本发明涉及一种数据管理系统，具体涉及一种装备制造业大数据管理系统。
背景技术：
随着社会经济的发展和制造业规模的扩大，装备制造业作为国家工业化水平及国际竞争力的重要标志，制造企业的能源管理问题逐步成为国家发展战略和民族长远利益的关键问题。近年来，信息化能源管理在装备制造企业节能工作中发挥着越来越重要的作用。然而，目前能源管理的信息化主要是针对业务操作层面，在这过程中产生的大量数据业务，并未在决策等其他环节得到有效利用，缺少分析诊断操作。在当今大数据时代下，传统能源信息化管理已经受到大数据思想的影响，以数据分析为基础的决策支持正在融入装备制造企业的能源管理思想，这些提升了装备制造企业能源管理的水平，优化了企业产业结构，提高了工作效率并创造了社会财富。
技术实现要素：
针对上述技术问题，本发明提供一种对装备制造业中的大数据进行有效管理，以确保准备制造企业在能源使用的过程中浪费最小化，同时降低运营成本，进而实现节能减排，保护环境的目标。
本发明采用的技术方案为：
本发明的实施例提供一种装备制造业大数据管理系统，用于对企业的能耗节点的能耗情况进行管理，包括系统管理模块、生产监控管理模块、数据信息管理模块、事故应急管理模块和事故应急管理模块，其中，所述系统管理模块包括：数据备份单元，用于对系统中用于预测分析的数据进行备份；角色权限分配单元，用于根据不同的角色分配权限；用户角色分配单元，用于为用户分配角色，以使得每个进入系统的用户都拥有自己的角色；以及查看日志单元，用于提供日志查看功能；所述生产监控管理模块采用分布式结构，在耗能节点设置数据采集站和远程子站，所述数据采集站实时采集数据并通过远程子站回传到系统的实时数据库中，包括分别对流网络、感应体和传感网进行监控的流网络监控单元、感应体监控单元和传感网监控单元；所述数据信息管理模块包括：能源计算单元，按照生产单位、生产产品及能耗设备三方面，在不同的时期规定各类能源介质的消耗量，并且能够对能耗计划信息进行相应的删除、修改、查询工作；设备控制管理单元，用于管理设备的基本信息并建立与计量设备之间的对应关系；计量参数管理单元，用于增加、删除、修改、查询计量参数的基本信息；生产报表管理单元，用于提供报表的新建、修改，满足用户所要求的报表格式；所述事故应急管理模块包括：系统日志单元；故障诊断报警单元，在系统存在故障时，输出报警信号进行报警；故障语音播报单元，以语音的方式输出故障报警信号；故障应急方案单元，为故障提供应急解决方案；所述事故应急管理模块包括：能耗查询单元，提供能源使用的统计信息，按照生产单位、生产产品、能耗设备三方面，在不同的时期统计各类能源介质的消耗量，并生成相应的统计报表；能耗预测单元，分析生产单位、生产产品、能耗设备三个方面的各类能源质计划消耗情况和实际消耗情况，按照不同的能耗预测算法预测生产单位、生产产品、能耗设备三个方面对各类能源介质在未来不同时期的使用消耗情况；能源质量管理单元，利用大数据的统计分析技术从历史数据库提取处理企业长期积累的能源数据资料，找出影响用能的关键因素，对企业能源系统进行优化改进，促进能源的循环利用。
可选地，所述流网络包括以物质为载体的物料流、以能源为载体的能量流和以信息为载体的信息流；所述感应体包括布置在数据采集站的多个采集设备，通过远程子站来进行控制，通过采集设备来采集流网络中的设备状况信息和能源消耗信息；所述传感网由通过网络连接起来的企业基础信息系统构成，用于对流网络和感应体进行实时监测并从流网络和感应体获取数据并对数据进行分析，基于数据分析的结果对流网络进行优化控制。
可选地，基于大数据的多尺度状态监测方法和/或ganglia分布式监控系统来实现对流网络和感应体的实时监测。
可选地，基于大数据的多尺度状态监测方法来实现对流网络和感应体的实时监测包括：
将系统中的大数据分为建模数据和状态监测数据，利用数据建模或机理建模的方法建立对象、设备的动态工况基准模型及稳态工况基准模型，而后将运行数据代入上述两个模型，获得系统的预测输出并与实际运行数据比较，得到稳态残差与动态残差，之后基于信息粒化的思想，将稳态残差与动态残差分为不同长度的信息粒，并对信息粒采用异步信息融合得到融合残差，最后通过对融合残差的多尺度分析，构造状态监测信号，为运行优化、预知维修提供技术依据。
