貴冶智能工廠建設之應用系統(tǒng)技術架構淺析

徐娟華

（江西銅業(yè)集團有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

2016年6月江西銅業(yè)股份有限公司申報的“銅冶煉智能工廠試點示范”項目順利通過國家工信部審核，成為銅冶煉行業(yè)首家試點示范項目。貴溪冶煉廠（以下簡稱貴冶）是項目的落地單位，抓住此次試點示范項目的契機，在生產(chǎn)管理的精益化、自動化、智能化上下功夫，在信息技術、智能技術、工藝技術與傳統(tǒng)制造技術融合方面加大投入力度，實現(xiàn)具有貴冶特色的智能工廠建設目標，提升工廠數(shù)字化、精準化、高效化和現(xiàn)代化生產(chǎn)水平，將工廠打造成推行“智慧冶煉”的行業(yè)新樣板［1］。

貴冶智能工廠分二期建設，一期建設內容包括應用系統(tǒng)設、IT平臺支撐、自動化項目三大板塊，其中應用系統(tǒng)是建設重點，利用信息技術將人、物、人與物、物與物的屬性、特征、關系等數(shù)字化，實現(xiàn)信息資源的歸集及人機智能交互。數(shù)字化是信息化的技術基礎，信息化是智能化實現(xiàn)的必要條件。

2 應用系統(tǒng)建設思路

貴冶經(jīng)過十多年的信息化建設，存在大大小小17個應用系統(tǒng)，包括ERP、協(xié)同辦公、全面預算、人力資源管理、生產(chǎn)管理、設備管理、物料管理等系統(tǒng)，基本覆蓋了工廠主要的業(yè)務領域，但各應用系統(tǒng)不同時期建設，缺少工廠總體層面的提煉；業(yè)務部門僅從自身業(yè)務考慮，缺少對上下游業(yè)務的貫通；各應用系統(tǒng)沒有采用統(tǒng)一的IT技術體系、統(tǒng)一的應用開發(fā)平臺，缺乏統(tǒng)一的代碼體系，各應用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)也沒有有效歸集形成大數(shù)據(jù)平臺；幾大核心應用系統(tǒng)如生產(chǎn)調度信息系統(tǒng)、物料管理系統(tǒng)、設備管理系統(tǒng)、人力資源管理系統(tǒng)等，上線投入運行時間均超10年，與現(xiàn)行業(yè)務流程不匹配、與客戶端操作系統(tǒng)不兼容、服務器超期服役運行不穩(wěn)定等問題日趨嚴重，改造升級迫在眉睫。

針對現(xiàn)狀，貴冶智能工廠一期應用系統(tǒng)建設將對工廠核心業(yè)務如生產(chǎn)調度、計劃統(tǒng)計、物料管理、設備管理、車間管理、安全環(huán)保等全部重新開發(fā)，同時新增能源管理、輔助決策的應用；集團層面的ERP、協(xié)同辦公、全面預算、人力資源等系統(tǒng)保留使用，與貴冶智能工廠一期應用系統(tǒng)集成交互。通過“一個平臺、二大標準體系、六大業(yè)務系統(tǒng)”的建設目標，建立標準、統(tǒng)一、數(shù)出一源的應用系統(tǒng)集中集成平臺，貫通業(yè)務流程、打通數(shù)據(jù)管道，夯實智能工廠建設基礎。

3 應用系統(tǒng)技術方案

隨著“大智移云”（大數(shù)據(jù)、智能化、移動互聯(lián)網(wǎng)和云計算）時代的到來，云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術交融滲透，不僅改變著人們的生活，也掀起新一輪產(chǎn)業(yè)變革。在變革浪潮中，軟件開發(fā)技術朝向網(wǎng)絡化是必須趨勢，應用系統(tǒng)越來越傾向前端用戶體驗，而后端講究運維一體化，編程模型越來越簡單，但是對伸縮性和性能有越來越高的要求，將來的應用系統(tǒng)平臺不只是后處置的支撐系統(tǒng)，而會成為實時的業(yè)務系統(tǒng)，面對海量數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)軟件系統(tǒng)架構難以為繼，需要全新的云計算和互聯(lián)網(wǎng)的架構［2］，樹立以虛擬化、并行計算、分布式存儲和自動化為中心特征的云計算架構，全面完成數(shù)字化和智能化。

