CN111294378A - 一种面向煤化工企业智能工厂的云平台架构及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种面向煤化工企业智能工厂的云平台架构及其实现方法，IaaS层，用于将基础设施形成的物理资源转化为资源池，通过资源管理与调度的方式向PaaS层提供运行环境支撑和数据支撑，数据提供给PaaS层建立模型库；PaaS层，用于模型库、算法库以及工业知识库的建模和存储，基于微服务框架实现对多种微服务的管理，利用微服务引擎实现煤化工应用业务逻辑的构建，通过开发平台实现对可视化页面的构建；SaaS层，基于PaaS层构建煤化工应用，并通过工业SaaS门户，向其它煤化工企业开放。本发明通过平台即可构建图形化展示页面，最终构建应用，极大地缩短了煤化工企业智能工厂应用系统的开发过程，降低了学习难度，节约了时间成本和人力成本，极大提供企业竞争力。

Description

一种面向煤化工企业智能工厂的云平台架构及其实现方法

技术领域

本发明涉及一种面向煤化工企业智能工厂的云平台架构以及云平台，属于智能制造领域。

背景技术

煤化工智能工厂运行管理系统建设是煤化工企业数字化转型发展的重要举措，煤化工智能工厂运行管理系统建设的目的就是要强化工业技术、信息技术、先进管理理念等技术在运行管理业务范围内的综合集成，促进工业化和信息化多种技术深度融合，优化生产、确保本质安全和环保，提高生产运行管理效益和效率。我国煤炭储量优势大于石油资源，发展煤化工企业是国家能源战略关键部署之一。煤化工企业是我国能源和材料工业及能源自主保障的重要组成部分，是当今新旧能源替换阶段重要的能源和化工原材料工业。随着智能制造在各行业开展，越来越多的制造型企业开始建设智能工厂。煤化工智能工厂运行管理系统标准可以规范智能工厂运行管理在规划设计，为企业、设计、研究所等单位提供有效的规划设计方法和规范。国内目前没有针对煤化工企业智能工厂运行管理云平台架构，普适的云平台架构无法完全满足煤化工企业智能工厂信息化建设上的需求。因此，结合我国煤炭资源的特点，为煤化工企业智能工厂信息化建设在规划设计及建设实施过程中提供参考的架构以及实现方法显得尤为重要。

鉴于以上内容，本专利提出了一种面向煤化工企业智能工厂的云平台架构以及实现方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对煤化工企业智能工厂如何高效地进行信息升级改造，打造具有煤化工特色的工业云平台，提出了一种新型工业云平台架构方式以及工业云平台，从而实现煤化工企业云平台的信息化，服务化以配置化。该云平台可以实现将基层设施物理资源虚拟化形成资源池、基于资源池构建煤化工企业智能工厂模型库、算法库以及工业知识库、基于微服务治理框架实现对中间件微服务、技术组件微服务、业务组件微服务等微服务集的微服务目录构建、微服务注册、微服务编排以及微服务监控，基于微服务引擎实现应用业务的构建，基于快速开发平台设计时构建煤化工应用可视化页面，最终通过工业SaaS门户提供典型的煤化工服务。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种面向煤化工企业智能工厂的云平台架构，包括：

IaaS层，用于将基础设施形成的物理资源通过虚拟化手段转化为资源池，通过资源管理与调度的方式向PaaS层提供运行环境支撑，提供各类数据支撑，其中包括传感器设备数据、生产数据、资产数据、管理数据等。

PaaS层，基于煤化工企业智能工厂模型库、算法库以及工业知识库实现对底层工艺模型、算法模型以及工业知识的建模存储，基于微服务框架实现对包括中间件微服务、技术组件微服务、业务组件微服务等各类微服务组件的微服务目录构架、微服务注册、微服务编排以及微服务监控，利用微服务引擎实现煤化工应用业务逻辑的构建，通过快速开发平台实现对可视化页面的快速构建；

