1 概述

    呼和浩特石化公司煉油與化工運行系統(tǒng)(生產(chǎn)運行系統(tǒng)，Manufacturing Execution System，簡稱MES) 采用Honeywell公司軟件，項目于2008年10月啟動，2009年6月上線運行，歷時8個月時間，按照中國石油信息管理部統(tǒng)一的軟件版本和實施方法論完成了14個功能子模塊的實施，系統(tǒng)形成統(tǒng)一的生產(chǎn)數(shù)據(jù)平臺。2012年初，隨著呼和浩特石化公司500萬噸/年煉油擴(kuò)建工程建設(shè)的推進(jìn)，公司信息化建設(shè)也全面展開，呼和浩特石化公司在生產(chǎn)執(zhí)行層面將陸續(xù)建設(shè)一系列信息系統(tǒng)，包括以MES的數(shù)據(jù)和核心模塊為基礎(chǔ)的計量管理系統(tǒng)、蒸汽管網(wǎng)優(yōu)化系統(tǒng)、ERP等，這些系統(tǒng)都是MES系統(tǒng)上的功能完善和應(yīng)用延伸（以下簡稱擴(kuò)展系統(tǒng)），用來充分挖掘生產(chǎn)執(zhí)行信息的價值，為生產(chǎn)操作人員和管理人員提供更便捷、豐富的應(yīng)用。

2 數(shù)據(jù)共享需求及可行性分析

    在企業(yè)生產(chǎn)執(zhí)行層面，MES系統(tǒng)居于核心地位，擴(kuò)展系統(tǒng)均基于MES的數(shù)據(jù)和核心模塊來提供方便用戶的輔助應(yīng)用，因此MES系統(tǒng)是其他擴(kuò)展系統(tǒng)的基礎(chǔ)，擴(kuò)展系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù)提供者，因此擴(kuò)展系統(tǒng)與MES系統(tǒng)之間存在大量的數(shù)據(jù)共享需求。

    呼和浩特石化擴(kuò)展系統(tǒng)數(shù)據(jù)源可分為7大類，分別是公共數(shù)據(jù)、生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)、運行管理數(shù)據(jù)、能源管理數(shù)據(jù)、質(zhì)量管理數(shù)據(jù)和HSE數(shù)據(jù)。通過對擴(kuò)展系統(tǒng)數(shù)據(jù)源分析，充分對比企業(yè)MES系統(tǒng)的現(xiàn)有數(shù)據(jù)，得到如下結(jié)果：

    2.1 擴(kuò)展系統(tǒng)七大類數(shù)據(jù)源MES系統(tǒng)基本可以全部提供。

    2.2 MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中只存儲了各類基礎(chǔ)

    數(shù)據(jù)，報表展示的數(shù)據(jù)，MES系統(tǒng)只進(jìn)行了匯總和展示，未進(jìn)行存儲，因此，MES各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)具備共享條件，匯總類數(shù)據(jù)不具備共享條件。

    可以看出，擴(kuò)展系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源與MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)吻合度較高，具有共享可行性，部分MES系統(tǒng)暫無法提供的數(shù)據(jù)可以通過加強(qiáng)MES系統(tǒng)應(yīng)用或增加數(shù)據(jù)錄入接口的方式獲得。

3 數(shù)據(jù)共享技術(shù)方案研究

    3.1 方案設(shè)計

    呼和浩特石化MES系統(tǒng)主要使用兩套數(shù)據(jù)庫：Oracle數(shù)據(jù)庫和PHD數(shù)據(jù)庫，擴(kuò)展系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)全部從這兩個系統(tǒng)抽取。擴(kuò)展系統(tǒng)與MES系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享方案總體設(shè)計思路是：搭建Oracle和PHD中間庫，中間庫從MES系統(tǒng)中提取數(shù)據(jù)，擴(kuò)展系統(tǒng)從中間庫中提取數(shù)據(jù)，MES系統(tǒng)不對擴(kuò)展系統(tǒng)直接開放。

    對MES系統(tǒng)而言，系統(tǒng)數(shù)據(jù)成功傳輸?shù)街虚g庫即標(biāo)志著數(shù)據(jù)共享的成功，因此方案研究的重點是MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)如何順利傳輸?shù)街虚g庫中，即中間庫如何搭建。

    3.2 Oracle數(shù)據(jù)共享方案

    Oracle數(shù)據(jù)庫（包涵LIMS子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫）里存儲著MES系統(tǒng)的所有靜態(tài)配置信息和手工錄入的動態(tài)數(shù)據(jù)。Oracle數(shù)據(jù)共享方案示意圖如圖1所示。

圖1 Oracle數(shù)據(jù)庫共享總體思路示意圖

    中間庫從Oracle數(shù)據(jù)庫提取數(shù)據(jù)有三種方案。

    方案1：在Oracle數(shù)據(jù)庫上進(jìn)行程序開發(fā)將數(shù)據(jù)送入中間庫

    Oracle數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)同步（或定時）傳輸最常見的方式是在Oracle數(shù)據(jù)庫中做開發(fā)工作實現(xiàn)，開發(fā)接口的方式主要有兩種：

