mes技术方案简介

mes技术方案简介（精选3篇）

mes技术方案简介 篇1

美国先进制造研究机构AMR(Advanced Manufacturing Research)将MES定义为“位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的面向车间层的管理信息系统”。它为操作人员／管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源(人、设备、物料、客户需求等)的当前状态。

制造执行系统协会(Manufacturing Execution System Association，MESA)对MES所下的定义：“MES能通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工厂发生实时事件时，MES能对此及时做出反应、报告，并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。这种对状态变化的迅速响应使MES能够减少企业内部没有附加值的活动，有效地指导工厂的生产运作过程，从而使其既能提高工厂及时交货能力，改善物料的流通性能，又能提高生产回报率。MES还通过双向的直接通讯在企业内部和整个产品供应链中提供有关产品行为的关键任务信息。”

MESA在MES定义中强调了以下三点：

1)MES是对整个车间制造过程的优化，而不是单一的解决某个生产瓶颈； 2)MES必须提供实时收集生产过程中数据的功能，并作出相应的分析和处理；

3)MES需要与计划层和控制层进行信息交互，通过企业的连续信息流来实现企业信息全集成。MES的现状

MES的体系结构经历了从T-IVIES向I-MES发展的历程。传统的MES(T-MES)是从20世纪70年代的零星车间级应用发展起来的。T-MES又可以分为专用MES(Point MES)和集成MES(Integrated MES)两类。专用MES是一种自成一体的应用系统，它针对某个单一的生产问题(如在制品库存过大、产品质

量得不到保证、设备利用率低等)提供有限功能(如物料管理、质量管理、设备维护、作业调度等)，或适用某种特定的生产环境(如应用于半导体和MEMS车间的MES、应用于FMS系统的MES等)。专用MES具有实施快、投入少等优点，但通用性和可集成性差。集成MES系统起初是针对特定行业(如航空、装配、半导体、食品和卫生等)特定的规范化环境而设计的，目前已拓展到整个工业领域。在功能上它已实现了与上层事务处理和下层实时控制系统的集成。集成化MES具有丰富的应用功能、统一的逻辑数据库、产品及过程模型等优点。但该类系统依赖特定的车间环境，柔性差，缺少通用性和广泛的集成能力，难以随业务过程变化而重新配置。

AMR在分析信息技术的发展和加陷应用前景的基础上，提出了可集成MES(Interpretable MES，I-MES)这一概念。可集成MES是将模块化、消息机制和组件技术应用到MES的系统开发中，是两类传统MES系统的结合。从表现形式上看，I-MES具有专用MES系统的特点，即I-MES中的部分功能可以作为可重用组件单独销售；同时，它又具有集成MES的特点，即能实现上下两层之间的集成。此外，I-MES还具有客户化、可重构、可扩展和互操作等特性，能方便地实现不同厂商之间的集成和原有系统的保护以及即插即用(P&P)等功能。目前，基于组件的I-MES是MES的主要发展方向。主流技术

由于MES处于ERP和PCS之间，既要对ERP内部系统和ERP的外部网络收发信息，又要对PCS系统传递信息。因此，MES开发与实施涉及的关键技术包括了计算机操作系统、数据库技术、MES体系结构、开发应用技术等。此外，进行MES的开发和实施还需要考虑MES系统的可配置性。根据LogicaCMG咨询公司2005年对MES软件的调查报告，国际MES产品的主流技术情况如下：

a．支持平台方面，主要有Windows NT、Windows 2000、Windows XP、Unix、Linux。

b．数据库方面，MES产品支持的数据库主要有Oracle、SQL Server、DB2、Progress、Informix、Ingress、Sybase等。

c．应用技术方面，MES系统的开发主要采用DCOM、COM手，Active-X、XML，DotNET、J2EE，ODBC、OLE、OPC等技术。

d．系统架构方面，MES系统主要采用C／S、Web使能、瘦客户端、分布式结构、负荷平衡等体系结构。

e．系统可配置性方面，部分MES厂商的产品定位是使产品尽可能适合特定 的用户群，相反有些厂商则为用户提供柔性的可配置工具来迎合客户的需求，以赢得广大的市场。报告从业务逻辑、图形用户界面、报表等方面来分析MES产品的可配置性，并通过标准化(Standard)、组件(Cornponent)、库(Libraries)和客户化定制(Custom Made)4个指标来评价系统的可配置程度。图1描述了国际主流MES产品的平均可配置性。以图形用户界面的可配置性为例，IVIES产品在大于60％的程度上提供标准功能，在27％的程度上可通过组件来配置，8％由库来支持，只在4％的程度上可实现完全客户化定制。

