基于OLAP的矿业集团生产运营决策系统构建研究

侯 杰，胡乃联，李国清，黄树巍，赵 威

(1.北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100083；2.山东黄金矿业(莱州)股份有限公司三山岛金矿，山东 莱州 261400)



基于OLAP的矿业集团生产运营决策系统构建研究

侯 杰1，胡乃联1，李国清1，黄树巍1，赵 威2

(1.北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100083；2.山东黄金矿业(莱州)股份有限公司三山岛金矿，山东 莱州 261400)

为实现矿业集团管控模式下生产运营数据的分布式采集、处理、分析与决策，运用OLAP技术设计与实现了矿业集团生产运营决策系统。借助信息技术搭建了以生产运营指标体系、参数管理、服务组件、数据加工、数据仓库、OLAP服务和报表工具为核心部件的系统框架，并规划系统各子模块的功能体系。利用数据库技术优化系统数据存储结构，采用OLAP技术构建出面向生产运营主题的多维数据集，进而实现数据的多维操作与可视化展示。通过国内某大型矿业集团的建设与应用，实现了成员矿山生产运营数据的抽取、稽核、报表生成及统计分析，有效促进了矿业集团生产运营管理水平和科学决策能力的提升。

矿业集团；生产运营决策；信息系统；OLAP；多维数据集

企业的集团化经营不仅可以加快企业发展，提升企业核心竞争力，而且更有益于企业应对复杂多变的内外部环境，增强其抵御风险的能力。在矿业领域，矿山企业的集团化趋势日益明显，这对我国矿业经济的发展起到了重要的推动作用。矿业的集团式发展不仅扩大了企业经营范围，而且运营模式相较于单体矿山具有本质差别；在集团化经营模式下，矿山和集团的分工更加精细，成员矿山专注于产品的生产和加工，集团则需肩负管理和决策等职能。集团的管理与决策能力将直接影响旗下矿山的经济效益，因此集团决策者迫切需要随时掌控下属企业的生产运营情况，尤其是极为关心的关键性指标(包括金属产量、采掘作业量、主要技术经济指标等)，在此基础上完成集团范围内全部子公司数据的汇总，并基于实时准确的生产经营数据完成经济活动分析，进而实现集团生产经营的科学决策[1-4]。

但由于我国矿业集团建设与发展的时间较短，缺乏成熟的理论和经验作为指导，因此如何科学有效的实现集团一体化管控成为现阶段矿业集团所要解决的一项核心问题。为此，本文针对矿业集团生产运营管理特点，借助现代信息技术手段与管理模式，引入OLAP及多维数据分析等技术，从系统框架、功能体系、业务流程、数据存储模型、多维数据建模角度展开矿业集团生产运营决策系统的研究与开发。

1 OLAP技术在矿业集团应用的适用性分析

OLAP的概念最早是由关系数据库之父E．F．Codd于1993年提出的。OLAP技术可以从多角度对大量历史信息进行快速、准确地抽取，以分析驱动数据流转，为企业管理者提供管理和决策上的支持[5]。

OLAP技术的主要特性及优势包括以下几方面。① 快速性。OLAP通过多维数据索引的构建，提高了系统对用户对于数据查询的反馈速度。②可分析性。支持用户自定义数据稽核逻辑，并提供较为完整的可视化方案，运用多种图表组合方式提升数据的分析效果。③ 多维性。OLAP的核心是构建数据立方体。数据立方体的关键之处在于事实表和维度表共同构建多维数据集，多维数据集是基于实体-关系模型的一组事实模式，主要包括建模事实、度量、维度和层次结构[6]。OLAP系统通过多个维度构建数据立方体，为用户提供一个或多个维度环境下的报表查询服务。④数据弹性。OLAP技术具有较大的数据弹性，可以处理不断增大的海量数据，并且可以解决数据的多源异构问题，使系统可以获取和管理大容量数据。

通过对OLAP概念、特性的分析可以发现OLAP技术为系统在多源数据获取、处理、查询、分析与决策方面提供了完整的解决方案，也为矿业集团信息系统的建设提供了有效的技术手段。在OLAP技术特性、体系结构及多维分析方案的指导下，矿业集团生产运营决策系统采用了三层结构的技术框架，即数据仓库层、OLAP服务层以及前端报表应用，如图1所示。数据仓库是OLAP的基础，可以实现大量细节数据和综合性数据的存储；OLAP服务层可以迅速地响应用户的各种查询及分析要求，并能根据数据之间的关联关系对数据进行快速、灵活的计算和转换；前端报表应用可以部署用户所需的各种应用程序，利用应用程序可以从OLAP服务层中得到所需的数据切片，将二维或多维数据提供显示给集团生产运营管理人员。