    3.2.1 在每張所需的源數(shù)據(jù)表上開發(fā)觸發(fā)器，實時將數(shù)據(jù)寫入Oracle中間庫中。

    3.2.2 在每張所需的源數(shù)據(jù)表上創(chuàng)建JOB，定時將數(shù)據(jù)寫入Oracle中間庫中。

    呼和浩特石化MES系統(tǒng)中已經(jīng)開發(fā)存在存儲過程、觸發(fā)器若干個，系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享后，需要對Oracle數(shù)據(jù)庫中的多張表新創(chuàng)建觸發(fā)器和存儲過程，這些觸發(fā)器和存儲過程和已有的觸發(fā)器同時執(zhí)行，在加重服務(wù)器負(fù)荷的同時，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性也會產(chǎn)生影響。JOB方式情況與寫觸發(fā)器的方式類似。

    方案2：使用ODI數(shù)據(jù)共享工具搭建中間庫

    Oracle的ODI數(shù)據(jù)抽取轉(zhuǎn)化工具支持基于日志實現(xiàn)變化數(shù)據(jù)捕獲，以O(shè)racle數(shù)據(jù)庫到Oracle數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)同步功能，ODI提供四種數(shù)據(jù)同步方式，分別是：觸發(fā)器方式非實時單項復(fù)制方式、觸發(fā)器方式實時單項復(fù)制方式、LogMiner方式非實時單項復(fù)制方式和LogMiner方式實時單項復(fù)制方式。

    其中，ODI LogMiner的正常使用要求Oracle數(shù)據(jù)庫必須啟用ARCHIVELOG歸檔模式，使用ODI LogMiner方式進(jìn)行中間庫搭建可以用以下方式實現(xiàn)：

    3.2.3 更改呼和浩特石化公司的Oracle數(shù)據(jù)庫為ARCHIVELOG歸檔模式，以滿足ODI LogMiner的前提條件。

    3.2.4 在Oracle數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)建立一個獨立的表空間，為ODI的變化數(shù)據(jù)準(zhǔn)備存儲空間，獨立的表空間可以有效避免對MES系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

    3.2.5 為數(shù)據(jù)捕捉建立一個數(shù)據(jù)庫用戶，該用戶被ODI用來連接數(shù)據(jù)庫，并獲取變化數(shù)據(jù)，該用戶需要被授予以下權(quán)限：

    3.2.6 使用ODI提供的圖形開發(fā)工具進(jìn)行數(shù)據(jù)同步的開發(fā)和配置工作，實現(xiàn)中間庫的數(shù)據(jù)傳輸。

    呼和浩特石化Oracle數(shù)據(jù)庫歸檔模式更改為ARCHIVELOG，不會對數(shù)據(jù)庫產(chǎn)生任何影響，但需要科學(xué)設(shè)計服務(wù)器磁盤空間，并需要對歸檔文件進(jìn)行規(guī)范管理。

    為擴(kuò)展系統(tǒng)創(chuàng)建的用戶對MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)具有只讀權(quán)限，不會影響數(shù)據(jù)安全；但該用戶需要被授予創(chuàng)建擴(kuò)展系統(tǒng)獨立表空間的權(quán)限，并對該表空間內(nèi)的表有完全操作權(quán)限，會給數(shù)據(jù)庫穩(wěn)定帶來潛在風(fēng)險。

    方案3：使用物化視圖方式搭建中間庫

    Oracle的物化視圖在9i版本之前稱為快照，是包括一個查詢結(jié)果的數(shù)據(jù)庫對像，它是遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的本地副本。根據(jù)使用功能來分，物化視圖可以分為用于數(shù)據(jù)復(fù)制的，或用于預(yù)計算查詢重新的，在呼和浩特石化數(shù)據(jù)共享中，選擇使用用于數(shù)據(jù)復(fù)制的，用以下方式實現(xiàn)：

    3.2.7 在Oracle數(shù)據(jù)庫上創(chuàng)建一個只有查詢權(quán)限的數(shù)據(jù)庫用戶以供中間庫物化視圖刷新時連接數(shù)據(jù)庫使用。

    3.2.8 在中間庫中創(chuàng)建2張表，一張是物化視圖管理表TT，該表的作用是無論數(shù)據(jù)是否刷新成功，均需記錄刷新日志（成功或失敗）幫助系統(tǒng)維護(hù)人員查詢數(shù)據(jù)是否刷新成功，該表包含要刷新的表名、刷新方式、是否刷新成功等信息；另外一張是物化視圖刷新表XX，記錄需刷新的表及刷新語句。首次物化視圖創(chuàng)建需人工進(jìn)行創(chuàng)建，也可通過創(chuàng)建存儲過程自動創(chuàng)建，存儲過程簡單語句樣例如下：

    a)創(chuàng)建物化視圖語句：

    3.2.9 將要刷新的源數(shù)據(jù)表配入接口管理表TT中，自動刷新程序循環(huán)讀取源數(shù)據(jù)表名。然后開始進(jìn)行數(shù)據(jù)的刷新，如刷新成功，則將成功標(biāo)識寫入TT表中的相關(guān)字段中，否則寫入失敗標(biāo)識。刷新失敗的接口需要重新二次刷新，直至刷新成功。

