基于数据“中台”模式的钢铁企业信息系统数据整合探索与实践

吴建杰

（河钢集团唐山不锈钢有限责任公司，河北 063105）

0 引言

深化信息化、智能化和大数据等系统的研发应用，打造企业信息系统互联网平台，拓展‘智能+’，是推动钢铁企业转型升级、加快发展的有效方式。唐山不锈钢公司（下称不锈钢公司）信息化系统经过多年建设和完善，已形成了从基础级自动化到决策支持系统的五级架构。但由于各系统构建时间不同、构建目的不同，从建设伊始就没有考虑各系统间的信息互联互通，导致不同信息化系统之间的数据不能共享，各系统的数据不能有效整合、开发和利用，造成企业信息资源的浪费，同时各系统的功能拓展能力有限，已不能适应企业的信息化的发展和创新。

本文阐述了不锈钢公司的信息化系统的建设历程、整体架构以及系统数据的应用情况，对目前公司信息化系统存在的问题进行了分析，提出了搭建数据集中存储平台收集孤岛数据的方案，并对基于数据“中台”模式的数据整合平台在公司生产中发挥的作用进行了分析总结。

1 原信息化系统的问题及分析

不锈钢公司信息化系统经过多年建设，形成了从自动化一级到信息化五级的五级架构。炼钢、轧钢自动化一、二级系统已在产线得到普遍应用；信息化MES生产制造执行系统、QMS质量管理系统、ODS订单设计系统、ERP经营管理系统以及OA协同管理系统等信息化系统已经广泛应用。信息化系统架构如图1所示。

图1 不锈钢公司信息化系统五级架构

1.1 信息系统数据孤岛难以支撑公司业务变化与创新

在多年传统的IT建设方式下，不锈钢公司的各种信息系统大多是独立采购或者独立建设的，无法做到信息的互联互通，导致企业内部形成多个数据孤岛。随着不锈钢公司的发展，在高端产品生产及终端客户深度服务过程中，原来以生产、质量、设备等专业系统为核心的建设模式所产生的业务操作数据，被烟囱式的信息化系统分割到了不同数据库中，不同信息化系统之间的数据不能完全共享，一旦公司业务发生变更，产生新的应用需求，这种烟囱式体系架构难以支撑业务变化与创新。

由于公司炼钢、轧钢工序建设时间较早，基础自动化设计时主要考虑设备内部需求，对外相对封闭，特别是部分高端设备由国外供应商提供，存在核心技术保护和扩展性、兼容性受限等制约因素，整个生产过程存在许多“信息孤岛”。而公司信息化系统自2010年才开始陆续建设，建设期晚于基础自动化建设，仅在后续炼钢整体提升改造时，自动化系统增加二级系统后，各专业所需数据信息才陆续上传到信息化系统，同时，随着生产、工艺、设备等专业精细化管理水平提升，各专业对基础自动化数据需求越来越多，信息化系统原有基础自动化数据已不满足各专业分析的需要。

1.2 信息系统需从信息技术向数据技术转型

信息化系统的建设要从信息技术向数据技术转型。信息化系统建设时为了确保业务数据不落地，更多侧重生产、物流、工艺、质量等各专业业务流程串接，较少考虑单一专业所需数据的集成，业务人员找数、用数费时费力。

不锈钢公司信息化系统自2010年开始建设，经历了2011年ERP系统配套建设和2015年高强汽车板配套建设两次大规模的拓展，实现了原有财务、采购、生产、质量、销售等业务流程数据不落地。但由于信息化系统建设期间，更多关注的是各专业业务流程串接，而没有考虑单个专业所需数据的系统集成，造成单个专业的业务数据或多或少散落在不同的信息化系统中（如销售专业数据散落在SAP系统、APS系统、MES系统、计质量系统等），无法满足各专业用户高效、便捷的使用现有信息化系统数据。另外，目前还存在很多过程管理数据散落在现场的纸版、电子版记录中，无法形成数据的集中收集、存储和后续分析，不利于各专业效率提升。

2 解决方案

2.1 搭建数据集中存储平台收集孤岛数据

2.1.1 设计开发PDA数据集中存储平台

搭建PDA数据集中存储平台，打通公司办公网络与自动化网络的连接，收集产线基础自动化数据。在采取可靠安全防范措施的情况下，利用bat批处理脚本和PowerShell脚本进行PDA数据文件的自动抓取和管理，将自动化一级网络中的PDA文件自动拷贝到三级网络中的服务器上，同时增加仅有查询权限的PDA文件查询用户，将用户提供给工艺、设备等技术人员使用，实现上述人员在办公区内即可查看PDA文件。

