选冶智能推送云服务系统的设计与应用

宋晓梅，郭振宇，王 锐，宋 涛

(1.矿冶科技集团有限公司； 2.矿冶过程自动控制技术国家重点实验室；3.矿冶过程自动控制技术北京市重点实验室； 4.金川集团股份有限公司)

引 言

中国高度重视工业云的发展，把工业云作为推动两化深度融合重要抓手。在国家政策的指引下，全国各地制造企业进行工业云服务发展规划，着力建设工业云平台，积极推广工业云应用。中国选冶工艺技术一流，但自动化、信息化方面与发达国家差距大，存在短板，需要实现选冶过程智能制造来推动企业生产和管理的变革，提升劳动生产率。选冶过程智能优化服务云平台可以促进企业从生产型组织向服务型组织转变，其应用互联网云计算等信息化技术手段，发展远程运维、智能推送等云服务商业模式，提升企业的创新能力和服务能力。选冶过程智能制造云平台通过现代化信息技术实现选冶生产过程数字化、信息化，应用云服务等关键技术能够实现选冶数据高效处理及信息共享，促进智慧矿山建设[1-3]。

选冶云服务对促进选冶行业“互联网+”发展和新业态新模式培育具有重要意义。一是促进选冶行业的技术创新和改造，与传统设备相融合并集成，形成新的科技成果和生产力，实现操作自动化、控制智能化、管理信息化；二是提供增值服务等新模式，实现远程监控、物联检测、远程维护等；三是促进人才资源利用，通过云服务实现企业资源共享。针对行业特点，选冶云服务系统以满足企业需求为目的形成行业互联网应用新模式，通过自动化、信息化技术及业务需求集成，建设选冶工业互联网平台，并服务于行业用户。该平台根据企业的业务需求，实现生产过程中数据的采集、清洗、并联、加工、建模处理，挖掘过程数据背后的价值[4]，在研发设计、生产制造、设备维护、产品运营、资源管理等各个生产环节为用户提供服务，用户通过PC机、移动客户端可享用平台提供的各类服务。

基于选冶企业信息共享需求，企业需要及时了解选冶云服务系统提供的服务结果，建立一套智能推送系统具有重要现实意义。该系统可为用户提供跨系统、跨厂区的数据互联和共享，使其及时了解现场生产情况，且不受空间、时间约束，更大范围打破物理和组织边界，使调度指令与管理信息高效流动，以便用户能快速决策，提高生产运营质量。

1 推送系统介绍

在各类Web应用系统中，都有消息推送、消息提醒等服务功能，通过消息告知与提醒能让用户第一时间知晓此类消息，并且相关平台利用消息推送能提高用户活跃度和黏性，唤醒沉默用户，从而提高平台使用率。根据业务类型和产品形态，消息推送分为即时通讯和非即时通讯两大类：如微信、QQ等社交APP的聊天消息属于即时通讯；非即时通讯包括今日头条、网易新闻等新闻资讯类，天猫、京东等平台运行营销类，淘宝、抖音等个性化推荐类，电商平台物流等系统通知类。阿里云通过MPS发起多种类型的消息推送，能够提供控制台页面推送和服务器端接入，实现面向单个用户、自定义用户分组等多维度推送个性化信息；百度云通过云端和客户端建立长连接提供推送实时消息服务，支持根据标签分类向特定用户群体和单个用户推送消息；腾讯云推送提供接入简单、推送稳定、快速、高抵达的APP通知栏及应用内消息推送服务，支持APP推送、应用内消息及智能短信等多种类型，能够有效提高用户活跃度；网易云信引入手机系统厂商推送，当用户清理掉应用进程、网络不稳定等导致客户端SDK无法与云信服务器保持正常连接时，服务器将使用手机厂商系统级推送来提醒用户有消息需要接收。

