CN101964081A - 基于工厂管理基础架构平台的生产信息系统 - Google Patents

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CN101964081A CN2010102792740A CN201010279274A CN101964081A CN 101964081 A CN101964081 A CN 101964081A CN 2010102792740 A CN2010102792740 A CN 2010102792740A CN 201010279274 A CN201010279274 A CN 201010279274A CN 101964081 A CN101964081 A CN 101964081A
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何煦春
陈进
丁涛
李伟
马平
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Abstract

本发明提出一种工厂管理基础架构平台及其应用系统,包括多个通信接口、I/O采集服务器、IAS应用服务器、IAS IDE、监控画面设计器、过程统计分析系统、生产数据库、业务模型库、业务服务器、业务IDE、生产工艺监控系统、实时数据分析查询系统、设备运行管理系统、质量检验管理系统、能源计量管理系统、生产报表管理系统、生产数据统计管理系统和生产台帐管理系统。本发明具有应用系统功能强大、在有色冶炼行业代表性的特点。

Description

基于工厂管理基础架构平台的生产信息系统
技术领域
本发明涉及冶金技术领域,特别涉及一种基于工厂管理基础架构平台的生产信息系统。
背景技术
提起生产管控信息系统不得不提到制造执行系统(Manufacturing Execution System,MES),它是上个世纪80年代在制造业兴起的一种新型的企业生产管理系统。MES是现代集成制造系统(CIMS)的关键,在企业资源计划ERP和过程控制系统PCS层中间,起到了承上启下的核心作用。MES系统融合了先进的信息技术和网络技术,为实现敏捷制造和网络制造提供了先进的信息处理平台。MES系统主要完成原来属于车间管理级和工厂管理级的任务,根据国际MES协会MESA的定义,MES系统的主要功能包括11个方面:资源配置与状态跟踪、工序/细节调度、生产计划和调度、文档控制、数据采集/获取、人力资源管理、)质量管理、过程管理、维护管理、产品跟踪与记录、性能分析。
然而由于冶金行业的特殊性,由于以下几方面的原因目前已有的生产信息系统不能很好的应用在冶金行业中。
1、冶炼企业的生产属于流程型工业,生产的显著特点是产品单一、生产流程固定、连续无间歇生产。由于生产管理信息系统与企业的生产流程密切相关,企业与企业之间生产设备、工艺流程千差万别。
2、系统数据量大,数据格式多样,数据流动转换过程复杂。
3、各个分支机构,如技术监督处及各个分厂的日常数据量十分庞大,数据转换过程比较复杂,如总调中心的生产经营日报中的数据,有些是来自各个分厂,有些来自技术监督处,并且来自分厂和技术监督处的数据已经经过了多次的数据转换和汇总,而这些数据的起始来源大部分为生产自动控制系统。因此,而目前的生产信息系统无法应对这种复杂的数据转换,不具有数据提取、集成、过滤、分级汇总等功能。
4、业务流程复杂多样。在冶金工厂中,有些数据表格一次提交就可网上公布,有些业务数据必须经过提交、网上流转、审批、确认,然后公布。如生产计划信息系统中,一般来说各个分厂都可以按照月计划、季度计划、年计划的流程运行,但是锌合金分厂的生产是按订单走,是临时性的随机计划,需要解决生产进度、排产等问题。因此,目前的系统不能够应对这种业务流程的复杂性要求。
5、在目前系统实施的过程中,往往存在需求变更,如组织机构的更改、人员的变动、业务流程的改变、设备改动等,甚至细微的报表格式内容的更改都会给系统的应用设置障碍,使用户感到不便,甚至使用户对系统失去信心。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一,特别提出了一种工厂管理基础架构平台及其应用系统。
为达到上述目的,本发明一方面提出一种工厂管理基础架构平台及其应用系统,包括:多个通信接口,多个客户端以及各个设备的DCS和PLC通过所述多个通信接口接入所述工厂管理基础架构平台;I/O采集服务器,所述I/O采集服务器与所述多个通信接口相连,采集各个设备及工艺的运行状况,并将生产数据库和业务模型库的内容提供给客户端以及接收所述客户端的指令;IAS应用服务器,所述IAS应用服务器与所述I/O采集服务器、IAS IDE、过程统计分析系统和生产数据库相连;IAS IDE,所述IAS IDE与监控画面设计器和过程统计分析系统相连,一个或多个应用系统通过所述IAS IDE接入所述工厂管理基础架构,且PCS集成工程师通过所述IAS IDE接入所述工厂管理基础架构;监控画面设计器,用于为各个应用系统提监控画面,所述监控画面设计器与生产数据库相连;过程统计分析系统,所述过程统计分析与生产数据库相连;生产数据库,用于存储生产数据;业务模型库,用于存储业务模型;业务服务器,所述业务服务器分别与所述生产数据库和所述业务模型库相连;业务IDE,所述业务IDE与所述业务服务器相连,开发工程师通过所述业务IDE接入所述工厂管理基础架构;和多个应用系统。
在本发明的一个实施例中,所述多个应用系统包括生产工艺监控系统、实时数据分析查询系统、设备运行管理系统、质量检验管理系统、能源计量管理系统、生产报表管理系统、生产数据统计管理系统和生产台帐管理系统。
