基于云计算和工作流的煤矿设备管理EAM系统

工程科学学报，第37卷，第4期：528534,2015年4月 Chinese Journal of Engineering,Vol.37,No.4:528-534,April 2015 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2015.04.019:http://journals.ustb.edu.cn 基于云计算和工作流的煤矿设备管理EAM系统 李翠平四，张佳，钟媛 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教有部重点实验室，北京100083 ☒通信作者，Email:cpli@ustb.edu.cm 摘要在矿山实际生产管理的基础上，针对目前矿山企业机电设备管理系统面临的问题，探讨了融合云计算架构、工作流 技术和企业资产管理思想的煤矿设备管理系统.通过以全生命周期管理、预防性维护、点检管理等企业资产管理理念设计煤 矿设备管理系统九大功能模块：采用三层云服务架构模式和两类云部署方式构建具有四层结构的煤矿设备管理系统云平台： 运用工作流引擎辅助企业资产管理系统，实现设备管理业务流程的灵活流转，进而提高企业级多矿设备管理效率.以国内典 型煤矿企业为应用实例，验证了基于云计算与工作流技术的煤矿企业设备管理EAM系统的有效性 关键词资产管理：煤矿：设备：云计算：工作流 分类号F270.7:F426.21 Enterprise asset management system of coal mine equipment basing on cloud computing and workflow LI Cui-ping,ZHANG Jia,ZHONG Yuan Laboratory of High Efficiency Mining and Safety for Metal Mines Ministry of Education),University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:epli@ustb.edu.cn ABSTRACT Based on actual production and management situation,this paper investigates an enterprise-evel coal mine equipment management system,aiming at solving problems in electrical equipment management in mining companies.The proposed management system fuses the cloud computing framework,the workflow technology and the enterprise asset management (EAM)model.Nine func- tion modules are designed according to the EAM concepts,such as lifecycle management,preventive maintenance,and spot inspection management.A four-ayer cloud platform is constructed adopting a three-evel cloud service architecture model and two types of cloud deployment.Using a workflow engine to assist in the EAM system,the coal mine equipment management system could flexibly transfer its business processes and effectively manage multi mine equipment at enterprise-level.Take a typical domestic coal mining enterprise as a case,the feasibility and effectiveness of the EAM system of coal mine equipment based on cloud computing and workflow technol- ogy is verified. KEY WORDS asset management;coal mines:equipment;cloud computing:workflow 伴随矿山大规模开采的进行，矿山企业机电设备 多方面习，目前，许多小型矿山的设备管理仍采用 的成本投入占矿山开采成本的支出比例明显增大，基 手工记录，导致后续的跟踪管理缺乏连续性，如备件与 本超过了40%，但矿山设备管理相对滞后，其管理水 维修等信息没有连续台账记录，造成管理效率低下. 平直接影响企业的生产成本、生产能力、安全生产等诸 大中型矿山多数通过企业资源计划(enterprise resource 收稿日期：2014-06-08 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51174032)：教育部新世纪优秀人才支持计划资助项目(NCET-100225):中央高校基本科研业务费 资助项目(FRF-TPO9-001A)

工程科学学报，第 37 卷，第 4 期: 528--534，2015 年 4 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 37，No． 4: 528--534，April 2015 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2015． 04． 019; http: / /journals． ustb． edu． cn 基于云计算和工作流的煤矿设备管理 EAM 系统 李翠平，张 佳，钟 媛 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京 100083  通信作者，E-mail: cpli@ ustb． edu． cn 摘 要 在矿山实际生产管理的基础上，针对目前矿山企业机电设备管理系统面临的问题，探讨了融合云计算架构、工作流 技术和企业资产管理思想的煤矿设备管理系统． 通过以全生命周期管理、预防性维护、点检管理等企业资产管理理念设计煤 矿设备管理系统九大功能模块; 采用三层云服务架构模式和两类云部署方式构建具有四层结构的煤矿设备管理系统云平台; 运用工作流引擎辅助企业资产管理系统，实现设备管理业务流程的灵活流转，进而提高企业级多矿设备管理效率． 