国能准能集团煤炭板块生产联动大数据分析及系统建设

褚福南，张希武

（国能准能集团有限责任公司 生产指挥中心，内蒙古 鄂尔多斯 010300）

近些年来，国家以及地方政府都出台了诸多的方案和政策，来加快和推动煤炭行业的整体转型、升级，从而实现煤炭传统行业的新型发展和高质量发展。伴随着数字化、智能化升级在各个领域的不断应用，煤炭行业同样紧随其中，海量的生产数据信息、运营管理信息以及包括设备监测、工业监控在内的安全管理信息等各种类型的数据，为煤炭企业高质量发展提供了有效的数据支撑。但目前这些数据价值的应用，多停留在基本的生产统计、基本分析以及企业展示等阶段，数据关联关系未能得到充分的挖掘和使用，数据价值没有得到有效释放，在煤炭领域对于生产企业、消费端客户以及相关的科研人员未有起到务实有效的辅助决策支撑[1]。

为了满足数据综合分析和共享利用的需求，有国能准能集团煤炭板块与其他辅助生产板块之间通过建立数据标准化体系、搭建数据治理平台和开发生产联动大数据法分析系统，实现了各项生产数据的采集、转化、存储与分析利用，提高了生产管理人员对各生产环节的关联把控能力。

1 数据标准化建设

数据标准化是企业从信息化走向数字化，迈向智能化的基石和保证。随着信息化、数字化、智能化建设的逐步推进，各单位、各板块就自身业务建立了诸多应用系统，但数出多门、标准不统一、质量参差不齐、信息孤岛[2]等问题日益突出，亟需构建统一的标准化数据体系，对数据这项无形资产进行规范化管理，确保数据的标准、唯一、及时、准确和完整的特性，切实提升数据的整体质量以及管理能力，更好地服务于后续系统是升级、优化、整合需求，扩大数据分析的领域、深入以及应用度，从而服务于各个管理层级人员对数据的使用需求。

1.1 企业数据分类

准能集团针对不同系统、不同板块对业务的应用，将企业数据分为主数据、实时数据、业务数据、指标分析数据4 大类。总体业务架构图如图1。

图1 总体业务架构图

1）主数据。跨系统的实体类数据，是在业务流程中产生的相对静止不变的数据，包括生产主数据、经营主数据。主数据是企业运营的最为基础、最为核心的重要数据，为实现不同业务间的数据共享提供了有力支撑，保证了业务在不同应用系统当中的统一、标准；保障实时数据相关业务系统的测点数据，确保了全局数据测点的唯一、准确；丰富了业务系统、业务人员开展数据统计分析工作的推进方向和应用手段，进而提升企业对数据的分析能力和管理水平[3]。

2）实时数据。涵盖各业务板块、各生产单元的监控、监测数据信息。实时数据来源于底层生产设备上的各类控制器、传感器等电子元器件的采集，根据生产实际需求在不同维度实现的业务数据关联，为业务系统运行提供底层的、基本的数据支持，通过深度建模及分析[4]，深层次挖掘实时数据的应用价值。

3）业务数据。是指企业生产运营过程中触发的不同实践、交易记录等业务类型的数据。主要分布于各类业务应用系统中，作为主要的数据源，为指标分析数据提供基础数据支持[5]。

4）指标分析数据。是企业生产组织决策、运营预计结算以及效益测算分析的主要依据。指标分析数据是在以上3 项数据（主数据、实时数据、业务数据）的基础上，通过建模、计算等方式模拟出企业生产、经营管理情况，通过各项指标对生产经营决策提供帮助和提升[6]。

1.2 数据标准体系

准能集团数据标准化体系如图2。

图2 准能集团数据标准化体系

准能集团数据标准化体系建设基于准能集团当前的业务架构体系，明确数据对象的基本定义、属性、标准和使用等信息，健全配套的数据管理架构，满足准能集团智能化建设对数据标准性、统一性以及可扩展性的应用需求，推动准能集团在数据价值挖潜应用和数据管控能力的高质量提升。基于准能集团业务能力架构，结合信息化管理相关制度和总体要求，从主数据、指标分析数据、业务数据、实时数据、数据管控体系和参考引用规范等维度构建相关准能集团数据标准体系。

1.3 指标分析体系

为了更加规范、准确、科学地分析企业的运营状态，以准能集团当前总体业务架构为基础，以降本增效为主要抓手，以生产运营管理、企业经营管理、外部环境等各业务能力为定位关键指标，构建适用于企业自身业务特点的运营分析系统，为准能生产数据库构建，以及今后的智能化应用建设打好坚实基础，通过挖掘数据价值创造力推动准能集团的高质量发展。

2 数据治理平台建设

数据治理平台采集准能集团生产执行系统、安全监测系统、生产控制系统及其他应用系统的关系数据和实时数据，打破信息壁垒，消除数据孤岛，推动信息的共享，促进业务融合，实现数据的智能分析利用。准能集团数据治理平台由数采系统、ODS（包含关系数据库、实时数据库）及数据访问服务、数据仓库（数据仓库、数据集市）、BI 及大数据分析等部分构成。

