現代國內企業信息化建設逐漸向管控一體化目標邁進。有色企業的管控一體化總體結構可以分成ERP(企業資源企劃)層、MES(生產過程制造執行系統)層、PCS(過程控制系統)層3層體系結構。其中，MES層起到承上啟下的關鍵作用，它提供為優化從訂單投入到產品完成的生產活動所需的信息，運用及時、準確的信息，指導、啟動、響應并記錄工廠活動，從而能夠對條件作出快速的響應，減少非增值活動，提高工廠運作過程的效率，使管控一體化系統形成具有合力的整體。
某企業為省部級重點有色加工企業，已經形成以新能源材料、電子信息材料、功能結構材料為主要特色，集技術開發與集成、新產品研發及產業化為一體的產業基地。
企業發展規模的不斷壯大與經營范圍的日益拓展，對企業整體信息化水平提出了更高要求。各車間內部雖已具備PLC/DCS自控系統，但車間之間生產信息孤立，形成孤島。生產信息的傳遞，生產調度的指揮管控主要為傳統的電話、人工、紙質模式。生產信息化的現狀已無法滿足業務發展的實際需求，分廠級層面上的兩化融合問題成為亟待解決的戰略性問題，非常有必要研發一套具備生產實時監控與調度等功能的生產制造執行系統，為公司的管理和決策提供真實、準確、及時的參考信息。應該企業要求，筆者所在單位承擔了該企業生產信息化項目建設的整體規劃與具體實施。
1 項目目標
通過高速局域網絡實現各級生產管理部門對生產信息的監控。建立生產指揮中心，以生產網絡及數據庫系統(實時、關系)為支撐，通過對各車間生產數據的實時采集和歷史存儲，實現生產信息的集成共享，并對生產中產生的動態海量數據進行長周期保存和多手段呈現，建立生產實時監控系統。同時，開發生產調度管理軟件。以生產運行管理為核心，以基于關系數據庫的數據集成平臺為支撐，存儲并管理生產過程歷史數據以及生產計劃、物料消耗、產品質量、庫房盤點、金屬平衡等數據，與實時監控系統一起，構建集物料管理、生產運行管理、質量管理等為一體的生產執行系統(MES)。系統總體架構，如圖1所示。
圖1 系統總體架構圖
建設目標包括：
①基礎設施：設計建設具備管理與控制網絡安全數據傳遞以及數據庫集成功能，可靠的生產數據集成信息通道。
②實時監控：建設跨流程多控制系統的生產信息集成。建設生產車間及其輔助流程的實時數據共享平臺，實現生產實時信息集成共享，并開發實時監控平臺，實現客戶端模式下的圖形化實時監控平臺，為調度指揮中心提供直觀、全面、準確、及時的生產運行數據。
③調度管理：設計研發生產調度管理軟件，對各類物料的計劃、進出、消耗、庫存實績以及金屬平衡、產品質量等進行集成管理。
④數據支撐：為上層管理系統ERP、CRM等提供基礎的生產數據信息。
2 網絡及數據庫系統設計
網絡和數據庫系統是企業生產信息化系統的基礎和載體，通過建立生產管理監控網絡，以實時數據庫為基礎支撐，集成各車間的生產實時數據，實現生產過程信息的集成與共享；以關系數據庫為平臺，存儲并管理生產計劃等生產經營管理數據，與實時數據庫一起構建企業生產管理數據庫系統。
2.1 數據采集網絡設計
數據采集網絡設計采用星型拓撲結構，將各車間的DCS操作站通過集線器匯聚至對應車間的數采機，數采機進行網絡隔離后連接中心交換機，從而構成星型樹的拓撲結構。結構示意圖如圖2所示：
圖2 數據采集網絡結構圖
2.2 實時數據庫系統設計
實時數據庫就是數據和事務都有硅式實時限制的數據庫，在時間的約束條件下保證共享數據的一致性，數據的正確性不僅依賴于邏輯結果，而且依賴于邏輯結果的產生時間和導出結構所使用數據的時間一致性。
根據在工業自動化領域的經驗及項目實際情況，充分利用之前已購買的數據庫平臺——北京三維力控pSpace5.0企業級實時歷史數據庫，只對其進行必要的升級即可滿足本項目的應用需求，即節約了資金又避免了重復投資。
pSpace企業級實時歷史數據庫為完全的分布式結構。支持C/S和B/S應用；可提供豐富的企業級信息系統客戶端應用和工具；大容量支持企業級應用，內部實現高數據壓縮率，可實現歷史數據的大量存儲。
2.3 關系數據庫系統設計
關系數據庫就是基于關系模型的數據庫，它是當前應用最廣、技術最成熟的一種數據庫，也是目前各類數據庫中最重要、最流行的數據庫。
在開發的系統中，關系數據庫的主要功能是：①存儲生產數據；②為系統提供統一的數據源；③保證數據的一致性和準確性；④為數據的后續應用提供保障。本方案中采用的關系數據庫是功能強大的企業級關系型數據庫引擎Oracle9i。