以国内典 型煤矿企业为应用实例，验证了基于云计算与工作流技术的煤矿企业设备管理 EAM 系统的有效性． 关键词 资产管理; 煤矿; 设备; 云计算; 工作流 分类号 F270. 7; F426. 21 Enterprise asset management system of coal mine equipment basing on cloud computing and workflow LI Cui-ping ，ZHANG Jia，ZHONG Yuan Laboratory of High Efficiency Mining and Safety for Metal Mines ( Ministry of Education) ，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China  Corresponding author，E-mail: cpli@ ustb． edu． cn ABSTＲACT Based on actual production and management situation，this paper investigates an enterprise-level coal mine equipment management system，aiming at solving problems in electrical equipment management in mining companies． The proposed management system fuses the cloud computing framework，the workflow technology and the enterprise asset management ( EAM) model． Nine func￾tion modules are designed according to the EAM concepts，such as lifecycle management，preventive maintenance，and spot inspection management． A four-layer cloud platform is constructed adopting a three-level cloud service architecture model and two types of cloud deployment． Using a workflow engine to assist in the EAM system，the coal mine equipment management system could flexibly transfer its business processes and effectively manage multi mine equipment at enterprise-level． Take a typical domestic coal mining enterprise as a case，the feasibility and effectiveness of the EAM system of coal mine equipment based on cloud computing and workflow technol￾ogy is verified． KEY WOＲDS asset management; coal mines; equipment; cloud computing; workflow 收稿日期: 2014--06--08 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 51174032) ; 教育部新世纪优秀人才支持计划资助项目( NCET--10--0225) ; 中央高校基本科研业务费 资助项目( FＲF--TP--09--001A) 伴随矿山大规模开采的进行，矿山企业机电设备 的成本投入占矿山开采成本的支出比例明显增大，基 本超过了 40% ，但矿山设备管理相对滞后，其管理水 平直接影响企业的生产成本、生产能力、安全生产等诸 多方面［1 － 3］． 目前，许多小型矿山的设备管理仍采用 手工记录，导致后续的跟踪管理缺乏连续性，如备件与 维修等信息没有连续台账记录，造成管理效率低下． 大中型矿山多数通过企业资源计划( enterprise resource

李翠平等：基于云计算和工作流的煤矿设备管理EAM系统 ·529· planning,ERP)模式进行设备管理，但这种以物资需 求计划为主的传统管理模式无法更好地处理设备面临 集团公司 各矿用户 用户 的大量维修、维护、点检等问题.企业资产管理(enter- prise asset management,,EAM)模式的引l入-a,可为煤 设备供应商 监管机构用户 矿这种资本密集型企业提供有效的设备管理方案，实 9 云服务 & 现煤矿企业机电设备的全生命周期、预防性维护和点 务器天数据处理 人工巡检系统 检模式的有效管理m. 同时，近年煤矿市场低迷，制约了企业信息化、现 代化的建设和发展，致使设备管理难度不断增大，而实 煤矿设备管理EAM系统 现企业级煤矿设备统一管理是节约成本的有效途径 购置管理验收管理 马 台账管理一库存管理 ㄧ煤矿设备监控系统其他管理 基于云计算模式-山，探索企业级的设备管理系统， 口运行管理点检管理 信息系统 避免各矿信息源间的松散耦合，达到企业内设备资源 口维修管理一报废管理 ERP系统 的有效整合与统一管理.此外，当业务流程发生变化 图1煤矿设备管理云平台架构图 时，传统的设备管理系统往往需要进行较大改动，而工 Fig.1 Structure of a cloud platform in coal mine equipment manage- 作流技术的引入能够有效发挥设备管理结点的灵活 ment 性，进而优化煤矿设备管理流程，☒ 综上所述，本文探讨了基于云计算和工作流技术 过虚拟化技术、云存储及分布式计算等方式，将各矿设 的煤矿企业设备管理EAM系统的构建研究，以实现煤 备信息实现一体化管理，通过整合存储到设备云中，实 矿机电设备从计划采购开始直至最终报废的全生命周 现资源共享.但因煤矿设备信息中既包含设备台账和 期闭环管理，进而优化设备管理业务，消除企业级设备 供应商合同等需长期保存的数据，也包含配件关联、运 信息孤岛，合理配置设备资源 行记录等需用于共享和流通的数据，故为保障平台的 安全性，设备资源共享时需多租户权限设计来确保信 1煤矿企业设备管理云平台架构 息的私密性 为构建企业级的煤矿设备管理系统，实现跨平台 软件即服务(SaaS):该层涉及煤矿设备管理系统 的资源共享，提出了基于云计算的煤矿机电设备管理 的各个业务功能模块，同时为其他管理系统提供接口. 