烟草物联网大数据平台架构研究与应用探讨

邵 飞

（湖北省烟草公司鄂州市公司，湖北 鄂州 436000）

0 引言

“物联网”的设计初衷是万物互联，最终目标是使人与人、设备与设备及人与设备无论在任何时间、地点都能够有效连接在一起。实际上物联网就是互联网的一种延伸扩展，物联网不仅需要互联网，还需要多种传感设备，二者深度结合就形成了物联网技术。物联网是互联网技术、传感技术发展到较为成熟阶段的必然产物，各种技术日趋成熟也为物联网技术落地与普及奠定了坚实基础。

1 物联网的特点

物联网的通信对象和互联网有本质区别，物联网的核心任务是实现物与物以及人与物之间的信息交互，物联网实现各种过程有三个环节。第一个环节是通过各种传感器对各种环境、信息进行整体感知，第二个环节是通过互联网技术以及数据传输技术对信息进行稳定传输，第三个过程是采用各种软件对信息进行智能处理。

第一个环节需要采用多种传感器进行信息感知与识别，信息传送环节需要依赖互联网及相关设备进行信息的各种交换过程，当各种传感器收集到的信息数据传输至软件端，则可以在第三个环节对各类信息进行处理，每个软件都有各自的算法，不同算法可以处理不同类型的数据并最终的到有价值的计算结果。

2 烟草物联网大数据平台应用背景

烟叶与其他原材料不同，需要非常严格的仓储环境，一些微小的环境变化都会对卷烟质量产生较大影响，这是由于烟叶在存储时会出现产生一定醇化现象，温湿度、氧气与二氧化碳浓度都是影响烟叶醇化的重要因素，因此烟叶存储是烟草企业的重要工作，至今仍然存在很多无法解决的问题。为了更好的服务于烟叶存储工作，烟草企业投入大量资金进行信息化建设，采用各类传感器进行环境信息采集，开发适用于烟草企业的信息化软件，对各类信息及过程数据进行监控，这为烟草企业物联网建设奠定了一定的硬件基础。

然而，现阶段烟草企业在进行海量数据的分析与挖掘工作时仍然存在很多不足之处。烟草企业卷烟车间的现代化操作与自动化加工技术已经较为成熟，相比于其他行业无需大量人力资源投入，能耗较大是烟草企业产品生产过程中暴露出的突出问题。虽然生产线上各种数据采集设备和信息化监控设施日益健全，但分析能耗数据的技术水平较低，利用现有生产数据进行节能降耗方法分析是当务之急。

近年来，工业4.0标准对工业信息化管理提出了更为细致的要求，相关管理理念也不断完善并加以创新，在经历长期信息网络建设后，烟草企业的信息化建设取得了一定成果。物联网技术、云计算技术已经逐渐应用到烟草企业生产的多个环节中，互联网+、智能感知、5G、射频技术等成功应用也使烟草企业的生产效率逐步提升，生产模式实现创新，架设烟草物联网已经是大势所趋。未来烟草企业将集中精力建设感知型烟草企业，建设智慧物联网并对潜在应用进行深入研究，确保烟草生产质量符合规定要求，全面提升物流及仓储服务水平，摸索新的烟草企业服务方式。

3 烟草企业的统计过程控制架构

如今，大数据分析处理及深入挖掘的来源平台已经有很多，本研究拟借鉴成熟平台的设计思路，以烟草行业特点为依据进行统计过程控制架构的针对性设计，设计原理及控制架构示意图见图1。

图1 烟草物联网大数据平台架构示意图

一是展现层，展现层实际上是各种平台之上的物联网大数据平台应用程序，即业务应用的展示终端。为了实现展现层的具体应用可以采用多种方式进行，可以计算机终端的桌面应用形式呈现也可以手机终端的APP应用形式呈现，抑或是网络应用形式。

二是业务层，这一层次要完成业务处理的全部过程，为了给下一层级提供服务，该层需要建立通用的接口以实现业务层与展现层之间的有效对接，在设计接口时还应该考虑到后续接口的维护、使用以及替换等多个过程。

三是数据控制层，该层是整个大数据平台系统中最重要的一层，平台有很多项具体业务，例如根据特定算法对数据进行抽取与转换，进而完成各种任务。

四是数据接入层，这一层级可以对关键数据进行采集，对大量数据进行分析挖掘以清洗没有价值的数据，根据具体需求对一些空白的数据进行填补并按照业务需求合并、拆分、清洗特定的数据。