图1 国际主流MES产品的平均可配置性 应用情况

MES在发达国家已实觋了产业化，其应用覆盖了离散与流程制造领域，并给企业带来了巨大的经济效益。MES分别在1993年和1996年以问卷方式对若干典型企业进行了两次有关MES应用情况的调查，这些典型企业覆盖了下列的7大行业：医疗产品、塑料与化合物、金属制造、电气／电子、汽车、玻璃纤维、通讯等。调查表明企业使用MES后，可有效地缩短制造周期，缩短生产提前期，减少在制品，减少或消除数据输入时间，减少或消除作业转换中的文书工作，改进产品质量／减少次品，消除损失的文书工作。国内在“十五”期间，流程工业领域MES成为技术研究的突破口，重点面向钢铁和石化2个典型流程制造行业。目前，MES已在钢铁、石化等行业得到成功应用并开发完成了若干自主产权的MES系统，如：上海宝信MES、中国石化MES(S-MES V1．0)等。根据中国电子信息产业发展研究院的1份报告，到2003年底，共有110套MES应用于国内的钢铁企业。“十五”期间还对离散制造MES进行了探索性研究，并取得初步成效(如西飞MES等)，国内市场上也出现一些针对离散制造业的MES产品，如：ICON—MES、OrBit-MES、天为MES等。“十一五”期间，随着我国制造业信息化建设的深入开展，MES有望在我国获得更广泛和深入的应用。以下为MES在国内企业的应用实例：

案例1：

应用需求：

海尔集团内各个产品事业部信息化起步较早，大部分事业部都已成功实施了国际上主流的ERP管理软件SAP。伴随企业的发展，在SAP成功的实施应用之后，如何提高企业执行能力，就成为企业急需解决的问题。

海尔集团随着信息化的不断推进，需要在前期信息化建设的基础上，实现从订单、评审、采购、配送、制造、销售、售后服务的信息整体互动，在这过程中集团的各相关部门参与工作。如商流、海外推、资金流、研发推、定单推、制造事业部等。最终的目标是建立集团的信息化统一、完整平台，实现信息流、物流、资金流的通畅。在前期物流、资金流已经改造、整合的基础上，希望通过信息化，从信息的角度实现企业管理水平的再次提升。

在集团信息化的思路与方向下，需要产品事业部和集团的SAP信息系统统一接口，从而能够监控每一批定单的生产进度，每一批定单的投入、每一批定单的产出，以及每一个产品的主关件信息、生产信息、质量信息，不但建立订单的生命周期管理，而且对于每一个产品个体实现整个生命周期的管理。同时通过信息化的手段，企业建立公开、透明、精确的人力考核平台，实现自动计酬。

各个事业部车间生产现场的直通率，节拍，履约率等衡量生产的效率的指标数据，无法第一时间获取，通过人工统计计算增加了很多人为的操作因素，而且不能及时的反映实际的生产情况。

通过制造执行系统的实施，全面对生产线的工人实现自动计酬，真正意义上做到了多劳多得的工资计算要求，从而充分调动了员工的生产积极性。

解决之道：

满足以上需求要选择适应家电行业特点的、性能卓越的产品。海尔集团做了多方考证，在对当时市场上主要产品作了评估之后，决定选择比邻软件R2E——资源执行效率系统。

●生产计划管理：对于SAP下达的生产计划，对生产现场进行计划排产及作业调度。

●质量管理：订单质量跟踪、质量数据分析利用、检验数据管理、在制品维修管理、售后质量反馈。

●电子跟单管理：定单的生产信息数据共享，一票到底。●生产管理：作业计划管理、订单执行监控、生产数据统计。

● 产品数据管理：产品档案管理，可对采集到的产品数据进行综合管理和查询，包括装配档案、检验档案、维修档案等。

●系统接口：ERP系统接口。与ERP系统建立接口，导入物料BOM、生产订单、等相关数据；回馈ERP产品下线完工数据。

●自动计酬平台：通过自动计酬平台收集各类工资因素，进行汇总统计，实现工人、管理人员的自动计酬。

在实施过程中也遇到了一些问题，主要是R2E系统与SAP系统集成，如何做到两系统实时同步，如何确保两系统之间数据准确等等。在项目整个实施过程中，海尔集团领导亲自下一线指导工作，协助SAP系统数据较对，确保了项目的顺利进展。

系统特点：

1．开放式平台。R2E采用先进的面向对象设计模式高效封装业务逻辑，您可以基于R2E开放平台快速定制企业特殊应用需求。

2．系统集成。R2E采用符合工业标准的XML消息和协议能够非常方便地与现有的ERP系统集成。R2E也可以通过企业应用集成解决方案(EAI)实现企业所有信息系统的集成。R2E与SAP、ORACLE、SSA BPCS等领先的ERP系统实现可靠集成。