SaaS层，基于PaaS层构建包括生产运行指挥服务、生产管理服务、HSE监控与管理服务等各类典型煤化工应用，并通过工业SaaS门户，向下游煤化工企业开放。

所述IaaS层包括：

机房实施，用于提供平台物理资源放置环境，包括供电、制冷、机柜、布线、消防、机房监控等；

物理资源，用于提供平台物理资源，包括服务器设备、存储设备、备份设备、网络设备、安全设备；

资源池，用于通过虚拟化手段将物理资源转换为虚拟资源，其中包括计算资源、存储资源以及网络资源。

资源管理与调度，用于对资源池进行统一的管理与调度。

所述PaaS层包括：

模型库，用于构建以及存储煤化工工艺模型库，包括工厂模型、产品模型、工艺模型等；

算法库，用于构建以及存储煤化工算法库，包括apc算法、能源优化算法等；

工业知识库，用于构建以及存储工业知识库，包括知识库、校验标准库、评价等；

微服务治理框架，用于注册微服务，构建微服务目录，对微服务集进行编排与监控。

微服务集用于提供PaaS层微服务组件，包括中间件微服务、技术组件微服务、业务组件微服务。

微服务引擎，用于支持用户基于微服务集与微服务治理框架快速构建煤化工应用；

快速开发平台，用于基于基础数据、后台业务以及前台元素配置，快速构建煤化工应用可视化页面。

所述SaaS层包括：

生产运行指挥服务，用于根据生产运行数据和业务流程的实时可视化展示和分析，辅助企业生产运行决策和指挥。生产运行指挥服务应包括但不仅限于调度指挥、应急指挥、绩效管理、生产运行监控可视化等功能；

生产管理服务，用于生产统计、生产绩效、生产调度、物料管理、辅料管理、原煤评价、操作管理、工艺管理、智能巡检、仿真模拟等功能；

HSE监控管理与服务，用于HSE体系管理、职业健康管理、安全管理、环保管理、应急管理等功能；

工业SaaS门户，用于以门户的形式向煤化工企业智能工厂提供服务。

一种面向煤化工企业智能工厂云平台架构实现方法，包括以下步骤：

IaaS层将服务器、存储、备份设备、网络设备、安全设备等IT基础设施通过虚拟化手段转化为资源池，为PaaS层提供基础运行环境；

PaaS层基于IaaS层提供的基础运行环境，构建煤化工企业模型库，算法库以及工业知识库，利用微服务治理框架实现对中间件微服务、技术组件微服务、业务组件微服务等微服务集的整理，利用微服务引擎构建煤化工企业应用逻辑，通过快速开发平台构建煤化工应用可视化页面；

SaaS层基于PaaS层构建典型煤化工应用，包括生产运行指挥服务、生产管理服务以及HSE监控与管理服务，通过工业SaaS门户将这些服务发布给其他煤化工企业。

本发明的有益效果是：

1、本发明为煤化工企业工程师提供煤化工企业工艺模型库、算法库、工业知识库，微服务集以及微服务治理框架，工程师只需通过微服务引擎即可构建煤化工企业应用业务逻辑，通过快速开发平台即可构建图形化展示页面，最终构建应用，极大地缩短了煤化工企业智能工厂应用系统的开发过程，降低了学习难度，节约了时间成本和人力成本，让专业人员更加专注，极大提供企业竞争力。

2.本发明以工业SaaS门户的方式向其他煤化工企业智能工厂发布诸如生产运行指挥服务、生产管理服务以及HSE监控与管理服务，构建煤化工企业智能工厂SaaS生态，实现共赢。

附图说明

图1是本发明提供的一种面向煤化工企业智能工厂云平台架构方式流程图；

图2是本发明提供的一种面向煤化工企业智能工厂云平台结构示意图；

图3是本发明的架构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案以及优点等更加清楚明确，在这里举出实际例子并参考附图进行进一步的说明。

