理、自動化告警和智能化分析。
圖6 鐵區一體化應用功能框架
（2）“千人千面”高效響應業務需求和市場變化
千人千面是水土云工業互聯網平臺針對流程工業企業流程長、機理復雜、工序崗位特點各異等特點構建的工業敏捷低開解決方案。通過組件選擇、拖拽、配置完成自定義業務的快速搭建，開放連接其他企業應用，為工業應用提供一種全新的高生產力開發范式。
通過該解決方案的實施，可幫助各崗位人員實時獲取工藝參數、實時獲取異常報警，通過配置簡單的規則配置，實現生產事件的調度，利用多端設備優勢（移動端、桌面端、Web端）幫助崗位人員挖掘潛在的信息價值并形成任務閉環，實現企業用戶“任何時間、任何地點”的數字協同。
圖7 低開能力落地“千人千面”
（3）數據分析挖掘指導生產決策
主題數據挖掘是針對指標優化問題的數據挖掘工具，可對鐵鋼軋全流程工序成本、高爐爐況、鋼軋質量等多工序、多維度的主題數據進行交互式分析，協助工藝技術人員尋找生產控制的最優參數區間。
平臺在某鋼鐵企業煉鐵工序利用歷史數據輔助工藝人員優化高爐爐況，分析鋼鐵企業5800m3開爐7年的原料、操作、爐況、經濟指標數據，顯著提升利用系數，降低燃料比，減少企業成本，實現節能減排。
圖8 煉鐵生產數據分析挖掘
4. 安全及可靠性
水土云工業互聯網平臺作為工業制造系統中樞，承載海量工業數據與各類工業模型管理、建模分析與智能決策、資源要素集聚與優化配置等關鍵能力和信息，其安全防護能力至關重要。目前平臺通過自建數據中心、安全防御體系和安全運維團隊，并基于平臺搭建了設備和數據接入安全防護、數據權限及密級防護、平臺訪問及行為安全防護、操作審計等功能，為平臺及應用的運行提供了基本安全可靠的環境。
三、下一步實施計劃
1.打造鋼鐵工業領域的數據治理解決方案
以鋼鐵領域經驗和工藝知識為基礎，以區域和“人機料法環”的維度進行數據和業務的梳理和組織，形成鋼鐵領域數據資產和事件總線，實現上層智能應用與底層的數據采集、集成的橫向解耦，和大型解決方案與具體功能點的縱向解耦，讓數據資產投入再生產并持續創造價值，賦能業務，構建智能制造有機體。
2.打造非鋼領域的解決方案
結合鋼鐵領域工程實施經驗，持續深挖非鋼業務板塊需求，提取共性價值點，形成“雙跨”型平臺，實現平臺面向非制造行業領域的能力輸出和服務覆蓋范圍的拓展。
3.構建研發及實施協同生態
建立開發服務合作體系，以重慶本地及周邊的技術和開發服務合作為主，推進與外部技術和服務團隊的交流、建設、引入和培育，通過技術和項目合作，形成研發協同生態，助力高新技術人才聚集和區域高質量發展。
同時建立運營服務合作體系：一方面尋找并引入面向非鋼領域具備行業解決方案能力的專業化公司，聯合打造相關行業的“平臺+應用”的智能制造整體解決方案；另一方面引入第三方渠道商和代理商，提供標準化的平臺產品，以委托銷售模式進行產品的規模化應用推廣。
四、項目創新點和實施效果
1. 項目先進性及創新點
（1）首次研發了覆蓋鋼鐵生產“鐵-鋼-軋”全流程的工業互聯網平臺。
建立了基于分布式微服務的扁平化平臺架構，提出了基于粗糙集的特征選擇、多視圖字典學習分類和不確定性數據的多粒度聚類分析方法，研制了內存數據庫及工藝計算引擎、知識推理引擎等核心組件，攻克了全工序百萬點實時、異構、多源數據的精確感知、高精度識別、可靠采集、穩定存儲與運算等難題，首次實現了覆蓋跨工序、跨層級、跨時空海量異構數據的平臺應用示范。
（2）首次研發了面向鋼鐵行業的遠距離大規模集控技術。
針對鋼鐵生產上百年就近控制、分散管理所帶來的危險、低效等問題，提出了遠距離大規模集控模式，基于水土云工業互聯網平臺和三個一體化，開發了安全控制、集散聯動等關鍵技術，建成多個全球/行業首例智慧中心，控制距離提升50倍，數十個中控室整合為一，重大危險區域操作工數量減少90%，實現生產模式向“安全、集約、協同”的顛覆式轉變。
（3）首次以技術創新推動鋼鐵生產管理組織扁平化變革。
基于上述2個創新點成果的支撐，建立了基于冶金流程工程學的管控流程解析優化模型，優化不同生產組織的“結構-功能-效率”，通過跨崗位、跨機組、跨作業區，以及跨廠部的流程再造，推進生產組織的扁平化變革。分廠全部取消，作業區數量精簡60%，操作崗位精簡40%。
2. 實施效果
基于水土云工業互聯網平臺的全流程智能管控解決方案目前已在國內某鋼鐵廠完成行業首例項目落地，平臺連接現場3.5萬臺設備、20萬個數據點位，維護230臺虛擬機，支持150多人開發人員平均每日近百次構建部署，單次構建部署時間縮短至3分鐘，保障線上服務零異常運行超400天，支撐全廠15大類智能應用、共1700多項工業APP……為企業建立了統一的生產組織與人員、設備、物料介質和生產運行數據模型，實現了鋼鐵生產全過程生產要素和過程的數字化，為上層智能應用提供統一、規范、完整、高效的數據服務，實現了數據的資產化管理。
圖9 冶金行業首例全流程智能工廠項目
聲明
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