在本发明的一个实施例中,所述工厂管理基础架构平台的系统软件采用美国Wonderware公司的生产管理软件软件平台及起步软件公司的Business X3开发平台,其中,工业应用系统软件平台为Industrial Application Server,生产过程监控软件为InTouch,实时工业关系数据库为Industrial SQL Server,客户端工具为Active Factory,管理信息系统开发环境为Business X3 Studio,管理信息系统应用服务器软件为BusinessX3 Server,数据库软件为Microsoft SQL Server 2005。
在本发明的一个实施例中,所述业务模型包括数据层、信息层、资源层、功能层、组织层和流程层。
在本发明的一个实施例中,其中,所述数据层负责将物理数据库映射到业务模型中,为业务模型的其他更高层次提供存取访问数据的统一接口,所述信息层通过所述数据层从物理数据库中获取数据,并且根据实际应用对这些数据进行组织,定义企业具体功能活动执行过程中的输入、输出数据以及这些数据之间的逻辑关系,所述资源层包括企业的设备、厂房、动力供应、运输设备、原材料以及相应的计算机软硬件资源,所述功能层构建于信息层之上,所述组织层由一系列层次化的组织单元构成,每一个组织单元属于某一个层次,对其下一层次的组织单元具有管理职责与权限,并对上一层次的组织单元负责,以形成企业的组织结构树,所述流程层构建于功能层和组织层之上,由功能层上业务功能组成业务流程,以在流程中定义各个功能环节之间的规则。
在本发明的一个实施例中,所述业务模型包括数据模型、信息模型、功能模型、业务流程模型和组织机构模型。
在本发明的一个实施例中,所述实时数据分析查询系统包括地磅称重采集和分析系统、生产数据查询分析系统。
在本发明的一个实施例中,所述质量检验管理系统和能源计量管理系统以实验室化验分析和能源计量为核心,包括计控分析、检验分析、分析信息、质管信息和统计信息。
在本发明的一个实施例中,所述生产数据统计管理系统包括分厂生产调度管理系统、总调中心生产调度管理系统和生产统计信息系统。
本发明的工厂管理基础架构平台具有以下特色。
1、降低开发维护成本
本发明的工厂管理基础架构平台具有组件的分布式体系结构,由于利用了可重用的应用对象或业务模型,可以方便地建立、复制和组合应用,所以可以显著地降低工程开发成本,减少工程组织和部署成本,减少系统启动时间和风险。同时,基础架构平台具有远程应用部署和维护、在线升级和扩充、远程系统诊断、以及变化传播的能力,因此,平台的建立可以降低维护成本,同时延长系统的使用寿命。
2、管理业务全面集成
企业的核心是业务,企业信息化的核心是业务系统。基础架构平台的建立使得冶炼厂可以将生产中的各种业务系统进行统一规划、高度集成。
1)利用平台,企业能够设计开发出满足适合自身业务需求特点应用系统。
业务集成除了能够简单集成现有应用,更主要的是着眼未来,保证新的应用系统能够有机融入到原有集成体系中,能够对应新的系统,在统一平台基础之上进行设计、构建、调整维护和持续完善。否则,就会变成一个新的应用孤岛,企业不断投入,仍然无法走出“集成-再集成”的怪圈。
2)利用平台,企业可以完全掌控自己的信息化过程。
考虑到企业的需求和发展实际,企业不能仅仅等待业务集成实施的结果,还能对整个过程进行控制和管理。
3、系统建设随需而变
企业信息系统是动态变化、持续完善的系统,随需而变是信息化建设的最高标准。目前主流的各种软件开发工具和大部分的软件开发商都可以做到根据企业个性化的需求进行定制,但是建成的系统只能适应企业短期内的业务管理,缺乏对企业业务的发展和变动进行灵活的调整能力。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1为Wonderware Factory Suite A2的系统架构;
图2为本发明实施例的Factory Suite A2应用系统的计和实现流程;
图3为本发明的业务模型的层次结构图;
图4为本发明实施例的业务流程体系结构;
图5为本发明实施例的基于业务架构平台的开发过程示意图;
图6为本发明实施例的工厂管理基础架构平台的软件结构配置图;
图7为本发明实施例的工厂管理基础架构平台内部数据处理过程图;
图8为本发明实施例的生产管理信息系统功能结构图;
图9为本发明实施例的技术监督信息管理系统功能结构图;
图10为本发明实施例系统的主要功能;
图11为本发明实施例的工厂管理基础架构平台及其应用系统的典型应用。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能解释为对本发明的限制。
自20世纪80年代以来,DCS全面取代常规仪表控制,已经被广泛应用于冶炼、冶金等工业领域,是这些工业领域新建和改建生产过程自动控制系统的首选技术。DCS技术已经为现代工业和自动化技术的发展做出了突出贡献,显著提高了企业生产的自动化程度和生产效率。但是,在DCS技术形成和发展过程中,DCS厂家普遍结合控制系统的要求和工程实践,采用和设计了自己专有的控制网络技术,这导致难以实现不同厂家控制设备的开放的系统集成,形成“自动化信息孤岛”,系统内大量有用信息难以有效获取并实现开放共享。
再有,企业在信息化建设中的信息系统由于缺乏统一规划、组织和协调,各个子系统大多处于各自为政、各行其是的状态,有很多本来可以共享的产品数据,必须多次重复录入,不仅造成大量的人力浪费,同时也是造成各个系统数据不一致的主要因素。各种系统中的模块所具有的功能可能是相同的,但是在不同的系统中扮演的角色不同,发挥不同的作用。但是如果我们想把他们集成起来的话,那么我们就必须在各个系统中独立的进行录入。从而很容易造成数据重复或不一致,形成“管理信息系统信息孤岛”。
传统的冶炼企业信息系统是由职能分割的模块组成的,内部信息共享受到严格的限定,以至于企业的信息管理活动基本上局限于不同的“孤岛”内,与该信息表层结构相对应的传统的冶炼信息系统结构也是一种孤岛模式的结构,彼此之间缺乏全面的信息联系,为企业进一步的信息化建设造成很大障碍。
