1 引言
企業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)(manufacturing execution system，MES)屬于生產(chǎn)過程與裝備信息化領(lǐng)域，是車間級(分廠級)管控系統(tǒng)，是連接執(zhí)行層(作業(yè)設(shè)備、PCS)與管理層(ERP為代表)的橋梁。MES國際聯(lián)合會(MESA)定義：MES能通過信息傳遞對從訂單下達到產(chǎn)品完成的整個生產(chǎn)過程進行優(yōu)化管理。具體包括資源分配和狀態(tài)管理、工序詳細調(diào)度、生產(chǎn)單元分配、文檔控制、數(shù)據(jù)采集、勞動力管理、質(zhì)量管理、過程管理、維護管理、產(chǎn)品跟蹤管理、性能分析等11大基本功能以及運輸物流、優(yōu)化仿真、能源管理、客戶訂單管理、預(yù)先計劃功能、數(shù)據(jù)倉庫、無線通信與可移動訪問等7大支持功能。依據(jù)企業(yè)生產(chǎn)實際需求不同，各企業(yè)開發(fā)功能模塊各不相同。
甘肅某企業(yè)屬于有色冶煉企業(yè)，公司致力于稀有金屬資源的開發(fā)和二次資源的再生利用2010年實現(xiàn)營業(yè)收入20億元，利潤1億元。2009年以前，生產(chǎn)管理自動化現(xiàn)狀：各生產(chǎn)車間雖然均已具備先進的PCS層控制系統(tǒng)，但各控制系統(tǒng)相互獨立，生產(chǎn)信息分散；電話調(diào)度模式，信息傳遞滯后，生產(chǎn)數(shù)據(jù)人工核算、抄表統(tǒng)計為主，執(zhí)行效率質(zhì)量較低。
企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大、經(jīng)濟效益及行業(yè)地位的不斷提升，迫切需要采用兩化先進技術(shù)不斷提高勞動生產(chǎn)率，完善規(guī)范化扁平化管理，提升企業(yè)核心競爭實力。
2009年筆者所在團隊著手負責該企業(yè)MES整體規(guī)劃建設(shè)項目，該項目通過高速局域網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)各級生產(chǎn)管理部門對生產(chǎn)過程狀態(tài)信息的監(jiān)控。建立生產(chǎn)指揮中心，通過對各車間生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的實時采集和歷史存儲，將使整個公司的生產(chǎn)管理部門能夠?qū)崟r監(jiān)控生產(chǎn)現(xiàn)狀，追溯生產(chǎn)歷史，并可通過Internet/Intranet方式實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)的遠程監(jiān)管。同時開發(fā)企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度管理軟件。建立以生產(chǎn)運行管理為核心，以數(shù)據(jù)集成平臺為支撐，集物料信息管理，設(shè)備運行管理，生產(chǎn)運行管理和質(zhì)量管理等為一體的生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)(MES)。
2 設(shè)計要求
·系統(tǒng)功能滿足用戶實際需求。涵蓋系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)、組織機構(gòu)、用戶管理、物料數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)、金屬平衡數(shù)據(jù)、庫房數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)、日志事件數(shù)據(jù)、產(chǎn)銷存數(shù)據(jù)、客戶關(guān)系數(shù)據(jù)、銷售數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及反映它們各自關(guān)系的相關(guān)數(shù)據(jù)。
·數(shù)據(jù)存取具備較高的安全性。存儲數(shù)據(jù)為企業(yè)核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，必須具備較高的安全存儲及災(zāi)難恢復(fù)等級。
·較滿意的訪問速度。生產(chǎn)數(shù)據(jù)存儲量大，對數(shù)據(jù)庫性能有較高要求。必須從數(shù)據(jù)庫選型與技術(shù)手段多方面保證數(shù)據(jù)存取的訪問速度。
·適當?shù)娜嵝�。用戶需求只能隨系統(tǒng)運行逐步明確，后期變化可能性較大。同時考慮后期企業(yè)EMS、ERP、CRM等系統(tǒng)接入問題，系統(tǒng)應(yīng)具備一定的柔性及可拓展能力，數(shù)據(jù)字典定義合理。
3 關(guān)鍵性問題及設(shè)計思路
依據(jù)項目實際情況，主體數(shù)據(jù)庫采用企業(yè)級Oracle9i關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，同時用戶管理采用基于SQLServer的MicroSoft MemberShip管理機制。系統(tǒng)采用原型開發(fā)模式，靈活應(yīng)對變化。