一种新型工业物联网架构方式，层次结构图如图3所示，包括：

IaaS层(基础设施即服务)：IaaS层负责传用于将基础设施形成的物理资源通过虚拟化手段转化为资源池，通过资源管理与调度的方式向PaaS层提供运行环境支撑，提供各类数据支撑，其中包括传感器设备数据、生产数据、资产数据、管理数据等。

PaaS层(平台即服务)：PaaS层基于IaaS层提供的基础运行环境，构建煤化工企业模型库，算法库以及工业知识库，利用微服务治理框架实现对中间件微服务、技术组件微服务、业务组件微服务等微服务集的整理，利用微服务引擎构建煤化工企业应用逻辑，通过快速开发平台构建煤化工应用可视化页面。

SaaS层(软件即服务)：SaaS层基于PaaS层构建典型煤化工应用，包括生产运行指挥服务、生产管理服务以及HSE监控与管理服务，通过工业SaaS门户将这些服务发布给其他煤化工企业。

本申请还提供了一种面向煤化工企业智能工厂的云平台，包括模型库、算法库、工业知识库、微服务治理框架、微服务集、微服务引擎和快速开发平台；

所述模型库模块包括：

工厂模型，存储并定义煤化工企业智能工厂模型。

产品模型，存储并定义煤化工企业智能工厂产品模型；

工艺模型，存储并定义煤化工企业智能工厂工艺模型；

所述算法库模块包括：

APC算法库，存储并定义煤化工企业智能工厂先进过程控制算法。

能源优化算法库，存储并定义煤化工企业智能工厂能源优化算法；

工业知识库模块包括：

知识库，存储并定义煤化工企业智能工厂工业知识。

校验标准库，存储并定义煤化工企业智能工厂校验标准；

评价标准库，存储并定义煤化工企业智能工厂评价标准；

所述微服务治理框架包括：

微服务目录模块，用于构建PaaS层所能提供的微服务目录。

微服务注册模块，用于为PaaS层新添加的微服务进行注册；

微服务编排模块，用于将PaaS层提供的原子微服务进行编排整合；

微服务监控模块，用于监控PaaS层各项微服务的运行状态。

所述微服务集包括：

中间件微服务模块：用于为用户提供中间件相关微服务，其中包括数据库服务、消息总线服务、缓存服务、机器学习服务、分布式计算服务

技术组件微服务模块，用于为用户提供技术组件相关微服务，其中包括数据分析引擎、优化引擎、推理引擎；

业务组件微服务模块，用于为用户提供业务组件微服务，包括仪表远程监测、工艺组态管理、边缘协议管理、故障诊断管理等；

所述微服务引擎：用于基于微服务集以及微服务治理框架构建煤化工企业应用逻辑，其中包括服务发现、服务鉴权、服务路由、流量控制、负载均衡以及分布式消息传递。

所述快速开发平台包括：

前台元素配置模块，用于构建煤化工企业智能工厂应用前端图形展示界面，可供配置的图形化组件包括项目配置、菜单配置、数据配置、元素配置、公式配置、组态配置等；

图1是本发明中面向煤化工企业智能工厂的云平台架构方式实施的流程图，如图1所示，所述方法包括以下步骤：

步骤S1：整合物理资源，利用虚拟化技术将物理资源转化为资源池，对资源进行统一管理与调度，为PaaS层构建基础支撑环境；

具体地，为物理资源提供机房设施，其中包括供电、制冷、机柜、布线、消防、机房监控等。

当完成以上步骤后，整合IaaS层物理资源，其中包括服务器资源、存储资源、备份资源、网络资源以及安全资源。

当完成以上步骤后，通过虚拟化技术将物理资源抽象为资源池，其中包括计算池、存储池以及网络池，最后通过统一的资源的管理与调度，将资源以及基础运行环境提供给PaaS层。