图1 基于OLAP的系统技术框架

2 基于OLAP的生产运营决策系统分析与设计

2.1 集团管控模式下生产运营决策的新需求

在集团-下属企业管控模式下，矿山由传统粗放式经营向精细化管理转型，这为矿山发展带来了新的机遇与挑战。由于矿山企业的多样化特征，使得矿业集团生产经营决策过程更为复杂，这也促使其在生产运营决策过程中产生了一些新的需求[7-9]。

1)管理模式的标准化与规范化。随着生产运营规模的不断扩大，矿业集团的投资和收购活动变得日趋频繁，其下属的成员单位数量不断增加，类型日趋复杂，为集团范围内管理水平的提升带来了一定困难。即便是同为资源开采性质的矿山企业，由于开采条件、产品种类、生产工艺的不同，其管理

方式与管理水平存在较大差别，导致了成员矿山的管理模式难以统一和复制。在这一新形势下，生产运营模式的规范化就显得尤为重要。

2)信息的分布式采集与抽取。矿山通过信息化建设已经完成生产经营活动数据的收集、存储、处理与统计，而各矿山的数据均存储于相对独立的数据服务中心，这部分数据对于矿业集团而言具有十分重要的分析利用价值。因此，集团迫切完成对成员矿山生产运营数据的分布式采集与抽取。

3)大规模数据的规范化存储与利用。由于各矿山生产运营的数据存储方式和结构差异化较为明显，数据量增长幅度较大，这导致了矿业集团在进行数据融合时难度极大。为此，集团需要构建标准化的数据仓库，从存储方式、数据结构、处理逻辑等方面规范矿业集团大规模数据的管理模式。

4)科学决策。决策是一门创造性的管理技术，科学决策是现代企业管理的核心，面对矿业集团的海量数据和复杂多变的经济环境，传统的技术难以完成实时、全面、科学的数据分析与决策。因此，需要采用决策模型完成对数据的深度整合与挖掘，将数据转化成易于企业决策者观察和理解的信息知识，从而指导企业的科学化决策。

2.2 系统框架

随着数字矿山技术的发展，越来越多先进的信息技术在矿山得以应用和推广。OLAP作为一种数据分析处理的关键技术，可以根据决策者需求快速、准确、灵活地提供复杂组合查询，使企业数据得到深层次的应用，并且借助可视化工具将结果呈现给管理人员。本文通过运用先进的数字化手段及OLAP技术实现对成员矿山生产运营数据的实时收集、加工、处理和综合分析，可以满足矿业集团生产运营决策的新需求。考虑到矿业集团旗下矿山地理位置分散，系统采用逻辑集中、物理集中方式进行设计，数据与运算逻辑全部集中存储于集团的数据库服务器。核心部件包括生产运营指标体系、参数管理、服务组件、数据仓库、OLAP服务和报表工具，见图2。

图2 矿业集团生产运营决策系统框架

2.3 系统功能体系规划

生产运营决策系统的功能体系如图3所示，通过系统的各项子模块实现下属企业生产相关指标信息的快速抽取、转换和清洗，生产运营主题报表的定制以及生产运营决策信息的集中展示和多级授权查询[10]。

1)系统管理。该模块用于系统的基础参数配置和用户权限管理，并通过日志管理子模块监控系统的运行状态。

2)生产经营指标与参数管理。该模块以数据字典的形式为系统提供基础数据支持，其中包括企业信息、关键生产指标信息、企业与指标对应关系。

3)数据ETL。矿业集团的数据源于旗下矿山的各个业务系统和手工文档，这导致了数据间在概念、逻辑及物理结构存在较大差异。因此，采用较为灵活的元数据驱动方式完成数据的抽取、清洗、转换，并加载至数据仓库，以解决多元异构数据融合问题，实现对矿山生产运营数据的获取。

4)数据稽核与汇总统计。对装载进入矿业集团数据仓库的生产经营指标进行统计汇总，同时用户可以根据企业领导需要个性化定制报表模板，数据将根据预定义的稽核关系自动生成统计报表，为集团生产运营管理部门提供报表服务。

5)运营决策与综合展示。服务于集团和矿山的运营管理人员，支持各级决策者从不同角度、快速灵活地对数据仓库中的数据进行组合查询和多维度分析，利用OLAP可视化图表工具将数据以多元化方式进行呈现。