數(shù)據(jù)庫柔性設(shè)計；數(shù)據(jù)操作CRUD及統(tǒng)計在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部完成，系統(tǒng)只負責存�。粩�(shù)據(jù)存取訪問速度；
1、數(shù)據(jù)安全性
①登陸賬號與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分開，分別采用SQLServer和Oracle9i關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。登錄系統(tǒng)采用基于MicroSoft Membership Provider的安全存儲機制。相關(guān)部分的數(shù)據(jù)庫設(shè)計參考MemberShip建議規(guī)范。
②系統(tǒng)采用B/S瘦客戶端三層架構(gòu)，選用服務(wù)器端程序開發(fā)語言及工具，同時服務(wù)器端程序與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)分開存放在兩臺服務(wù)器上，隔離其他非系統(tǒng)使用訪問，用戶只能通過服務(wù)器端程序訪問數(shù)據(jù)庫。
③數(shù)據(jù)庫訪問SQL語句盡量不在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，數(shù)據(jù)庫操作在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部完成(可封裝在PL/SQL程序中)。這樣數(shù)據(jù)庫的訪問，只是調(diào)用相應(yīng)的存儲過程，提高了網(wǎng)絡(luò)安全性。
2、訪問速度保證
①CRUD、常用統(tǒng)計、分頁語句、視圖查詢等數(shù)據(jù)庫操作PL/SQL程序封裝，降低網(wǎng)絡(luò)傳輸量的同時，提高批處理執(zhí)行能力。
②為耗時較多的大數(shù)據(jù)量計算編寫觸發(fā)器及相應(yīng)PL/SQL程序，選擇服務(wù)器閑時自動統(tǒng)計的方式。這樣用戶調(diào)用時，就不用再耗費臨時計算的時間了。
③為報表數(shù)據(jù)建立臨時表，需要調(diào)用時，將相應(yīng)數(shù)據(jù)先存至臨時表中，然后再統(tǒng)一發(fā)送至報表應(yīng)用程序中。減少網(wǎng)絡(luò)交互數(shù)據(jù)量，提高用戶體驗。
④為Oracle數(shù)據(jù)庫配置4G以上內(nèi)存，改善數(shù)據(jù)庫運行性能。
⑤在檢索數(shù)據(jù)時，多使用限制條件，明確查詢信息，提高命中率，改善存取性能。
3、適當?shù)娜嵝?/strong>
①數(shù)據(jù)庫模塊化設(shè)計，層次化，降低耦合性。每個功能做成單一模塊，模塊內(nèi)緊耦合，模塊間松散耦合。適當?shù)臄?shù)據(jù)冗余，減少表之間過度的關(guān)聯(lián)性。
②基礎(chǔ)常量字段采用Sequence自增序列方式建表，便于自拓展。
③部分表存在需求不確定性，設(shè)計時適當預(yù)留數(shù)據(jù)位，方便以后增加新的功能。
④使用PowerDesigner、Toad、StarUML等快速建模工具，做好數(shù)據(jù)庫設(shè)計思想及建庫代碼的備份，同時定期備份數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，便于快速恢復(fù)及更新數(shù)據(jù)庫。
4 數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)設(shè)計
在明確設(shè)計思路及方法后，我們嚴格依據(jù)數(shù)據(jù)庫設(shè)計一般原則及項目特點，進行了數(shù)據(jù)庫的整體規(guī)范化設(shè)計。主要分為表結(jié)構(gòu)及其關(guān)聯(lián)，視圖、存儲過程、觸發(fā)器等幾個主要方面。
涉及基礎(chǔ)物料的表有Tag(物料編號表)、Unit(物料單位表)、Section(物料階段表，原料、產(chǎn)品、中間料等)、Category(物料類別表)、State(物料狀態(tài)表)、Frequency(統(tǒng)計頻次表)、Statype(統(tǒng)計類型表)等。涉及化驗指標的表有Quatity(指標編碼表)、Q_unit(指標單位表)、Quacat(指標類別表)、Specifica(合格標準表)、Operator(操作符號表)等。其他關(guān)聯(lián)表還有Deptaginfo(部門車間物料信息表)、Deptagqua(部門車間指標信息表)、Quarecord(指標數(shù)據(jù)記錄表)、Tagrecord(物料數(shù)據(jù)記錄表)等。Deptaginfo表與Deptagqua表定義特定機構(gòu)的物料及化驗指標數(shù)據(jù)字典，與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表存在多項關(guān)聯(lián)，方便減少冗余數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)唯一性。Tagrecord表與Quarecord表讀取操作頻繁，而且隨日積月累數(shù)據(jù)行數(shù)量較大，應(yīng)盡量較少此類表查詢關(guān)聯(lián)，適當增加字段冗余。同時為常用查詢功能建立關(guān)聯(lián)視圖，提高訪問效率。