尽管消息推送提醒功能广泛应用在各类云服务平台或者APP应用中，但针对矿山企业推送生产过程中实时数据的应用较少。矿山企业原矿具有矿物组成复杂、性质多变、有腐蚀性等特点，选矿车间潮湿、多尘、振动大，选矿设备类型多且能耗大，虽然磨矿、浮选、浓缩脱水等选矿过程通过自动化、信息化技术实现了仪器仪表接入，以及中央控制室自动控制操作，但未实现对选矿生产过程中实时数据和历史数据价值的挖掘，以及生产过程中数据互联和共享，用户需要在控制室才能看到生产情况，其时间和空间受到一定的限制[5]。针对矿山企业，需要实现根据用户需求，将信息定向、精准地推送给用户，使其能够及时排查设备故障并进行预防性维护，实时了解控制设备健康状态。选冶智能推送云服务系统能够建立云服务推送快速部署机制，实现信息的精准“消费”，采用消息推送和定时邮件定向推送信息的方法，将用户所关心的消息、定制的报表及流程运行统计类信息推送给用户，保障了有效信息快速可靠地到达消费端[6-7]。

2 选冶智能推送云服务系统设计

2.1 总体设计

基于云服务平台，系统采用“Java+SpringMVC+Mybatis”架构方案，对采集的数据进行处理和分类。根据用户需求，推送方式分为2种：客户端消息推送和定时邮件推送。选冶智能推送云服务系统结构如图1所示。该系统分为表现层、服务层、服务组件层。其中，表现层负责数据的展示，接收消息数据后根据请求选择相应的消息应用服务，根据服务返回的结果展示分为任务提交、任务查看、任务管理等；服务层对业务进行逻辑实现，包括精准推送服务、实时消息推送和后台业务逻辑处理；服务组件层主要是为服务层提供支持，包括邮件模块、数据持久层、数据处理和任务调度模块。用户可以在前端创建任务推送，任务信息包含任务名、任务类型、推送人员、执行时间，并可以查看任务状态。

图1 选冶智能推送云服务系统结构图

推送内容通过数据的清洗、关联、加工、建模处理后完成，根据业务内容实现消息推送，如将设备故障、设备运行状态、流程状态等信息及时推送给相关负责人员，以便其及时作出决策。邮件模块通过JavaMail实现，JavaMail采用SMTP协议发送邮件，可通过基本属性设置邮件发送协议、发送地址、服务器身份验证等信息，将用户所关心的投用率等信息采用日报、周报等形式发送，负责人员可以及时了解自动控制的基础控制回路、专家控制系统等运转投用率和效果评价情况。任务调度模块通过Quartz框架实现。

2.2 数据库设计

数据库选取MySQL关系数据库，数据库ER图如图2所示。数据库设计满足数据完整性要求，并且保证数据的可扩展性和稳定性，包括用户表、任务信息表、推送信息表、定点邮件推送信息等。用户表用于存储用户的登录信息、角色管理及电话、邮箱等相关信息；任务信息表包含任务id、任务名称、任务分组、任务完成情况及相关的外键信息(user_id)；推送信息表包含关联的任务名称、推送时间、推送内容、执行次数、任务状态；定点邮件推送信息包含关联的任务id、邮件内容、收件人、抄送人、密送人、发件周期、开始时间、结束时间、任务优先级别等信息。

图2 数据库ER图

2.3 关键技术

Quartz是一个在Java基础上实现的开源项目，具有强大的调度机制，能够在Web应用中进行复杂的作业调度。选冶智能推送云服务系统使用Quartz调度机制实现灵活设定触发器的时间表、时间间隔等，并进行调度任务和触发器关联映射。Quartz框架包含任务调度器(Scheduler)、任务(Job)、调度程序(JobDetail)、触发器(Trigger)等核心组件[8]。任务调度器为作业调度的核心管理者，一个任务调度器中可以注册多个调度程序和触发器；任务为Web应用中的功能模块，表示要执行的具体内容，通过界面端设置任务名、任务组名、触发器名、触发器组名，时间设置实现后即可通过任务调动监听触发[5]；调度程序是可执行调度程序要执行的内容；触发器作为作业调度任务的操作者，代表任务参数的配置，开发人员可以根据调度需求配置任务和触发器监听为全局监听或是特定任务的监听。Quartz可以在应用服务器中或者嵌入另一个独立应用程序中运行，也可以作为独立程序应用在Java虚拟机内，同时可被实例化，作为独立的项目集群用于作业执行。Quartz具有任务持久化、调度功能强大、应用方式灵活、分布式和集群能力强大、无环境依赖性等特点，并且易于与Spring整合集成实现强大的调度功能，因此系统采用Quartz调度机制执行任务调度，并通过界面实现调度任务的启停，将调度任务信息保存到数据库中，实现调度任务持久化和稳定化。