3 基于OLAP的生产运营数据结构规划

3.1 生产运营决策数据的存储结构

由于系统的涉众性广泛，用户数量级的庞大，指标体系的复杂，这些因素都加重了数据库的负担，因此，数据存储结构规划成为系统建设过程中的关键环节。通过对各类信息间关系的梳理，构造出优良的数据存储关系模型如图4所示，能够有效保证了数据处理过程的方便快捷与迅速响应，满足用户的应用需求。该模式涉及到的所有核心数据包括企业信息、生产指标、计划及生产信息。

图3 系统功能体系

图4 生产运营数据库E-R图

3.2 生产运营多维数据集构建及分析

在生产运营数据库模型基础上，运用OLAP技术，进行多维数据集建模的构建见图5。

1) 度量值设计。选取本月实际数、本年或月计划数、本年累计数、去年同期数作为度量值。

2)维度设计。将时间、指标、矿山企业定义为分析维度。其中时间维度形成月、季、年的层级结构；企业维度形成矿山成员、子公司、集团的层次结构；指标维度根据粒度不同划分为指标、主题和类型。

图5 生产运营主题的多维数据集

多维性是OLAP的关键属性，多维分析是分析企业数据最有效的方法。多维分析是指对以多维分析组织起来的矿业集团生产运营数据采取切片、切块、钻取、切换维度等各种分析动作来剖析数据，从多角度、多层次地观察数据，深入地了解包含在数据中的知识[11]。横向上，可以通过排序、旋转、聚类等处理，从宏观角度了解集团旗下矿山的生产运营数据；纵向上，则可以通过下钻、上卷改变数据维度层次，对关键指标进行跟踪分析，挖掘潜在信息关联和企业经营细节。在展现方式上，报表工具提供了丰富图表展示效果，可以对图形进行拉伸、分块、旋转、透视等操作，形成一种最适宜展现数据变化规律的方式[12]。

针对矿业集团数据多维模型特点，主要采取三种方式分析观察数据。此模型支持从时间维度进行“年→月→旬→日”钻取，从企业维度进行“集团→子公司→矿山”钻取，从指标维度可以对某一指标类型进行统计，或在多个维度上进行切片、切块、钻取、维度切换等操作。

1)切片/切块。在一部分维上选定值后，关心度量数据在剩余维上的分布。例如选定矿山成员与分析指标，通过折线图显示各矿山生产运营状况在时间维度上的变化趋势，从而挖掘各矿山生产经营过程中指标的极值点和波动状况。

2)钻取。改变维的层次，变换分析的粒度。例如使用柱形图观察度量值在集团层面的聚合情况，再向下钻取至成员矿山，了解度量值在矿山成员中的份额和具体情况。

3)维度切换。改变数据的集成方向，改变分析问题的角度。例如通过饼形图先在单位维度上分析某类指标的分布情况，再切换维度至时间，分析该类指标在时间上的分布情况。

4 系统实现

基于NET平台，采用全B/S架构，SQL Server2008作为后台数据库，FineReport作为报表展示工具，完成了模型的实体化过程，并已成功运用于山东黄金集团生产运营决策，系统需通过集团内部网络或连接专线进行访问，有效保证了系统的平稳、安全和高效。系统的核心功能模块包括生产运营数据稽核与查询、多维数据的抽取与操作及基于OLAP的生产运营决策驾驶舱展示，此外系统中的报表均提供输出及打印功能。

1)数据汇总与查询。通过调用数据稽核模型完成对各矿山企业生产运营数据的汇总，按照企业主营产品的差异对数据进行分类汇总，辅助业务部门人员进行生产指标统计。

2)多维数据的抽取与操作。该模块为矿业集团生产运营管理部门提供了报表定制的功能，可以满足管理者不断变化的报表查询需求。定制出的报表根据预定义的运算逻辑自动从数据仓库中抽取数据，生成主题式报表，并提供了钻取、切片、切块和旋转等数据查询的操作。

3)基于OLAP的生产运营决策驾驶舱展示。矿业集团获取的数据越来越丰富，如何有效管理、利用，充分发挥其价值，成为矿山企业信息管理的一项重要内容。因此，在研究过程中充分考虑矿业集团自身特色，以形成适合于矿业集团运营的分析方法。该模块为矿业集团决策者提供快速、灵活、准确的复合查询，并通过管理驾驶舱将企业经营关键指标进行形象化处理，直观的监管企业运作，并对异常值进行预警和数据挖掘[12]。

