工业电子雷管全产业链大数据平台的构建策略

李颖 LI Ying；刘东 LIU Dong；曹瑞雪 CAO Rui-xue

（保融盛维（沈阳）科技有限公司，沈阳 110000）

0 引言

在民用爆破器材中，工业电子雷管处在技术领先地位。在工业电子雷管出现之前，工程爆破所使用的雷管多为延时雷管，安全性较低。较之常规雷管，工业电子雷管是在原有雷管装药下，提高雷管延时精度、可靠性，使雷管延时精度达到1ms。因此，可以说新型雷管更具精准性和安全性，不仅易于应用操作，而且性能更符合工程实际需求。

1 工业电子雷管产品特征

工业电子雷管是以微电子集成芯片为技术基础，设计通讯系统，通过控制装置控制组件。其控制装置分为信息接收装置、存储装置等，同时负责指令执行。在系统运行中，控制装置随时监测雷管状态数据，进行智能监控，从而实现爆破延期控制。抵达预期延期时间后，驱动储能装置会进行能量释放，进行点火引爆。工业电子雷管由点火元件、电子控制模块、基础雷管、脚部线材四部分组成；编程器、起爆器是组成引爆系统的核心。（图1）调查数据显示，使用电子雷管后炸药大块率显著降低，振动影响控制良好，炸药单耗量得以合理缩减。分析综合应用成本，电子雷管实际效益较好，并且具有显著的安全性，比较符合使用者预期。在未来，工业电子雷管大范围推广几乎是必然趋势。

图1 工业电子雷管主要构成

2 工业电子雷管全产业链大数据平台的构建

2.1 工业电子雷管全产业链大数据平台构建的关键内容

①底层基础数据打通。围绕工业电子雷管全生命周期全数据链，在芯片设计封装、模组生产检测、电子雷管生产检测、爆破现场应用四个环节，围绕影响雷管产品质量进行数据抓取，并将数据上传至大数据平台。②实现全产业链大数据平台。研究并构建企业级基于工业互联网构建数码雷管全产业链大数据平台，实现电子雷管设计、生产、检测、赋码、追溯、现场爆破的全链大数据在线采集，助力数码雷管产品质量可靠性管控；设计工业电子雷管以数据驱动质量管理的模式，对质量信息充分整合与集成，提升跨部门、跨企业、跨层级的质量管理与安全生产管理联动联控能力；同时使雷管生产企业具备快速感知、实时监测、超前预警、联动处置、系统评估的产业管理能力。③产品质量评估与分析。基于工业电子雷管生产、检验、运输、使用全链大数据，深度挖掘数据中的相关关系与机理因素，采用动态Bayes、神经网络、随机分析、结构分析、逻辑分析等方法，构建质量评估与预测模型、质量问题追溯与可靠性评价模型，实现产品生产质量及时监控、评估、预警与问题追溯。

2.2 工业电子雷管全产业链大数据平台的总体设计方案

基于工业互联网，利用云计算、大数据等现代信息技术，以数码雷管芯片为基础、雷管生产环节为核心，建设数码雷管全产业链大数据平台，将数码雷管生产、制造各环节数据和爆破应用生态数据进行链接、打通、管理、利用，形成原材料-模组-雷管-爆破现场全产业链的数据采集平台。向前追溯晶圆生产、芯片封测等供应链数据，向后及时获取爆破现场信息，使雷管生产企业具备快速感知、实时监测、超前预警、联动处置、系统评估的产业管理能力。

以芯片码为核心实现电子雷管设计、生产、检测、赋码、追溯、现场爆破的全链大数据在线采集，形成数据图形化过程监控，各监管单位、生产使用单位按照权限级别共享数据，使产业链中物质流、信息流形成闭环；基于平台大数据统计、分析，实现雷管生产和爆破现场使用的质量管理、安全管理、应急管理、社会治安管理，实现电子雷管产品生产信息、检测信息和使用信息的全生命周期管理的智能存储、在线查询与售后追溯，实现制造数字化、透明化；助力数码雷管全向管理及运营服务，提升移动化、场景化、实时化的协同管理能力；研究设计工业电子雷管以数据驱动质量管理的模式，对质量信息充分整合与集成，提升跨部门、跨企业、跨层级的质量管理与安全生产管理联动联控能力。工业电子雷管大数据平台设计总体架构如图2所示。

图2 工业电子雷管大数据平台设计总体架构

图3 全链大数据处理与分析原理图

2.3 工业电子雷管全产业链大数据平台的具体构建方案

2.3.1 全产业数据链采集系统产业数据资源采集以芯片ID为核心，链接芯片产业链数据、模组制造产业链数据、工业电子雷管产业链数据、爆破现场作业数据等各端数据采集。

①芯片产业链数据采集系统。晶圆与芯片数据采集包括晶圆生产、晶圆检测、芯片封装测试、芯片入厂检测等数据采集。其中，芯片质量检测包含物理尺寸、电气性能、芯片UID赋值等。根据用户需求进行硬件定制、软件迭代，优化现场作业系统解决方案，满足工业电子雷管的全场景化应用需求（小断面、隧道、孔桩、基坑、矿山），适应高海拔、高寒等严酷操作适用环境，完成核心芯片的优化、升级和迭代。煤矿许用芯片就是一款适应井下作业环境，并且符合煤矿许用标准的高端芯片。

