現(xiàn)代國內(nèi)企業(yè)信息化建設(shè)逐漸向管控一體化目標邁進。有色企業(yè)的管控一體化總體結(jié)構(gòu)可以分成ERP(企業(yè)資源企劃)層、MES(生產(chǎn)過程制造執(zhí)行系統(tǒng))層、PCS(過程控制系統(tǒng))層3層體系結(jié)構(gòu)。其中，MES層起到承上啟下的關(guān)鍵作用，它提供為優(yōu)化從訂單投入到產(chǎn)品完成的生產(chǎn)活動所需的信息，運用及時、準確的信息，指導、啟動、響應(yīng)并記錄工廠活動，從而能夠?qū)�條件作出快速的響應(yīng)，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(tǒng)形成具有合力的整體。

    某企業(yè)為省部級重點有色加工企業(yè)，已經(jīng)形成以新能源材料、電子信息材料、功能結(jié)構(gòu)材料為主要特色，集技術(shù)開發(fā)與集成、新產(chǎn)品研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化為一體的產(chǎn)業(yè)基地。

    企業(yè)發(fā)展規(guī)模的不斷壯大與經(jīng)營范圍的日益拓展，對企業(yè)整體信息化水平提出了更高要求。各車間內(nèi)部雖已具備PLC/DCS自控系統(tǒng)，但車間之間生產(chǎn)信息孤立，形成孤島。生產(chǎn)信息的傳遞，生產(chǎn)調(diào)度的指揮管控主要為傳統(tǒng)的電話、人工、紙質(zhì)模式。生產(chǎn)信息化的現(xiàn)狀已無法滿足業(yè)務(wù)發(fā)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(zhàn)略性問題，非常有必要研發(fā)一套具備生產(chǎn)實時監(jiān)控與調(diào)度等功能的生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)，為公司的管理和決策提供真實、準確、及時的參考信息。應(yīng)該企業(yè)要求，筆者所在單位承擔了該企業(yè)生產(chǎn)信息化項目建設(shè)的整體規(guī)劃與具體實施。

1 項目目標

    通過高速局域網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)各級生產(chǎn)管理部門對生產(chǎn)信息的監(jiān)控。建立生產(chǎn)指揮中心，以生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(實時、關(guān)系)為支撐，通過對各車間生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實時采集和歷史存儲，實現(xiàn)生產(chǎn)信息的集成共享，并對生產(chǎn)中產(chǎn)生的動態(tài)海量數(shù)據(jù)進行長周期保存和多手段呈現(xiàn)，建立生產(chǎn)實時監(jiān)控系統(tǒng)。同時，開發(fā)生產(chǎn)調(diào)度管理軟件。以生產(chǎn)運行管理為核心，以基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)集成平臺為支撐，存儲并管理生產(chǎn)過程歷史數(shù)據(jù)以及生產(chǎn)計劃、物料消耗、產(chǎn)品質(zhì)量、庫房盤點、金屬平衡等數(shù)據(jù)，與實時監(jiān)控系統(tǒng)一起，構(gòu)建集物料管理、生產(chǎn)運行管理、質(zhì)量管理等為一體的生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)(MES)。系統(tǒng)總體架構(gòu)，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

    建設(shè)目標包括：

    ①基礎(chǔ)設(shè)施：設(shè)計建設(shè)具備管理與控制網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)據(jù)傳遞以及數(shù)據(jù)庫集成功能，可靠的生產(chǎn)數(shù)據(jù)集成信息通道。

    ②實時監(jiān)控：建設(shè)跨流程多控制系統(tǒng)的生產(chǎn)信息集成。建設(shè)生產(chǎn)車間及其輔助流程的實時數(shù)據(jù)共享平臺，實現(xiàn)生產(chǎn)實時信息集成共享，并開發(fā)實時監(jiān)控平臺，實現(xiàn)客戶端模式下的圖形化實時監(jiān)控平臺，為調(diào)度指揮中心提供直觀、全面、準確、及時的生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)。

    ③調(diào)度管理：設(shè)計研發(fā)生產(chǎn)調(diào)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(chǎn)品質(zhì)量等進行集成管理。

    ④數(shù)據(jù)支撐：為上層管理系統(tǒng)ERP、CRM等提供基礎(chǔ)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息。