基于以上考虑,企业信息化项目的实施必须该彻底摆脱基于纯技术层面的系统构建方式,探求一种基于业务和管理层面的方式来构架和集成企业的信息系统。因此,本发明为了消除冶炼企业信息化建设中的这两类信息孤岛,采用平台化的策略,针对企业信息系统中具有体系性的、普遍性的问题来确定总体解决方案,并基于业务导向和驱动的架构来理解、分析、设计、构建、集成、扩展、运行和管理信息系统。
本发明参考目前国内外的各种平台型产品,解决自动化数据集成比较好的产品为美国WonderWare公司推出的ArchestA技术架构的Factory Suite A2套件产品,而用于管理信息系统比较好的平台化产品是中国起步软件公司的基于业务架构平台的JustepBusiness X3业务协同开发平台。
这两种平台的共同特点是将复杂的系统分层,是分层理论在研发软件系统中的具体应用,并由此找到了开发中标准化与个性化之间恰当的契合点。其主导设计思想是以客户为中心,追求的是快速适应用户的需求变化,这两种产品的构架非常灵活,在保证主体框架不变的前提下,用户可以很方便地对系统进行改动。
而且,本发明设计过程中采取了一系列的技术简化手段,使用户在二次开发或配置时,可大大缩短周期和降低成本。另外,该类软件还具有开放的体系,它可以充分容纳多种管理组件,甚至设计有自己的二次开发语言,如Factory Suite A2采用QuickScript.Net脚本语言,Justep Business X3采用的是Pascal.Net编程语言。依靠这些技术手段,用户可以更加容易地根据自身需求的变化开发个性化的业务流程,最大程度地满足企业整体业务的运作和管理要求,大大提升整体运作的水平和效率,增强企业的应变能力。
从技术角度讲,本发明的ArchestA架构平台和业务构架软件平台都为复杂的应用系统开发提供了一个基础性框架,并有与之相适应的、方便易用的开发与维护管理工具。因此在该种平台上开发的系统可以降低复杂性,省去很多基础性的研发工作,从而大大缩短研发周期,提高研发效率。
信息系统的平台化解决策略对企业来讲十分重要。ArchestrA是一个全新的工业应用的CIMS平台框架,可以使应用程序的开发者能专注于充分利用他们本行业的专业知识,而不用在底层技术细节上花费过多的精力,它可以在一个统一的平台之上创建和运行工业应用程序。它不是传统意义上的一个单独的产品,而是一个平台,一套底层服务,可以将自动化与过程信息整合,提供给工厂信息化系统。
ArchestrA技术的第一个产品是Industrial Application Server,它构建在Microsoft.Net框架之上,并基于真正面向对象的技术。以Industrial Application Server为核心,随后Wonderware同时发布了Factory Suite A2工业套件软件。WonderwareFactory Suite A2的系统架构如图1所示。
其中,Industrial Application Server作为该系统中的核心平台,其中采用了Microsoft.Net框架,使Application Server的应用可以灵活地在多个计算机中部署,实现多个计算机分布式协调工作。因此,在Factory Suite A2的系统架构中,IndustrialApplication Server的应用可以分布在一个或多个计算机中,它们共同组成了工业自动化应用和实时数据的公共平台。
另外,在FactorySuiteA2系统中,InTouch是重要的可视化界面,它将生产过程如实反映给操作员和工程师,并执行来自他们的操作和指令。
其次,作为实时的历史数据库,Industrial SQL Server在Factory Suite A2扮演着重要角色。它收集来自本系统和外系统的数据并存储,从而为整个企业提供海量的历史数据,为生产、维护、质量等多个部门提供强大的过程数据支撑,使他们可以实现优化、分析、质量判断等更高级的分析和决策。
因此通过本发明采用的新的体系结构和采用的新技术,使整个系统具备了许多的特点和优势,这些特点和优势包括:
●可重用的面向对象的工程组态
●建立客户的工厂模型,按照工厂模型组织工程
●集中的完整的数据级的安全性定义
●全新的分布式平台的通讯协议Message Exchange
●QuickScript.Net脚本功能
●完全基于Microsoft.Net的灵活的分布式应用部署
●与Factory Suite其它组件的集成
●容易实现的强大的系统扩展能力
●统一的全局命名空间
●真正多用户的集成开发环境
●分布式平台的集中管理
以下就对本发明工厂管理基础构架平台的开发进行介绍:
如图2所示,为本发明实施例的Factory Suite A2应用系统的计和实现流程。该设计和实现流程体现了IAS的新特点,这些特点包括:可以建立应用的工厂模型;可以建立自己工厂或企业的标准模板,并从模板生成实例,从而实现代码的重用;有强大和完整的从系统到数据级的安全机制;与Factory Suite其他组件的无缝集成;灵活的应用部署等。
(1)过程分析
在设计和实现Factory Suite A2应用时,特别强调对过程的分析。IndustrialApplication Server是一个真正面向对象并且提供工厂模型的工业自动化软件平台,用户需要仔细分析工厂或车间的实际过程对象,比如有多少个操作区域,具备什么样的过程检测和控制设备,将要实现怎样的控制回路,操作的需求是什么等。
(2)系统建模
在完成过程分析之后,可以在Industrial Application Server提供的集成开发环境中开始设计。设计的第一步,按照实际的过程对象,根据操作和控制的不同区域或者是生产制造的前后工序建立应用的工厂模型(Plant Model)。
(3)建立模板