3.1 技術架構

貴冶智能工廠一期應用系統(tǒng)建設的中標方為用友網(wǎng)絡科技股份有限公司，結合業(yè)務需求及技術發(fā)展趨勢，用友方選用其公司的互聯(lián)網(wǎng)化架構產(chǎn)品iUAP平臺構建應用系統(tǒng)，iUAP是用友公司結合云計算、移動、大數(shù)據(jù)、社交等技術研制的，完全基于互聯(lián)網(wǎng)架構的企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺，包括：開發(fā)平臺、移動平臺、大數(shù)據(jù)平臺、云計算平臺、云運維平臺、物聯(lián)網(wǎng)平臺、互聯(lián)網(wǎng)中間件等，融合了互聯(lián)網(wǎng)領域的各種新技術，輕量、敏捷，支持高并發(fā)、高可用、高性能和安全，支持基于平臺的微服務、Serverless架構，支持智能制造、社交協(xié)同、共享服務等數(shù)字化企業(yè)新模式，能充分匹配貴冶智能工廠一期應用系統(tǒng)建設的要求及滿足二期建設的擴展性需求。

應用系統(tǒng)總體技術架構示意圖如圖1。

圖1 應用系統(tǒng)總體技術架構圖

3.1.1 開發(fā)架構

用友iUAP平臺是搭建應用模塊的開發(fā)工具與支撐平臺，采用SOA（Service-Oriented Architecture）架構思想構建［3］，應用與數(shù)據(jù)分離，實現(xiàn)服務治理，解決數(shù)據(jù)服務的復雜程度，具有靈活的可配置性，滿足部署靈活性，支持個性化需求。

iUAP開發(fā)環(huán)境基于Eclipse開發(fā)，包含了語言開發(fā)環(huán)境(Java語言編輯器，編譯、調試工具)、UI設計器、業(yè)務模型設計器、模板設計器等。領域設計器自動產(chǎn)生應用框架代碼，Java語言編輯器完成業(yè)務邏輯設計，程序員按程序框架要求注冊接口和事件將業(yè)務邏輯和應用框架代碼關聯(lián)，最后統(tǒng)一編譯和調試。

iUAP運維環(huán)境提供代碼發(fā)布、節(jié)點管理、監(jiān)控等可視化、自動化工具，支持基于物理機、虛機的傳統(tǒng)運維技術，也支持基于Docker的開發(fā)運維一體化技術(DevOps)。

（1）前端框架。iUAP平臺前端采用基于 React的的 tinper-react開發(fā)框架［4］，在基于 React.js 的WEB組件化（聲明式的編寫UI組件）、高效虛擬DOM和Fiber算法、單向數(shù)據(jù)流等能力的基礎上，提供基礎組件和應用組件、路由管理解決方案、HTTP 請求解決方案、復雜應用的狀態(tài)管理解決方案，通過整合一致性的云產(chǎn)品開發(fā)規(guī)范，形成一套完整易用的前端開發(fā)框架，提供開箱即用的一站式能力。

圖2 應用系統(tǒng)前端框架結構圖

（2）后端框架。iUAP平臺后端采用Spring MVC 框架［5］，基于 Java實現(xiàn) Web MVC 設計模式，將Web層進行職責解耦，使用請求-響應模型，簡化Web開發(fā)，能夠簡單快速的設計出Web層，支持自動轉化java 對象到 json 結構，滿足前后臺數(shù)據(jù)交換；支持組合 service 層服務能力，提供 restful 格式的 api 調用。服務端編程框架與應用服務器解耦，支持TOMCAT,JBOSS等開源應用服務器。平臺提供多種數(shù)據(jù)持久化方案，包括基于Spring JDBC的iuap-jdbc組件，Spring Data JPA方式、Mybatis方式等，業(yè)務上可以根據(jù)需求采用適合的持久化方式。

圖3 應用系統(tǒng)后端框架結構圖

（3）移動端框架。iUAP移動平臺Moli提供了移動開發(fā)、管理、安全、整合等能力，包括移動開發(fā)平臺、移動中間件、移動應用管理、移動設備管理、企業(yè)移動應用商店等［6］。Moli門戶基礎框架包含消息中心、企業(yè)通訊錄、工作圈等通用功能，在此基礎上，通過簡單的修改配置、定制開發(fā)可以快速構建企業(yè)自己特色的移動門戶。

iUAP移動開發(fā)工具提供了代碼編輯器、移動開發(fā)向導、移動開發(fā)模板、移動開發(fā)管理工具、移動開發(fā)配置工具的移動集成開發(fā)環(huán)境，通過移動開發(fā)工具可以完成整個移動應用的開發(fā)管理與跨平臺移動應用編譯功能。支持使用HTML5語言和DSL語言開發(fā)。

iUAP移動應用編譯服務器提供了跨平臺編譯打包功能，構建出能運行在不同移動設備不同操作系統(tǒng)上的移動應用，目前支持蘋果（IOS）和安卓（Android）設備應用。