五是数据源层，数据源层主要负责数据采集、分类与整理，包括企业资源计划系统中的各种销售数据、制造企业生产过程执行管理软件中的生产数据以及仓库管理系统中的仓储数据等。

4 关键技术分析

4.1 环境数据分析

影响烟草质量的因素有很多种，特性值也会出现一定程度的波动，包含人员、设备、材料、方法、测量、环境等多种因素，需要特别注意的是环境因素严重影响烟草企业生产质量。醇化是烟叶的一个常见化学过程，醇化时环境中的温湿度以及各种气体含量都是影响烟叶质量的重要因素，不适宜的仓储环境会导致烟叶出现霉烂和变质情况，因此实时采集各种重要的环境因素并对这些因素进行监控具有重要意义。需要依托烟草物联网大数据平台建立数据监控与超标预警机制，实现仓储环境与物联网大数据平台的有机互联，这对于烟草企业控制产品质量以及提升生产水平至关重要。

4.2 多维多时空数据分析

烟草生产中的各项数据来源非常广泛，既有静态数据也有动态数据，有实时更新的数据也有历史留存的数据，还包含不同粒度的数据等。烟草物联网大数据平台对多种数据抽取方式、数据转换与加载方式的统一，全面清洗脏数据、填补缺失数据并整合不同类别的分散数据。利用直方图、散点图、回归分析等图表分析手段对数据进行深度处理，根据数据处理结果推断出烟草卷烟过程是否能够稳定控制。平台还可以对各项任务进行实时监控，在参数存在异常时进行报警以提醒技术人员及时处理故障、排除隐患，用完备的预测机制来降低生产时可能出现的损失。实践表明，实时监控与大数据分析降低了技术人员的工作量，使大量检测与验证工作可以自动开展，同时减少了企业损失。

5 烟草物联网大数据的应用

5.1 精益生产

在大数据应用背景下，企业会使消费者会更多的参与到卷烟生产的各个环节中，利用大数据技术分析消费者的浏览记录、评价内容以及喜好偏好等信息可以对卷烟产品进行精准定位。还可以通过大数据网络平台建立共享生产模式，邀请消费者加入卷烟样式制定、包装样式选择、吸味创新以及品牌名称拟定等决策过程，使卷烟品牌与消费者之间实现畅通、深度的信息交流，使企业的卷烟产品成为来源于市场并满足市场需求的全新商品。

从前，卷烟生产主要靠人工进行，每个生产环节中都不可避免的存在经验主义问题，开展卷烟工作主要依靠老经验、按照老做法，技术培训的方式主要是师傅带教，只能通过低效率、高投入的不断试错方式进行工艺研究。大数据环境下这种情况出现了明显改观，大数据精益制造要求烟草企业对多年的历史经验进行深入分析，寻找内在联系与客观规律，通过计算机模拟的方式研究生产工艺优化措施，将生产成本降到最低。

5.2 精益物流

烟草企业利用物联网大数据网络平台进行精益物流建设不仅可以提升物流效率，还可以降低物流成本。

一是促进智能化仓储建设。一些烟草企业的物流中心已经全面应用二维码、条形码以及射频识别等物联网基础设备，仓储库区这个生产功能单元每天会产生大量数据，对这些数据进行分类整合、深度处理就可以智能合理的对库区的场地及储位进行科学分配，提升库区的空间利用率，降低烟草企业的仓储成本。

二是促进跨区域配送。跨区域配送分为两类，一类是跨地市配送，另一类地市内跨行政区域配送。在烟草物联网大数据系统中，零售商的GIS信息与物流车辆GPS信息可作为跨区域配送的基础信息条件。

三是优化运力资源。目前烟草产品配送业务仍然缺乏高水平的评估方法，对物流资源进行分配也多由相关人员依靠经验来确定，物联网大数据技术能够有效地优化运力资源、节省物流成本。

6 结束语

烟草物联网大数据技术已经取得了长足的发展进步，实现了较为广泛的应用，全面提升了烟草企业的生产经营效率，为烟草企业完全智能化生产与销售奠定了良好基础。然而，经过调研得知物联网大数据技术在企业生产过程中暴露出诸多问题，需要一一解决。