GIS在企业生产工艺流程信息管理系统模型建立上的应用

罗 松，刘自放

（长春工程学院，长春130012）

0 引言

地理信息系统（GIS）是用于输入、存储、查询、分析和显示地理数据的计算机信息管理系统。随着计算机技术、网络技术及信息技术的不断进步，地理信息系统（GIS）也获得了飞速发展。GIS借助于计算机系统建立地理信息数据库，搭建了一种高效的地理信息数据应用平台，将地理环境的各种要素，包括它们的地理空间分布和所具有的属性数据进行存储，并能够实现对存储数据的各种分析、调用和处理，可很好地满足用户快速获取和分析处理地理信息的需求。近年来，由于GIS强大的图形与相关数据的处理功能，已用于突发事件规划、市场分析、设施管理、运输规划和军事领域。随着GIS技术不断更新及人们对其应用领域的开发与拓展，相信其应用领域还将会得到飞速扩展。

本文研究建立的系统，是以某企业工艺生产流程为描述对象，以工艺清洁生产与节水减排为主要研究内容，利用GIS强大的图形与属性数据的管理功能，对工艺流程进行表达，以展示企业的生产工艺流程以及对生产数据的管理，建立一个直观、先进、准确的基于GIS的生产工艺流程信息管理系统。

从研究观察范围需要来看，有时关注整体工艺、有时关注局部工艺，有时甚至关注其中一个生产工艺节点；从研究工艺流程数据上看，有时要研究水量的平衡，有时要研究物料的平衡，有时还要查看节点水质的状况。因此分层组织表示工艺流程的图形和分类组织相关联的数据交织在一起，灵活且可选择性地进行工艺流程的表达，能够为分析人员方便地提供直观的流程和有组织的数据。

系统预期结果是，通过建立工艺流程展示系统，可分级分层图示企业的生产工艺流程，全面更新监测生产工艺状况；可同步显示各工艺环节运行的水质、水量与物料等数据；根据研究需要，对企业生产过程与清洁生产和水污染控制相关的技术数据进行分类展示；利用函数功能对相关节点进行数据关联；能在系统中对数据进行动态调整，形成工艺生产过程数据动态模型。

1 系统设计

1.1 系统设计思路

地理信息系统的优势为图像分层技术和属性数据管理技术。利用图像分层技术，GIS软件可以将表达流程的图形元素分层进行组织和管理，图像分层的层数可以根据不同企业的生产工艺增加或减少。

本工艺流程信息管理系统在设计中，设定对企业工艺流程及属性数据分3层进行展示。首层为生产工艺整体流程，第2层为单元工艺流程，第3层为工艺节点流程，每层设置相应的显示比例。流程的细部信息，随浏览时的缩放比例增大逐层展开。

由于GIS采用数据库形式管理数据，因此具有管理、显示、分析和处理海量数据的能力。基于GIS功能，可以将工艺流程中的各种数据作为图形的属性数据加以组织和管理，以实现对生产工艺数据的高度集成管理和对信息的分类综合分析。由于数据库系统可运用SQL语言直接完成复杂的数据逻辑运算和操作，可大大提高数据的处理和运用效率。

1.2 系统设计任务

系统的设计任务主要是为后续研究提供完善、直观、准确的工艺和管线等信息，通过元素属性数据的更新比较，得出加工工艺主要用水环节的水质动态变化规律、水量平衡、研究对象的给水排水现状、物料平衡和各用水环节节水潜力的分析，并以主要耗水工段的给水排水工艺图形研究为基础，结合各生产工段的具体生产条件和设备条件，研究适宜的节水减排技术，建立并优化主要耗水工段及全厂生产工艺优化模型和控制系统。GIS系统为研究人员的决策提供实时的科学依据，具有重要的实用价值。

另外对于企业，虽然企业各部门都有自己的信息管理系统，但是各个系统之间互不相容，没有信息交流。为了提高企业的管理效率，可利用该系统集中管理多种信息，实现企业的生产管理、管线设备统计查询、优化调度、事故处理等一系列功能。基于GIS的系统能够为各生产部门的设备运行、动态监测、生产情况等数据提供录入、编辑、管理、查询、统计和报表等功能，甚至还可以与非空间信息（如人事等）结合起来，形成一个数据整体，为高效管理提供先进手段。

1.3 系统数据库建立

系统数据库的基本组成，包括要素类、要素数据集、属性表（table）、关系类以及工具箱、栅格目录、栅格数据集等。为了完成一个GIS项目的数据库建设，必须输入、核实和管理属性数据。GIS中的属性数据通常用关系数据库管理，因为关系数据库由相互独立的表组成，表的设计应该能方便数据输入、查询、检索、操作和输出。