②模组制造产业链数据采集系统。模组端数据采集包括模组原材料数据采集、模组生产制造检测数据采集。其中，电子模组检测包含关键设备参数、生产工艺参数、产品性能参数、三码绑定数据等60余项。

采用自动化控制技术及智能图像识别手段，生产过程中运用机器视觉检测方法，实现自动识别、数据采集、信息集成等功能，大大提高生产的效率和自动化程度，减少企业管理成本；建设电子雷管模组自动化生产线及安全生产动态监管平台，使其具有生产数据采集、环境数据采集、视频监控、在线检测、数据存储与分析、产品设计支撑等功能，实现民爆物品生产的智能化、可视化、网络化和远程化。

③工业电子雷管制造产业链数据采集系统。工业电子雷管生产与测试数据包括产品适配、质量管控、雷管生产检测等数据采集，具体为关键设备参数、生产工艺参数、产品性能参数、三码绑定数据等采集。制定统一的数据采集标准，兼容多家芯片＆模组，建设电子雷管自动化生产线及安全生产动态监管平台，实现以“工业互联网”为基础的产线装备互联互通和中央管控，完成电子雷管生产过程中生产数据、环境数据等全数据在线采集；通过视频监控等方手段，打通电子雷管产线自动控制设备，融合MES、ERP等信息系统，实现生产信息集成。

④爆破现场作业数据采集系统。爆破现场数据采集系统包含爆破数据的上传及爆破设计数据的采集。通过爆破现场实时视频实现远程监管，爆破数据实时上传，共享起爆器实时界面，语音指导爆工操作；支持远程系统操作，自动生成报告指导厂商产品和流程优化。基于爆破设计数据的采集、整合，并将云计算、大数据技术融入传统爆破设计软件，提供方便、快捷的爆前设计，完成爆破现场的合理分工、协同工作、实时提醒。

在实现起爆设备通用化、一体化、便捷化、易监管的同时，结合北斗技术、鸿蒙操作系统等，提升工程作业的管理水平和实施效率，完善工业电子雷管用户侧的使用效果。

2.3.2 云平台的数据存储及数据集成通过智能设备拉取数据进行在线数据采集，基于系统数据集成之上，应用云数据管理、关系型数据存储与访问等技术，实现元数据预取及缓存替换，保证关系型数据库集群共享存储的一致性及其后续分析处理的便捷性。

2.3.3 全链大数据处理与分析①工业电子雷管全链大数据处理与分析。针对大数据质量检测平台所采集的电子雷管物料检测、外观检测、半成品及成品检测以及生产综合分析等全产业链生产制造数据进行数据分析与整合，为后期质量评估以及质量问题的快速追溯服务。首先对各类数据进行预处理，包括数据清洗、数据集成、数据归约和数据变换，保障数据的适用性和准确性；然后通过随机分析、随机森林、数据离散化、聚类等方式对数据进行适当的降维和增维，达到更加准确的分析结果；对处理后的数据进行整合以及可视化分析、相关性分析，确定各类指标数据变化规律；最后建立异常处理库，采取匹配处理方法，进行异常分析。

②基于动态Bayes的工业电子雷管质量评估与预测。针对工业电子雷管生产全过程监控数据、全样本半成品、成品检验数据，构建质量评估模型，实现产品生产质量状态及时监控、评估与提前预警。

根据生产监控数据与半成品、成品检验数据提取质量评价指标，分析指标与产品质量相关性，定义工业电子雷管质量稳定性参数，建立质量评估指标体系。通过指标之间的关联关系构建Bayes网络结构，基于产品生产、检验历史大数据学习网络结构参数，考虑初始网络、转移网络、时间序列关系建立动态Bayes质量评估与预测模型。采用动态Bayes质量模型评估并预测生产状况，使用TOPSIS方法对网络推理结果进行转化，依据评估结果对产线生产状态给出评价或预警。

③工业电子雷管生产质量分析及追溯。针对电子雷管全链数据平台所采集的影响质量的生产、装配过程中的各类数据，基于大数据技术进行质量问题分析、追溯和预测，实现生产质量控制。构建电子雷管质量标签体系，确定影响产品性能的指标。根据电子雷管在不同检测环节对质量问题记录的方式不同，分别构建基于语义描述及数据挖掘的产品质量问题追溯模型。结合采集的产品不合格率、不合格类型出现率等相关数据，设计改进BP神经网络对质量问题进行预测，实现事前预警及质量控制。

④不完全检验条件下工业电子雷管质量可靠性分析。针对研发阶段或小批量试制阶段新型号产品测试数据、检验数据不完备，以及破坏性试验数据的不完整，开展工业电子雷管质量可靠性分析与评估。通过电子雷管及模组工作原理确定产品功能结构与产品可靠性结构框图，根据工业电子雷管样品状态鉴定验收相关检验及试验数据对产品任务可靠性相关因素分析。最后基于产品可靠性结构与主要部件可靠度计算结果采用逻辑关系GO图方法分析工业电子雷管模组可靠性。

3 结束语

综上所述，工业电子雷管是更具科学性和技术性的雷管类型，安全性显著提升。在工程爆破作业时通过构建工业电子雷管全产业链大数据平台，实现电子雷管设计、生产、检测、赋码、追溯、现场爆破的全链大数据在线采集，助力数码雷管全向管理及运营服务；研究设计电子雷管以数据驱动质量管理的模式，对质量信息充分整合与集成，提升跨部门、跨企业、跨层级的质量管理与安全生产管理联动联控能力。