5 结 论

本文以国内某大型矿业集团为工程背景，建设了生产运营决策系统，经过近两年的应用，极大提高了企业运营管理的效率及科学决策水平，在以下几个方面有所体现。

1) 将现代信息技术和生产管理理论相结合，分析各业务部门的生产管理职能，全面规划集团一体化管控模式下的业务流程，使集团生产运营管理趋于规范化、标准化。

2) 通过覆盖整个集团的生产运营决策系统的开发，实现了下属企业生产信息的采集、加工、处理、分析，并在此基础上进行集中式稽核、汇总与分析，形成清晰、直观的统计报表，使集团管理者可以实时、快捷地了解企业经营动态。

3) 运用OLAP技术构建面向生产运营主题的多维度数据集模型，实现了关键指标的多维度查询处理，借助管理驾驶舱的可视化功能，增强了数据的展现效果，在辅助企业领导进行生产运营管理与决策方面取得了良好的应用效果。

[1] 杜炳建，王翔宇，连民杰，等.中国大型矿业公司的发展方向[J].中国矿业，2012，21(4)：8-12.

[2] 胡乃联，何煦春，李国清.矿业集团信息化问题研究[J].金属矿山，2005，(z1)：178-180，185.

[3] 侯运炳，张振峰，张浩，等.冀中能源集团发展循环经济的实践与探索[J].煤炭经济研究，2009，(12)：91-93.

[4] 李丽.某矿业集团管控信息系统的研究与实现[D].济南：山东财经大学，2012.

[5] 王社国，张峰，田志民，等.基于OLAP技术的煤炭专项资金数据分析系统[J].工矿自动化，2014，40(8)：97-99.

[6] 李建中，高宏.一种数据仓库的多维数据模型[J].软件学报，2000，11(7)：908-917.

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[11] 陈岭，陈元中，陈根才，等.基于操作序列挖掘的OLAP查询推荐方法[J].东南大学学报：自然科学版，2011，41(3)：498-504.

[12] 王社国，张峰，田志民，等.基于OLAP技术的煤炭专项资金数据分析系统[J].工矿自动化，2014(8)：97-99.

Construction of production operation & decision-making system for mining group based on OLAP

HOU Jie1，HU Nai-lian1，LI Guo-qing1，HUANG Shu-wei1，ZHAO Wei2

(1.Civil and Environmental Engineering School，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China； 2.Sanshandao Gold Mine，Shandong Gold Group (Laizhou) Co.，Ltd.，Laizhou 261400，China)

In order to realize the distributed collection，processing，analysis and comprehensive analysis of production operation data under the control mode of mining group，OLAP is applied to design and develop the production operation and decision-making system for mining group.With the information technology，system framework is build which is consist of production and operation index system，parameter management，service components，data processing，data warehouse，OLAP and report tools.In the meantime，the function structure of system sub module is planned.The data storage structure of the system is organized by Database technology and the multidimensional data set oriented to the theme of production operation is built by OLAP，which is the prerequisite for the analysis and visualization of the multi-dimension data.In addition，the system has been constructed and applied in a Chinese mining group.And realize the distributed data extraction，data auditing，report generation and statistical analysis，which could effectively improve the level of production operation management and the ability of scientific decision-making.

mining group；production operation management & decision making；information system；OLAP；multidimensional data set

2016-01-16

国家高技术研究发展计划(863)项目资助(编号：2011AA060408)；国家“十二五”科技支撑计划项目资助(编号：2012BAB01B04)

侯杰(1989-)，男，汉族，辽宁沈阳人，博士研究生，攻读北京科技大学采矿工程专业，主要从事矿业系统工程方面的研究。E-mail:ustbhoujie@hotmail.com；

胡乃联(1955-)，男，汉族，山东临沂人，北京科技大学教授、博士生导师，主要从事矿业系统工程、矿业技术经济等方面的教学与研究工作。E-mail: hnl@ustb.edu.cn；

李国清(1973-)，女，汉族，山东青岛人，北京科技大学副教授，主要从事矿山企业信息化与数字矿山的教学与研究工作。E-mail: qqlee@ustb.edu.cn。

TP399

A

1004-4051(2016)11-011-05

黄树巍(1992-)，男，汉族，河北邢台人，博士研究生，攻读北京科技大学采矿工程专业，主要从事矿业系统工程方面的研究。E-mail:15201451326@163.com；

赵威(1971-)，女，汉族，山东莱州人，信息系统项目管理师，主要从事矿山软件项目的开发与管理工作。