    物化視圖的管理表和刷新表所配置的存儲過程和其他接口信息均在中間庫上創(chuàng)建和執(zhí)行，對Oracle數(shù)據(jù)庫僅僅只讀訪問，影響有限。同時，當(dāng)發(fā)生異常時，如由于網(wǎng)絡(luò)中斷等原因造成session一直運行而無法自動執(zhí)行下一天刷新時，需要進(jìn)行人工干預(yù)。這種情況需要重新啟動中間庫數(shù)據(jù)庫，無需對Oracle庫進(jìn)行操作。

    三種方案的對比詳情見表1。

表1 方案對比詳情

    可以看出，采用觸發(fā)器方式建中間庫，MES系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸量將至少是目前的兩倍以上，服務(wù)器負(fù)載會有較大升高，隱患較大，不建議使用；ODI工具和物化視圖方案都對Oracle連接數(shù)產(chǎn)生影響，但風(fēng)險可控；ODI工具由于所需的數(shù)據(jù)庫用戶賬號權(quán)限較大，會對整個數(shù)據(jù)庫的平穩(wěn)運行帶來潛在風(fēng)險，相比之下物化視圖用戶權(quán)限則較小，風(fēng)險相對較小。

    3.3 PHD數(shù)據(jù)庫共享方案

    PHD數(shù)據(jù)庫里存儲著MES系統(tǒng)的所有實時數(shù)據(jù)和部分可回寫的手工錄入數(shù)據(jù)，MES擴(kuò)展系統(tǒng)所需要的實時數(shù)據(jù)均從PHD數(shù)據(jù)庫中提取。搭建PHD中間數(shù)據(jù)庫需要同時搭建PHD和Oracle兩套中間庫（PHD和Oracle數(shù)據(jù)庫可以裝在一臺服務(wù)器上，也可以分開安裝），中間服務(wù)器上配置所需要的實時點的信息，利用Honeywell OPC接口實現(xiàn)從PHD數(shù)據(jù)庫實時取數(shù)，從而達(dá)到為擴(kuò)展系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫提供數(shù)據(jù)源的目的，PHD數(shù)據(jù)共享方案示意圖如圖2所示。創(chuàng)建PHD中間庫的技術(shù)較為成熟，有完整的實施辦法，整個過程對MES系統(tǒng)服務(wù)器幾乎不會產(chǎn)生影響，這里就不對方案進(jìn)行詳細(xì)論述了。

圖2 PHD數(shù)據(jù)庫共享方案示意圖

    3.4 風(fēng)險分析

    在進(jìn)行數(shù)據(jù)共享方案研究、分析時，充分考慮了以下風(fēng)險：

    3.4.1 網(wǎng)絡(luò)安全。由于數(shù)據(jù)共享采用中間庫方式，中間庫與MES系統(tǒng)是單向數(shù)據(jù)傳輸方式，因此擴(kuò)展系統(tǒng)用戶登陸和擴(kuò)展系統(tǒng)服務(wù)器病毒不會影響MES系統(tǒng)安全。

    3.4.2 數(shù)據(jù)安全。MES數(shù)據(jù)庫對擴(kuò)展系統(tǒng)無論封閉還是只讀開放，擴(kuò)展系統(tǒng)的操作都不會影響到MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)安全性無影響，但只讀開放式要充分考慮數(shù)據(jù)保密因素，需要設(shè)計相關(guān)約束。

    3.4.3 系統(tǒng)安全。無論哪種取數(shù)方式，在中間庫訪問MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫是(特別是Oracle數(shù)據(jù)庫)一定會對系統(tǒng)的負(fù)荷以及平穩(wěn)性帶來或大或小的影響，可以通過及時進(jìn)行數(shù)據(jù)備份等方式做到風(fēng)險規(guī)避。

總結(jié)

    經(jīng)過研究和分析，可以看出MES系統(tǒng)與擴(kuò)展系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享具有可行性，ODI工具和物化視圖共享方案具有可操作性。同時，以擴(kuò)展系統(tǒng)共享需求為導(dǎo)向，可以更加充分的挖掘MES系統(tǒng)應(yīng)用需求和應(yīng)用深度，促進(jìn)MES功能的完善和應(yīng)用水平的提升，可以預(yù)見，MES系統(tǒng)和擴(kuò)展系統(tǒng)集成共享，相互促進(jìn)，將會提高整個呼和浩特石化生產(chǎn)執(zhí)行層面信息化系統(tǒng)的應(yīng)用水平。

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本文標(biāo)題：MES制造執(zhí)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享技術(shù)方案研究

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