CN102831496B - 一种石化企业业务信息模型数据一致化的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石化企业业务信息模型数据一致化的方法，包括以下步骤：(1)根据指定的生产流程分别建立PCS层、MES层和ERP层物流拓扑模型，形成与所述生产流程相应的多尺度物流拓扑模型；(2)对所述多尺度物流拓扑模型中的相邻层次间建立映射；(3)构建与所述生产流程相关的业务功能模块，以及与该业务功能模块对应的业务信息模型；(4)将业务信息模型自动关联至所述多尺度物流拓扑模型。本发明通过多尺度物流拓扑模型间的映射，当某一层次内的生产流程发生变化时，会自动修改其他层次的相关模型数据，在保证不同尺度物流拓扑模型间数据一致性的基础上保证了业务信息模型间基础数据的一致性，极大提高了模型管理效率。

Description

一种石化企业业务信息模型数据一致化的方法

技术领域

本发明涉及一种石化企业模型一致化方法，尤其是涉及一种石化企业业务信息模型数据一致化的方法。

背景技术

企业集成是多年来国际上广泛研究和实践的论题，研究这一论题的目的就是研究怎样组织好企业的生产和销售，从而在市场竞争中能够使企业得到发展和壮大。

根据企业控制系统集成建模国际标准(Enterprise-ControlSystemIntegration)ISA-95及美国先进制造研究机构(AdvancedManufacturingResearch，AMR)提出了ERP(EnterpriseResourcePlanning)/MES(ManufacturingExecutiveSystem)/PCS(ProcessControlSystem)三层企业集成模型。

PCS层通过现场控制系统，对生产设备进行自动控制，对生产过程进行实时监控；MES层通过生产调度、生产统计、成本控制、物料平衡和能源管理等业务功能模块来组织生产，并对PCS层和ERP层的信息进行采集、传递和加工处理；ERP层则根据企业的人、财、物等资源的总体状况和产、供、销各环节的信息，对生产进行计划、组织，使生产经营有序进行，并对企业经营计划进行决策。在ERP系统中长期计划的指导下，MES根据底层控制系统采集的与生产有关的实时数据，依托各个业务功能模块完成短期生产作业的计划调度、监控、资源配置和生产过程的优化等工作。从而形成了以物流、资金流、信息流集成优化为目标的流程工业综合自动化整体解决方案，成为当今西方先进工业国家流程工业综合自动化系统理论和产品的主流框架，并在实际应用中取得了显著的效益。

PCS/MES/ERP三层次结构体系满足了工业企业实际生产管理与控制的需求，也对企业建模提出了多层次多时空粒度的需求。而传统的企业业务功能模块多针对单一层次需求，不同层次或同一层次不同业务功能模块软件之间相对独立，缺乏模型数据共享，不同业务软件之间信息模型数据不一致的现象十分普遍，导致企业业务实施过程数据不平衡、需要大量成本投入模型的维护和管理。因而有效解决不同业务功能模块之间的数据一致性问题是业务功能软件开发的关键问题。

具体来说，当前的软件系统多采用面向对象的方法，即设计信息模型结构并实例化信息模型，而石化企业生产系统的不确定性不会导致模型结构的改变，却会导致模型实例的改变。例如，某个装置的老化报废并不会导致描述这类装置的信息模型结构发生改变(包括模型名称、这类装置所具有的属性等)，却会导致该信息模型的实例发生改变(如原本有三套这类装置现在减少为两套，即数据记录的减少)。当各个信息模型直接面向生产流程建模时，流程设备的改变必然要求每个相关的信息模型都需要更新模型实例，如某个装置的报废导致描述该类装置的所有信息模型必须同时删除该装置的记录，这在大型的企业软件系统中是一个繁杂而且容易出错的工作。特别是在当前软件系统提供商(即负责开发相关系统的软件公司)和软件使用者(即各石化企业)分工明确的情况下，软件系统提供商实时追踪软件使用者的生产过程流程变化存在较大困难和较高的成本，而软件使用者又由于对软件系统内部结构的不熟悉而无法有效更新流程模型，从而极易导致软件系统无法长期有效运行。

因此，减少生产流程设备变化导致的系统维护成本就提出两个要求：一是避免生产流程的局部改变导致大量的模型实例维护工作，二是有效解决软件使用者在对软件结构不太了解的情况下对模型实例的同步维护工作。