本系统建立的部分数据库图示如图1～2。

图1 数据库

图2 属性表

1.4 系统图层分类编码

图层分类编码规则是系统实现的重要规则，它关系到空间数据库、属性数据库以及两者间联接关系的设计，关系到全部查询分析的准确完成。因此在制定图层分类编码时主要依靠以下几条原则：1）要反映工艺板块的基本属性；2）考虑各工艺间的逻辑关系；3）遵循数据编码规律。部分图层分类编码如图3。

图3 图层分类编码

1.5 系统图形库设计

通过对企业生产工艺全过程分析，系统在图形库的设计上将整个工艺流程分为3层展示，在3个不同的比例尺下展现出不同详细程度的工艺流程图。通过比例尺和图层的调节，可以显示出自己想要查看的工艺岗位，并存储录入和查询修改相应的属性页。玉米预处理工段图例如图4～5所示。

1.6 系统功能设计

此GIS系统的功能设计完全以服务于课题研究需要为目标，系统中的每一个功能均根据课题组的实际需要设置，既实现研究的全部需求，同时也避免软件出现冗余功能。下面逐一介绍各功能模块（如图6）。

图4 玉米预处理图例

图5 玉米浸泡属性图

图6 系统功能模块图

1）工艺图形管理：工艺流程图的显示、缩放、漫游和不同图层的开关。

2）图形数据管理：管线、设备、区域、文字等元素的编辑、显示、缩放、漫游。按区域查询统计机械设备构件、管线长度等。

3）板块属性数据管理：实现工艺各元素属性的录入、修改、删除、报表。按不同属性对工艺板块进行双向查询统计功能，按同类属性对不同工艺板块进行属性比较、关联和运算。

4）管线、设备管理：管线长度、管径、管材，设备使用年限、施工单位等属性的管理、统计、查询，以及各设备超链接详图查询等功能。

5）水质、水量分析：对现场工艺生产过程进行实时监测和资料查询，使GIS系统属性数据不断更新，形成一系列不同阶段的工况数据报表。再对数据进行分析比较，得出主要用水环节的水质、水量，水量动态平衡关系和水质动态变化规律及其主要影响因素，最终建立工艺生产水量平衡及水质变化规律数学模型。

6）物料平衡分析：通过对短产品链玉米深加工工艺全过程物料数据分析比较，得出生产过程中的物料平衡关系，检测生产线的运行状况。

7）节水潜力分析：据已有的研究成果进一步分析提出节水减排重点实施工艺板块。

2 系统的前景分析

2.1 技术突破

系统技术突破了目前多采用的分页面显示工艺流程的习惯做法，采用图形显示工艺生产流程，图形界面实现了大小无级缩放和显示区域拖动改变，随着图像缩放的比例变化，可逐渐分类、分层次显示生产流程的各个工艺节点及反映生产状态的参数，为管理者提供了新颖的浏览方式；画面显示内容不受既定分辨率和显示界面大小限制；画面注释信息采用数据库管理，方便实现数据的增、删、改、查，并可对数据进行建立相关关系和函数计算处理；系统信息可方便地载入服务器，用户可根据权限登录查看。

2.2 应用前景

系统开发与搭建相比工业中常用的组态软件更为容易，且脱离了工艺过程自动控制系统的参数采集与传输方式，使得不熟悉自动控制领域的技术人员，经过培训也能上手完成；对于使用者，系统的显示功能更加强大，操作也极为简便；系统初步实验效果受到现场管理人员的好评。

系统设计思路新颖，采用的技术手段先进，功能强大，易学易用，应用前景看好，极有推广价值。

3 结语

在分析、设计、最后实现企业生产工艺流程信息管理系统模型建立的过程中，我们充分体会到，应用新的技术，可以大大提高信息管理的能力和效率。我们得出的几点启示：

1）应用地理信息系统技术，能更高效、直观、综合地管理空间和属性信息。它比单纯的基于属性数据库的管理信息系统具有更直观、信息容量更大的优点。

2）系统可以进行各种统计查询和输出，可以轻松获得各种统计资料和报告，做到及时准确，系统最大的特点是能为研究人员提供决策服务。

3）随着计算机软硬件技术、网络技术、多媒体技术、通讯技术的发展，必将推动GIS的发展，其强大的图形与数据相结合进行信息管理的功能，也将为有此需求的各行各业所用，为人们生产、生活、学习和工作提供先进的信息管理与服务。

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