1 概述

    呼和浩特石化公司煉油與化工運(yùn)行系統(tǒng)(生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)，Manufacturing Execution System，簡(jiǎn)稱MES) 采用Honeywell公司軟件，項(xiàng)目于2008年10月啟動(dòng)，2009年6月上線運(yùn)行，歷時(shí)8個(gè)月時(shí)間，按照中國(guó)石油信息管理部統(tǒng)一的軟件版本和實(shí)施方法論完成了14個(gè)功能子模塊的實(shí)施，系統(tǒng)形成統(tǒng)一的生產(chǎn)數(shù)據(jù)平臺(tái)。2012年初，隨著呼和浩特石化公司500萬(wàn)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(jì)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(jiǎn)稱擴(kuò)展系統(tǒng)），用來(lái)充分挖掘生產(chǎn)執(zhí)行信息的價(jià)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(lái)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(yùn)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(guò)對(duì)擴(kuò)展系統(tǒng)數(shù)據(jù)源分析，充分對(duì)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(kù)中只存儲(chǔ)了各類基礎(chǔ)

    數(shù)據(jù)，報(bào)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(chǔ)，因此，MES各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)具備共享?xiàng)l件，匯總類數(shù)據(jù)不具備共享?xiàng)l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(wú)法提供的數(shù)據(jù)可以通過(guò)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(jì)

    呼和浩特石化MES系統(tǒng)主要使用兩套數(shù)據(jù)庫(kù)：Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)和PHD數(shù)據(jù)庫(kù)，擴(kuò)展系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)全部從這兩個(gè)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(jì)思路是：搭建Oracle和PHD中間庫(kù)，中間庫(kù)從MES系統(tǒng)中提取數(shù)據(jù)，擴(kuò)展系統(tǒng)從中間庫(kù)中提取數(shù)據(jù)，MES系統(tǒng)不對(duì)擴(kuò)展系統(tǒng)直接開放。

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

    3.2 Oracle數(shù)據(jù)共享方案

    Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)（包涵LIMS子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)）里存儲(chǔ)著MES系統(tǒng)的所有靜態(tài)配置信息和手工錄入的動(dòng)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(kù)共享總體思路示意圖

    中間庫(kù)從Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)提取數(shù)據(jù)有三種方案。

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

    Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)同步（或定時(shí)）傳輸最常見的方式是在Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)中做開發(fā)工作實(shí)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(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)寫入Oracle中間庫(kù)中。

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

    呼和浩特石化MES系統(tǒng)中已經(jīng)開發(fā)存在存儲(chǔ)過(guò)程、觸發(fā)器若干個(gè)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享后，需要對(duì)Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)中的多張表新創(chuàng)建觸發(fā)器和存儲(chǔ)過(guò)程，這些觸發(fā)器和存儲(chǔ)過(guò)程和已有的觸發(fā)器同時(shí)執(zhí)行，在加重服務(wù)器負(fù)荷的同時(shí)，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性也會(huì)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(kù)

    Oracle的ODI數(shù)據(jù)抽取轉(zhuǎn)化工具支持基于日志實(shí)現(xiàn)變化數(shù)據(jù)捕獲，以O(shè)racle數(shù)據(jù)庫(kù)到Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)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(shí)時(shí)單項(xiàng)復(fù)制方式、觸發(fā)器方式實(shí)時(shí)單項(xiàng)復(fù)制方式、LogMiner方式非實(shí)時(shí)單項(xiàng)復(fù)制方式和LogMiner方式實(shí)時(shí)單項(xiàng)復(fù)制方式。

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

    3.2.3 更改呼和浩特石化公司的Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)系統(tǒng)建立一個(gè)獨(dú)立的表空間，為ODI的變化數(shù)據(jù)準(zhǔn)備存儲(chǔ)空間，獨(dú)立的表空間可以有效避免對(duì)MES系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

    3.2.5 為數(shù)據(jù)捕捉建立一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)用戶，該用戶被ODI用來(lái)連接數(shù)據(jù)庫(kù)，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(shí)現(xiàn)中間庫(kù)的數(shù)據(jù)傳輸。

    呼和浩特石化Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)歸檔模式更改為ARCHIVELOG，不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)生任何影響，但需要科學(xué)設(shè)計(jì)服務(wù)器磁盤空間，并需要對(duì)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(duì)MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)具有只讀權(quán)限，不會(huì)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(dú)立表空間的權(quán)限，并對(duì)該表空間內(nèi)的表有完全操作權(quán)限，會(huì)給數(shù)據(jù)庫(kù)穩(wěn)定帶來(lái)潛在風(fēng)險(xiǎn)。