在Industrial Application Server中的一切都是对象,而且这些对象的实例都是由模板对象生成的。模板对象对应于真实过程的物理设备,比如调节阀或电动机,并集成了描述该对象的各个元素,包括输人输出、报警/事件、历史记录、逻辑脚本和数据安全等。因此可以根据自己项目,工厂或企业的标准来建立自己的标准模板。
(4)设备集成
在建立好自己的标准模板之后,定义与系统连接的控制设备和系统,如PLC、RTU或某些独立的控制器。在IAS中,设备连接也是一个对象,称为DI(Device Integration)对象,从而实现与控制系统的通信。
(5)生成实例
在模板建立的基础上,根据实际的过程,由模板生成不同的实例,并将其按照建立好的工厂模型进行组织。
(6)安全整合
在完成了基本的设计任务之后,利用IAS所提供的安全机制,定义适合于自身企业的应用安全机制。安全模式有三种:ArchestrA,OS和OSGroup。基于自己所定义的安全模式,可以定义用户以及他们所属角色,可以对应用对象实例定义安全组。在安全机制中,用户定义不同角色的用户对哪些安全组的操作有效。
(7)FS集成
Factory SuiteA2中还包含有InTouch,Insql,SuiteVoyager等产品。IAS发布以后,它提供了与这些组件产品的无缝集成。对于INSQL,用户在INSQL端无需任何工作,只要在IAS端定义需要进行历史记录的数据即可。对于其他应用及服务端,用户需要为它们部署相应的Platform及应用功能。
(8)系统部署
用户需要在作为IAS结点的计算机上部署Platform,同时在Platform下部署实时引擎AppEngine,并将工厂模型中对应的区域对象Area部署在AppEngine。将属于相应区域的不同的应用对象部署到相应的AppEngine,使其成为运行的对象。这样完成了应用的设计和实现。在成功地完成系统部署以后,已经成为了一个实时的应用。
(9)应用维护
用户可以用IAS的集成开发环境来进行应用维护。在需要修改对象的属性时,可以在线对模板进行修改,其修改将自动应用到实例,并不需要对每一个实例进行修改。修改后的对象,必须做一次更改部署。
本发明的业务架构平台以企业工程和企业模型为理论基础,以业务模型为核心,是一种以业务导向驱动,用来快速构建复杂应用系统的软件开发平台。作为面向企业信息化战略的支撑产品,本发明从整体、全局和发展的角度,为信息系统的设计、构建、集成、部署、运行、维护和管理等提供高可用性、高合理性的体系架构,满足企业敏捷制造的信息系统需求。本发明的平台通过业务应用和实现技术的分离,根本上提升了管理系统的技术无关性,降低信息化的风险和总体成本。
本发明的业务架构平台以业务模型为核心,业务模型是从企业信息化的需要出发,针对企业的业务和管理所做的一种抽象和简化,它将业务模型划分为数据层、信息层、资源层、功能层、组织层、流程层等6个层次。下图3为本发明的业务模型的层次结构图。
本发明的业务模型体系首先描述了企业各个业务要素层次,将企业要素抽象为以下六个要素层次:
1、数据层
数据层是整个业务模型体系的基础层,负责将物理数据库映射到业务模型中,为业务模型的其他更高层次提供存取访问数据的统一接口。它对各种不同类型的数据库进行抽取,封装了一套统一的虚拟数据存取访问接口,屏蔽掉各种数据库之间存在的差异,使整个业务模型对数据的存取访问和具体的物理数据库无关。
2、信息层
信息是对数据的合理组织。它是企业进行事物处理,实现业务功能的基础。信息可能以不同的格式存储在不同的系统中,一种信息可能以几种不同的方式存储在几个不同的系统中。可以这样认为,信息层就是整个业务模型体系中数据的组织、定义、操作和表现层。信息层通过数据层从物理数据库中获取数据,并且根据实际应用对这些数据进行组织,定义企业具体功能活动执行过程中的输入、输出数据以及这些数据之间的逻辑关系。然后,再通过数据网格、表格、图表、决策立方等各种表现形式丰富多样的文档表现数据,以不同的视图来观察数据。信息层主要构建于数据层之上,又为功能层的形成提供了基础,它是数据层和功能层之间的衔接层。
3、资源层
资源是企业完成业务功能的物质和能力上的保证。企业资源包括企业的设备、厂房、动力供应、运输设备、原材料以及相应的计算机软硬件资源。有时候也将人员看成一种资源。建立企业的资源模型一方面是为了对企业资产有更清晰的了解,另外一方面是为了更好地发挥企业资源的作用,提高资源使用的均衡率和利用率,实现降低生成成本,提高企业效益的目标。
4、功能层
功能层是业务模型体系中的重要组成部分,也是在软件设计开发过程中建立的重要资源。功能的主要目的就是描述企业功能,即什么企业中需要完成的工作或者任务是什么,或者说功能说明了企业的目标是通过哪些具体的功能活动来实现的。功能和信息密不可分,这两个层次相辅相成。功能确定了企业业务功能的逻辑结构和相互关系。信息则说明企业处理的业务功能活动中所包含的信息,或者说执行具体功能活动的输入、输出数据以及这些数据之间的逻辑关系,提供了建立高可效的企业业务数据结构的基础。在整个业务模型层次中,功能具有承上启下的桥梁和枢纽作用。功能层构建于信息层之上,是信息层的直接调度和控制层,在更高的层次对信息中的数据和表现进行最直接的控制,这两个层次相辅相成,密不可分。另外,功能层还为组织层功能权限的分配提供了基础,更是流程层中流程的主要组成部分,组成流程中的流程环节。
5、组织层
组织层关心的是企业组织机构的设计与建立。企业的组织结构是由一系列层次化的组织单元构成,每一个组织单元属于某一个层次,对其下一层次的组织单元具有管理职责与权限,并对上一层次的组织单元负责,从而形成企业的组织结构树。组织结构树中的每一个节点定义了对底层节点的约束和目标。总体来说,组织层以职责、权限的形式定义了企业成员、企业的各个部门的作用与任务。组织层和功能层之间的关系十分密切,功能最终要分配到组织中的组织单元上,形成功能权限。另外,组织层还会参与流程层中的流程控制,由具体的组织单元控制流程的流转情况。