系统的平台架构，如图1所示.基于该平台架构，同一 通过专业的库存分析、设备诊断和点检实施，以相应的 煤矿集团下各矿多层用户，甚至多个煤矿集团企业能 工作流驱动模式，实现设备库存的智能预警、设备故障 共用同一云平台，通过同一平台服务访问应用，实现实 集中诊断、数据隔离和共享等，进而提供给企业、各矿 时的设备管理和快速部署，从而克服传统设备管理系 领导、管理人员、基层人员、供应商等管理各个模块的 统基于局域网、特定操作系统（常为Windows).、不鼓励 应用服务 共享（基于数据安全考虑）等问题，构建基于广域网、 1.2煤矿设备管理系统云架构部署 跨平台和鼓励共享的平台架构 基于云平台的煤矿设备管理系统需管理的数据众 1.1煤矿设备管理系统云架构模式 多，对于矿山企业内部的工作模块数据因不易公开需 针对煤矿企业需求，基于云平台的煤矿企业设备 置于私有云上，以提高企业内部的管理效率：而对于设 管理系统，按照云计算服务模式划分为基础设施即服 备购置及矿内设备信息展示的相关信息需置于公有云 务(IaaS)、平台即服务(PaaS)和软件即服务(SaaS)的 上，以提高设备的采购竞争力，降低企业成本，并及时 三层服务体系，如图2所示 补充设备与备件库存.故此，需采用公有云与私有云 基础设施即服务(Iaas):对应煤矿设备管理系统 相结合的方式部署煤矿设备管理系统. 结构中的数据采集终端层，外界的数据通过具备煤矿 私有云部署：各矿私有云的建设主要面向各矿内 信息感应的煤矿感应设备，传输给提供服务的带有云 部使用，实现各矿内部事务管理.在私有云中，各矿是 标准接口网络服务描述语言WSDL(web services de- 独立个体，互不干涉.借助私有云平台，共享各矿设备 scription language)的万向机顶盒.该部分设备通过井 间可交流的信息，共享私有云平台的计算和存储资源， 下物联网布置，实现物联网与云计算的融合.根据监 但各矿间私有信息不共享，实现了资源的有效利用 测设备的信息反馈，获取设备的特征变化，包括温度、 本设备管理系统，将运行管理、点检管理、维修管理等 压力等信息，并可利用射频识别RFID(radio frequency 模块置于私有云.其中运行管理模块将各矿设备的运 identification)技术进行定位服务. 行记录、故障记录等置于私有云上，能有效针对各矿设 平台即服务(PaaS):该层提供大型存储平台，通 备的状态信息快速部署人员分析并解决发生的设备问

李翠平等: 基于云计算和工作流的煤矿设备管理 EAM 系统 planning，EＲP) 模式进行设备管理，但这种以物资需 求计划为主的传统管理模式无法更好地处理设备面临 的大量维修、维护、点检等问题． 企业资产管理( enter￾prise asset management，EAM) 模式的引入［4 － 6］，可为煤 矿这种资本密集型企业提供有效的设备管理方案，实 现煤矿企业机电设备的全生命周期、预防性维护和点 检模式的有效管理［7］． 同时，近年煤矿市场低迷，制约了企业信息化、现 代化的建设和发展，致使设备管理难度不断增大，而实 现企业级煤矿设备统一管理是节约成本的有效途径． 基于云计算模式［8 － 11］，探索企业级的设备管理系统， 避免各矿信息源间的松散耦合，达到企业内设备资源 的有效整合与统一管理． 此外，当业务流程发生变化 时，传统的设备管理系统往往需要进行较大改动，而工 作流技术的引入能够有效发挥设备管理结点的灵活 性，进而优化煤矿设备管理流程［1，12］． 综上所述，本文探讨了基于云计算和工作流技术 的煤矿企业设备管理 EAM 系统的构建研究，以实现煤 矿机电设备从计划采购开始直至最终报废的全生命周 期闭环管理，进而优化设备管理业务，消除企业级设备 信息孤岛，合理配置设备资源． 1 煤矿企业设备管理云平台架构 为构建企业级的煤矿设备管理系统，实现跨平台 的资源共享，提出了基于云计算的煤矿机电设备管理 系统的平台架构，如图 1 所示． 基于该平台架构，同一 煤矿集团下各矿多层用户，甚至多个煤矿集团企业能 共用同一云平台，通过同一平台服务访问应用，实现实 时的设备管理和快速部署，从而克服传统设备管理系 统基于局域网、特定操作系统( 常为 Windows) 、不鼓励 共享( 基于数据安全考虑) 等问题，构建基于广域网、 跨平台和鼓励共享的平台架构． 1. 1 煤矿设备管理系统云架构模式 针对煤矿企业需求，基于云平台的煤矿企业设备 管理系统，按照云计算服务模式划分为基础设施即服 务( IaaS) 、平台即服务( PaaS) 和软件即服务( SaaS) 的 三层服务体系，如图 2 所示． 基础设施即服务( IaaS) : 对应煤矿设备管理系统 结构中的数据采集终端层，外界的数据通过具备煤矿 信息感应的煤矿感应设备，传输给提供服务的带有云 标准接口网络服务描述语言 WSDL( web services de￾scription language) 的万向机顶盒． 该部分设备通过井 下物联网布置，实现物联网与云计算的融合． 根据监 测设备的信息反馈，获取设备的特征变化，包括温度、 压力等信息，并可利用射频识别 ＲFID( radio frequency identification) 技术进行定位服务． 平台即服务( PaaS) : 该层提供大型存储平台，通 图 1 煤矿设备管理云平台架构图 Fig． 1 Structure of a cloud platform in coal mine equipment manage￾ment 过虚拟化技术、云存储及分布式计算等方式，将各矿设 备信息实现一体化管理，通过整合存储到设备云中，实 现资源共享． 但因煤矿设备信息中既包含设备台账和 供应商合同等需长期保存的数据，也包含配件关联、运 行记录等需用于共享和流通的数据，故为保障平台的 安全性，设备资源共享时需多租户权限设计来确保信 息的私密性． 软件即服务( SaaS) : 该层涉及煤矿设备管理系统 的各个业务功能模块，同时为其他管理系统提供接口． 通过专业的库存分析、设备诊断和点检实施，以相应的 工作流驱动模式，实现设备库存的智能预警、设备故障 集中诊断、数据隔离和共享等，进而提供给企业、各矿 领导、管理人员、基层人员、供应商等管理各个模块的 应用服务． 1. 2 煤矿设备管理系统云架构部署 基于云平台的煤矿设备管理系统需管理的数据众 多，对于矿山企业内部的工作模块数据因不易公开需 置于私有云上，以提高企业内部的管理效率; 而对于设 备购置及矿内设备信息展示的相关信息需置于公有云 上，以提高设备的采购竞争力，降低企业成本，并及时 补充设备与备件库存． 故此，需采用公有云与私有云 相结合的方式部署煤矿设备管理系统． 私有云部署: 各矿私有云的建设主要面向各矿内 部使用，实现各矿内部事务管理． 在私有云中，各矿是 独立个体，互不干涉． 借助私有云平台，共享各矿设备 间可交流的信息，共享私有云平台的计算和存储资源， 但各矿间私有信息不共享，实现了资源的有效利用． 本设备管理系统，将运行管理、点检管理、维修管理等 模块置于私有云． 其中运行管理模块将各矿设备的运 行记录、故障记录等置于私有云上，能有效针对各矿设 备的状态信息快速部署人员分析并解决发生的设备问 · 925 ·