    方案3：使用物化視圖方式搭建中間庫(kù)

    Oracle的物化視圖在9i版本之前稱為快照，是包括一個(gè)查詢結(jié)果的數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)像，它是遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的本地副本。根據(jù)使用功能來(lái)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(jì)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(shí)現(xiàn)：

    3.2.7 在Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)上創(chuàng)建一個(gè)只有查詢權(quán)限的數(shù)據(jù)庫(kù)用戶以供中間庫(kù)物化視圖刷新時(shí)連接數(shù)據(jù)庫(kù)使用。

    3.2.8 在中間庫(kù)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(wú)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(yǔ)句。首次物化視圖創(chuàng)建需人工進(jìn)行創(chuàng)建，也可通過(guò)創(chuàng)建存儲(chǔ)過(guò)程自動(dòng)創(chuàng)建，存儲(chǔ)過(guò)程簡(jiǎn)單語(yǔ)句樣例如下：

    a)創(chuàng)建物化視圖語(yǔ)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(dòng)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(shí)寫入TT表中的相關(guān)字段中，否則寫入失敗標(biāo)識(shí)。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(chǔ)過(guò)程和其他接口信息均在中間庫(kù)上創(chuàng)建和執(zhí)行，對(duì)Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)僅僅只讀訪問，影響有限。同時(shí)，當(dāng)發(fā)生異常時(shí)，如由于網(wǎng)絡(luò)中斷等原因造成session一直運(yùn)行而無(wú)法自動(dòng)執(zhí)行下一天刷新時(shí)，需要進(jìn)行人工干預(yù)。這種情況需要重新啟動(dòng)中間庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)，無(wú)需對(duì)Oracle庫(kù)進(jìn)行操作。

    三種方案的對(duì)比詳情見表1。

表1 方案對(duì)比詳情

    可以看出，采用觸發(fā)器方式建中間庫(kù)，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(huì)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(duì)Oracle連接數(shù)產(chǎn)生影響，但風(fēng)險(xiǎn)可控；ODI工具由于所需的數(shù)據(jù)庫(kù)用戶賬號(hào)權(quán)限較大，會(huì)對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的平穩(wěn)運(yùn)行帶來(lái)潛在風(fēng)險(xiǎn)，相比之下物化視圖用戶權(quán)限則較小，風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小。

    3.3 PHD數(shù)據(jù)庫(kù)共享方案

    PHD數(shù)據(jù)庫(kù)里存儲(chǔ)著MES系統(tǒng)的所有實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)均從PHD數(shù)據(jù)庫(kù)中提取。搭建PHD中間數(shù)據(jù)庫(kù)需要同時(shí)搭建PHD和Oracle兩套中間庫(kù)（PHD和Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)可以裝在一臺(tái)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(shí)時(shí)點(diǎn)的信息，利用Honeywell OPC接口實(shí)現(xiàn)從PHD數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)取數(shù)，從而達(dá)到為擴(kuò)展系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)的技術(shù)較為成熟，有完整的實(shí)施辦法，整個(gè)過(guò)程對(duì)MES系統(tǒng)服務(wù)器幾乎不會(huì)產(chǎn)生影響，這里就不對(duì)方案進(jìn)行詳細(xì)論述了。

圖2 PHD數(shù)據(jù)庫(kù)共享方案示意圖

    3.4 風(fēng)險(xiǎn)分析

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

    3.4.1 網(wǎng)絡(luò)安全。由于數(shù)據(jù)共享采用中間庫(kù)方式，中間庫(kù)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(huì)影響MES系統(tǒng)安全。

    3.4.2 數(shù)據(jù)安全。MES數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)擴(kuò)展系統(tǒng)無(wú)論封閉還是只讀開放，擴(kuò)展系統(tǒng)的操作都不會(huì)影響到MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)安全性無(wú)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(jì)相關(guān)約束。

    3.4.3 系統(tǒng)安全。無(wú)論哪種取數(shù)方式，在中間庫(kù)訪問MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)是(特別是Oracle數(shù)據(jù)庫(kù))一定會(huì)對(duì)系統(tǒng)的負(fù)荷以及平穩(wěn)性帶來(lái)或大或小的影響，可以通過(guò)及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)備份等方式做到風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避。

總結(jié)

    經(jīng)過(guò)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(shí)，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(huì)提高整個(gè)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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