6、流程层
企业的业务流程(经营过程)是企业开展业务工作的基础,也是企业经验的积累,业务流程中不同活动环节之间的连接与执行规则是企业管理与产品开发经验的积累,也是企业文化的重要组成部分。企业的经营过程由一系列任务组成。这些任务按照企业的管理规章和业务流程顺序或并行执行,最终完成企业的经营目标,如提供一种产品和服务。一个经营过程是为了实现企业某个经营目标的一个过程,它在部分或者全部组织机构和人员的参与下,利用企业资源(包括所需的处理设备、通信设备、计算机硬件、软件等),按照预先确定的规则,在参与者和组织机构之间进行文档、信息、任务的传递和处理(包括经营决策),从而实现预定的经营目标。如4所示,为本发明实施例的业务流程体系结构。
其中,流程层构建于功能层和组织层之上,由功能层上业务功能组成业务流程,可以在流程中定义各个功能环节之间的规则。而流程的执行和运转则由组织层中的人员成员或其他组织单元负责完成。
如图5所示,为本发明实施例的基于业务架构平台的开发过程示意图。在开发中体现“以体系架构为中心”的思想。关键内容是:在软件开发生命周期中,它注重于软件体系架构的早期开发和配置,然后用系统的体系架构作为开发中的主要产物,用来对系统进行构思、构造、管理和演化。
通过平台业务建模工具生成业务模型应用资源,业务模型应用资源以平台、技术无关的持久存储方式保存在系统和业务数据库中;系统管理员通过业务发布工具发布业务模型资源到业务运行平台从而实现信息系统的部署,信息系统可部署成多层、B/S或C/S等多种模式。
基于业务基础平台的信息系统构建其核心是完成对业务模型的建模。业务模型由不同层次的业务元素组成,主要包括:数据模型、信息模型、功能模型、业务流程模型、组织机构模型。因此,系统的设计与实现主要包括对不同业务元素的模型构建。
1、组织机构建模
组织机构由一系列层次化组织单元构成。组织机构建模实现:①组织机构模型创建通过组织机构建模工具,把企业实际组织机构抽象并映射成各类组织单元(机构、部门、岗位、人员);②权限分配主要包括:组织单元业务运行功能权限、业务数据操作权限、业务操作权限、管理功能权限;业务运行功能权限是组织单元的业务职能体现,它赋予组织单元能够执行的工作或任务;业务数据操作权限定义组织单元对业务数据的访问、操作和控制权限,是从组织层对业务数据存取访问的定义和限制;业务操作权限定义组织单元在功能运行时所禁止的动作范围,从组织层对功能运行时所能进行的操作的限制;管理功能权限定义组织单元可把拥有的管理权限内业务功能分配给其它组织单元,解决了可对哪些职能进行分级授权问题。权限分配基于策略实现,比如,业务数据操作权限基于业务数据集策略。整个组织机构权限管理采用权限逐级向下分配的分级授权机制。
2、数据建模
业务应用资源持久化存储在各种类型物理数据库中,与一般存储方式不同,业务架构平台中业务模型的存储,不是直接使用SQL语言将业务模型资源储存到数据库中,而是在业务模型和数据库之间,使用SQL语言封装一个虚拟文件系统层,再通过文件系统层以文件方式,将业务模型资源存储到数据库。
数据建模包括数据库初始化和数据字典创建。数据库初始化主要创建物理数据库,系统数据库包括系统数据库和业务数据库,系统数据库存放业务模型资源,业务数据库存放业务信息。系统数据库和业务数据库存储在不同物理数据库(表空间),系统数据库和业务数据库都是逻辑数据库,通过数据库连接与物理数据库关联。数据字典是整个业务模型体系基础层,负责将物理数据库映射到业务模型中,为业务模型其它更高层次提供存取访问数据的统一接口,从存储上对数据进行组织;数据表设计遵守E-R思想,完成数据表逻辑设计,设置表主键后,直接创建物理表。
3、业务信息建模
业务信息建模就是对系统输入输出等业务信息进行设计和实现。对企业模型的分析,可获得大量的系统业务信息。业务信息直接对应业务基础平台的业务文档,利用业务信息建模工具的所见即所得的文档设计方法和文档视图动态测试功能,可以确定业务信息框架,通过在业务文档中定义数据代理,使得文档与数据的连接以及输入自动感知,实现业务信息与数据的完全同步。
4、业务功能建模
系统业务功能主要以企业内部管理来组织。所涉及业务功能包括业务信息的创建、修改、删除等。在设计过程中,采用业务字段、业务元素等业务字典可以提高系统重用度。
5、业务流程建模
基于业务架构平台的过程模型采用活动网络图来表示业务的流动过程,活动网路图是最直观、最自然的过程表达式方式。
本发明工厂管理基础架构平台采用的系统软件包括:
本系统基于美国Wonderware公司的生产管理软件软件平台及起步软件公司的Business X3开发平台,其中包括了如下软件:
工业应用系统软件平台——Industrial Application Server
生产过程监控软件——InTouch
实时工业关系数据库——Industrial SQL Server
客户端工具——Active Factory
管理信息系统开发环境——Business X3Studio
管理信息系统应用服务器软件——Business X3Server
数据库软件——Microsoft SQL Server 2005
如图6所示,为本发明实施例的工厂管理基础架构平台的软件结构配置图。如图7所示,为本发明实施例的工厂管理基础架构平台内部数据处理过程图。WonderWare数据采集系统中的数据经过INSQL组件全部存储在工业实时数据库中,目前为每秒中存储一次,MES生产管理信息系统建立后,可以通过业务运行平台的通讯模块连接到工业实时数据库读取数据,经过处理后展现给客户端,客户端编辑提交后,经由业务运行平台将数据存储到管理信息系统数据库中。
本发明的工厂管理基础架构平台具有以下特色。
1、降低开发维护成本