·530· 工程科学学报，第37卷，第4期 用户 权限 查淘所有 系统功能 日志 帮助 个人终端 移动终端 煤矿设备管理 管理 管理 元数据 模块 管理 文档 EAM系统的 各个功能模块 用户视图层 软件即服务SaS) 限 验证 业务逻辑层 各矿界定) (云存储平合 分布计算，平行计算 设备信息存储 矿区信息多方共享 Sp导人 Hive 平台即服务PaS) 数据库连接 非关系型 数据库 长系型 数据库 驱动 万向机顶盒 煤矿感应设备 感知设备数据 数据访向层 设备状态 基础设施即服务 设备监测 (laaS) Hadoop 任务管理 名称 节点 节点 图2云架构下煤矿设备管理系统服务模式 资源层 Fig.2 Service mode of a coal mine equipment management system 数 under the cloud architecture 节点 题，实现及时反馈；点检模块在私有云中可根据各矿需 图3基于云计算平台的EAM设备管理系统结构图 求自主制定点检计划，安排点检计划的实施；维修模块 Fig.3 Structure of a coal mine equipment EAM system based on the 置在私有云上能更加方便各矿制定大中修计划和预防 cloud computing platform 性维护等. 公有云部署：与私有云不同，公有云面向的不仅 (数据仓库)中后，利用ive中的解析器对请求进行解 是各个矿山和集团公司管理层，还需为广大设备供 析，通过逻辑计划生成器和查询计划生成器等转化为 应商提供竞标竞价的平台，提供设备信息公开展示 能被资源层所执行的Mapreduce任务文件，对于非关 的功能.基于公有云，不同用户可通过公有网络连接 系型数据库生成，可通过Sqoop工具实现数据迁移. 到煤矿设备管理云平台上·本设备管理系统，将购置 资源层（第四层）：该层位于Hadoop中，通过任务 管理、验收管理、台账管理、库存管理和报废管理模 触发Jobtracker(任务管理节点)调用各节点合理分配 块置于公有云上，便于各矿管理人员与企业内部领 资源，实现最终的执行与数据存储. 导共同分享数据，同时采购商可通过公有云对设备 1.4煤矿设备管理系统多租户模式 进行跟踪. 云计算模式下的煤矿设备管理系统相对于传统的 1.3煤矿设备管理系统云平台构建 煤矿设备管理系统，其本质区别是多租户(multi-ten-- 基于煤矿设备管理系统云架构模式和部署，该系 anl).煤矿设备管理系统多租户是指将系统同时租给 统的云平台构建包括用户视图层、业务逻辑层、数据访 多个下属矿山使用，各矿共同使用同一硬件基础设施 问层和资源层四层，系统结构如图3所示 和软件平台，各矿之间既可共享数据，又要保证各矿间 用户视图层（第一层）：该层主要包括设备管理的 信息不重叠，这就要求数据既有隔离功能又有共享 角色权限管理、用户管理、业务功能等，用户通过工作 功能 流驱动的权限检验后，进行相关职能操作 本系统以软件即服务模式发布在云服务器上，提 业务逻辑层（第二层）：该层主要发挥承上启下的 供给各矿使用.设计时为考虑成本以最少的服务器为 作用，对该层设备管理用户操作所产生的数据接入，或 最多的租户供服务为目标，故使多租户共用同一个数 对下层所返回的命令进行解析，然后将请求分发给所 据库，因此运行在同一个实例上的多租户不可避免的 对应的设备管理业务对象执行，将数据传输给底层接 要共享资源，这就要求租户间的资源访问隔离，其数据 口，将结果处理后重新返回给上层用户，主要包括设备 隔离设计至关重要. 信息查询解析、权限验证、数据处理等. 从访问权限和资源管理角度，本煤矿设备管理系 数据访问层（第三层）：上层的请求传入到Hive 统的各矿用户通过四层表结构一租户表、功能表、模

工程科学学报，第 37 卷，第 4 期 图 2 云架构下煤矿设备管理系统服务模式 Fig． 2 Service mode of a coal mine equipment management system under the cloud architecture 题，实现及时反馈; 点检模块在私有云中可根据各矿需 求自主制定点检计划，安排点检计划的实施; 维修模块 置在私有云上能更加方便各矿制定大中修计划和预防 性维护等． 公有云部署: 与私有云不同，公有云面向的不仅 是各个矿山和集团公司管理层，还需为广大设备供 应商提供竞标竞价的平台，提供设备信息公开展示 的功能． 基于公有云，不同用户可通过公有网络连接 到煤矿设备管理云平台上． 本设备管理系统，将购置 管理、验收管理、台账管理、库存管理和报废管理模 块置于公有云上，便于各矿管理人员与企业内部领 导共同分享数据，同时采购商可通过公有云对设备 进行跟踪． 1. 3 煤矿设备管理系统云平台构建 基于煤矿设备管理系统云架构模式和部署，该系 统的云平台构建包括用户视图层、业务逻辑层、数据访 问层和资源层四层，系统结构如图 3 所示． 用户视图层( 第一层) : 该层主要包括设备管理的 角色权限管理、用户管理、业务功能等，用户通过工作 流驱动的权限检验后，进行相关职能操作． 业务逻辑层( 第二层) : 该层主要发挥承上启下的 作用，对该层设备管理用户操作所产生的数据接入，或 对下层所返回的命令进行解析，然后将请求分发给所 对应的设备管理业务对象执行，将数据传输给底层接 口，将结果处理后重新返回给上层用户，主要包括设备 信息查询解析、权限验证、数据处理等． 数据访问层( 第三层) : 上层的请求传入到 Hive 图 3 基于云计算平台的 EAM 设备管理系统结构图 Fig． 3 Structure of a coal mine equipment EAM system based on the cloud computing platform ( 数据仓库) 中后，利用 Hive 中的解析器对请求进行解 析，通过逻辑计划生成器和查询计划生成器等转化为 能被资源层所执行的 Mapreduce 任务文件，对于非关 系型数据库生成，可通过 Sqoop 工具实现数据迁移． 资源层( 第四层) : 该层位于 Hadoop 中，通过任务 触发 Jobtracker( 任务管理节点) 调用各节点合理分配 资源，实现最终的执行与数据存储． 1. 4 煤矿设备管理系统多租户模式 云计算模式下的煤矿设备管理系统相对于传统的 煤矿设备管理系统，其本质区别是多租户( multi-ten￾ant) ． 煤矿设备管理系统多租户是指将系统同时租给 多个下属矿山使用，各矿共同使用同一硬件基础设施 和软件平台，各矿之间既可共享数据，又要保证各矿间 信息不重叠，这就要求数据既有隔离功能又有共享 功能． 本系统以软件即服务模式发布在云服务器上，提 供给各矿使用． 设计时为考虑成本以最少的服务器为 最多的租户供服务为目标，故使多租户共用同一个数 据库，因此运行在同一个实例上的多租户不可避免的 要共享资源，这就要求租户间的资源访问隔离，其数据 隔离设计至关重要． 从访问权限和资源管理角度，本煤矿设备管理系 统的各矿用户通过四层表结构———租户表、功能表、模 · 035 ·