3.1.2 網(wǎng)絡架構

貴冶原有網(wǎng)絡系統(tǒng)分為控制網(wǎng)與管理網(wǎng)兩個層次，兩個網(wǎng)絡間通過專用安全硬件進行隔離；視頻監(jiān)控各單位自建，相對獨立，沒有在同一個網(wǎng)絡中互聯(lián)互通。控制網(wǎng)絡邏輯結構為總線形，物理結構環(huán)行，管理網(wǎng)絡骨干千兆，桌面和裝置百兆/千兆，自下而上，星型分布。

本次應用系統(tǒng)覆蓋廣、縱向深，原有網(wǎng)絡架構不足以支撐，需用先進的安全體系進行結構性設計，滿足當前及未來擴展的需求。管理網(wǎng)絡骨干由千兆升至萬兆，桌面和裝置升至千兆/萬兆，自下而上，全廠覆蓋。整個網(wǎng)絡核心業(yè)務區(qū)在數(shù)據(jù)中心，采用兩臺核心交換機雙機熱備的方式，保證核心業(yè)務的正常開展。同時，基于數(shù)據(jù)系統(tǒng)安全防護體系及業(yè)務屬性，將網(wǎng)絡劃分為管理網(wǎng)絡大區(qū)、控制網(wǎng)絡大區(qū)、視頻網(wǎng)絡大區(qū)。管理網(wǎng)絡大區(qū)又分為廣域網(wǎng)接入?yún)^(qū)、互聯(lián)網(wǎng)接入?yún)^(qū)、互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務區(qū)、應用及數(shù)據(jù)中心區(qū)、用戶接入?yún)^(qū)等。各安全域及其子域內部依實際情況劃分網(wǎng)段，設置訪問控制、監(jiān)控、審計等安全控制措施。

3.1.3 存儲架構

“核心業(yè)務存儲系統(tǒng)及災難備份系統(tǒng)”是整體IT架構的一個重要部分，數(shù)據(jù)的安全性和可用性占據(jù)了絕對的主導地位，沒有了數(shù)據(jù)，就沒有了業(yè)務，其它一切“錦上添花”的功能和技術將變成空中樓閣。本次項目從整體建設業(yè)務中心級存儲容災平臺的角度出發(fā)，搭建一個高可靠性、高可用性、可擴充性、可管理性、技術先進成熟的存儲架構。

（1）主用數(shù)據(jù)庫存儲，部署主用數(shù)據(jù)庫，性能要求較高，滿足今后線性擴展的需要。

（2）主用應用系統(tǒng)存儲，用于應用系統(tǒng)計算資源池做虛機應用的存儲空間。

（3）主用應用系統(tǒng)共享存儲空間，共享的NAS空間，用于存儲應用系統(tǒng)和報表系統(tǒng)的結果。

（4）備份數(shù)據(jù)庫存儲，可用容量與主用數(shù)據(jù)庫容量一致。

圖4 應用系統(tǒng)移動端框架結構圖

（5）BI商業(yè)智能系統(tǒng)專用存儲，支持BI商業(yè)智能系統(tǒng)的部署和BI類結果文件。

（6）數(shù)據(jù)倉庫存儲，主要為部分歷史數(shù)據(jù)（結構化數(shù)據(jù)庫）、數(shù)據(jù)倉庫（數(shù)倉壓縮數(shù)據(jù)）、中間結果和流轉空間，獨立集成。

（7）流媒體存儲，將音頻、視頻或多媒體文件進行存儲。

（8）歸檔及離線存儲，采用虛擬帶機加帶機方式。

3.1.4 安全架構

本次項目從安全管理、基礎設施、網(wǎng)絡平臺、計算區(qū)域、應用系統(tǒng)幾個層面，進行整體安全設計。技術方面的要求包括物理安全、網(wǎng)絡安全、主機安全、應用安全、數(shù)據(jù)安全及備份恢復；管理方面的要求包括安全管理制度、數(shù)據(jù)保密制度、人員安全教育、系統(tǒng)運維管理。