本发明的工厂管理基础架构平台具有组件的分布式体系结构,由于利用了可重用的应用对象或业务模型,可以方便地建立、复制和组合应用,所以可以显著地降低工程开发成本,减少工程组织和部署成本,减少系统启动时间和风险。同时,基础架构平台具有远程应用部署和维护、在线升级和扩充、远程系统诊断、以及变化传播的能力,因此,平台的建立可以降低维护成本,同时延长系统的使用寿命。
2、管理业务全面集成
企业的核心是业务,企业信息化的核心是业务系统。基础架构平台的建立使得冶炼厂可以将生产中的各种业务系统进行统一规划、高度集成。
1)利用平台,企业能够设计开发出满足适合自身业务需求特点应用系统。
业务集成除了能够简单集成现有应用,更主要的是着眼未来,保证新的应用系统能够有机融入到原有集成体系中,能够对应新的系统,在统一平台基础之上进行设计、构建、调整维护和持续完善。否则,就会变成一个新的应用孤岛,企业不断投入,仍然无法走出“集成-再集成”的怪圈。
2)利用平台,企业可以完全掌控自己的信息化过程。
考虑到企业的需求和发展实际,企业不能仅仅等待业务集成实施的结果,还能对整个过程进行控制和管理。
3、系统建设随需而变
企业信息系统是动态变化、持续完善的系统,随需而变是信息化建设的最高标准。目前主流的各种软件开发工具和大部分的软件开发商都可以做到根据企业个性化的需求进行定制,但是建成的系统只能适应企业短期内的业务管理,缺乏对企业业务的发展和变动进行灵活的调整能力。
工厂管理基础架构平台的建立为企业提供了一个开放的、灵活的框架,该框架为工程师和开发人员提供了拓宽功能、建立特定领域应用程序的能力,使他们能够扩展应用程序组件以及通信和设备集成。这样,设计人员可以把全部精力集中在他们的专业技术领域来建立应用,同时充分利用平台的强大的分布式体系结构、开发环境和核心服务。业务架构平台是容易掌握、控制和管理的平台,企业人员可以以自己理解的模式来设计、构建、调整、维护和完善应用系统。
在本发明的工厂管理基础架构平台基础之上可以建立多种应用系统。所有的应用系统都在工厂管理基础架构平台之上构建完成,主要包括有全厂生产-设备-工艺-运行状态监控系统、实时数据分析查询系统、数据集中存储、地磅称重采集与分析、质量检验与能源计量管理、生产调度信息管理、生产计划管理等。其中的数据实时采集与集中存储、全厂生产-设备-工艺-运行状态监控系统、实时数据分析查询系统在IAS IDE(Integrated Development,集成开发环境)中设计部署完成,其他应用系统在BusinessX3 Studio中设计部署完成。
如图8所示,为本发明实施例的生产管理信息系统功能结构图。以下对每个应用系统进行详细介绍。
1、数据实时采集与集中存储
1)数据实时采集
企业作为产品生产加工的基本单位在其生产工艺过程和生产管理运转中必然会产生大量的关键基础数据,真实地提取这些数据,及时的进行分析、反馈和统计,将极大的提高过程的控制品质和装置的生产效率,对重要工艺设备及管理基础数据实行本地化、现场自动捕捉、采集进入公司计算机网络。最大限度的减少手工录入带来的出错率及时间滞后带来的影响。从而确保其唯一性、实时性和精确性。重要基础数据涉及到下列系统。
(1)生产工艺过程控制系统
主要生产流程的自动控制系统,如鼓风炉、余热锅炉等DCS控制系统和PLC控制系统。对其所有重要位号和参数数据实现实时、有序和可控的共享。
(2)企业重要称重计量数据
包括进出厂物质特别是对铅锌精矿原料进行计量的汽车衡;对主要产成品粗铅、锌锭等进行入/出库计量衡;重要生产流程中对各中间产品计量的电子称和主要精矿进料皮带称、圆盘给料机等。
2)实时数据的集中存储
集中存储的配置可以在IAS IDE中配置完成。实时数据的集中存储采用INSQL,它是一个专用于生产数据实时采集、存储的关系型数据库。它收集和存储各种生产工艺过程的数据,并为客户的桌面应用提供实时生产数据、历史数据和配置、事件、概要等相关的生产数据。INSQL结合了微软公司SQLSERVER的强大、灵活的性能与实时系统的高速数据获取和高效率数据压缩特点,提高了数据获取速度,降低了存储数量,并且扩展了SQL语句,实现了查询时间序列数据的能力。
2、全厂生产-设备-工艺-运行状态监控系统
监控系统采用InTouch实现生产、设备、工艺等画面的设计,以IAS IDE进行程序的应用部署。
3、生产数据查询分析
生产管理信息系统实现企业各分厂、管理部门对生产信息的共享和统计查询。将零乱的、分散的数据进行采集、传输、处理、分类,存储到数据库,形成全面的生产基础数据,作为指导生产、控制生产和物料供给的数据依据。对基础生产数据进行统计分析和汇总,提供检索数据、统计图表、趋势画面等。各种汇总和分析结果直接由基础数据中得出,减少处理环节,达到管理工作的规范化、科学和高效化。这些数据是:
1)进厂原料的检斤、化学分析数据;
2)过程产品、中间物料的分析和检斤计量数据;
3)生产中间物料检斤计量数据和样品检验分析数据;
4)生产流程主辅料配比、工艺参数、设备运转等实时参数;
5)生产流程中水、电、风、汽、油等重要能源消耗量。
4、地磅称重采集与分析
本发明系统可对四个称重地磅进行数据现场采集,实现数据网上发布功能,可以在网上实现灵活查询和数据导出。
5、质量检验与能源计量管理
质量检验管理系统的目的是实现以实验室化验分析和能源计量为核心的整体的全方位信息管理。化验信息管理应能保证分析数据、样品的准确性和具有可追溯性,便于抽查、复查,满足监督管理要求、分清质量责任。能源计量信息管理的目的是对全厂范围内风、水、电、气及进出厂产品、半成品等产品的生产量、使用量(消耗)及与能源消耗有关的数据进行实时的采集和存储,并对这些数据进行统计和分析,并提供给有关领导和部门作为生产指挥与调度的依据,做到合理生产,节能降耗。
系统的使用者为技术监督处,本系统对全厂的风、水、电、气等进行数据采集。如图9所示,为本发明实施例的技术监督信息管理系统功能结构图。
其中:
计控信息:完成计控室检测信息的录入、发布等,如计量生产设备压力、用电、温度等信息。