可选地，基于ganglia分布式监控系统来实现对流网络和感应体的实时监测包括：在每个能耗节点上设置一个主gmond服务，用于采集各个节点的设备运行状态信息和能源消耗信息，每个能耗节点上的主gmond服务相互通信，ganglia服务器的gmetad汇总每个节点的主gmond服务采集的信息，并存入数据库中，并通过web服务器进行展示。
可选地，所述事故应急管理模块通过节点状态变化，或者参考预设参考值，对模拟量的输出、计算点、平均值、变化速率进行扫描比较，判断状态变化是否异常，将报警信号按照故障事故的重要性进行级别分类，若确认某一节点超过预先设定的限值，则进行报警并显示报警信息。
可选地，所述事故应急管理模块通过语音或画面闪烁进行报警，并提供相符的处理措施，以及通过图形监控画面的颜色变化、弹出窗口和表格形式来显示故障信息。
可选地，所述实时数据库为面向服务的技术架构。
本发明提供的装备制造业大数据管理系统具有以下优点：对能源的利用效率、消耗水平、经济效果、需求情况以及设备的运行状态等信息数据的采集满足实时性和客观性的要求，对能源状况进行全面分析、监测、诊断和评价，与公司各信息子系统无缝连接；具有故障分析能力，快速反应，形成应急预案；预测分析能源的负荷、消耗；有机融合配电系统、供水系统、动力系统，实现自动统计并生成报表的自动化管理；适应集中监测、统一调配的管理需要；根据能源消耗数据制定能源利用的优化方案，从而实现降低能源的消耗、避免浪费的目标。
附图说明
图1为本发明的装备制造业大数据管理系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
图1为本发明的装备制造业大数据管理系统的结构示意图。如图1所示，本发明的装备制造业大数据管理系统用于对企业的能耗节点的能耗情况进行管理，包括系统管理模块，生产监控管理模块，数据信息管理模块和事故应急管理模块。以下对各模块进行介绍。
<系统管理模块>
系统管理模块包括：数据备份单元，用于对系统中用于预测分析的数据进行备份；角色权限分配单元，用于根据不同的角色分配权限，获得系统日志，保证系统安全；用户角色分配单元，用于为用户分配角色，以使得每个进入系统的用户都拥有自己的角色；以及查看日志单元，用于提供日志查看功能。系统记录每次登录及退出的相关信息，保存为一条记录，并具有一个唯一的登录id。系统也可以同时记录用户登录后的操作情况。通过系统操作日志可以查询用户登录及操作情况，对于系统管理、故障后原因分析等具有重要意义。
此外，系统管理模块还包括参数设置单元，系统参数设置包括建立和维护系统使用的基础数据，包括班组编码、班次编码、工艺段编码、数据库连接参数、生产日分界点等，以及各工艺参数的报警上、下限等。系统可以根据参数的重要性设置相应的操作权限，只有相应级别的用户才能对其进行修改。
<生产监控管理模块>
生产监控管理模块采用分布式结构，在耗能节点设置数据采集站和远程子站，所述数据采集站实时采集数据并通过远程子站回传到系统的实时数据库中，包括分别对流网络、感应体和传感网进行监控的流网络监控单元、感应体监控单元和传感网监控单元。传感网对感应体和流网络进行实时监测，将采集到的实时信息回传到系统的数据中心，并由系统进行数据分析和参数设定等活动，然后通过传感网来动态调节网络状态以优化控制流网络，同时将传感网和感应体的状态量再次传递到信息系统中，这样生成的高度集成化的智能能源管理信息系统，支持供应商和消费者之间的信息互动，降低能源消耗。
所述流网络包括以物质为载体的物料流、以能源为载体的能量流和以信息为载体的信息流。具体地，流网络是一组传输组件，这些组件相互连接起来支撑连续物质(如水、电、空气)或离散物体(如设备、人)的移动，是能源分配和消费系统的核心。流网络是经济活动的中心，提高其利用效率可以支持企业的可持续发展。流网络应包括控制器，以支持动态优化，实现对流状态的改变。