李翠平等：基于云计算和工作流的煤矿设备管理EAM系统 531· 式表和租户功能表一进行各矿界定.在多租户环境 只能通过工单提出物资需求计划，且当业务流程需要 中，当各矿人员提交登录信息后，系统通过查找租户功 改变时容易形成流程挂起与回转 能表和租户表，验证信息是否正确以决定可否进入该 为此，提出基于工作流技术建立煤矿设备EAM系 租户的访问界面.在数据存储方面，隔离机制通过 统，实现从设备申报、采购、验收、建立台账、出入库、安 Wb层的用户会话类实体类和数据库表等内容设计， 装、试验、投运、检修、改造、停运和报废的全生命周期 实现数据分离，使本系统的多租户功能得以实现 闭环管理，通过点检闭合环优化计划，对设备各项检测 和运行记录进行可靠性分析，通过各模块内与模块间 融入工作流的煤矿设备EAM系统 的相互工作流传递，实现流转路径的智能化.图4为 2.1煤矿设备EAM系统功能分析 煤矿设备EAM系统的功能结构图，结合煤矿设备的全 EAM系统的核心是以设备台账为中心，结合预防 生命周期，将系统分为购置管理、验收管理、台账管理、 性维护、点检维护等管理理念，实现设备从采购到维护 库存管理、运行管理、点检管理、维修管理、报废管理和 直至报废的全生命周期过程管理.但传统EAM系统 统计管理等九大功能模块 煤矿设备EAM系统 计管 箱验收管理 装验收管理 建立管理 件管理 管理 大 划制定 运 期过 图4 煤矿设备EAM系统功能结构 Fig.4 Function structure of the coal mine equipment EAM system 2.2工作流引擎的融入实现 管理. 采用工作流技术，将矿山设备生命周期内各环节 工作流执行时，通过工作流引擎解析工作流程，实 产生的数据流连通起来，形成设备从申请采购到报废 现过程导航，并对实例进行管理，其设备购置管理的工 整个过程的闭环管理，实时反映设备的运行状态.为 作流运行模式如图5所示.首先由基层计划员制定采 便于阐述实现技术需结合具体的工作流，这里以设备 购计划，提交申请，同时驱动采购业务流程，工单流转 购置模块业务流程的工作流为例，描述工作流引擎在 到基层设备主管进行审批.审批有三种可能的结果： 煤矿设备EAM系统业务流程中的实现. 驳回本次采购申请执行（流程自动结束）：修改申请内 煤矿设备购置模块面向煤矿设备的采购流程，从 容（申请流转到基层采购员处重新修改，完成后再次 基层或全矿的计划编制，到逐级审批，再到计划执行等 提交到基层设备主管审批）：同意申请执行.若结果为 具体业务流程，进行全过程动态管理.该模块分为采 同意申请执行，则申请流转到机电设备主管进行汇总， 购计划编制、采购计划审批、采购执行以及合同管理四 同时又产生四种结果：驳回、修改、同意和调用库存 个功能子模块（或称用例） 当机电设备主管审批通过后，向供应商发送采购信息， 通过公有云对各矿实行统一采购管理，采购信息 同时与审计部管理员进行合同管理，两个业务过程均 互相可见.当各矿库存管理员发现库存不足时，可以 完成后采购流程结束 通知基层设备管理员发起采购计划，录入完毕后，通过 这样，融入工作流的EAM系统，当实际业务流程 逐级审批后向供应商发送采购信息，采购完毕后生成 发生变化时，能有效调整工作流转向，实现系统的灵活 采购合同.这部分信息企业级可见，方便企业宏观 控制，提高管理效率

李翠平等: 基于云计算和工作流的煤矿设备管理 EAM 系统 式表和租户功能表———进行各矿界定． 在多租户环境 中，当各矿人员提交登录信息后，系统通过查找租户功 能表和租户表，验证信息是否正确以决定可否进入该 租户的访问界面． 在数据存储方面，隔离机制 通 过 Web 层的用户会话类实体类和数据库表等内容设计， 实现数据分离，使本系统的多租户功能得以实现． 2 融入工作流的煤矿设备 EAM 系统 2. 1 煤矿设备 EAM 系统功能分析 EAM 系统的核心是以设备台账为中心，结合预防 性维护、点检维护等管理理念，实现设备从采购到维护 直至报废的全生命周期过程管理． 但传统 EAM 系统 只能通过工单提出物资需求计划，且当业务流程需要 改变时容易形成流程挂起与回转． 为此，提出基于工作流技术建立煤矿设备 EAM 系 统，实现从设备申报、采购、验收、建立台账、出入库、安 装、试验、投运、检修、改造、停运和报废的全生命周期 闭环管理，通过点检闭合环优化计划，对设备各项检测 和运行记录进行可靠性分析，通过各模块内与模块间 的相互工作流传递，实现流转路径的智能化． 图 4 为 煤矿设备 EAM 系统的功能结构图，结合煤矿设备的全 生命周期，将系统分为购置管理、验收管理、台账管理、 库存管理、运行管理、点检管理、维修管理、报废管理和 统计管理等九大功能模块． 图 4 煤矿设备 EAM 系统功能结构 Fig． 4 Function structure of the coal mine equipment EAM system 2. 2 工作流引擎的融入实现 采用工作流技术，将矿山设备生命周期内各环节 产生的数据流连通起来，形成设备从申请采购到报废 整个过程的闭环管理，实时反映设备的运行状态． 为 便于阐述实现技术需结合具体的工作流，这里以设备 购置模块业务流程的工作流为例，描述工作流引擎在 煤矿设备 EAM 系统业务流程中的实现． 煤矿设备购置模块面向煤矿设备的采购流程，从 基层或全矿的计划编制，到逐级审批，再到计划执行等 具体业务流程，进行全过程动态管理． 该模块分为采 购计划编制、采购计划审批、采购执行以及合同管理四 个功能子模块( 或称用例) ． 通过公有云对各矿实行统一采购管理，采购信息 互相可见． 当各矿库存管理员发现库存不足时，可以 通知基层设备管理员发起采购计划，录入完毕后，通过 逐级审批后向供应商发送采购信息，采购完毕后生成 采购合同． 这部分信息企业级可见，方便企业 宏 观 管理． 工作流执行时，通过工作流引擎解析工作流程，实 现过程导航，并对实例进行管理，其设备购置管理的工 作流运行模式如图 5 所示． 首先由基层计划员制定采 购计划，提交申请，同时驱动采购业务流程，工单流转 到基层设备主管进行审批． 审批有三种可能的结果: 驳回本次采购申请执行( 流程自动结束) ; 修改申请内 容( 申请流转到基层采购员处重新修改，完成后再次 提交到基层设备主管审批) ; 同意申请执行． 若结果为 同意申请执行，则申请流转到机电设备主管进行汇总， 同时又产生四种结果: 驳回、修改、同意和调用库存． 当机电设备主管审批通过后，向供应商发送采购信息， 同时与审计部管理员进行合同管理，两个业务过程均 完成后采购流程结束． 这样，融入工作流的 EAM 系统，当实际业务流程 发生变化时，能有效调整工作流转向，实现系统的灵活 控制，提高管理效率． · 135 ·

