CN111861779A - 一种钢铁制造工业的互联网平台系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种钢铁制造工业的互联网平台系统，包括数据源层，用于获取钢铁制造业务中的数据，并对数据进行边缘预处理；云基础层，用于提供虚拟设备，对所述数据进行处理和存储；云平台层，用于提供应用钢铁制造全生命周期的数据建模、资源管理、钢铁大数据系统的构建、应用软件的开发和组件库工业应用；应用层，基于钢铁制造和运营场景构建应用软件，包括生产软件、管理软件、设计软件和服务软件。本发明将钢铁制造工艺技术与工业互联网等新一代信息技术创新融合，实现钢铁制造经营数据互联共享，在提高钢铁企业生产效率同时构建全要素、全产业链、全价值链的新型钢铁生产制造和服务体系，弥补了当前钢铁制过程综合管理的空白。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁制造业信息技术领域，尤其是一种钢铁制造工业的互联网平台系统。
背景技术
钢铁制造装备的大型化是高效率、低成本的基础，目前尚无颠覆性的制造工艺创新以改变现状，通过提升制造管理的柔性来适应日益快速变化的用户需求，就显得极为迫切。用户需求个性化特征是用户对产品和服务质量标准、性能、外形、速度的差异化要求，追求产品全生命周期过程的用户追溯。而对钢铁制造企业而言，则主要体现在钢铁产品多品种、小批量、短工期、交货灵活性等方面。
实现钢铁产品的个性化制造，解决方案就归结为“以大规模、标准化制造成本来满足多品种、小批量需求”，在现有工艺装备不发生重大创新的前提下，生产组织呈现出足够柔性和灵活性；因此，有必要找到一种方式和手段，能够在“钢铁制造大规模、标准化”固有本质和“小批量、多品种”新特征之间找到一种平衡，从而既满足用户的需求，又使得制造企业可以获利，在价值链上公平地共享价值。而这除了服务领域的提升之外，最重要的是制造组织管理的智能化，现有技术在钢铁制造领域的智能化管理方面存在技术缺陷。
发明内容
本发明提供了一种钢铁制造工业的互联网平台系统，用于解决现有钢铁制造领域的智能化管理方面存在技术缺陷的问题。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
本发明提供了一种钢铁制造工业的互联网平台系统，所述系统包括：
数据源层，用于获取钢铁制造业务中的数据，并对数据进行边缘预处理；
云基础层，用于提供虚拟设备，对所述数据进行处理和存储；
云平台层，用于提供应用钢铁制造全生命周期的数据建模、资源管理、钢铁大数据系统的构建、应用软件的开发和组件库工业应用；
应用层，基于钢铁制造和运营场景构建应用软件，包括生产软件、管理软件、设计软件和服务软件。
进一步地，所述系统还包括系统安全层，所述系统安全层用于系统的安全防护，包括分别对数据源层、云基础层、平台层和应用层的防护。
进一步地，所述系统安全层对数据源层的防护包含安全区划、边界防护、访问控制、入侵防范、安全审计的防护策略；系统安全层对云基础层的防护包含服务器安全、存储安全、网络安全和虚拟化安全；系统安全层对平台层的防护包含数据分析服务安全、微服务组件安全和应用开发环境安全；系统安全层对应用层的防护包括业务应用安全和工业应用程序安全。
进一步地，所述服务器安全包括身份鉴别认证、访问控制、安全审计、资源控制、恶意代码防范和入侵防范；所述存储安全包括数据敏感度界定、数据加密、数据完整性检测、数据授权、数据验证、遗留数据处理、数据备份和数据恢复；所述网络安全包括区域划分、访问控制、网络设备防护和网络安全检测；所述虚拟化安全包括虚拟机安全、虚拟网络安全和虚拟平台安全。
进一步地，所述数据源层获取的数据包括钢铁制造现场的监控数据、试验数据、企业内部的运营数据、与上下游企业或产业协同系统数据。
进一步地，所述监控数据包括钢铁制造工序的PLC/DCS数据、SCADA数据、检测仪表数据、视频数据和设备数据；所述实验数据包括铁前工序原燃料检验数据、钢水成分半成品检验数据和轧钢工序成品检验数据。
进一步地，所述虚拟设备包括虚拟化的计算资源、网络资源和存储资源；所述云基础层为平台层和应用层的功能运行、能力构建和服务供给提供计算、存储和网络云基础设施。
进一步地，所述平台层的数据建模包括数据建模分析、钢铁工艺机理模型、数据驱动模型、基础化及基础组件；所述资源管理包括设备管理、运维管理和故障恢复；所述钢铁大数据系统的构建包括钢铁制造业务数据清洗、管理、分析和可视化；应用软件的开发包括可视化开发工具和微服务开发框架；组件库工业应用包括上游企业数据、下游企业数据、协议解析和边缘数据处理。