检验信息:完成检验科各种检验信息的录入、发布等。如水份测试。
分析信息:完成分析室各种检验信息的录入、发布等。
质管信息:完成质管科各种检验信息的录入、发布等。
统计信息:完成各种统计报表的生成。
6、生产调度管理信息系统
生产调度信息管理系统的使用者为生产部和各车间生产管理部门,可实现车间填写调度报表,最后由总调汇总数据生成总调生产经营台帐。此外还包括生产处计划科其他信息管理。该系统的部分数据从技术监督信息管理系统中采集,系统主要功能如图10所示。
其中包括:
1)分厂生产调度管理。对各分厂生产调度信息进行集中收集、管理、发布。各分厂生产调度部门填写各种生产调度信息,如生产指标、调度台帐、调度记录等信息在此模块中完成。分厂生产调度管理的详细内容在后几小节中有详细介绍。
2)总调中心生产调度管理。总调中心对各分厂调度信息进行汇总管理生产总调生产经营台帐报表(日报和月报),此外还包括重要工作安排、调度安排、特殊车辆调度等管理。
3)生产统计信息。生产处计划科完成的各类统计报表的生成管理,如主要产品、半成品产量月报、技术经济指标、原料消耗统计等。
7、生产计划管理系统
生产计划管理系统包括艾萨炉分厂、电铅分厂、鼓风炉分厂、锌厂、动力分厂的生产计划管理。此外还包括生产计划的汇总管理。
本发明的工厂生产管理基础架构平台将ArchestrA架构平台以及基于业务架构平台和技术成功运用,能够取得以下的效果:
1、工厂管理基础架构平台的建立。在总结冶炼企业在集成信息化建设过程中遇到的主要障碍(自动化系统孤岛和管理信息系统孤岛)的同时,提出了采取一体化的平台解决策略来解决这一问题。整个平台不单单只是一个可执行的系统,而是包含系统分析、设计、构建、集成、扩展、运行和管理整合在一起的一体化系统。使得当系统业务发展和变化时,可以做到随需而变。
2、本发明采用ArchestrA架构下的Factory Suite A2工业套件软件对自动控制系统数据进行全面集成。系统实施建成后取得了良好的效果,冶炼厂近4000控制点得到了有效的监控和数据采集。系统具有数据采集、生产监控、生产报警、生成生产趋势图、监控工艺参数和控制参数、生产过程实时统计分析(SPC)、设备管理、质量管理、系统查询统计决策分析等功能。
3、数据采集系统在有色冶炼行业代表性。冶炼厂数据采集平台涉及了有色冶炼的基本工艺控制的数据采集,并且涵盖了几乎世界上所有知名品牌的DCS、PLC系统的数据集成。
4、生产信息全面管控。本发明的工厂管理基础架构平台包含了各控制系统相应调度监控画面,实现了全厂实时生产信息全面管控。数据的集中存储和灵活的生产管理信息系统实现了全厂生产信息的共享和一体化管理。
5、在本发明的生产管理信息系统开发实现上,采用基于业务架构平台的设计思想进行设计,有效的解决企业管理系统的建设、集成问题。系统具有工厂-车间-班组多级管理、组织机构和权限管理、业务工作流管理等诸多功能。
如图11所示,为本发明实施例的工厂管理基础架构平台及其应用系统的典型应用。该工厂管理基础架构平台包括客户端、各个设备的DCS和PLC、通信接口、过程统计分析系统、I/O采集服务器、IAS应用服务器、业务IDE、业务服务器、业务模型库、生产数据库、监控画面设计器、IAS IDE、以及各种应用系统。其中,应用系统包括生产工艺监控系统、实时数据分析查询系统、设备运行管理系统、质量检验管理系统、能源计量管理系统、生产报表管理系统、生产数据统计管理系统和生产台帐管理系统。其中,各个客户端,以及各个设备的DCS和PLC通过通信接口与I/O采集服务器相连,通过通信接口接入到I/O采集服务器中,I/O采集服务器与IAS应用服务器相连。通过I/O采集服务器可将客户端的指令提供至IAS应用服务器,并将应用IAS应用服务器处理的数据发送至客户端,以及通过各个设备的DCS和PLC可以采集各个设备的性能指标和工况等实时数据。IAS应用服务器分别与IAS IDE、过程分析系统和生产数据库相连,PCS集成工程师通过IAS IDE接入工厂管理基础架构平台。IAS IDE分别与过程统计分析系统和监控画面设计器相连,过程统计分析系统和监控画面设计器与生产数据库相连。开发工程师与业务IDE相连,通过IDE接入工厂管理基础架构平台。业务IDE与业务服务器相连,业务服务器与业务模型库相连,且业务服务器与生产数据库相连。
本发明实施例的工厂管理基础架构平台及其应用系统能够获得以下技术效果:
1、ArchestrA体系结构开发集中化的应用或高度分布的点到点应用的能力,极大地简化了维护过程,降低了维护成本;使用IAS使各种工具能够显著地降低在自动化应用的整个生命期中实施和维护费用,同时延长自动化系统的工作寿命,因此降低拥有成本。
2、IAS的基于组件的体系结构和可伸缩的、自由分布式的自动化环境为工程提供了所需的灵活性,从而可以方便地增强、修改或重新建立他们的应用拓扑结构,因此响应迅速、能适应成长需要。
3、全厂实时生产信息全面管控,提高工作效率,提高了产品产量和质量。
4、减轻了工人劳动强度,改善了工人劳动条件。
5、能够保证生产安全,防止事故发生和扩大,达到延长设备使用寿命,提高设备利用能力的目的。
6、根本上改变了劳动方式,提高了工人文化技术水平,为企业吸引人才提供了良好的工作环境。
7、系统建成后对生产过程实时数据信息的响应能力将显著提高。生产调度管理信息系统不仅可以直接从自动化设备中采集数据,而且直接可以从其他系统(如技术监督系统)中提取数据,并且在提取、采集、转换、汇总后以第一时间显示在生产管理者的面前,为企业的领导人和管理人员正确做出决策提供可靠、丰富的数据来源。
8、系统将通过相应的生产计划管理系统进一步提高的生产作业计划编制精度,将极大地提高了生产过程的作业效率。
9、系统能及时、准确地反映技术监督处实时信息,使公司相关部门的管理人员不仅可及时了解到能源计量和质检化验的实际状况,还可以对生产作业中隐蔽的问题进行及时的处理和更正。