2.1.2 完善MES数据中转平台

完善MES数据中转平台，收集过程自动化（L2）数据，转发三、四级信息化系统数据，重新设计二级、三级接口表，清理无效接口及接口中的“垃圾”数据，降低中转平台数据承载负荷。

2.1.3 优化工厂数据库系统

优化工厂数据库系统，开发Python读取接口，定制优化采集产线基础自动化低采样频率数据。工厂数据库采集到的数据经清洗、转换和加工后，存储到MySQL数据库中，MySQL是一种关联数据库管理系统，提高了访问速度并提高了灵活性。

These parameters were generated automatically by R software (The Comprehensive R Archive Network, TUAN Team, Tsinghua University). The program was written in advance.

2.2 搭建Python通用开发平台

2.2.1 数据提取

利用Python程序解析PDA文件数据，将PDA文件中需要的数据按工艺和设备技术人员的需求提取出来，经过加工后，文件大小不超过50M,技术员电脑配置均可轻松打开[1]。Python数据平台结构如图2所示。

图2 Python数据平台

2.2.2 数据分析与整合

由工艺技术人员提供一套电子版的异常分析PDA数据需求表，通过编程将需求表中的PDA数据点集中进行采集、加工并合并到一张报表中展示给技术人员，供技术人员后续分析[2]。

2.2.3 设备状态的趋势分析

利用PDA文件中已采集记录的设备相关监测点数据进行设备状态的趋势分析。由于属于自主开发，增加监测点覆盖面、新增检测点、改变趋势检测算法等过程可达到零费用，并在较短周期内即可实现所需功能。

2.2.4 1580轧线换辊时间自动报出

利用Python开发“1580换辊时间自动报出程序”，解决数据统计过程完全依靠人工、费时费力的问题[3]。

2.2.5 搭建微信发布平台

不锈钢公司微信发布平台主要是以Python语言为基础构建微信接口，以不锈钢各作业区群为对象，以公司正式成文、各种规定、标准等文件或网络抓取的相关信息等为基础数据，通过问答或自动推送的形式将信息展示在微信群，供公司领导及员工查阅、学习。

3 理论或实践效果分析

3.1 形成了统一的数据平台

统一的数据平台可有效服务于各专业业务数据采集、处理、分发和应用的全过程，实现了对MES系统、计质量系统、天车系统、PDA系统、PI工厂数据库系统等十余套系统的数据集成；同时可根据工艺参数分析需求，借助基础自动化平台，实现自动采集整合工艺数据，形成数据分析趋势图，判断生产工艺和设备使用状态。1580轧机压力设定趋势图如图3所示。

图3 1580压力设定趋势图

3.2 过程自动化数据的集成

利用PDA系统和PI工厂数据库系统实现了产线过程自动化数据的集成。

3.3 数据取用接口的开放

利用MySQL数据库中台数据文件存储，实现了开放式接口定义，便于用户自定义取数。

3.4 形成了数据分析模型

3.4.1 实现了数据分析模型的固化

利用程序实现了数据分析模型的固化。数据分析模型可实现：热轧生产线粗、精轧轧制节奏的数据监测比对、飞剪切头尾的数据输出及钢坯入炉温度的数据监测；粗轧轧制节奏、高压水除磷状态的数据监测；卷箱穿带和成卷速度的数据监测；精轧终轧温度、轧机窜辊等状态的监测；卷取芯轴张力、侧导板压力系数等状态的监测。

3.4.2 形成数据使用指南知识文档

以PDA数据使用指南为例，形成知识文档，便于用户使用。PDA数据使用指南包含了前言、数据来源、数据需求确定、数据解析、算法设计、数据展示等内容，通俗易懂便于用户使用。

4 结语

不锈钢公司在不引入外部技术支持的情况下，利用公司内部IT人员开发和实施了公司数据“中台”的项目，有效的消除了公司内部各信息化系统的数据孤岛，实现了各专业的数据集成和共享。

数据“中台”系统投用后成效十分显著：从企业战略决策层面看,开始通过数据支撑经营决策；从数据积累情况看，注重业务过程中数据的积累、收集；从数据维度看，数据维度逐渐丰富；从数据组织形式看，以面向业务主题的指标体系为内容进行数据组织；从数据质量看，开始实施数据质量控制，对相关数据进行清洗、加工；从数据应用场景看,为企业管理提供决策支持；从数据应用工具看，以数据仓库、数据开发和专业化BI报表工具为主。