步骤S2：构建系统中的模型库、算法库以及工业知识库。

具体地，系统中的模型库、算法库以及工业知识库均为具有煤化工特色的组件。其中模型库包括煤化工企业智能工厂模型、产品模型以及工艺模型，覆盖煤化工企业工厂建设、生产制造以及工艺管理等各环节所需的模型；算法库包括煤化工企业智能工厂所需的算法，包括先进过程控制算法、能源优化算法等；工业知识库包括工业知识库、校验标准库以及评价标准库，建立煤化工企业智能工厂生产运行的先验知识以及评价体系。

步骤S3：利用微服务框架整合微服务集，利用微服务引擎构建煤化工应用后台；

具体地，PaaS平台为用户提供了包括中间件微服务、技术组件微服务、业务组件微服务等丰富的微服务组件集，利用微服务治理框架实现对微服务的服务注册、目录构建、服务编排以及服务监控。

利用微服务引擎根据微服务目录索引已注册在服务目录中的微服务，根据微服务的空闲状态以及具体的煤化工业务需求，通过服务路由模块、服务鉴权模块以及分布式消息传递模块实现煤化工应用功能需求，通过流量控制以及负载均衡保证煤化工应用性能需求，从而最终构建煤化工应用后台逻辑。

步骤S4：利用快速开发平台构建煤化工应用前台；

具体地，利用快速开发平台中提供的丰富组件库，其中包括项目配置组件、菜单配置组件、数据配置组件、元素配置组件、公式配置组件、组态配置组件构建前台可视化应用界面。

具体地，将前台应用组件与步骤S3中提供的煤化工应用接口绑定在一起并进行整合，最终形成煤化工应用。

步骤S5：构建SaaS级煤化工应用。

具体地，基于PaaS层构建典型煤化工应用，其中包括生产运行指挥服务、生产管理服务以及HSE监控与管理服务，通过工业SaaS门户向外界发布工业SaaS服务

本发明实施例为煤化工企业工程师提供煤化工企业工艺模型库、算法库、工业知识库，微服务集以及微服务治理框架，工程师只需通过微服务引擎即可构建煤化工企业应用业务逻辑，通过快速开发平台即可构建图形化展示页面，最终构建应用，极大地缩短了煤化工企业智能工厂应用系统的开发过程，降低了学习难度，节约了时间成本和人力成本，让专业人员更加专注，极大提供企业竞争力。

本发明实施例以工业SaaS门户的方式向其他煤化工企业智能工厂发布诸如生产运行指挥服务、生产管理服务以及HSE监控与管理服务，构建煤化工企业智能工厂SaaS生态，实现共赢。

如图2所示，基于以上的云平台架构方式，本发明提供了一种面向煤化工企业智能工厂的云平台，该平台包括IaaS层(基础设施即服务层)、PaaS层(平台即服务层)、SaaS层(软件即服务层)；

IaaS层(基础设施即服务层)用于整合底层机房设施、服务器、存储设备、备份设备、网络设备、安全设备等物理资源，通过虚拟化手段将物理资源转化为资源池，通过统一的资源管理与调度方式向PaaS层提供运行支撑环境以及数据。

PaaS层(平台即服务层)用于基于模型库、算法库、工业知识库、利用微服务框架整合微服务集，利用微服务引擎构建煤化工应用后，利用快速开发平台构建煤化工可视化页面，最终形成煤化工应用。

微服务集是构建面向煤化工企业智能工厂应用的各类核心服务，其中包括中间件微服务，技术组件微服务以及业务组件微服务，支持用户快速打造煤化工应用。

微服务治理框架接收微服务集提供的各类微服务，用于注册微服务，将微服务集以目录的形式进行管理供用户进行索引，可以通过微服务编排将原子微服务整合成序列化的微服务，可以通过微服务监控实现对PaaS平台微服务的可用性进行管理；