10、将生产管理者日常必需完成的工作任务依据标准作业流程进行自然分解,提升了用户的工作规范化程度。
11、显著提高生产管理者日常记录统计工作的效率,只要完成了基础数据的自动采集和录入,便可以最大程度的实现数据统计分析的自动化、透明性和共享,降低了生产管理者的劳动强度。
12、将跨部门、跨流程的工作任务依据科学管理体系进行归纳和重组,降低了生产管理人员跨部门之间的工作协调时间成本。
13、将生产管理者日常的工作业务流程和业务数据科学、规范的固化到系统中,降低了工作岗位交接的管理和数据风险。
14、企业生产进度透明度将大大提高,增强生产者及时纠正质量故障的能力。
15、通过对分厂生产管理中各项工作业务流程的信息化改造,能够发现现存业务流程中存在管理漏洞和运作弊端,通过合理改进和完善后从而有效提升生产管理水平;
16、通过对生产管理各项生产流程和管理流程中所必需的各类报告和文档进行电子化,有效节省了项目管理工作中的纸张购买、打印分发成本。
17、通过该系统使得生产管理中各环节流转的数据规范化、透明化、自动化,从而能够从迅速的反馈、控制和分析实现生产成本的间接压缩。
18、为企业培养一批适应信息化管理的科技人才、建设人才和管理人才。
19、为企业积累依托信息化实现生产管理规范化的建设经验。
20、为企业建设其他管理信息化系统提供了理论和实践指导。
21、为企业在其他生产片区复制成功的生产管理信息化经验提供了科学的实现手段。
22、信息系统的共享与交互使部门之间,管理人员之间协作增加,提高了企业的凝聚力。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (9)

1.一种基于工厂管理基础架构平台的生产信息系统,其特征在于,包括:
多个通信接口,多个客户端以及各个设备的DCS和PLC通过所述多个通信接口接入所述工厂管理基础架构平台;
I/O采集服务器,所述I/O采集服务器与所述多个通信接口相连,采集各个设备及工艺的运行状况,并将生产数据库和业务模型库的内容提供给客户端以及接收所述客户端的指令;
IAS应用服务器,所述IAS应用服务器与所述I/O采集服务器、IAS IDE、过程统计分析系统和生产数据库相连;
IAS IDE,所述IAS IDE与监控画面设计器和过程统计分析系统相连,一个或多个应用系统通过所述IAS IDE接入所述工厂管理基础架构,且PCS集成工程师通过所述IAS IDE接入所述工厂管理基础架构;
监控画面设计器,用于为各个应用系统提监控画面,所述监控画面设计器与生产数据库相连;
过程统计分析系统,所述过程统计分析与生产数据库相连;
生产数据库,用于存储生产数据;
业务模型库,用于存储业务模型;
业务服务器,所述业务服务器分别与所述生产数据库和所述业务模型库相连;
业务IDE,所述业务IDE与所述业务服务器相连,开发工程师通过所述业务IDE接入所述工厂管理基础架构;和
多个应用系统。
2.如权利要求1所述的基于工厂管理基础架构平台的生产信息系统,其特征在于,所述多个应用系统包括生产工艺监控系统、实时数据分析查询系统、设备运行管理系统、质量检验管理系统、能源计量管理系统、生产报表管理系统、生产数据统计管理系统和生产台帐管理系统。
3.如权利要求1所述的基于工厂管理基础架构平台的生产信息系统,其特征在于,所述工厂管理基础架构平台的系统软件采用美国Wonderware公司的生产管理软件软件平台及起步软件公司的Business X3开发平台,其中,工业应用系统软件平台为Industrial Application Server,生产过程监控软件为InTouch,实时工业关系数据库为Industrial SQL Server,客户端工具为Active Factory,管理信息系统开发环境为BusinessX3Studio,管理信息系统应用服务器软件为Business X3Server,数据库软件为MicrosoftSQL Server 2005。
4.如权利要求3所述的基于工厂管理基础架构平台的生产信息系统,其特征在于,所述业务模型包括数据层、信息层、资源层、功能层、组织层和流程层。
5.如权利要求4所述的基于工厂管理基础架构平台的生产信息系统,其特征在于,其中,所述数据层负责将物理数据库映射到业务模型中,为业务模型的其他更高层次提供存取访问数据的统一接口,所述信息层通过所述数据层从物理数据库中获取数据,并且根据实际应用对这些数据进行组织,定义企业具体功能活动执行过程中的输入、输出数据以及这些数据之间的逻辑关系,所述资源层包括企业的设备、厂房、动力供应、运输设备、原材料以及相应的计算机软硬件资源,所述功能层构建于信息层之上,所述组织层由一系列层次化的组织单元构成,每一个组织单元属于某一个层次,对其下一层次的组织单元具有管理职责与权限,并对上一层次的组织单元负责,以形成企业的组织结构树,所述流程层构建于功能层和组织层之上,由功能层上业务功能组成业务流程,以在流程中定义各个功能环节之间的规则。
6.如权利要求5所述的基于工厂管理基础架构平台的生产信息系统,其特征在于,所述业务模型包括数据模型、信息模型、功能模型、业务流程模型和组织机构模型。
7.如权利要求2所述的基于工厂管理基础架构平台的生产信息系统,其特征在于,所述实时数据分析查询系统包括地磅称重采集和分析系统、生产数据查询分析系统。
8.如权利要求2所述的基于工厂管理基础架构平台的生产信息系统,其特征在于,所述质量检验管理系统和能源计量管理系统以实验室化验分析和能源计量为核心,包括计控分析、检验分析、分析信息、质管信息和统计信息。
9.如权利要求2所述的基于工厂管理基础架构平台的生产信息系统,其特征在于,所述生产数据统计管理系统包括分厂生产调度管理系统、总调中心生产调度管理系统和生产统计信息系统。
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