3 調度管理軟件設計
3.1 軟件功能設計
依據實施規劃及需求方要求，除組織機構管理、用戶日常管理、軟件日常維護等常用功能外，其它主要有：
①生產基本信息。基本物料及其屬性、化驗指標及其屬性、物料指標編碼等。
②生產日常維護。物料及化驗指標指派等。
③生產數據錄入。生產計劃與實績錄入。物料投入、產出、出入庫信息錄入，包括物料基本屬性、化驗指標、包料、批號等。
④生產數據查詢依不同檢索條件(物料名稱、錄入頻次、類別、狀態、部門、時間、時間段、統計類型、批號等)實現自動檢索；依不同排序規則實現自動排序。
⑤質量數據管理。首先建立全局質量指標庫，完善數據統一與共享，其次設計實現質檢數據與物料實體的靈活匹配，然后開發質檢數據人工錄入界面�？紤]需求的多樣化，采用多種數據呈現方式與查詢方式。實現質檢報表的在線瀏覽與數據下載。
⑥金屬平衡管理。物料的收入、付出、結存按日期檢索錄入、數據自動顯示、統計計算等功能。應用戶對該類數據的要求，數據一經確認，便永久保存、不得更改。
⑦設備運行管理。設備實時監控與設備運行維修管理等。
⑧生產庫存盤點。生產庫存自動計算，實時盤點。每年、月盤庫余量自動作為庫存基量參與后期庫存計算。
⑨文時報表查看。報表完全采用Excel格式，便于查看、修改。展示形式靈活、修改簡便，只需EXCEL基本技能即可，同時可自動生成各式在線圖表。
3.2 軟件架構設計
軟件架構采用基于MVC架構的拓展N-Tier流行架構模式。將傳統MVC 3層架構細化為界面顯示層—WebUI層—業務邏輯層—實體層—數據訪問抽象工廠層—數據訪問實現層等N-Tier架構。較之傳統三層架構，較好地降低了系統耦合性，簡化了體系開發難度，提高了系統安全性、易用性、可拓展性，更適合于團隊協作開發模式。詳細架構如圖3所示。
圖3 軟件架構設計模式示意圖
3.3 開發工具選擇
實時數據庫選用三維力控pSpace，軟件開發平臺選用基于.net Framework框架平臺，歷史及關系數據庫選用Oracle9i數據庫平臺；開發工具選用Star UML系統建模、Power Designer數據庫建模、Visual Studio 2008集成環境、Toad for Oracle中間件，持久化工具選擇EntLib類庫插件，報表生成選用基于.net平臺的行業報表插件；代碼生成工具選用CodeSmith軟件；運行測試工具選擇Spot Light on Oracle等性能測試工具。
4 項目實施步驟
項目嚴格按照信息化項目管理的一般規范進行。采取總體規劃、分步實施的原則，由信息系統項目管理師指定詳細建設計劃，網絡規劃設計師規劃總體網絡架構，系統分析師制定軟件需求、架構及詳細設計計劃。詳細實施步驟包括網絡基礎建設、數據采集系統實施、實時監控系統實施、生產調度軟件開發、系統功能整體測試、系統試運行與用戶培訓直至產品正式交付用戶使用。整個系統建設用時13個月，企業生產網絡覆蓋所有生產車間及輔助工藝，完成各車間約2萬個實時位號數據采集，編寫軟件代碼15萬行以上，向用戶如期交付了滿意的產品。
5 實施效果
系統交付至今，運行情況穩定，數據采集準確率達100％。大計算量數據統計操作在用戶訪問量低的凌晨時間由系統自動處理完成。數據響應時間5s以內，報表在線生成時間5s以內。
系統投運后，實現了生產信息實時共享與各車間調度相互協調。為生產調度管理提供了準確及時的過程工藝參數和關鍵生產數據。綜合查詢及各類生產報表的應用，改變了舊有生產管理模式，實現了數據一次采集，全廠共享。保證了數據準確性和及時性。為企業生產數據綜合分析、全局決策提供了重要的數據依據。減輕了操作下及生產調度的勞動強度，極大提高了生產管理效率，具有良好的經濟、社會效益與推廣前景。
6 結語
本系統的研發與應用，大大增強了企業生產管理水平，優化了生產操作，提高了生產能力、降低了生產成本、產生良好的經濟與社會效益，所采用的技術路線及關鍵問題的處理具備一定行業特點及通用性，具有較好的參考借鑒意義及應用推廣價值。
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本文標題：有色企業生產信息化系統研究與實施
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