·532· 工程科学学报，第37卷，第4期 流程开始 3系统实现 基层计划员 3.1三者融合的煤矿设备管理系统 提交采购申请 通过融合EAM管理思想、工作流技术和云计算平 修改采购计划 台开发的设备信息管理系统，将系统转化为在云平台 下的功能架构，如图6所示.其中，软件即服务层主要 基层设备主管审批 实现系统功能的部署划分，并与工作流系统实现交互， 最终用户可在该层上按需获得对应的功能.该层通过 流转 工作流引擎的设计与EAM的生命周期管理模块进行 机电设备主管总汇、审批 交互，提高了设备管理系统变化的灵活性：同时通过对 实际功能模块进行公有云与私有云划分，更好地实现 流转 了企业级高效管理.平台即服务层主要包括对数据访 问层的接口设计与分布式计算环境搭建，通过底层构 件的布置，提高了设备管理系统的容量，合理配置了资 源.最后通过基础设施即服务的数据库按逻辑与物理 供应商信息采购 审计部管理员生成 采购合同 结构设计，使各矿数据共存，构建了完善的设备管理 EAM系统. 3.2煤矿设备管理系统功能实现 煤矿EAM设备管理系统部署在云端服务器上，服 基层计划员执行 务器采用Apache,数据库选用MySQL,后台脚本语言 流程结束 调用作存 使用开源的PHP.用户通过终端浏览器登录系统，系 统连接到Internet网上的云服务平台，进行信息访问. 图5设备购置工单处理流程的工作流运行模式 基于前述的煤矿EAM设备管理系统的功能设计， Fig.5 Operation mode of workflow in the equipment purchase 该系统实现了包括设备购置管理、验收管理、台账管 process 理、库存管理、运行管理、点检管理、维修管理、报废管 工作流管理系统 EAM系统 功能模块 建模工具 业务流程 购置模块 验收模块 库有模块 工作流引擎 台账模块 报废模块 公有云 Saas 任务表 运行模块 点检模块 、工作流管理器 维护模块 私有云 分布式PP计算环境 设备云内容检索 服务分发平台「资源共享交换平台身份验证管理数据挖掘 Paas 统一数据接口Camm 离散数据存储显示 MsOL接口 HBsr接T口 存储接口 显示接口 数据作工作流模型数据，企业数据，其他数据) 分布式文件系统 虚拟化 负载管理 laas MySQL Hbase HDFS 容灾管理 图6 三者融合的功能架构 Fig.6 Functional framework fusing three architectures

工程科学学报，第 37 卷，第 4 期 图 5 设备购置工单处理流程的工作流运行模式 Fig． 5 Operation mode of workflow in the equipment purchase process 图 6 三者融合的功能架构 Fig． 6 Functional framework fusing three architectures 3 系统实现 3. 1 三者融合的煤矿设备管理系统 通过融合 EAM 管理思想、工作流技术和云计算平 台开发的设备信息管理系统，将系统转化为在云平台 下的功能架构，如图 6 所示． 其中，软件即服务层主要 实现系统功能的部署划分，并与工作流系统实现交互， 最终用户可在该层上按需获得对应的功能． 该层通过 工作流引擎的设计与 EAM 的生命周期管理模块进行 交互，提高了设备管理系统变化的灵活性; 同时通过对 实际功能模块进行公有云与私有云划分，更好地实现 了企业级高效管理． 平台即服务层主要包括对数据访 问层的接口设计与分布式计算环境搭建，通过底层构 件的布置，提高了设备管理系统的容量，合理配置了资 源． 最后通过基础设施即服务的数据库按逻辑与物理 结构设计，使各矿数据共存，构建了完善的设备管理 EAM 系统． 3. 2 煤矿设备管理系统功能实现 煤矿 EAM 设备管理系统部署在云端服务器上，服 务器采用 Apache，数据库选用 MySQL，后台脚本语言 使用开源的 PHP． 用户通过终端浏览器登录系统，系 统连接到 Internet 网上的云服务平台，进行信息访问． 基于前述的煤矿 EAM 设备管理系统的功能设计， 该系统实现了包括设备购置管理、验收管理、台账管 理、库存管理、运行管理、点检管理、维修管理、报废管 · 235 ·

李翠平等：基于云计算和工作流的煤矿设备管理EAM系统 ·533 理和统计管理等九大功能.这里以设备购置管理模块 计谢检备漆加 审编号：80.20150101 为例，来阐述其功能实现效果.在设备购置管理模块 中，采购任务在通过矿长审批结束前均是基于私有云 设0编号：2013040104 日设蕾名称：提升主钢丝绳 实现. 规格型号：442BB6V-37S+FC16709 设香单位：m 设备重里：806 中报全赞：3000 首先用户通过工作流引擎驱动多租户身份验证， 进入设备购置管理模块，打开如图7所示的功能界面 审报教里：1 注： 请及时查收 当用户制定采购计划并录入采购信息后，如图8所示， 锅定添加重置 系统自动生成计划表单号，当前制表人信息由登录信 图9计划设备添加截图 息自动生成，可批量添加也可逐条添加设备信息，并提 Fig.9 Screenshot of adding planned equipment 供统计功能.信息录入完毕后，采购计划表交给矿内 上级工作组进行逐级审批 南自丙比： 6千京自 酸分参海 图10设备检索方式截图 Fig.10 Screenshot of searching equipment 图7设备购置管理界面 Fig.7 Interface of equipment purchase management 量多让址表 测用 5 春 鞋维鲜闭轻量 门4结 山：群件班 图8设备采购计划表截图 图11供应商管理信息界面 Fig.8 Screenshot of an equipment procurement schedule Fig.11 Interface of supplier management 当矿长审批后，数据流通过广域网自动接入到公 框架.通过云平台三层服务模式对EAM设备管理系 有云中，各矿可通过库存间流通，实现自由调度.