装备制造企业能源系统包括变配电系统、动力系统、供水系统、暖通系统及二次能源输配系统等，制造过程中存在着各种形态的流网络，而在这此过程中所需的主要能源——电力、天然气、水、蒸汽等依托各种能源的运载网络，存在于流网络中。在机械设备的生产制造过程中，需要监控的流网络主要包括：即以物质为载体的物料流，以能源为载体的能量流和以信息为载体的信息流。
物料流是制造过程中被加工的主体，是主要物质产品的加工实现过程，各种物料沿产品生命周期的轨迹流动。
能量流是制造生产过程的驱动力、化学反应介质、热介质的扮演者。以蒸汽系统为例，蒸汽系统流网络是企业生产工序的重要支持系统，优化企业蒸汽流网络以实现动态平衡对机械制造生产、节能具有较高研究价值。对于装备制造企业而言，开展科学、合理的蒸汽生产和使用分析，对于指导蒸汽调度、减少放散、节省能源，具有实际意义。按照需求生产蒸汽既可以避免蒸汽生产过多而造成能源浪费，又可以避免蒸汽大量放散而造成污染。
信息流则是物料流行为、能量流行为和外界环境信息的反映以及人为调控信息的总和，如市场需求、客户的要求、商品价格、某一产品的研究开发情况等。
所述感应体包括布置在数据采集站的多个采集设备，通过远程子站来进行控制，通过采集设备来采集流网络中的设备状况信息和能源消耗信息。具体地，感应体是可以被远程控制的能够感知并报告数据的物体。感应体在能源需求管理中必不可少，它们可以提供能源消耗的信息，更直观地了解能耗使用成本和对环境产生的影响。实际上，为了更好地进行能源需求管理，感应体往往需要通过远程来进行控制。
企业各类信息系统可采集物料流、信息流的情况，并通过企业局域网和光线以太网传输到数据中心；各种电表、压力仪、数据采集监控仪表、安全控制设施等，这些构成了装备制造企业的能源系统感应体。如此，企业运行过程中，物料流、信息流以及能源消耗的情况等都可以被感应体感知，专业技术人员或智能信息系统分析经过数据处理后形成的报表信息，识别设备状态，判断可疑故障部位及故障性质等问题；进行参数控制，制定详细的设备定修计划，使设备最大程度地得到适时维修，实现对节能控制和优化管理，发挥出最佳经济效益、并保证安全生产。
所述传感网由通过网络连接起来的企业基础信息系统构成，用于对流网络和感应体进行实时监测并从流网络和感应体获取数据并对数据进行分析，基于数据分析的结果对流网络进行优化控制，主要对流网络的物料流、能量流和信息流进行在线监测，对于物料流，通过监测erp、mes等信息系统，追踪物料变化，采取不同运输方案，以达到节能减排的目的；对于能量流，针对办公区域，采用自动智能控制技术，以避免能源浪费；针对生产区域，根据局能源管理信息系统反馈的综合信息，合理优化生产计划，以达到节能减排的目标；对于信息流，定期回顾信息采集的粒度、进行成本核算，以期用最小的技术投入达到最大的节能效果。
具体地，传感网可由分散在不同地点的设备组成，可以报告物体的状态或环境条件，如温度、空气成分、移动物体的位置速度等信息。信息系统通过分析传感网提供的数据，确定流网络的优化方案。在装备制造企业中，通过光纤将erp、mes、pcs、设备自动控制等企业基础信息系统连接起来，形成传感网，对流网络和感应体进行实时监测。传感网对数据进行获取、存储和分析，由数据中心分析处理回传的采集数据，以确保能源的使用总是保持在高效状态。据调查，燃料能源是装备制造企业消耗的主要能源，平均占到能源使用的60％以上，通过传感网将其使用数据回传到数据中心，结合其他信息系统数据加以分析，根据情况及时调整供应策略，并对其进行远程控制，既提高了操控性能，又带来了可观的节能效益。分别对水管、电线、天然气管道等流网络执行分地段的实时监测，分析传回数据，判断管道是否出现泄漏现象，将定期维修改为实时监控，及时发现问题并纠正。这样，既提高了能源利用率，又达到了能源信息学的生态目标，同时优化了装备制造企业能源的分配利用。
本发明可基于大数据的多尺度状态监测方法和/或ganglia分布式监控系统来实现对流网络和感应体的实时监测。
其中，基于大数据的多尺度状态监测方法来实现对流网络和感应体的实时监测包括：