應用系統(tǒng)中利用統(tǒng)一身份認證對登錄用戶進行身份標識和鑒別，建立訪問控制策略，依據(jù)最小原則授予用戶權限；對于關鍵敏感數(shù)據(jù)采用加密技術，重點業(yè)務域采用不同的驗證手段保障數(shù)據(jù)完整性；安全審計模塊至少覆蓋事件的時間、操作類型、業(yè)務描述和運行結果等內容，審計記錄的內容確保翔實以便于審計檢查；系統(tǒng)內的文件、目錄和數(shù)據(jù)庫記錄等資源所在的存儲空間被釋放或重新分配給其他用戶前得到完全清除。

3.1.5 集成架構

應用系統(tǒng)集成采用面向服務的架構（SOA），最小化各系統(tǒng)之間的技術依賴性，從業(yè)務架構剝離技術元素，完成業(yè)務與技術的映射，以服務為中心來建設企業(yè)IT系統(tǒng)。

服務基礎設施提供接入服務層、數(shù)據(jù)服務層、業(yè)務服務層、業(yè)務流程層、展示層等五種不同層次，各層次各司其職，從下往上依次支撐。接入服務即適配器負責接入非服務驅動的應用；數(shù)據(jù)服務負責數(shù)據(jù)接入、轉換、聚合、同步等；業(yè)務服務負責對服務進行描述、契約與策略制定、交互約定、執(zhí)行上下文的處理等；業(yè)務流程層可以對以系統(tǒng)為中心的業(yè)務流程與以人為中心的業(yè)務流程進行編排，完成流程集成；展現(xiàn)服務通過門戶的Portlet多渠道傳遞來完成對界面的集成。

3.2 開發(fā)模式

傳統(tǒng)瀑布式開發(fā)模式呈現(xiàn)出了異地協(xié)同溝通難、面對多種開發(fā)需求要不斷變換開發(fā)環(huán)境、開發(fā)效率低、無法滿足客戶快速需求的變化等各類問題，在本次項目建設中，引入“敏捷+DevOps”開發(fā)模式，業(yè)務團隊的研發(fā)負責人和產(chǎn)品經(jīng)理、架構師、核心開發(fā)人員、UE設計師等都會參與到項目中，直接與用戶交流，及時響應，并快速迭代、發(fā)布，把在軟件開發(fā)中迫切需要的項目管理、代碼倉庫、代碼測試、編譯構建、部署等功能全部集成在軟件開發(fā)云的閉環(huán)中，打造一站式的云端的DevOps平臺［7］，提供各種端到端的工具，覆蓋不同的角色，如管理角色、開發(fā)角色及運維角色，實現(xiàn)軟件的快速持續(xù)性交付并提高軟件開發(fā)的效率和質量。

3.3 軟件運行模式

貴冶原有軟件系統(tǒng)體系結構存在C/S（Client/Server客戶 /服務器）、B/S（Browser/Server瀏覽器/服務器）二種模式，適合局域網(wǎng)內不同業(yè)務環(huán)境，考慮到智能工廠移動辦公和分布式辦公的應用需求，此次應用系統(tǒng)建設PC端我們采用B/S架構模式，客戶端統(tǒng)一為瀏覽器訪問，實現(xiàn)業(yè)務功能的核心程序集中到服務器上，簡化系統(tǒng)的開發(fā)、維護和使用，系統(tǒng)擴展及共享性強、維護簡單方便。在移動應用中，支持豐富的移動設備和不同訪問方式，支持 WEB、混合式和原生應用程序類型，支持 IOS、安卓等智能移動端主流操作系統(tǒng)。

圖5 應用系統(tǒng)集成數(shù)據(jù)架構圖

4 實施效果淺析

應用系統(tǒng)在2018年底上線后，建立起統(tǒng)一的集成信息系統(tǒng)平臺，實時匯集傳遞生產(chǎn)、安全、環(huán)保、工藝、質量、能源等信息，將以往分散在不同工序、不同職能部門和業(yè)務單位的信息流進行匯聚，滿足智能工廠可視化調度、聯(lián)動指揮、應急處置、管理決策的需求，提升生產(chǎn)效率及管控能力。

5 結語

貴冶智能工廠一期應用系統(tǒng)建設雖取得了一定成效，但離真正智能化還有很大差距，目前銅冶煉行業(yè)中還沒有建立智能工廠模式，信息化系統(tǒng)的建設工作相比其它行業(yè)也比較滯后，貴冶是摸著石頭過河，建設過程中對智能制造的理解、方向、能力等產(chǎn)生了不少問題與困惑，下一步打算持續(xù)完善一期、籌劃二期，并多多尋求企業(yè)間、行業(yè)間的合作交流，取求補短、共謀智能化發(fā)展之路。