2 網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計

    網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是企業(yè)生產(chǎn)信息化系統(tǒng)的基礎(chǔ)和載體，通過建立生產(chǎn)管理監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，以實時數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)支撐，集成各車間的生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程信息的集成與共享；以關(guān)系數(shù)據(jù)庫為平臺，存儲并管理生產(chǎn)計劃等生產(chǎn)經(jīng)營管理數(shù)據(jù)，與實時數(shù)據(jù)庫一起構(gòu)建企業(yè)生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

    2.1 數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

    數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)設(shè)計采用星型拓撲結(jié)構(gòu)，將各車間的DCS操作站通過集線器匯聚至對應(yīng)車間的數(shù)采機，數(shù)采機進行網(wǎng)絡(luò)隔離后連接中心交換機，從而構(gòu)成星型樹的拓撲結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示：

圖2 數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

    2.2 實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計

    實時數(shù)據(jù)庫就是數(shù)據(jù)和事務(wù)都有硅式實時限制的數(shù)據(jù)庫，在時間的約束條件下保證共享數(shù)據(jù)的一致性，數(shù)據(jù)的正確性不僅依賴于邏輯結(jié)果，而且依賴于邏輯結(jié)果的產(chǎn)生時間和導出結(jié)構(gòu)所使用數(shù)據(jù)的時間一致性。

    根據(jù)在工業(yè)自動化領(lǐng)域的經(jīng)驗及項目實際情況，充分利用之前已購買的數(shù)據(jù)庫平臺——北京三維力控pSpace5.0企業(yè)級實時歷史數(shù)據(jù)庫，只對其進行必要的升級即可滿足本項目的應(yīng)用需求，即節(jié)約了資金又避免了重復投資。

    pSpace企業(yè)級實時歷史數(shù)據(jù)庫為完全的分布式結(jié)構(gòu)。支持C/S和B/S應(yīng)用；可提供豐富的企業(yè)級信息系統(tǒng)客戶端應(yīng)用和工具；大容量支持企業(yè)級應(yīng)用，內(nèi)部實現(xiàn)高數(shù)據(jù)壓縮率，可實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的大量存儲。

    2.3 關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計

    關(guān)系數(shù)據(jù)庫就是基于關(guān)系模型的數(shù)據(jù)庫，它是當前應(yīng)用最廣、技術(shù)最成熟的一種數(shù)據(jù)庫，也是目前各類數(shù)據(jù)庫中最重要、最流行的數(shù)據(jù)庫。

    在開發(fā)的系統(tǒng)中，關(guān)系數(shù)據(jù)庫的主要功能是：①存儲生產(chǎn)數(shù)據(jù)；②為系統(tǒng)提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源；③保證數(shù)據(jù)的一致性和準確性；④為數(shù)據(jù)的后續(xù)應(yīng)用提供保障。本方案中采用的關(guān)系數(shù)據(jù)庫是功能強大的企業(yè)級關(guān)系型數(shù)據(jù)庫引擎Oracle9i。

3 調(diào)度管理軟件設(shè)計

    3.1 軟件功能設(shè)計

    依據(jù)實施規(guī)劃及需求方要求，除組織機構(gòu)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(chǎn)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(chǎn)日常維護。物料及化驗指標指派等。

    ③生產(chǎn)數(shù)據(jù)錄入。生產(chǎn)計劃與實績錄入。物料投入、產(chǎn)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(chǎn)數(shù)據(jù)查詢依不同檢索條件(物料名稱、錄入頻次、類別、狀態(tài)、部門、時間、時間段、統(tǒng)計類型、批號等)實現(xiàn)自動檢索；依不同排序規(guī)則實現(xiàn)自動排序。

    ⑤質(zhì)量數(shù)據(jù)管理。首先建立全局質(zhì)量指標庫，完善數(shù)據(jù)統(tǒng)一與共享，其次設(shè)計實現(xiàn)質(zhì)檢數(shù)據(jù)與物料實體的靈活匹配，然后開發(fā)質(zhì)檢數(shù)據(jù)人工錄入界面�？紤]需求的多樣化，采用多種數(shù)據(jù)呈現(xiàn)方式與查詢方式。實現(xiàn)質(zhì)檢報表的在線瀏覽與數(shù)據(jù)下載。