3．自动识别技术。R2E支持多种码制条形码标签，提供灵活编码规则自定义功能，快速准确采集数据。R2E可以和主流的条码打印设备(Zebra，Datamax等)直接集成，灵活高效打印条码标签。

4．高性能数据采集。R2E采用支持无线实时采集、批量采集等各种采集方

式的终端采集设备，方便、快捷的完成数据收集；或者采用符合工业标准的485通信协议组建的现场数据采集网络，实时控制采集终端。帮助您减少现场设备投资和设备维护成本。

应用效益：

■通过严格的系统管理和业务流程的优化，规范了业务操作流程，使集团规范化发展。

■人力资源价值的优化，系统的运转不再依靠手工统计汇总，方便快捷、准确及时，为管理、经营决策提供了动态、实时的信息支持。

■系统的实施可以大大加强企业的集中管理，为企业整体资源的优化提供了可能，提高企业的核心竞争力。

■系统的实现可以使企业的管理组织向扁平化发展。

■系统与管理的结合可以实现管理的规范和业务标准，可以协助企业进行业务拓展，实现分支机构快速复制。

■系统的实施可以大大降低定单损失。

■系统的实施可以优化生产制造流程，提高生产效率。

■系统的实施建立产品档案的跟踪，可以大大提升企业的质量水平。目前存在的问题

近年来我国ⅧS的研究和产业都有了一定的发展，但总体来说，与西方发达国家相比，我国无论是在MES技术深度与应用广度上都存在较大差距，主要体现在以下几个方面：

a．MES体系还不完整。基本功能不完善，缺乏过程管理与优化等面向典型行业的核心模块。针对离散制造业尚无完整、系统的MES解决方案和成熟的软件产品。

b．缺乏MES技术标准。MES的设计、开发、实施、维护缺乏技术标准，影响了MES产品的技术性能，加大了系统开发和应用的成本，与国外同类MES产品竞争没有优势。

c．集成性还没有完全解决。由于缺乏统一的工厂数据模型，MES各功能子系统之间以及MES与企业其他相关信息系统之间缺乏必要的集成，导致MES作为企业制造协同的引擎功能远未得到充分发挥。

d．通用性和可配置性较差。现有系统通常针对特定需求，很难应对企业业务流程的变更或重组。由于缺乏基于工厂数据模型的数据集成技术，系统的可配

置性、可重构性、可扩展性较差，严重制约MES系统的推广应用。

e．实时性不强。MES作为面向制造车间的实时信息系统，实时性是实现MES功能的基础。现有系统缺乏准确、及时、完整的数据采集与信息反馈机制，在底层数据的实时采集、多源信息融合、复杂信息处理及快速决策等方面非常薄弱。

f．智能化程度不高。MES中所涉及的信息及决策过程非常复杂，由于缺乏智能机制，现有MES大多只提供了一个替代经验管理方式的系统平台，通常需要大量的人工干预，难以保证生产过程的高效和优化。MES技术的发展趋势及展望

MES系统正朝着下一代MES(Next-Generation IVIES)的方向发展。下一代MES的主要特点是：建立在ISA95标准上、易于配置、易于变更、易于使用、无客户化代码、良好的可集成性以及提供门户(Portal)功能等等，其主要目标是以MES为引擎实现全球范围内的生产协同。目前，国际上MES技术的主要发展趋势体现在以下几个方面：

1．MES新型体系结构的发展； 2．更强的集成化功； 3．更强的实时性和智能； 4．支持网络化协同制； 5．MES标准化(ISA-95)。

MES软件弥合了企业计划层和生产车间过程控制系统之间的间隙，为企业提供一个快速反应、有弹性、精细化的制造业环境，帮助企业降低成本，按期交货，提高产品及服务质量，使企业能在全球化的竞争中立于不败之地。鉴于MES的重要性，我国将其列为“十一五”期间信息化方面重点发展的方向之一，将集中国内MES及相关领域的优势力量，力争在MES核心关键技术上取得突破，提高MES研发水平及其在重大行业中的应用能力，解决长期制约我国制造业信息化发展的瓶颈问题。具体发展思路如下：

a．综合利用成熟理论和技术，形成可适应、可重构、可集成的MES框架体系，为提高MES软件系统的跨行业通用性、适应性和协同能力提供支持。

b．基于已有的研究基础与成果，在制造系统性能分析和优化、制造过程监控与管理、智能化生产计划调度以及信息和过程可视化等MES关键技术上取得突破，开发出符合我国离散制造业和流程工业特点及需求的MES软件系统、相关工具和构件库。

mes技术方案简介 篇2

呼和浩特石化公司炼油与化工运行系统 (生产运行系统, Manufacturing Execution System, 简称MES) 采用Honeywell公司软件, 项目于2008年10月启动, 2009年6月上线运行, 历时8个月时间, 按照中国石油信息管理部统一的软件版本和实施方法论完成了14个功能子模块的实施, 系统形成统一的生产数据平台。