发明内容

本发明公开了一种石化企业业务信息模型数据一致化的方法，将不同的业务信息模型通过多尺度物流拓扑模型实现自动关联，保证了不同业务功能信息模型之间基础数据的一致性。

一种石化企业业务信息模型数据一致化的方法，包括以下几个步骤：

(1)根据指定的生产流程分别建立PCS层、MES层和ERP层物流拓扑模型，形成与所述生产流程相应的多尺度物流拓扑模型；

(2)对所述多尺度物流拓扑模型中的相邻层次间建立映射；

(3)根据业务需求，构建与所述生产过程相关的业务功能模块，以及与该业务功能模块对应的业务信息模型；

(4)将业务信息模型关联至所述多尺度物流拓扑模型。

本发明针对石化企业的PCS/MES/ERP三层次结构体系特点，构建工厂级多尺度物流拓扑模型，并将不同业务信息模型与之自动关联，在保证工厂级物流拓扑模型层次间数据一致性的基础上，解决不同业务信息模型数据一致性的问题，使得多尺度物流拓扑模型的不同层次间，以及多尺度物流拓扑模型与信息模型间实现数据的自动同步，从而使得系统的初次建模成本和模型后期维护成本都大为降低。

所述的PCS层物流拓扑模型按照石化企业生产现场的装置、单元及彼此间的物流拓扑结构建立。

所述的MES层物流拓扑模型按照石化企业车间、区域等管理单元的划分方式及彼此间的物流连接关系建立。

所述的ERP层物流拓扑模型按照企业制定计划时所参照的工厂抽象物流拓扑建立。

所述多尺度物流拓扑模型包括节点、端口、连接以及这三者各自的静态属性。

所述节点为生产流程中的生产设备，此处的设备既可以是PCS层中与现场相对应的某台生产设备，也可以是在MES层、ERP层中的逻辑设备，该逻辑设备与PCS层中一台或多台生产设备具有实际对应关系，是由PCS层中一台或多台生产设备合并映射而来。

例如PCS层中有5个油罐，每个油罐具有相应的油罐容量，所述油罐映射到MES层中为逻辑罐，该逻辑罐的油罐容量为PCS层中5个油罐容量的总和。

所述端口为节点的输入端或输出端，即各个设备之间的连接端口。同理此处的节点设备既可以是PCS层中与现场相对应的某台生产设备，也可以是在MES层、ERP层中的逻辑设备。

例如PCS层中某一油罐与其相邻的油泵连接，油罐的输出端及油泵的输入端称为端口，MES层中某一逻辑罐与其相邻的逻辑泵连接，逻辑罐的输出端及逻辑泵的输入端称为端口。

所述连接为各个节点之间的管道连接关系，由于各个节点之间具体是通过相应的端口进行连接。因此任何一个管道连接关系都是建立在对应的端口之间。

例如PCS层中油管两头的接口分别连接至油罐的输出端及油泵的输入端，因此所述油管即为所述油罐及油泵的连接关系。

所述节点、端口、连接可以认为是三个要素，所述静态属性为某要素的固有设备及工艺参数。

例如PCS层中某一油罐的罐容，MES层中某一逻辑罐的总罐容；PCS层中油罐输出端的最大输出速率及油泵输入端的最大接受速率；连接油罐及油泵的油管的口径、材质等。

相邻层次间的物流拓扑模型建立映射时分别针对所述的节点、端口、连接和静态属性进行映射。

相邻层次间的节点通过合并同类进行映射。例如PCS层中有5个同类的油罐(生产设备)，考虑到工艺流程以及设备特点，兼顾统计数据的要求，5个同类的油罐在MES层对应为1个逻辑罐(逻辑设备)，那么在进行映射时，也就是将PCS层中有5个的油罐与MES层的1个逻辑罐建立数据上的关联。

同理在MES层与ERP层之间都是逻辑设备，也是通过对同类逻辑设备的合并处理建立数据上的关联。

关于同类节点的划分一般是根据生产设备在生产流程中的作用和形式，兼顾数据统计的需要。

相邻层次间的端口通过保留边界端口忽略内部端口进行映射。

在进行节点映射时，多个同类的节点作为一个整体，整体内的节点中，与整体外部的节点有连接关系的端口为边界端口，与整体外部的节点没有连接关系的端口为内部端口。

在进行节点映射时，尤其是由下层拓扑结构向上层拓扑结构进行映射时，会将多个同类的节点看做一个整体，由于多个同类的节点中有很多端口，但作为整体而言，有些端口仅在整体的节点间内部相互连接，有些端口与整体外部的节点有连接关系，多个同类的节点作为整体向上层拓扑结构进行映射后，在端口的映射处理上，可以仅考虑边界端口而忽略内部端口。