当库 统四层结构的融合，实现了企业级的多矿山设备管理， 存不足时，信息可传递给设备采购商，采购商通过公有 并有效地节省了计算资源，为企业信息化建设减少 云平台提出竞价，由机电设备管理部领导确定后完成 开支 采购任务并生成采购合同 (2)通过对工作流的引擎的过程模型进行定义， 由于设备购置流程节点较多，当购置计划因特殊 简化了EAM系统复杂的业务流程，使得系统业务流程 原因需要临时改变业务流程转向时，用户可通过向系 管理更加灵活，减少了业务流程改变带来的不便，从而 统管理员发起申请，系统管理员通过改变工作流节点 使设备管理流程规范化、系统化和网络化。 位置直接实现流程全局变化，从而提高了设备管理 (3)结合EAM基础理论并与矿山实际相结合，采 效率. 用面向服务的设计理念，设计并开发了煤矿企业设备 系统中添加计划设备时，可手工录入添加，也可通 管理系统，实现了无纸化办公，进一步提高煤矿企业设 过条件添加，系统提供了组合查询和编码关键字检索 备管理的完备性，同时也加快了煤矿数字矿山向智慧 两种方式，如图9和图10添加效果截图 矿山迈进的步伐 添加完成后即可逐层审批，直到矿长审批通过后 可向供应商进行采购，完成采购计划.供应商管理界 面如图11所示 参考文献 4结论 [1]Zhang J,Li C P,Zhong Y.Design of EAM system for electrome- chanical equipments of coal mine blending into workflow technolo- (1)建立了基于云平台架构的企业级EAM系统 gy.Ind Mine Autom,2014,40(12)1

李翠平等: 基于云计算和工作流的煤矿设备管理 EAM 系统 理和统计管理等九大功能． 这里以设备购置管理模块 为例，来阐述其功能实现效果． 在设备购置管理模块 中，采购任务在通过矿长审批结束前均是基于私有云 实现． 首先用户通过工作流引擎驱动多租户身份验证， 进入设备购置管理模块，打开如图 7 所示的功能界面． 当用户制定采购计划并录入采购信息后，如图 8 所示， 系统自动生成计划表单号，当前制表人信息由登录信 息自动生成，可批量添加也可逐条添加设备信息，并提 供统计功能． 信息录入完毕后，采购计划表交给矿内 上级工作组进行逐级审批． 图 7 设备购置管理界面 Fig． 7 Interface of equipment purchase management 图 8 设备采购计划表截图 Fig． 8 Screenshot of an equipment procurement schedule 当矿长审批后，数据流通过广域网自动接入到公 有云中，各矿可通过库存间流通，实现自由调度． 当库 存不足时，信息可传递给设备采购商，采购商通过公有 云平台提出竞价，由机电设备管理部领导确定后完成 采购任务并生成采购合同． 由于设备购置流程节点较多，当购置计划因特殊 原因需要临时改变业务流程转向时，用户可通过向系 统管理员发起申请，系统管理员通过改变工作流节点 位置直接实现流程全局变化，从而提高了设备管理 效率． 系统中添加计划设备时，可手工录入添加，也可通 过条件添加，系统提供了组合查询和编码关键字检索 两种方式，如图 9 和图 10 添加效果截图． 添加完成后即可逐层审批，直到矿长审批通过后 可向供应商进行采购，完成采购计划． 供应商管理界 面如图 11 所示． 4 结论 ( 1) 建立了基于云平台架构的企业级 EAM 系统 图 9 计划设备添加截图 Fig． 9 Screenshot of adding planned equipment 图 10 设备检索方式截图 Fig． 10 Screenshot of searching equipment 图 11 供应商管理信息界面 Fig． 11 Interface of supplier management 框架． 通过云平台三层服务模式对 EAM 设备管理系 统四层结构的融合，实现了企业级的多矿山设备管理， 并有效地节省了计算资源，为企业信息化建设减少 开支． ( 2) 通过对工作流的引擎的过程模型进行定义， 简化了 EAM 系统复杂的业务流程，使得系统业务流程 管理更加灵活，减少了业务流程改变带来的不便，从而 使设备管理流程规范化、系统化和网络化． ( 3) 结合 EAM 基础理论并与矿山实际相结合，采 用面向服务的设计理念，设计并开发了煤矿企业设备 管理系统，实现了无纸化办公，进一步提高煤矿企业设 备管理的完备性，同时也加快了煤矿数字矿山向智慧 矿山迈进的步伐． 参 考 文 献 ［1］ Zhang J，Li C P，Zhong Y． Design of EAM system for electrome￾chanical equipments of coal mine blending into workflow technolo￾gy． Ind Mine Autom，2014，40( 12) : 1 · 335 ·

·534· 工程科学学报，第37卷，第4期 (张佳，李翠平，钟媛.融入工作流技术的煤矿机电设备EAM management system based on Web.Appl Res Comput,2008,25 系统设计.工矿自动化，2014,40(12)：1) (2):55 Zhang B,Liu Q H,Zhang J M,et al.Equipment management (段婷婷，何卫平，张维，等.基于Wh的全生命周期设备管 mode of coal mine group with annual production over 10 Mt per 理系统.计算机应用研究，2008,25(2)：55) each mine in Shendong mining area.J China Coal Soc,2010,35 8]Rittinghouse I W,Ransome J F.Cloud Computing:Implementa- (11):1939 tion,Management,and Security.Boca Raton:The Chemical (张斌，刘青华，张建铭，等.神东矿区千万吨矿井群设备管 Rubber Company Press,2009. 理模式研究.煤炭学报，2010,35(11)：1939) Abadi DJ.Data management in the cloud:limitations and oppor- B3]Zhang X Y,Han K Q,Duan T H,et al.Mine railway equipments tunities.Bull IEEE Comput Soc Tech Committee Data Eng,2009, management information system.J China Coal Soc,2007,32 32(1):3 (6):661 [10]Yang Z H,Zheng Q X,Wu H.Enterprise Loud Computing Ar- (张小永，韩可琦，段天宏，等.