2012年初, 随着呼和浩特石化公司500万吨/年炼油扩建工程建设的推进, 公司信息化建设也全面展开, 呼和浩特石化公司在生产执行层面将陆续建设一系列信息系统, 包括以MES的数据和核心模块为基础的计量管理系统、蒸汽管网优化系统、ERP等, 这些系统都是MES系统上的功能完善和应用延伸 (以下简称扩展系统) , 用来充分挖掘生产执行信息的价值, 为生产操作人员和管理人员提供更便捷、丰富的应用。

2 数据共享需求及可行性分析

在企业生产执行层面, MES系统居于核心地位, 扩展系统均基于MES的数据和核心模块来提供方便用户的辅助应用, 因此MES系统是其他扩展系统的基础, 扩展系统的主要数据提供者, 因此扩展系统与MES系统之间存在大量的数据共享需求。

呼和浩特石化扩展系统数据源可分为7大类, 分别是公共数据、生产管理数据、运行管理数据、能源管理数据、质量管理数据和HSE数据。通过对扩展系统数据源分析, 充分对比企业MES系统的现有数据, 得到如下结果:

2.1 扩展系统七大类数据源MES系统基本可以全部提供。

2.2 MES系统数据库中只存储了各类基础数据, 报表展示的数据, MES系统只进行了汇总和展示, 未进行存储, 因此, MES各类基础数据具备共享条件, 汇总类数据不具备共享条件。

可以看出, 扩展系统的数据源与MES系统数据吻合度较高, 具有共享可行性, 部分MES系统暂无法提供的数据可以通过加强MES系统应用或增加数据录入接口的方式获得。

3 数据共享技术方案研究

3.1 方案设计

呼和浩特石化MES系统主要使用两套数据库:Oracle数据库和PHD数据库, 扩展系统所需数据全部从这两个系统抽取。扩展系统与MES系统的数据共享方案总体设计思路是:搭建Oracle和PHD中间库, 中间库从MES系统中提取数据, 扩展系统从中间库中提取数据, MES系统不对扩展系统直接开放。

对MES系统而言, 系统数据成功传输到中间库即标志着数据共享的成功, 因此方案研究的重点是MES系统数据如何顺利传输到中间库中, 即中间库如何搭建。

3.2 Oracle数据共享方案

Oracle数据库 (包涵LIMS子系统数据库) 里存储着MES系统的所有静态配置信息和手工录入的动态数据。Oracle数据共享方案示意图如图1所示。

中间库从Oracle数据库提取数据有三种方案。

方案1:在Oracle数据库上进行程序开发将数据送入中间库

Oracle数据库的数据同步 (或定时) 传输最常见的方式是在Oracle数据库中做开发工作实现, 开发接口的方式主要有两种:

3.2.1 在每张所需的源数据表上开发触发器, 实时将数据写入Oracle中间库中。

3.2.2 在每张所需的源数据表上创建JOB, 定时将数据写入Oracle中间库中。

呼和浩特石化MES系统中已经开发存在存储过程、触发器若干个, 系统数据共享后, 需要对Oracle数据库中的多张表新创建触发器和存储过程, 这些触发器和存储过程和已有的触发器同时执行, 在加重服务器负荷的同时, 对系统的稳定性也会产生影响。JOB方式情况与写触发器的方式类似。

方案2:使用ODI数据共享工具搭建中间库

Oracle的ODI数据抽取转化工具支持基于日志实现变化数据捕获, 以Oracle数据库到oracle数据库的数据同步功能, ODI提供四种数据同步方式, 分别是:触发器方式非实时单项复制方式、触发器方式实时单项复制方式、LogMiner方式非实时单项复制方式和LogMiner方式实时单项复制方式。

其中, ODI LogMiner的正常使用要求Oracle数据库必须启用ARCHIVELOG归档模式, 使用ODI LogMiner方式进行中间库搭建可以用以下方式实现:

3.2.3 更改呼和浩特石化公司的Oracle数据库为ARCHIVELOG归档模式, 以满足ODI LogMiner的前提条件。

3.2.4 在Oracle数据库系统建立一个独立的表空间, 为ODI的变化数据准备存储空间, 独立的表空间可以有效避免对MES系统产生影响。

3.2.5 为数据捕捉建立一个数据库用户, 该用户被ODI用来连接数据库, 并获取变化数据, 该用户需要被授予以下权限:

3.2.6 使用ODI提供的图形开发工具进行数据同步的开发和配置工作, 实现中间库的数据传输。

呼和浩特石化Oracle数据库归档模式更改为ARCHIVELOG, 不会对数据库产生任何影响, 但需要科学设计服务器磁盘空间, 并需要对归档文件进行规范管理。

为扩展系统创建的用户对MES系统数据具有只读权限, 不会影响数据安全;但该用户需要被授予创建扩展系统独立表空间的权限, 并对该表空间内的表有完全操作权限, 会给数据库稳定带来潜在风险。

方案3:使用物化视图方式搭建中间库

Oracle的物化视图在9i版本之前称为快照, 是包括一个查询结果的数据库对像, 它是远程数据的本地副本。根据使用功能来分, 物化视图可以分为用于数据复制的, 或用于预计算查询重新的, 在呼和浩特石化数据共享中, 选择使用用于数据复制的, 用以下方式实现:

3.2.7 在Oracle数据库上创建一个只有查询权限的数据库用户以供中间库物化视图刷新时连接数据库使用。

3.2.8 在中间库中创建2张表, 一张是物化视图管理表TT, 该表的作用是无论数据是否刷新成功, 均需记录刷新日志 (成功或失败) 帮助系统维护人员查询数据是否刷新成功, 该表包含要刷新的表名、刷新方式、是否刷新成功等信息;另外一张是物化视图刷新表XX, 记录需刷新的表及刷新语句。首次物化视图创建需人工进行创建, 也可通过创建存储过程自动创建, 存储过程简单语句样例如下:

3.2.9 将要刷新的源数据表配入接口管理表TT中, 自动刷新程序循环读取源数据表名。然后开始进行数据的刷新, 如刷新成功, 则将成功标识写入TT表中的相关字段中, 否则写入失败标识。刷新失败的接口需要重新二次刷新, 直至刷新成功。

物化视图的管理表和刷新表所配置的存储过程和其他接口信息均在中间库上创建和执行, 对Oracle数据库仅仅只读访问, 影响有限。同时, 当发生异常时, 如由于网络中断等原因造成session一直运行而无法自动执行下一天刷新时, 需要进行人工干预。这种情况需要重新启动中间库数据库, 无需对Oracle库进行操作。

三种方案的对比详情见表1.

可以看出, 采用触发器方式建中间库, MES系统的数据传输量将至少是目前的两倍以上, 服务器负载会有较大升高, 隐患较大, 不建议使用;ODI工具和物化视图方案都对Oracle连接数产生影响, 但风险可控;ODI工具由于所需的数据库用户账号权限较大, 会对整个数据库的平稳运行带来潜在风险, 相比之下物化视图用户权限则较小, 风险相对较小。

3.3 PHD数据库共享方案

PHD数据库里存储着MES系统的所有实时数据和部分可回写的手工录入数据, MES扩展系统所需要的实时数据均从PHD数据库中提取。搭建PHD中间数据库需要同时搭建PHD和Oracle两套中间库 (PHD和Oracle数据库可以装在一台服务器上, 也可以分开安装) , 中间服务器上配置所需要的实时点的信息, 利用Honeywell OPC接口实现从PHD数据库实时取数, 从而达到为扩展系统数据库提供数据源的目的, PHD数据共享方案示意图如图2所示。创建PHD中间库的技术较为成熟, 有完整的实施办法, 整个过程对MES系统服务器几乎不会产生影响, 这里就不对方案进行详细论述了。

3.4 风险分析

在进行数据共享方案研究、分析时, 充分考虑了以下风险:

3.4.1网络安全。由于数据共享采用中间库方式, 中间库与MES系统是单向数据传输方式, 因此扩展系统用户登陆和扩展系统服务器病毒不会影响MES系统安全。

3.4.2数据安全。MES数据库对扩展系统无论封闭还是只读开放, 扩展系统的操作都不会影响到MES系统数据, 数据安全性无影响, 但只读开放方式要充分考虑数据保密因素, 需要设计相关约束。

3.4.3系统安全。无论哪种取数方式, 在中间库访问MES系统数据库时 (特别是Oracle数据库) 一定会对系统的负荷以及平稳性带来或大或小的影响, 可以通过及时进行数据备份等方式做到风险规避。

总结

经过研究和分析, 可以看出MES系统与扩展系统数据共享具有可行性, ODI工具和物化视图共享方案具有可操作性。同时, 以扩展系统共享需求为导向, 可以更加充分的挖掘MES系统应用需求和应用深度, 促进MES功能的完善和应用水平的提升, 可以预见, MES系统和扩展系统集成共享, 相互促进, 将会提高整个呼和浩特石化生产执行层面信息化系统的应用水平。

参考文献

[1]王帅.以数据库为核心的MES系统框架[J].现代计算机, 2006 (7) .