例如，PCS层中有多个节点通过各自的端口相互关联，所述多个节点映射到MES层中的某一个节点中，若PCS层中节点的端口为多个时，映射到MES层中需要将多个节点看做一个整体，忽略节点与节点之间的端口，只需考虑边界端口的映射关系。

相邻层次间的连接通过保留边界连接忽略内部连接进行映射。

在进行节点映射时，多个同类的节点作为一个整体，建立在整体内部节点与整体外部节点之间的连接为边界连接，仅仅是建立在整体内部节点间的连接为内部连接。

结合边界端口以及内部端口来看，两个内部端口之间的连接为内部连接，边界端口上的连接为边界连接。

相邻层次间的静态属性通过实际对应关系进行映射。

以PCS层和MES层为例，常见的对应关系如：

直接对应：当PCS层和MES层中静态属性(可以是节点、端口或连接的静态属性)没有变化时，采用直接映射即数据上没有变化直接调用；

间接对应，由于静态属性是对节点、端口或连接这三要素的描述，当PCS层中某一要素在映射至MES层发生变化时，其静态属性的映射则需要根据要素变化的形式进行相应的运算，即需要“间接”对应。

例如PCS层中有5个油罐，每个油罐具有相应的油罐容量，所述油罐映射到MES层中为逻辑罐，该逻辑罐的油罐容量为PCS层中5个油罐容量的总和，即这对油罐这一节点的容量静态属性进行加和运算。

又例如5个油罐中油品含量不同，油品重量需要根据含量折算时，针对油品重量这一静态属性在向MES层映射时，就需要根据5个油罐各自的存量以及油品浓度进行物料混合组分计算。

有些静态属性在PCS层中并没有出现，仅在MES层中为了统计需要而新定义的静态属性，如设备总加工能力等，此时并没有由PCS层至MES层的静态属性映射，但在MES层中设备总加工能力这一静态属性在获得时也是通过采集PCS层的相关数据(可以认为是PCS层中的其他静态属性，但与设备总加工能力这一静态属性存在实际对应关系)通过适当的运算获得。

对所述多尺度物流拓扑模型中的相邻层次间建立映射时，节点、端口、连接和各个静态属性间的大量映射关系需要描述和记录，为了便于对映射关系的记录和维护，可以利用子系统模块来记录这些映射关系。

所述业务功能模块根据企业特点以及实际需要构建，例如包括生产计划、生产调度、实时监控、现场控制、生产统计、物料平衡、罐区管理、设备管理、流程模拟等业务功能模块。

业务功能模块也可以看做应用软件，其运行也需要基础数据支持，该基础数据则来自业务信息模型，业务信息模型中的数据又是来自多尺度物流拓扑模型中的一个或多个层次拓扑模型中的数据，因此需要将业务信息模型与多尺度物流拓扑模型中的数据进行关联，进行关联时可以采用现有技术，根据需要进行调用。

所述业务信息模型根据不同业务功能系统的需求建立。在生产过程中，会发生节点的变化，如旧生产设备的老化废弃或新生产设备的加入，这些变化均表现为多尺度拓扑模型结构及数据的改变，在同一业务功能模块中，只需在业务信息模型中导入改变后的多尺度物流拓扑模型的数据，避免了多个业务信息模型的重复更新。

例如当PCS层中增设了一台油罐，该设备管理(为业务功能模块中的其中一种)的业务信息模型相同，只是多尺度物流拓扑结构中的设备信息不同，因此仅需使用相同的业务信息模型调用更新后的多尺度物流拓扑结构中的设备信息。

所述业务信息模型通过对多尺度物流拓扑模型所形成的数据库的进行调用，实现业务信息模型与多尺度物流拓扑模型的关联。

本发明重点在于步骤(2)中在相邻层次间的物流模型建立映射，建立映射后，任意层次的物流拓扑模型中如果发生数据变化，其它层次的模型中相关的数据也会同步改变，更关键的是与多尺度物流拓扑模型相关的各个业务信息模型在对某层次物流模型进行数据调用时，也会获取更新后的数据，而不必直接针对业务信息模型自身的数据进行更新。