煤矿铁路设备管理信息系统 chitecture and Implementation Guide.Beijing:Tsinghua Universi- 煤炭学报，2007,32(6)：661) ty Press,2010 4]Swanson L Linking Maintenance strategies to performance.Int (杨正洪，郑齐心，吴寒.企业云计算架构与实施指南.北 Prod Econ,2001,3(70):237 京：清华大学出版社，2010) [Cassady CR,Murdock W PJr.Pohl EA.Selective maintenance [11]Luo JZ,Jin J H,Song A B,et al.Cloud computing:architec- for support equipment involving multiple maintenance actions.Eur ture and key technologies.J Commun,2011,32(7):3 J0 per Res,2001,129(2):252 (罗军舟，金嘉晖，宋爱波，等.云计算：体系架构与关键技术 6]Gharbi A,Kenne J P.Production and preventive maintenance 通信学报，2011,7(32)：3) rates control for a manufacturing system:an experimental design [12]Scarponeini P.ISO 19133 tracking and navigation standard:6.6 approach.Int J Prod Econ,2000.65(3):275 Linear reference system standard.Trans Res Rec,2005,1935 7]Duan T T,He W P,Zhang W,et al.Equipment overall lifecycle (1):77

工程科学学报，第 37 卷，第 4 期 ( 张佳，李翠平，钟媛． 融入工作流技术的煤矿机电设备 EAM 系统设计． 工矿自动化，2014，40( 12) : 1) ［2］ Zhang B，Liu Q H，Zhang J M，et al． Equipment management mode of coal mine group with annual production over 10 Mt per each mine in Shendong mining area． J China Coal Soc，2010，35 ( 11) : 1939 ( 张斌，刘青华，张建铭，等． 神东矿区千万吨矿井群设备管 理模式研究． 煤炭学报，2010，35( 11) : 1939) ［3］ Zhang X Y，Han K Q，Duan T H，et al． Mine railway equipments management information system． J China Coal Soc，2007，32 ( 6) : 661 ( 张小永，韩可琦，段天宏，等． 煤矿铁路设备管理信息系统． 煤炭学报，2007，32( 6) : 661) ［4］ Swanson L． Linking Maintenance strategies to performance． Int J Prod Econ，2001，3( 70) : 237 ［5］ Cassady C Ｒ，Murdock W P Jr，Pohl E A． Selective maintenance for support equipment involving multiple maintenance actions． Eur J Oper Ｒes，2001，129( 2) : 252 ［6］ Gharbi A，Kenne J P． Production and preventive maintenance rates control for a manufacturing system: an experimental design approach． Int J Prod Econ，2000，65( 3) : 275 ［7］ Duan T T，He W P，Zhang W，et al． Equipment overall lifecycle management system based on Web． Appl Ｒes Comput，2008，25 ( 2) : 55 ( 段婷婷，何卫平，张维，等． 基于 Web 的全生命周期设备管 理系统． 计算机应用研究，2008，25( 2) : 55) ［8］ Ｒittinghouse J W，Ｒansome J F． Cloud Computing: Implementa￾tion，Management，and Security． Boca Ｒaton: The Chemical Ｒubber Company Press，2009． ［9］ Abadi D J． Data management in the cloud: limitations and oppor￾tunities． Bull IEEE Comput Soc Tech Committee Data Eng，2009， 32( 1) : 3 ［10］ Yang Z H，Zheng Q X，Wu H． Enterprise Loud Computing Ar￾chitecture and Implementation Guide． Beijing: Tsinghua Universi￾ty Press，2010 ( 杨正洪，郑齐心，吴寒． 企业云计算架构与实施指南． 北 京: 清华大学出版社，2010) ［11］ Luo J Z，Jin J H，Song A B，et al． Cloud computing: architec￾ture and key technologies． J Commun，2011，32( 7) : 3 ( 罗军舟，金嘉晖，宋爱波，等． 云计算: 体系架构与关键技术． 通信学报，2011，7( 32) : 3) ［12］ Scarponcini P． ISO 19133 tracking and navigation standard: 6． 6 Linear reference system standard． Trans Ｒes Ｒec，2005，1935 ( 1) : 77 · 435 ·