[2]韩建忠.中国石油总部炼化MES的数据集成[J].数字石油和化工, 2008 (3) .

[3]高跃成, 王连年, 郭西春.炼化企业MES及其异构数据源的完善[J].炼油技术与工程, 2008 (9) .

浅论MES系统监控技术 篇3

生产运行系统 (简称MES系统) 作为中国石油炼油与化工企业核心生产信息系统之一, 有效支撑了地区炼化企业日常生产运行及管理。由于MES系统所具有的数据实时性强、稳定性高、数据量大等特点, 而MES系统的分布式架构给集中式的运维工作带来诸多不便之处, 例如:地区炼化企业发现问题后, 主要采用电话、邮件方式提交到MES技术支持中心, 中心统一进行问题的处理, 所需要的技术支持周期较长、时效性较差, 发现问题不直接, 难以满足总部对信息系统技术支持工作提出的实时监控、及时预警、主动运维的要求[1]。MES技术支持工作客观上需要对地区炼化企业MES软硬件系统进行实时监控, 全面掌握系统运行状况, 发现隐患, 及时预防, 确保系统长期稳定运行。

一、系统分析

用户需求是监控MES系统硬件运行状态、重要软件及服务运行状况和MES实时数据库运行状态, 具体含义如下:

系统硬件:服务器、网络、磁盘阵列等运行状况。

重要软件及服务:操作系统、中间件以及相关服务进程的运行状况。

MES实时数据库:实时数据库PHD Server、实时数据接口RDI运行状况。

如果要实现对MES系统的实时监控, 必须要深入了解MES系统的部署架构和主要技术特征。

1.1 MES系统部署架构。中国石油MES系统架构属于分布式部署, 在全国26 家地区炼化企业分别建立了独立完整的MES系统[2]。如下图所示:

总部和其它公司的用户, 可以通过中国石油主干网直接访问存放在各个地区炼化企业的MES信息, 也可以通过访问总部的MES服务器获得MES信息。

MES系统原则上每台服务器专属一个应用, 服务器涵盖Web表现层、逻辑层和数据层三个层面。其中数据库服务器的存储采用业界先进的SAN方式。使用两台FC交换机, 支持链路负载均衡和故障自动切换。另外, 二级备份采用光纤磁带库方式, 真正做到了LAN-Free的目的[3]。

1.2 MES系统主要技术特征。中国石油MES系统是以Honeywell公司的实时数据库PHD和甲骨文公司的Oracle数据库为底层数据层, 通过应用实时数据库和关系数据库的交互技术来实现的。对外表现层则是部署在Windows IIS上面的wpks WEB页面。

1.2.1 PHD (Process History Database) 。实时数据库是数据库系统发展的一个分支, 它适用于处理不断更新的快速变化的数据及具有时间限制的事务处理。实时数据库是数据和事务都有定时特性或定时限制的数据库, 可以使生产企业操作管理人员能够对生产过程进行实时动态监控与分析, 随时掌握运行状况, 及时发现问题并进行处理。

PHD是由霍尼韦尔公司推出的实时数据库系统 (又称为PHD过程历史数据库) , 作为一个一体化数据库应用平台不仅可以管理实时数据, 还能实现对事件信息, 事务性数据和应用数据的管理。在系统内部实现了实时数据库和关系数据库 (Oracle) 的无缝连接。PHD系统拥有连接多种系统的实时数据库的产品化接口RDI (Real Time Database Interface) , 通过RDI, PHD几乎可以和市面上所有主要的DCS进行数据采集[4]。在采集实时数据的同时, 还能采集非连续的数据, 如化验室的分析数据, 物料的移动数据等。

1.2.2 WPKS (Work Centre Process Knowledge System) 。WPKS是Honeywell生产运行信息的统一浏览发布平台, 利用WPKS平台, 可将PHD数据库中所存储的生产数据, 以多种形式进行展示, 形成多种基于网页的应用。PHD一体化应用平台提供的桌面应用包括基于Web服务器的数据库信息浏览、基于MS Excel的数据分析和报表、基于Power Point的监视和演示分析、基于VB的应用开发和功能强大的趋势分析功能, 方便用户使用和维护。PHD通过与Workcenter PKS的无缝集成, 实现生产信息的Web浏览功能。用于实现信息可视化、监视与分析以及决策支持。WPKS系统管理系统为三层结构 (如图2 所示) , 即数据层、逻辑层和展示层, 具体结构和功能如下:

二、监控技术实现

MES实时监控系统采用代理程序 (Agent) 监控MES系统软硬件状况, 由监控管理服务器实现对代理程序扫描监控及事件处理, 通过WEB服务器实现远程监控、运维支持及MES应用状况考核的集中展示等功能。

MES实时监控平台部署架构图如下:

2.1 系统硬件监控技术。对服务器及网络设备等硬件的监控主要采用SNMP技术, 对磁盘阵列等存储设备的监控主要采用SMI-S技术。

2.1.1 SNMP (Simple Network Management Protocol) 。SNMP (简单网络管理协议) 主要用于监测连接到网络上的设备运行状况, 是Internet协议簇的一部分。SNMP定义了管理实体与被管对象间的通信方法, 自1990 年IETF出台第一个版本SNMP V1 以来, 目前已经发展到了第三个版本。SNMP从推出以来, 就受到了众多厂商的支持, SNMP可管理绝大部分符合Internet标准的设备, 已经成为网络设备监控事实上的标准。SNMP是由应用层协议、数据库模型和一组数据对象构成。SNMP的特点是简单、易实现且成本低[5]。此外, 还具有:“扩展性”——通过定义新的被管对象, 可以方便地扩展管理能力;“健壮性”——即使在被管对象发生严重错误时, 也不会影响管理实体的正常工作。

一个SNMP管理的网络主要由下列三个关键部分组成:

(1) 管理实体 (Managing Entity) 。通常是一个独立的设备, 其上必须装有管理应用程序, 管理员以该应用程序监控被管对象。

(2) 被管对象 (Managed Object) 。连接到网络上的可被SNMP监管的设备, 如服务器、路由器等, 这些设备必须能够接收管理实体发来的信息, 它们的状态也必须可以由管理实体监视。被管对象通过管理信息库 (MIB) 收集并存储管理信息, 并且让管理实体能够通过管理代理获取MIB信息。

(3) 管理代理 (Agent) 。管理代理响应管理实体的请求并进行相应的操作。管理代理控制本地被管对象的MIB信息, 并随时响应管理实体的查询请求。

SNMP提供的主要是被管对象管理信息库 (MIB) 中的信息, MIB是对象的集合, 每个对象是一个数据变量, 代表网络中可以管理的资源和设备。

本系统中主要使用了SNMP提供的三种操作MIB对象的基本指令:Get、Set和Trap。

Get:读取指令, 该指令是从被管对象中获得管理信息的基本方式。

Set:配置指令, 该指令是一个特权命令, 可以通过该指令配置被管对象的运行状态信息。例如:关掉一个端口或清除一个地址解析表中的项等。

Trap:信息上报指令, 管理代理主动向管理实体通报重要事件。该指令告知管理代理如果指定的变量出现变化, 需要向管理实体的162 端口发送消息, 告知管理实体。Trap指令主要用于通告设备出现异常或告警。

2.1.2 SMI-S (Storage Management Initiative Specification) 。SMI-S (存储管理计划规范) 是SNIA (存储网络工业协会) 发起并主导, 众多存储厂商共同参与开发的一种标准管理接口。其目标是在存储网络行业定义一个全新且开放的通用管理接口, 为存储设备和管理软件之间提供标准化的通信方式, 从而使存储管理实现厂商无关性, 提高管理效率、降低管理成本, 促进存储网络的发展[6]。SMI-S定义了端口、HBA、LUN及光纤通道结构配置规范以及硬盘驱动器、磁带库和软件的管理规范, 并确定了备份与磁带库管理的扩展规范。

SMI-S需要在WBEM (基于WEB的企业管理) 和CIM (公共信息模型) 的支持环境中工作, SMI-S代理程序查询设备状态, 从设备提取相关状态数据, 然后将数据发送给请求程序, 其本质上是一个介于管理实体和被管对象之间的中间件。

一个SMI-S管理的存储网络主要由以下部分组成:

(1) 客户端代理 (User Agent) 。客户端代理实现对存储资源的监测、配置和控制等操作, 例如:获得数据路径、映射以及LUN屏蔽、生成卷和为交换式光纤信道分区等功能。