5 存儲過程設(shè)計
數(shù)據(jù)庫表空間的CRUD(創(chuàng)建、檢索、更新、刪除)操作，分頁操作，自動統(tǒng)計(年、月、日頻次。求和、求平均、最大、最小、方差、盤庫等方式)等操作，統(tǒng)一封裝在PL/SQL存儲過程中，這樣不需要在程序中傳遞SQL語句。客戶端調(diào)用時，只需要程序傳遞至Oracle數(shù)據(jù)庫相應(yīng)的存儲過程名及運行參數(shù)信息，PL/SQL程序就會自動以批處理的執(zhí)行速度進行數(shù)據(jù)庫操作，并將操作結(jié)果統(tǒng)一發(fā)送至應(yīng)用程序。這樣，網(wǎng)絡(luò)交互次數(shù)及數(shù)據(jù)量大大減少，最大限度降低網(wǎng)絡(luò)傳輸冗余信息量。同時對于問題查找和后期維護都帶來方便。
僅以通過物料類別ID查找部門物料信息的PL/
這樣，應(yīng)用程序傳遞給數(shù)據(jù)庫的參數(shù)就只有PL/SQL程序名及p_CAT_ID一個參數(shù)，數(shù)據(jù)庫處理后，就可以直接將查詢結(jié)果返回給應(yīng)用程序。數(shù)據(jù)交互變得簡單和高效率。筆者在該項目中，共建立了400多個不同功能的PL/SQL存儲過程序。降低了持久化層應(yīng)用程序與底層數(shù)據(jù)庫之間的耦合關(guān)系，使持久化層的編寫以及數(shù)據(jù)訪問、調(diào)用關(guān)系變得明了，簡單。其他PL/SQL程序類似，不在贅述。
6 觸發(fā)器設(shè)計(上圖、上代碼)
對于某些耗時較多的大數(shù)據(jù)量處理任務(wù)，各自采用具備針對性的技術(shù)手段。例如大數(shù)據(jù)量報表檢索交互處理采用臨時表空間的方式，而大數(shù)據(jù)量計算統(tǒng)計處理，在項目中采用設(shè)計觸發(fā)器程序，并設(shè)定服務(wù)器閑時自動執(zhí)行計算的方式進行處理。這樣，客戶端訪問較為頻繁的時候，盡量使數(shù)據(jù)庫服務(wù)器資源僅供數(shù)據(jù)交互使用，降低服務(wù)器負載。而在基本無用戶訪問需求的時間段(比如凌晨)，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器在進行相應(yīng)的自計算、自統(tǒng)計處理，合理高效利用服務(wù)器資源。
僅以庫房自動盤點程序為例，首先將相應(yīng)分操作設(shè)計為不同的PL/SQL程序。例如DAILY_CLEAR STORE(V_DATE)負責進行每日庫存增量計算，MONTH_CLEAR_STORE(V_DATE，V_STARTDAY)負責進行每月庫存凈增量計算，MONTHTONOW_CLEAR_STORE(V_DATE,V_STARTDAY)負責進行月初至今庫增量計算，YART_CLEAR_CLEAR_STORE(V_DATE，V_STARTDAY)，STORE_BALANCE(V_DATE，V_STARTDAY)負責將最終庫存盤點的結(jié)果寫會數(shù)據(jù)庫指定位置，供用戶調(diào)用。然后指定一段存儲過程統(tǒng)領(lǐng)這些PL/SQL程序段執(zhí)行數(shù)據(jù)及參變量。
然后就可以設(shè)定觸發(fā)器JOB程序定時調(diào)用DailyJob存儲過程程序。
這樣，每日凌晨四點，觸發(fā)器便可以自行調(diào)用相應(yīng)的存儲過程，在用戶早晨上班前，將需要處理的大量統(tǒng)計數(shù)據(jù)計算生成完畢，供用戶快速調(diào)用查看，從而滿足用戶對于較快人機交互體驗的需求。
7 實施效果
在該系統(tǒng)研發(fā)過程中，數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)合理，各模塊分工明確，有較好的可拓展性，滿足了原型化開發(fā)過程中，用戶需求的易變性與系統(tǒng)開發(fā)的連續(xù)性、穩(wěn)定性，收到較好效果。目前該項目已通過驗收，在數(shù)據(jù)安全性、系統(tǒng)穩(wěn)定性、訪問速度等方面用戶使用效果良好，項目團隊正在就進一步的推廣應(yīng)用總結(jié)經(jīng)驗，以期更好的貼合用戶實際需求，最大限度滿足企業(yè)用戶的需求。
8 結(jié)束語
當今企業(yè)越來越多的意識到企業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)MES實施對于企業(yè)發(fā)展、扁平管理和效益提升的重要性與必要性。本文以實際MES項目為例，著重闡述了相關(guān)項目中關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計的若干思路及解決辦法。存在較好的通用性和行業(yè)推廣價值，有著一定的實施借鑒意義。
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本文標題：有色冶化企業(yè)MES軟件開發(fā)中數(shù)據(jù)庫設(shè)計與應(yīng)用
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