3 系统功能及应用

选冶智能推送云服务系统使用Spring MVC架构开发模式，即模型(M-Model)、视图(V-View)、控制器(C-Control)，应用Mybatis持久层架构与MySQL关系数据库实现映射关系。

选冶智能云服务推送系统具有灵活的定制服务功能，可以根据需求设置推送内容、推送时间、触发条件、接收人等相关信息。接入云平台的企业用户可以实时了解基础控制回路、设备运转情况等，不受空间和时间限制即可查看基础控制健康状态，以及利用故障诊断系统反馈的结果进行故障定位，及时排查故障和进行预防性维护。该系统可实现的功能包括：

1)设备故障诊断报告与运行状态推送。

2)设备故障诊断。联合专家、设备生产厂商等，建立云服务设备故障分析机制，通过大数据技术等实现预测及故障分析。系统将相关的报告信息推送给管理决策人员，为现场提供立体式的故障分析报告及维修建议,帮助管理决策人员及时作出决策部署。

3)基于大数据分析的流程运行状态报告推送。

4)根据流程分析需求，基于云服务的矿物加工过程的海量历史数据，对矿物平衡、组分及产品质量分析评估后的流程状态报告进行推送，实现定制服务功能。

5)控制效果应用评估与优化效果报告推送。

6)远程连接选冶控制系统软硬件程序，对流程自动控制的基础控制回路、专家控制系统等运转投用率和效果进行评估，推送评估结果和优化效果报告。

国内某铜矿选矿厂设备类型多，生产流程长，矿石性质复杂，尽管选矿厂实现了自动化生产，但仍需要及时获取选矿生产过程中设备运转、流程检测、生产运行、环境安全等数据，以降低管理人员的工作强度，提升运行管理效率。通过现场数据调研、系统设计及服务部署，针对该铜矿选矿厂建设的选冶智能推送云服务系统实现了上述系统功能，部分推送信息如图3所示。选冶智能推送云服务系统实现后，项目负责人和企业生产操作、管理负责人直接通过Web浏览器、移动客户端即可查看推送的邮件消息，不受地理位置限制，随时了解优化控制投用情况和控制效果，保证了技术人员随时随地了解系统回路投用情况和特殊工况，并及时排查、解决存在的问题，促进了控制投用率的提升和控制策略的改进。该系统在完成矿企主要过程参数远程集成的基础上，还实现了智能优化控制回路运行效果的远程统计分析和自动发布功能，以及辅助优化控制投用率的提升效果。

图3 邮件定制推送信息

选冶智能推送云服务系统满足了该铜矿选矿厂的信息化共享需求，为各层管理部门提供了关键设备和指标信息共享，促进了各部门面向生产过程的主动预防性管理，为矿山安全生产、有效预防和及时处理各种突发事故和自然灾害提供有效手段，提高了生产效率，降低了工人劳动强度，进而保障了自动化系统的稳定性和可靠性。

4 结 语

选冶智能云服务推送系统采用消息推送及定时处理等技术，实现将用户所需的信息定向、精准地推送给用户，保障了有效信息快速可靠地到达消费端，以便用户能及时排查设备故障并进行预防性维护，实时了解控制设备健康状态。通过定制服务及精准推送消息，实现选冶企业人工运维成本的最小化，同时通过将设备故障诊断信息、设备监控信息及时准确地推送发出提醒，一方面可最大程度地提高运行效率，另一方面可节约企业的人力成本，实现降本增效。该系统能够更好地实现选冶企业管理信息资源共享，优化资源模型，更好地为周、月等数据统计提供服务，有效减少统计汇报人员的日常工作，实现企业运维和决策信息化。在后续工作中，根据业务规则和需求，可对云平台进行优化，进一步挖掘生产过程数据背后的价值，提高数据分析能力，以便能更进一步提高系统适用性，为应用“互联网+”构建选冶行业新业态新模式营造开放、共享、协同的信息化环境。