(2) 服务代理 (Service Agent) 。服务代理是实现SMI—S功能需求描述 (SMI—S profile) 的管理实体。

(3) 供应者 (Provider) 。Provider负责被管对象 ( 如存储设备或子系统) 与管理实体之间的信息传递, 它提供了服务器接口和特定资源接口之间的映射关系。

(4) 目录代理 (Directory Agent) 。目录代理登记其管理环境中所有的代理和对象管理器, 为客户端提供服务定位功能。目录代理也可用于存储通用配置、用户凭证和管理策略。

(5) 锁管理器 (Lock Manager) 。提供资源锁定功能, 防止不同厂商的管理工具或访问客户互相干扰。

本系统通过CIMOM (公共信息模型对象管理器) 访问存储网络, 实现对存储CIM库内容的查询, 从而做到定时扫描磁盘阵列状态。

2.2 系统软件和服务监控。对软件和服务的监控主要采用WMI技术定时扫描相关软件或服务的进程[7]。

WMI (Windows Management Instrumentation , Windows管理工具) 是Windows操作系统中管理数据和操作的基础模块, 该模块提供了访问操作系统的一致的模型和框架。可以通过WMI可以访问、配置、管理和监视Windows系统资源, 方便用户对计算机进行管理。

WMI主要由三个部分组成:

(1) WMI提供程序 (WMI Providers) 。WMI提供程序代表应用程序和脚本向WMI托管资源发送请求信息。

(2) 公共信息模型对象管理器 (Common Information Model Object Manager) 。公共信息模型对象管理器是一个描述操作系统构成的对象数据库, 为MMC和脚本程序提供了操作系统构成单元、注册信息、请求传送、远程访问、安全性等公共访问接口。

(3) CIM储存库 (CIM Repository) 。CIM (公共信息模型) 是一个与具体实现无关的、用于描述管理信息的概念性模型。CIM存储库以CIM为模型存储了WMI结构的静态部件: 包括类, 实例和它们的属性。

本系统中主要通过.NET引入System.Management命名空间, 实现了对Windows操作系统下软件和重要服务的扫描。

2.3 实时数据库监控。对MES实时数据库的监控主要是定时扫描Honeywell PHD数据库[8]。

PHD (Process History Database) 实时数据库主要由两个部分组成:

(1) 实时数据接口 (Real-time Data Interface) 。实时数据接口是PHD具有统一的数据采集基础结构的产品化实时接口, 可以不停机长期稳定运行。RDI提供所有主要的DCS连接接口 (如Foxboro I/A、FR Provox、YOKOGAWA Micro XL、OPC服务器等) 。RDI除了能采集实时数据外, 还能采集非连续的数据 (如实验室的分析数据, 物料的移动数据及操作改变等) 。

(2) PHD服务器 (PHD Server) 。PHD Server负责接收来自RDI采集的实时数据, 实现对数据的处理, 并将数据处理后送到数据队列。PHD Server不仅可以管理实时数据, 还能实现对事件信息、事务性数据和应用数据的管理, 在系统内部实现了实时数据库和关系数据库 (Oracle) 的无缝连接。

Honeywell公司提供了相应的动态链接库以访问RDI和PHD Server, 其相应的API分别封装到了phdapi.dll、phdrapi.dll和rdiapi.dll中, 如果需要访问本地PHD Server服务, 则应该使用phdapi.dll, 如果访问远程PHD Server服务, 则应该使用phdrapi.dll, 而访问RDI, 需要使用rdiapi.dll。本系统中主要使用phdrapi.dll和rdiapi.dll, 通过这些动态链接库轻松实现对PHD Server和RDI的访问, 实现对PHD Server状态参数信息与RDI信息的查询。

三、结论

通过对MES系统的运行状态的实时监控, 可以让MES技术支持中心实时了解MES系统运行状况, 提高了系统运维服务质量, 使得MES系统运行更加平稳, 从而进一步深化炼化企业的MES系统运行管理水平。

参考文献

[1]Tom Clark.存储区域网络设计-实现光纤通道和IP SAN的实用指南[M].北京:电子工业出版社, 2005.

[2]张慧成谢向辉存储管理规范SMI-S及其应用研究[J].计算机工程, 2007, 7.

[3]Storage Management Technical Specification (Version 1.6.0, Revision 4) .

[4]李立荣, 张敏, 张建涛.中国石油MES系统中的PHD及其应用[J].数字石油和化工, 2007, 11.

[5]文涛元, 李立荣, 雷荣孝.Honeywell PHD Server客户化开发[J].石油化工自动化, 2006, 5.

[6]Charles Petzold.Windows程序设计[M].北京:清华大学出版社, 2010.

[7]Jeffrey Richter.Windows核心编程[M].北京:机械工业出版社, 2008.