    ⑥金屬平衡管理。物料的收入、付出、結(jié)存按日期檢索錄入、數(shù)據(jù)自動顯示、統(tǒng)計計算等功能。應(yīng)用戶對該類數(shù)據(jù)的要求，數(shù)據(jù)一經(jīng)確認，便永久保存、不得更改。

    ⑦設(shè)備運行管理。設(shè)備實時監(jiān)控與設(shè)備運行維修管理等。

    ⑧生產(chǎn)庫存盤點。生產(chǎn)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(gòu)設(shè)計

    軟件架構(gòu)采用基于MVC架構(gòu)的拓展N-Tier流行架構(gòu)模式。將傳統(tǒng)MVC 3層架構(gòu)細化為界面顯示層—WebUI層—業(yè)務(wù)邏輯層—實體層—數(shù)據(jù)訪問抽象工廠層—數(shù)據(jù)訪問實現(xiàn)層等N-Tier架構(gòu)。較之傳統(tǒng)三層架構(gòu)，較好地降低了系統(tǒng)耦合性，簡化了體系開發(fā)難度，提高了系統(tǒng)安全性、易用性、可拓展性，更適合于團隊協(xié)作開發(fā)模式。詳細架構(gòu)如圖3所示。

圖3 軟件架構(gòu)設(shè)計模式示意圖

    3.3 開發(fā)工具選擇

    實時數(shù)據(jù)庫選用三維力控pSpace，軟件開發(fā)平臺選用基于.net Framework框架平臺，歷史及關(guān)系數(shù)據(jù)庫選用Oracle9i數(shù)據(jù)庫平臺；開發(fā)工具選用Star UML系統(tǒng)建模、Power Designer數(shù)據(jù)庫建模、Visual Studio 2008集成環(huán)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(yè)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(guī)范進行。采取總體規(guī)劃、分步實施的原則，由信息系統(tǒng)項目管理師指定詳細建設(shè)計劃，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計師規(guī)劃總體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，系統(tǒng)分析師制定軟件需求、架構(gòu)及詳細設(shè)計計劃。詳細實施步驟包括網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實施、實時監(jiān)控系統(tǒng)實施、生產(chǎn)調(diào)度軟件開發(fā)、系統(tǒng)功能整體測試、系統(tǒng)試運行與用戶培訓直至產(chǎn)品正式交付用戶使用。整個系統(tǒng)建設(shè)用時13個月，企業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋所有生產(chǎn)車間及輔助工藝，完成各車間約2萬個實時位號數(shù)據(jù)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(chǎn)品。

5 實施效果

    系統(tǒng)交付至今，運行情況穩(wěn)定，數(shù)據(jù)采集準確率達100％。大計算量數(shù)據(jù)統(tǒng)計操作在用戶訪問量低的凌晨時間由系統(tǒng)自動處理完成。數(shù)據(jù)響應(yīng)時間5s以內(nèi)，報表在線生成時間5s以內(nèi)。

    系統(tǒng)投運后，實現(xiàn)了生產(chǎn)信息實時共享與各車間調(diào)度相互協(xié)調(diào)。為生產(chǎn)調(diào)度管理提供了準確及時的過程工藝參數(shù)和關(guān)鍵生產(chǎn)數(shù)據(jù)。綜合查詢及各類生產(chǎn)報表的應(yīng)用，改變了舊有生產(chǎn)管理模式，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)一次采集，全廠共享。保證了數(shù)據(jù)準確性和及時性。為企業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)綜合分析、全局決策提供了重要的數(shù)據(jù)依據(jù)。減輕了操作下及生產(chǎn)調(diào)度的勞動強度，極大提高了生產(chǎn)管理效率，具有良好的經(jīng)濟、社會效益與推廣前景。

6 結(jié)語

    本系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用，大大增強了企業(yè)生產(chǎn)管理水平，優(yōu)化了生產(chǎn)操作，提高了生產(chǎn)能力、降低了生產(chǎn)成本、產(chǎn)生良好的經(jīng)濟與社會效益，所采用的技術(shù)路線及關(guān)鍵問題的處理具備一定行業(yè)特點及通用性，具有較好的參考借鑒意義及應(yīng)用推廣價值。

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本文標題：有色企業(yè)生產(chǎn)信息化系統(tǒng)研究與實施

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