多个业务功能模块之间，即使是与不同层次物流模型相关联，也可以因为相邻层次间的模型映射实现数据的同步，使与指定生产流程相关的所有业务功能模块都实现数据上的同步，实现了后期的自动维护。

本发明的有益效果是：

(1)通过多尺度物流拓扑模型的映射，当某一层次内的生产流程设备属性数据发生变化时，会自动修改多尺度模型其他层次的相关数据，保证了不同尺度之间物流拓扑模型的数据一致性，简化了模型的维护工作；

(2)将不同的业务信息模型通过多尺度物流拓扑模型实现自动关联，方便业务信息模型的管理；保证了不同的业务信息模型之间的基础数据一致性；

(3)将对业务信息模型和多尺度物流拓扑模型的维护集中到对多尺度物流拓扑模型的维护，多尺度物流拓扑模型中生产流程的改变可自动更改业务信息模型相应的模型基础数据，大大降低了模型维护成本。

附图说明

图1为利用本发明方法实现数据同步的多尺度物流拓扑模型与业务信息模型的结构框图；

图2为多尺度物流拓扑模型中相邻层次建立映射时的示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种石化企业业务信息模型数据一致化的方法，包括以下几个步骤：

(1)根据指定的生产流程分别建立PCS层、MES层和ERP层物流拓扑模型，形成与实际生产流程相应的多尺度物流拓扑模型。

多尺度物流拓扑模型分为三个层次的物流拓扑模型，每个层次的模型均包括节点、端口、连接以及这三者各自的属性数据。

节点为生产流程中的各个生产设备，此处的设备既可以是PCS层中与现场相对应的某台实际生产设备，也可以是在MES层、ERP层中的逻辑设备。端口为节点的输入端或输出端，即各个设备之间的连接端口。连接为各个节点之间的连接关系。节点、端口、连接可以认为是三个要素，静态属性为某要素的固有参数。

(2)对多尺度物流拓扑模型中的相邻层次间建立映射；

相邻层次间建立映射时，也是分别将相邻层次间的节点、端口、连接、静态属性建立映射。

相邻层次间的节点通过合并同类进行映射。关于同类节点的划分一般是根据生产设备在生产流程中的作用和形式，兼顾工厂数据统计的需要。

如图2所示，在PCS层中存放同样原料的物理罐W1、物理罐W2、物理罐W3，这三个物理罐可映射为MES层中的一个逻辑罐L1。

三个物理罐为PCS层中生产设备，逻辑罐为MES层、ERP层中的逻辑设备。

相邻层次间的端口通过保留边界端口忽略内部端口进行映射。在进行节点映射时，多个同类的节点作为一个整体，整体内的节点中，与整体外部的节点有连接关系的端口为边界端口，与整体外部的节点没有连接关系的端口为内部端口。

如图2所示，在PCS层的物理罐映射到为MES中的逻辑罐时，需要忽略物理罐W1和物理罐W2之间的端口，物理罐W1和物理罐W3之间的端口，保留物物理罐W1、物理罐W2、物理罐W3分别与外部节点有连接关系的端口。

相邻层次间的连接通过保留边界连接忽略内部连接进行映射，结合边界端口以及内部端口来看，两个内部端口之间的连接为内部连接，边界端口上的连接为边界连接。

如图2所示，需要忽略物理罐W1和物理罐W2之间的连接，物理罐W1和物理罐W3之间的连接，保留物理罐W1、物理罐W2、物理罐W3边界端口上的连接。

相邻层次间的静态属性通过实际对应关系进行映射。例如物理罐W1的罐容C1、物理罐W2的罐容C2、物理罐W3的罐容C3三者映射为MES中的逻辑罐L1的总罐容C，C＝C1+C2+C3。

以上所有映射关系都记录在各个子系统模块中。根据需要子系统模块可以是多个，记录了相邻层之间全部或部分映射关系。

(3)构建与生产流程相关的业务功能模块，以及与该业务功能模块对应的业务信息模型；

业务功能模块根据企业特点以及实际需要构建，例如包括生产计划、生产调度、实时监控、现场控制、生产统计、物料平衡、罐区管理、设备管理、流程模拟等业务功能模块。业务信息模型通过对多尺度拓扑模型所形成的数据库的进行调用，实现业务信息模型与多尺度拓扑模型的关联。