2.1 数据采集

1）关系数据采集。数据抽取转换加载包括“业务系统到ODS”及“ODS 到数据仓库”2 个环节，关系型业务数据在数据治理平台中的数据流。

2）实时数据采集。实时数据的采集与数据源系统建设情况密切相关，利用自开发数采模块实现。可采用如下接口方式：①OPC 方式；②中间数据库方式；③实时数据文件方式；④API 接口方式。实际操作过程中，根据具体情况选取合适的接口方案。

2.2 数据存储

利用DW 数据仓库对露天矿数据进行存储，DW数据仓库对集团各个业务部门，业务系统的历史数据集中、持久化存储，完成对不同来源的数据进行分类、存储、查询。DW 数据库中的数据原则上均来自ODS，通过ETL 将ODS 或业务系统的数据抽取到DW 库。

数据仓库DW 库，面向主题，按照一定的主题域进行组织；将原有分散的数据抽取、清理，经过加工、汇总和整理，消除不同源数据中的不一致性，保证数据仓库内的信息是一致的全局信息[7]。

数据转换采用ETL 工具，将业务系统的数据经过抽取、清洗转换之后加载到数据仓库，目的是将企业不同系统、不同标准、不同质量的数据进行汇总、整理[8]。1 个转换就是1 个ETL 的过程，而作业则是多个转换的集合，在作业中可以通过配置对转换或作业进行定时任务调度。数据仓库数据流设计如图3。

图3 数据仓库数据流设计

数据仓库功能划分如下：

1）ODS 数据库。存放近源数据，原则和源数据库一致，源系统提供的数据需遵循主数据标准，存放到ODS 数据库中。

2）DW 数据库。面向主题的，按照一定的主题域进行组织；将原有分散的数据抽取、清理，经过加工、汇总和整理，消除不同源数据中的不一致性，保证数据仓库内的信息是一致的全局信息。

3）DM 数据集市。按照专业的分析需求对数据进行再组织，便于分析展现。

4）数据管理。管理数据仓库中数据目录，分为主题管理，维度管理。

5）ETL 执行日志。数据抽取任务执行过程中的日志信息。

3 生产联动大数据分析

生产联动大数据分析系统基于数据标准化和数据治理平台的建设成果，分业务、分主题对各业务领域生产数据进行报表统计、图表可视化以及联动分析，深入挖掘业务表象后的数据基础，解析数据关联。

3.1 系统整体架构

准能生产联动大数据分析系统对主要生产经营单位，即黑岱沟露天矿、哈尔乌素露天矿、选煤厂、煤炭经销公司、矸电公司进行了生产联动大数据分析，结合生产的实际完成情况，针对剥离、采煤、洗选、装车各环节的存在的问题从能力释放、协同配合、内外部制约因素等不同角度进行深入分析，重点对异常数据逐层进行数据钻取，找到生产运营过程当中存在的问题，进而提出解决方案，提升生产运营效率。

3.2 煤炭板块生产联动大数据分析

以黑岱沟露天煤矿生产联动大数据分析系统为例，主要包括破碎机运行情况、设备维修情况、电铲躲炮时长、月度卡车燃油单耗、日度生产情况、周检修计划、日度胎压报警时长、工作量分析、设备分析、工作效率分析10 个主题。

1）生产情况分析。黑岱沟露天矿生产完成情况主要包含商品煤、原料煤、剥离合计、自营剥离和外委剥离这5 个项目。根据生产计划量与完成量在日、月、年3 个时间层面，以表格形式展现，对黑岱沟露天矿生产完成量、进度超欠、完成比例情况及分析规划，从中对生产进度进行推算规划，时刻把握良好生产计划的推进。

2）破碎站运行情况。针对5 个黑岱沟露天矿破碎站进行运行情况分析，以条形统计图的形式对破碎站的作业、点检和停用情况进行分析呈现。

3）设备维修情况。对电铲、卡车2 种主要设备的报单次数、维修次数和超2 h 次数进行统计分析。报单次数和维修次数反映设备的良好程度，若报单次数超过一定次数，则表示设备损坏严重，不具备正常工作能力。而超2 h 次数反应设备损坏的严重程度，判断其是否可以继续参加工作，以保证其生产过程的安全性。以此对设备的工作能力和安全程度进行预测评估。

4）设备分析。以饼图的形式显示了采装设备、运输设备的内障、外障、作业的占比情况，通过点击可以实现数据的向下钻取，通过子页面可以查看各个电铲在该时间区间的产量完成升序排名情况，以问题为导向，通过点击对产量最少的电铲进行深入详细的分析，调取到该电铲不同时间节点的作业检修分布、产量柱状图以及配套的详细作业列表，通过对比分析查找出产量降低的原因。

4 结语

国能准能集团生产经营各项业务通过数据标准化建设和数据治理平台建设，奠定了数据统一规范管理的制度基础和技术支撑，使得各项生产数据和业务数据全面、准确地进行分类存储和联动分析。利用数据治理平台对原有分散系统数据进行抽取、清理和存储，提高数据资产的价值与可用度，为企业决策分析奠定基础，并且根据煤矿生产情况分析上下级单位之间的配合关系、自身条件以及影响因素，对生产情况以及相关数据建立各部分数据分析主题，使得煤炭智能化的进一步推进，对生产数据的应用处理分析水平得到进一步提高。

生产联动大数据分析系统对标准化、规范化的生产和业务数据的进行联动分析，帮助集团及时掌握企业的实时生产运营状态，及时调整生产计划，做出合理的策略参考以及决策依据，确保企业的可持续健康发展。