进一步地，所述应用层中构建的生产软件包括PLC软件、DCS软件和SCADA软件；所述管理软件包括ERP软件和MES软件；所述设计软件包括订单设计软件和钢铁材料设计软件；所述运行服务软件包括钢铁产品质量跟踪软件和产品生产过程溯源软件。
发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
本发明将钢铁制造工艺技术与工业互联网等新一代信息技术创新融合，实现钢铁制造经营数据互联共享，在提高钢铁企业生产效率同时构建全要素、全产业链、全价值链的新型钢铁生产制造和服务体系，弥补了当前钢铁制过程综合管理的空白。同时基于钢铁制造流程的自身特点，通过在钢铁生产实际过程中不断优化和完善，可实现钢铁企业推进信息化与工业化深度融合，完成新一代信息技术与先进制造技术创新结合，助力信息化条件支撑下的钢铁产业转型升级，构建开放、共享、协作的智能制造产业生态发展，提升钢铁企业生产效率和技术水平，助力企业实现高质量发展。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所述互联网平台系统的原理示意图；
图2为本发明所述互联网平台系统的结构示意图；
图3为本发明所述数据源层的结构示意图；
图4为本发明所述云基础层的结构示意图；
图5为本发明所述平台层的结构示意图；
图6为本发明所述安全防护层的结构示意图；
图7为本发明所述安全防护层对对基础层的防护示意图；
图8为本发明所述应用层的结构示意图。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
本发明提供一种钢铁制造的工业互联网平台系统，如图1和图2所示，该系统包括数据源层1、云基础层2、平台层3、系统安全层4和应用层5。
数据源层1主要利用泛在网络和感知技术对钢铁多源设备、异构系统等要素进行高效采集和云端汇聚，完成数据集成和边缘处理；云基础层2基于虚拟化、分布式存储、并行计算、负载调度等技术，根据需求进行弹性分配，并确保资源使用的安全与隔离，为平台用户提供完善的云基础设施服务；平台层3是钢铁工业互联网的核心，它在云基础层模块基础上构建一个可扩展的应用支撑系统，为钢铁应用软件开发提供基础平台；系统安层的相关安全防护措施及策略贯穿数据源层、云基础层、平台层、应用层，防护范围包括构成钢铁工业互联网平台的各类物理或虚拟基础设施资源、数据分析服务、开发套件、工业应用等；应用层5面向钢铁制造应用场景，利用冶炼、材料等领域的专业知识，结合工艺理论和生产实践，将制造技术、经验、知识和最佳实践进行模块化封装，同时与新一代信息技术相融合，实现工业APP(计算机应用程序、应用软件)定制化开发和部署，合理调配供应链资源，重塑产业组织和制造模式，形成跨界融合的工业生态，提升钢铁企业和产业链的制造和服务效率。
如图3所示，数据源层1采集钢铁制造现场的监控数据、实验数据、企业内部的运营数据、与上下游企业及相关产业协同系统数据等数据，进行协议解析、边缘处理、数据集成和实时分析后完成在云基础层2的云端汇聚。
数据源层模块1的监控数据主要由钢铁各制造工序的PLC/DCS和SCADA数据、检测仪表数据、视频数据、设备数据及其他系统数据构成；实验数据主要包括铁前工序原燃料检验、钢水成分等半成品检验、轧钢工序成品检验等数据；运营数据主要包括钢铁企业公司级层面的ERP数据、各制造工序MES数据、采购数据、物流数据、办公数据等数据；系统数据主要由上游企业数据、下游企业数据、产业协同数据等数据构成。
如图4所示，云基础层2是钢铁工业互联网平台的运行基础，提供虚拟化的计算资源、网络资源和存储资源，为平台层3及应用层5的功能运行、能力构建和服务供给提供高性能的计算、存储、网络等云基础设施。云基础层2通过离线计算、流式计算、弹性计算、分析引擎、时序数据库、云存储、云监控等实现分布式IT资源调度与管理。
如图5所示，平台层3是钢铁工业互联网平台的核心，提供应用全生命周期服务环境与工具、微服务发布及调用环境与工具、钢铁微服务库、钢铁大数据管理、开放资源接入与管理等功能，向下接入海量开放资源，向上支撑工业APP的开发部署与运行优化。平台层3平台资源管理包括设备管理、资源管理、运维管理、故障恢复等；大数据系统包括钢铁制造业务数据清洗、管理、分析、可视化等；钢铁数据建模分析包含数据建模分析、钢铁工艺机理模型、数据驱动模型、图形化及基础组件等；应用开发包含可视化开发工具和微服务开发框架；组件库工业应用包含上游企业数据、下游企业数据、协议解析和边缘数据处理等。
如图6所示，系统安全层4完成工业互联网平台安全防护，其防护内容及要求贯穿数据源层1、云基础层2、平台层3及应用层5四个模块层面。