将系统中的大数据分为建模数据和状态监测数据，利用数据建模或机理建模的方法建立对象、设备的动态工况基准模型及稳态工况基准模型，而后将运行数据代入上述两个模型，获得系统的预测输出并与实际运行数据比较，得到稳态残差与动态残差，之后基于信息粒化的思想，将稳态残差与动态残差分为不同长度的信息粒，并对信息粒采用异步信息融合得到融合残差，最后通过对融合残差的多尺度分析，构造状态监测信号，为运行优化、预知维修提供技术依据。
基于ganglia分布式监控系统来实现对流网络和感应体的实时监测包括：在每个能耗节点上设置一个主gmond服务，用于采集各个节点的设备运行状态信息和能源消耗信息，每个能耗节点上的主gmond服务相互通信，ganglia服务器的gmetad汇总每个节点的主gmond服务采集的信息，并存入数据库中，并通过web服务器进行展示。本发明利用ganglia来收集指标统计数据，更方便直观查看各节点相关服务额实时运行状态。
<数据信息管理模块>
数据信息管理模块，包括能源计算单元、计量参数管理单元和生产报表管理单元。
其中，能源计算单元按照生产单位、生产产品及能耗设备三方面，在不同的时期规定各类能源介质的消耗量，并且能够对能耗计划信息进行相应的删除、修改、查询工作。
设备控制管理单元用于管理设备的基本信息并建立与计量设备之间的对应关系，包括设备名称、型号、购买日期、生产商、耗能种类、输入功率、输出功率、设备状态、使用单位、操作人、备注等基本信息的增加、删除、修改、查询；计量参数管理单元，用于增加、删除、修改、查询计量参数的基本信息，基本信息包括计量参数名称、参数物理意义、测量类型、所属单位、备注等；生产报表管理单元，用于提供报表的新建、修改，满足用户所要求的报表格式。实现从不同的数据源读取报表数据，并对报表数据进行处理。提供适用的报表输出展现方式，实现报表的打印输出功能。
<事故应急管理模块>
事故应急管理模块，包括：系统日志单元，用于保存系统日志；故障诊断报警单元，在系统存在故障时，输出报警信号进行报警；故障语音播报单元，以语音的方式输出故障报警信号；故障应急方案单元，为故障提供应急解决方案。事故应急管理模块通过节点状态变化，或者参考预设参考值，对采集到的工业数据，即模拟量的输出、计算点、平均值、变化速率进行扫描比较，判断状态变化是否异常，将报警信号按照故障事故的重要性进行级别分类，若确认某一节点超过预先设定的限值，则进行报警并显示报警信息。可通过语音或画面闪烁进行报警，并提供相符的处理措施，以及通过图形监控画面的颜色变化、弹出窗口和表格形式来显示故障信息。
<能源基础管理模块>
能源基础管理模块，包括：能耗查询单元、能源预测单元和能源质量管理单元。
其中，能耗查询单元提供能源使用的统计信息，按照生产单位、生产产品、能耗设备三方面，在不同的时期统计各类能源介质的消耗量，并生成相应的统计报表，具有能耗统计与节能分析以及能源成本分析和预测功能。
其中，能能耗统计与考核的作用是按照考核单位、考核产品、能耗设备三方面，在不同的时期(月/季/年或生产周期)统计各类能源介质的消耗量，并生成相应的统计报表进行考核，包括考核单位(非生产单位)能耗统计与考核、考核产品能耗统计考核和能耗设备能耗统计与考核。
(1)考核单位(非生产单位)能耗统计与考核：对各个考核单位测量表计各类能源介质的能耗，以时间为单位(月、季、年)消耗分别进行统计，生成实际能耗，形成报表；与定额能耗进行比较，生成考核柱状图表。(2)考核产品能耗统计考核：对考核产品按照生产周期，以箱为单位分别统计实际产量、实际各类能源介质消耗分别进行统计，生成实际能耗，形成报表；与定额能耗进行比较，生成考核柱状图表。(3)能耗设备能耗统计与考核：对各个能耗设备测量表计各类能源介质的能耗，以时间为单位(月、季度、年、生产周期)分别进行统计，生成实际能耗，形成报表；与定额能耗进行比较，生成考核柱状图表。节能分析的作用是按照考核单位、考核产品、能耗设备三个方面，分析其定比节能量、定比节能率、同比节能量、同比节能率的情况。具体分析方法包括：
定比节能量＝(实际单耗-定额单耗)*本期产量；
定比节能率＝(实际单耗-定额单耗)/实际单耗；
同比节能量＝(实际单耗-上期实际单耗)*本期产量；