微服务引擎接收微服务治理框架构建的微服务目录，微服务的可用性状态、微服务的典型编排，通过服务发现模块识别微服务目录，通过服务鉴权、服务路由以及分布式消息传递构建煤化工应用功能架构，通过流量控制以及负载均衡进行性能优化，最终构建煤化工应用后台业务逻辑。

快速开发平台接收微服务引擎提供的煤化工应用各类接口，通过前台元素配置快速构建煤化工应用前端可视化界面，可用的组件包括项目配置、菜单配置、数据配置、元素配置、公式配置以及组态配置。最后将前端可视化界面与微服务引擎构建的后端应用逻辑进行绑定，构建煤化工应用。

SaaS层(平台即服务层)用于基于PaaS层构建典型煤化工应用，其中包括生产运行指挥服务、生产管理服务以及HSE监控与管理服务，通过工业SaaS门户向外界发布工业SaaS服务。

本发明实施例中，微服务治理框架为软件模块，具体包括：微服务目录模块、微服务注册模块、微服务编排模块、微服务监控模块；

微服务目录模块，用于整合微服务集中提供的各类核心煤化工应用，构建微服务目录。

微服务注册模块，用于为微服务集中新添加的微服务进行注册；

微服务编排模块，用于将微服务集提供的原子微服务进行编排整合；

微服务监控模块，用于监控微服务目录中各项微服务的运行状态，为微服务引擎调用微服务时提供依据。

本发明实施例中，微服务集为软件模块，具体包括：中间件微服务模块、技术组件微服务模块、业务组件微服务模块；

中间件微服务模块：用于为用户提供中间件相关微服务，其中包括数据库服务、消息总线服务、缓存服务、机器学习服务、分布式计算服务

技术组件微服务模块，用于为用户提供技术组件相关微服务，其中包括数据分析引擎、优化引擎、推理引擎；

业务组件微服务模块，用于为用户提供业务组件微服务，包括仪表远程监测、工艺组态管理、边缘协议管理、故障诊断管理等；

本发明实施例中，微服务引擎为软件模块，微服务引擎接收微服务治理框架构建的微服务目录，微服务的可用性状态、微服务的典型编排，通过服务发现模块识别微服务目录，通过服务鉴权、服务路由以及分布式消息传递构建煤化工应用功能架构，通过流量控制以及负载均衡进行性能优化，最终构建煤化工应用后台业务逻辑。具体包括：服务发现模块、服务鉴权模块、服务路由模块、流量控制模块、负载均衡模块以及分布式消息传递模块；