系统安全层4对数据源层的安全防护包含安全区划、边界防护、访问控制、入侵防范、安全审计等防护策略；对云基础层的安全防护涵盖服务器安全、存储安全、网络安全、虚拟化安全等层面防护；对平台层的安全防护涵盖数据分析服务安全、微服务组件安全、应用开发环境安全等层面防护；对应用层的安全防护涵盖业务应用安全、工业应用程序安全等层面防护。
如图7所示，系统安全层4对云基础层的服务器安全主要包含身份鉴别认证、访问控制、安全审计、资源控制、恶意代码防范、入侵防范等防护策略；存储安全主要包含数据敏感度界定、数据加密、数据完整性检测、数据授权和验证、遗留数据处理、数据备份及恢复等相关防护策略；网络安全主要包含区域划分、访问控制、安全审计、恶意代码防范、网络设备防护和网络安全监测等相关防护策略；虚拟化安全主要包含虚拟机安全、虚拟网络安全和虚拟平台安全等相关防护策略。
如图8所示，应用层5是钢铁工业互联网平台的关键，围绕钢铁制造和运营场景形成一系列工业APP，通过实现业务模型、技术、数据、资源等软件化、模块化、平台化、通用化，加速工业只是复用和创新，构建基于平台的开放创新生态。应用层5钢铁业务运行包含生产软件、管理软件、设计软件和服务软件等。应用层模块5应用创新包含设备远程运维、全流程质量管理、能源优化平衡、供应链管理、协同设计制造和个性化定制等；生产软件包含PLC软件、DCS软件和SCADA软件等；管理软件包含ERP软件、MES和各专业管理软件等；设计软件包含订单设计软件和钢铁材料设计软件；服务软件包含钢铁产品质量跟踪和产品生产过程溯源等。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (9)
1.一种钢铁制造工业的互联网平台系统，其特征是，所述系统包括：
数据源层，用于获取钢铁制造业务中的数据，并对数据进行边缘预处理；
云基础层，用于提供虚拟设备，对所述数据进行处理和存储；
云平台层，用于提供应用钢铁制造全生命周期的数据建模、资源管理、钢铁大数据系统的构建、应用软件的开发和组件库工业应用；
应用层，基于钢铁制造和运营场景构建应用软件，包括生产软件、管理软件、设计软件和服务软件。
2.根据权利要求1所述钢铁制造工业的互联网平台系统，其特征是，所述系统还包括系统安全层，所述系统安全层用于系统的安全防护，包括分别对数据源层、云基础层、平台层和应用层的防护。
3.根据权利要求2所述钢铁制造工业的互联网平台系统，其特征是，所述系统安全层对数据源层的防护包含安全区划、边界防护、访问控制、入侵防范、安全审计的防护策略；系统安全层对云基础层的防护包含服务器安全、存储安全、网络安全和虚拟化安全；系统安全层对平台层的防护包含数据分析服务安全、微服务组件安全和应用开发环境安全；系统安全层对应用层的防护包括业务应用安全和工业应用程序安全。
4.根据权利要求3所述钢铁制造工业的互联网平台系统，其特征是，所述服务器安全包括身份鉴别认证、访问控制、安全审计、资源控制、恶意代码防范和入侵防范；所述存储安全包括数据敏感度界定、数据加密、数据完整性检测、数据授权、数据验证、遗留数据处理、数据备份和数据恢复；所述网络安全包括区域划分、访问控制、网络设备防护和网络安全检测；所述虚拟化安全包括虚拟机安全、虚拟网络安全和虚拟平台安全。
5.根据权利要求1所述钢铁制造工业的互联网平台系统，其特征是，所述数据源层获取的数据包括钢铁制造现场的监控数据、试验数据、企业内部的运营数据、与上下游企业或产业协同系统数据。
6.根据权利要求5所述钢铁制造工业的互联网平台系统，其特征是，所述监控数据包括钢铁制造工序的PLC/DCS数据、SCADA数据、检测仪表数据、视频数据和设备数据；所述实验数据包括铁前工序原燃料检验数据、钢水成分半成品检验数据和轧钢工序成品检验数据。
7.根据权利要求1所述钢铁制造工业的互联网平台系统，其特征是，所述虚拟设备包括虚拟化的计算资源、网络资源和存储资源；所述云基础层为平台层和应用层的功能运行、能力构建和服务供给提供计算、存储和网络云基础设施。
8.根据权利要求1所述钢铁制造工业的互联网平台系统，其特征是，所述平台层的数据建模包括数据建模分析、钢铁工艺机理模型、数据驱动模型、基础化及基础组件；所述资源管理包括设备管理、运维管理和故障恢复；所述钢铁大数据系统的构建包括钢铁制造业务数据清洗、管理、分析和可视化；应用软件的开发包括可视化开发工具和微服务开发框架；组件库工业应用包括上游企业数据、下游企业数据、协议解析和边缘数据处理。
9.根据权利要求1所述钢铁制造工业的互联网平台系统，其特征是，所述应用层中构建的生产软件包括PLC软件、DCS软件和SCADA软件；所述管理软件包括ERP软件和MES软件；所述设计软件包括订单设计软件和钢铁材料设计软件；所述运行服务软件包括钢铁产品质量跟踪软件和产品生产过程溯源软件。
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