如图2所示，油罐的业务功能模块中具有不同的业务信息模型，分别为MES层的罐调度模块和逻辑罐统计模块以及PCS层的罐操作模块和罐测量模块，将这些业务信息模型关联至预先建立的多尺度拓扑模型，通过多尺度拓扑模型中预先建立的指令分解模块和罐区统计模块实现MES层的罐调度模块和PCS层的罐操作模块的映射以及MES层的逻辑罐统计模块和PCS层的罐测量模块的映射。

其中，在业务信息模型建立过程中，采用UML建立模型结构，包括模型类型与模型属性等，然后采用XML文件的形式存储。

(4)将业务信息模型关联至多尺度物流拓扑模型。

如图1所示，业务信息模型与多尺度物流拓扑模型中数据库的关联通过映射文件完成。

映射文件为可实现XML文件与多尺度拓扑模型中的数据库相关联的软件系统，采用专门的映射文件，可打破模型与数据库之间的强耦合关系。通过配置映射文件可以将业务信息模型映射至不同的数据库，而且在模型迁移之后可以重新配置数据源，实现业务信息模型重用，因此也就方便了模型维护。

由于当前的软件开发方式主要是面向对象编程，所以还需要将XML形式的模型文件转换为面向对象的模型。

在模型使用过程中，子系统模块如果采用面向对象的方式，则可以直接使用之前产生的面向对象模型及该模型与XML模型文件的映射关系，并通过读取数据库映射文件来实现对数据的操作；如果子系统模块不采用面向对象的方式，或者是可以直接使用XML形式的模型，则可以直接通过映射文件操作数据库中的数据。

本发明一种石化企业业务信息模型数据一致化的方法，实现了业务信息模型与多尺度物流拓扑模型中数据的交互，相同的业务信息模型文件(XML)可以应用于不同的企业对象，相同的子系统模块可以应用于不同的环境，只需要为其配置合适的业务信息模型。数据库的设计可以先独立进行，然后通过映射文件与业务信息模型关联，也可以在配置映射文件时直接建立。

在操作过程中，工厂多尺度物流拓扑模型将所有的模型匹配与数据存储工作都交由后台完成，而建模者面对的只有图形化的组态界面，使用专门的图例代表每一层多尺度拓扑模型的节点，用户通过对图例的拖放与连接完成工厂结构的建立，而图例与模型节点的关联、模型的表达以及节点数据的存储等操作都由后台统一完成，从而减少建模工作对建模人员的软件知识要求，而只需要其熟悉真实的工厂结构。

本发明通过多尺度物流拓扑模型的建立应对了工厂生产流程的动态变化，有效解决石化企业中业务信息模型数据一致化问题，从而为企业集成软件系统的长期稳定运行提供了保障。

Claims (1)

1.一种石化企业业务信息模型数据一致化的方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

(1)根据指定的生产流程分别建立PCS层、MES层及ERP层物流拓扑模型，形成与所述生产流程相应的多尺度物流拓扑模型；

所述多尺度物流拓扑模型包括节点、端口、连接以及这三者各自的静态属性；所述节点为生产流程中的生产设备；所述端口为节点的输入端或输出端；所述连接为各个节点之间的管道连接关系；

(2)对所述多尺度物流拓扑模型中的相邻层次间建立映射；

所述多尺度物流拓扑模型相邻层次间通过实际生产过程物流对应关系进行映射，相邻层次间节点通过合并同类进行映射；

在进行节点映射时，多个同类的节点作为一个整体，整体内的节点中，与整体外部的节点有连接关系的端口为边界端口，与整体外部的节点没有连接关系的端口为内部端口，端口通过保留边界端口忽略内部端口进行映射；

在进行节点映射时，多个同类的节点作为一个整体，建立在整体内部节点与整体外部节点之间的连接为边界连接，仅仅是建立在整体内部节点间的连接为内部连接，连接通过保留边界连接忽略内部连接进行映射；

(3)根据不同业务需求分别构建与所述生产流程相关的业务功能模块，以及分别与业务功能模块相对应的业务信息模型；

(4)将这些业务信息模型分别关联至所述多尺度物流拓扑模型，所述业务信息模型与多尺度物流拓扑模型中数据库的关联通过映射文件完成。