本发明实施例中，快速开发平台为软件模块，用于快速构建图形可视化前端界面，具体包括前台元素配置模块、接口模块等：

前台元素配置模块，用于构建煤化工企业智能工厂应用前端图形展示界面，可供配置的图形化组件包括项目配置、菜单配置、数据配置、元素配置、公式配置、组态配置等；

本发明实施例中，生产运行指挥服务为软件模块，具体包括：调度指挥模块、生产运行监控可视化模块、应急指挥模块，绩效管理模块；

本发明实施例中，生产管理服务为软件模块，具体包括：生产统计模块、物料管理模块、生产绩效模块、辅料管理模块、生产调度模块、原煤评价模块；

本发明实施例中，HSE监控与管理服务为软件模块，具体包括：HSE体系管理、环保管理模块、职业健康管理模块、应急管理模块、安全管理模块；

综上所述，本发明的方法，针对煤化工企业如何高效地进行信息升级改造，打造具有煤化工特色的云信息中心，提出了一种面向煤化工企业智能工厂的云平台架构方式以及云平台，从而实现信息化，服务化以配置化的云平台。本发明实施例支持通过虚拟化手段，将物理资源转化为资源池，通过资源管理与调度方式为PaaS层提供基础运行环境以及数据。PaaS层基于数据构建模型库，并提供模型库、算法库以及工业知识库。为用户提供了包括中间件微服务、技术组件微服务、业务组件微服务等丰富的微服务组件集，利用微服务治理框架实现对微服务的服务注册、目录构建、服务编排以及服务监控。用户调用微服务引擎实现煤化工应用以及接口的构建。之后调用快速开发平台构建可视化前端界面，并与后端应用接口绑定，最终构建煤化工应用，极大地缩短了煤化工应用系统的开发过程，降低了学习难度，节约了时间成本和人力成本，让专业的人去做专业的事儿。这是一种具有煤化工特色的云平台架构方式以及工业云平台的优化解决方案，适合推广使用。

Claims (6)

1.一种面向煤化工企业智能工厂的云平台架构，其特征在于，包括：

IaaS层，用于将基础设施形成的物理资源转化为资源池，通过资源管理与调度的方式向PaaS层提供运行环境支撑和数据支撑，数据提供给PaaS层建立模型库；

PaaS层，用于模型库、算法库以及工业知识库的建模和存储，基于微服务框架实现对多种微服务的管理，利用微服务引擎实现煤化工应用业务逻辑的构建，通过开发平台实现对可视化页面的构建；

SaaS层，基于PaaS层构建煤化工应用，并通过工业SaaS门户，向其它煤化工企业开放。

2.根据权利要求1所述的一种面向煤化工企业智能工厂的云平台架构，其特征在于，所述PaaS层包括：

模型库，用于构建以及存储模型库，包括工厂模型、产品模型、工艺模型；

算法库，用于构建以及存储算法库；

工业知识库，用于构建以及存储工业知识库，包括校验标准库、评价；

微服务治理框架，用于注册微服务，构建微服务目录，对微服务集进行编排与监控；

微服务集，用于提供PaaS层微服务组件，包括中间件微服务、技术组件微服务、业务组件微服务；

微服务引擎，用于用户基于微服务集与微服务治理框架构建应用；

开发平台，用于基于数据、微服务引擎构建的应用接口，构建可视化页面。

3.根据权利要求1所述的一种面向煤化工企业智能工厂的云平台架构，其特征在于，所述SaaS层基于PaaS层构建煤化工应用，包括：

生产运行指挥服务，用于根据实际生产运行数据和实际业务流程的实时可视化展示和分析；

生产运行指挥服务，用于原煤生产全流程的管理和维护；

HSE监控管理与服务，用于生产过程的环保管理和人身安全管理；

工业SaaS门户，用于以门户的形式向其它煤化工企业提供生产运行指挥服务、生产运行指挥服务、HSE监控管理与服务。

4.一种面向煤化工企业智能工厂的云平台架构实现方法，包括以下步骤：

IaaS层将基础设施转化为资源池，为PaaS层提供运行环境；

PaaS层基于IaaS层提供的运行环境，构建模型库、算法库以及工业知识库，基于微服务框架实现对多种微服务的管理，利用微服务引擎实现煤化工应用业务逻辑的构建，通过开发平台实现对可视化页面的构建；

SaaS层基于PaaS层构建煤化工应用，并通过工业SaaS门户，向其它煤化工企业开放。

5.根据权利要求4所述的一种面向煤化工企业智能工厂的云平台架构实现方法，其特征在于，PaaS层执行以下步骤：

构建模型库、算法库以及工业知识库；

利用微服务治理框架整合微服务集，包括注册微服务，构建微服务目录，对微服务集进行编排与监控；利用微服务引擎构建应用以及接口；利用开发平台构建煤化工应用可视化界面，并与接口绑定，最终形成煤化工应用。

6.根据权利要求5所述的一种面向煤化工企业智能工厂的云平台架构实现方法，其特征在于，SaaS层执行以下步骤：

通过工业SaaS门户向其它煤化工企业发布工业SaaS服务，包括生产运行指挥服务、生产运行指挥服务、HSE监控管理与服务。

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