同比节能率＝(实际单耗-上期实际单耗)/实际单耗；
能源转化设备的能效比＝输出功率/输入功率。
(1)考核单位(非生产单位)节能分析：按照上述节能分析方法对各个考核单位测量表计各类能源介质的消耗计算分析。
(2)考核产品节能分析：按照上述节能分析方法对各个考核产品各类能源介质的消耗计算分析。
(3)能耗设备节能分析：按照上述节能分析方法对各个能耗设备测量表计各类能源介质的消耗计算分析。还可以计算设备能效比，针对能耗设备各类能源介质消耗情况，按照不同的计算方法(各种能源输入与输出重点设备的比值算法、各种能源折合标准煤总和输入与输出重点设备的比值算法)计算能效比。
能源成本分析的作用是按照考核单位、考核产品、能耗设备三方面，分析在同一时期和不同时期(月/季/年或生产周期)各类能源介质的消耗量，并生成相应饼图、柱状图或曲线图。
(1)考核单位能源成本分析：分析同一时期，同一考核单位各种各类能源介质消耗情况(折合成标准煤)，用柱状图表示。分析不同时期，同一考核单位各种各类能源介质消耗情况，用折线图表示，并分析其趋势。
(2)考核产品能源成本分析：分析同一时期，同一产品(箱)能源(水、电、煤、气、汽)单耗情况(折合成标准煤)，用柱状图表示。分析不同时期，同一产品(箱)各类能源介质单耗情况，用折线图表示，并分析其趋势。
(3)能耗设备能源成本分析：分析同一时期，同一能耗设备各种各类能源介质消耗情况(折合成标准煤)，用柱状图表示。分析不同时期，同一能耗设备各种各类能源介质消耗情况，用折线图表示，并分析其趋势。
能耗预测单元用于分析生产单位、生产产品、能耗设备三个方面的各类能源质计划消耗情况和实际消耗情况，按照不同的能耗预测算法预测生产单位、生产产品、能耗设备三个方面对各类能源介质在未来不同时期的使用消耗情况；能耗预测的作用是分析考核单位、考核产品、能耗设备三个方面的各类能源介质计划消耗情况和实际消耗情况，按照不同的能耗预测算法(灰色预测、神经网络预测、时间序列预测)，预测考核单位、考核产品、能耗设备三个方面对各类能源介质的未来不同时期的使用消耗情况。
(1)考核单位能耗预测分析：按照上述能耗预测方法对各个考核单位测量表计各类能源介质的消耗进行预测分析。
(2)考核产品能耗预测分析：按照上述能耗预测方法对各个考核产品各类能源介质的消耗进行预测分析。
(3)能耗设备能耗预测分析：按照上述能耗预测方法对各个能耗设备测量表计各类能源介质的消耗进行预测分析。
能源质量管理单元，利用大数据的统计分析技术从历史数据库提取处理企业长期积累的能源数据资料，找出影响用能的关键因素，对企业能源系统进行优化改进，促进能源的循环利用。
在本发明中，所述实时数据库可使用面向服务的技术架构(service-orientedarchitecture，soa)。本发明使用面向服务的技术架构对数据进行分类、清洗、交换和共享，并抽象成灵活的松散耦合服务组件，根据数据流和业务规则，通过业务流程，将业务应用分解成独立单元组件，二次封装成标准的数据组件。以便提供一个高度灵活的、可配置管理的、易于扩展的能源数据管理框架。基本步骤如下：
(1)确定并了解数据流和业务需求，进行相关角色分配；
(2)了解业务流程，根据服务组件和业务需求处理数据，分解成业务单元(业务节点)，确定节点间的依赖关系，生成关键路径；
(3)依照关键路径将各业务节点组成功能单元，结合通用业务组件和标准数据模型，封装成业务驱动服务组件；
(4)在autosys作业调度架构中添加数据流和业务需求处理调度作业。
此外，本发明也可采用海量传感数据管理系统来实现数据管理。海量传感数据管理系统，将数据库部署在云端，可以同时得到成千上万的传感器发送的数据，进行存储管理。用户只需有一台可以上网的电脑或移动设备，就可以接入到与计算中心数据库，监视传感器。数据中心将根据用户设定的报警阈值来监视传入数据，如果超过警戒线，将会发送报警消息到用户的移动终端。同时，用户可以在任何地点任何时间通过监视传感器的情况。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。