CN106354106A - 一种基于mes的数据处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于MES的数据处理系统，包括：数据采集服务器、PI实时数据库、MES中间件、数据录入模块、关系数据库、功能子系统；于PI实时数据库与关系数据库之上构建MES中间件，能够直接用数据点的名字来提取PI实时数据库和关系数据库中任意时间点或时间段的数据，根据PI实时数据库上提取的数据点的特点进行积分或差值计算，并根据关系数据库中数据点的配置特性给予转化数据单位，使数据统一到功能子系统所要求的量度，根据整个流程各个不同数据点之间的关系，建立一整套的处理模型，保证各点数据的安全性和可用性，能给出数据处理最优方案，并对数据处理过程进行实时检测；方便MES系统数据的读取，加快MES数据处理速度，加强MES系统的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于自动化技术领域，尤其涉及一种基于MES的数据处理系统。
背景技术
制造执行系统(Manufacturing Execution System，MES)是通过控制设备、物料、人员、工艺等资源调整工厂生产模式，从而提高企业的核心竞争力，MES系统平台的硬件基础包括现场专用设备、信息采集系统、控制系统等，另外，MES系统平台提供了多种功能服务，包括文档管理、设备管理、质量控制、生产调度等。MES系统平台可以实现与ERP系统的无缝链接，MES系统平台可以处理ERP系统传输过来的物料信息、产品信息、库存信息、制造信息等，同时从管理层次调度人员参与生产，之后将相关资源消耗情况反映给ERP系统。MES系统平台与ERP系统之间的区别在于MES系统平台趋向生产管理，ERP趋向物资管理，MES系统平台与ERP系统相互补充，尤其是MES系统平台底层的控制与感应设备，可以提高ERP系统的物资管理效率，实时掌控物资消耗情况。MES是实施企业敏捷制造战略和实现车间生产敏捷化的基本技术手段。与一般系统不同，MES的构建过程有三个难点需要考虑：(1)系统数据处理量巨大，实时性高，对性能要求极为苛刻；(2)系统的数据来源多样化，对于不同的数据，必须提供统一的调用接口，以保持系统的可移植性和可扩展性；(3)系统的数据模型比较复杂，处理难度大。
MES系统平台已经成为现代企业发展的核心竞争力，它不但可以将企业的资源进行整合，还可以对这些资源进行优化配置，同时对设备、人员、工艺、生产流程等进行联合调控，提高了企业的生产效率，减少了企业的资源浪费。除此之外，MES系统平台可以提高企业的信息化程度，有利于企业的智能化管理，MES系统平台对离散特征的加工制造企业的作用极大，将离散型企业的分散多种资源合理利用，降低了企业的运营成本。然而我国加工制造企业的MES系统平台发展缓慢，大多数工厂的MES系统的建立很不完善，存在着存储资源浪费，以及系统反应缓慢等问题，并且很多公司仍然采用半自动化管理模式，严重制约了我国企业的快速发展。
发明内容
有鉴于此，有必要针对上述问题，提供一种基于MES的数据处理系统，来实现数据的统一读取，提高系统的实时性，提高MES的数据处理性能，实现系统数据的快速处理，加快企业信息化发展进程。
本发明通过以下技术手段解决上述问题：
一种基于MES的数据处理系统，包括：
数据采集服务器、PI实时数据库、MES中间件、数据录入模块、关系数据库、功能子系统；
所述MES中间件分别与所述PI实时数据库、关系数据库、功能子系统连接；
所述PI实时数据库与所述数据采集服务器连接；
所述数据录入模块与所述关系数据库连接；
所述数据采集服务器用于采集智能装备、DCS、PLC的实时数据信息，并将采集回来的实时数据信息传送给PI实时数据库；
所述PI实时数据库用于存储所述数据采集服务器所采集回来的实时数据信息；
所述数据录入模块用于录入各项分析数据；
所述关系数据库用于存储录入的各项分析数据；
所述MES中间件用于能够直接用数据点的名字来提取PI实时数据库和关系数据库中任意时间点或时间段的数据，根据PI实时数据库上提取的数据点的特点进行积分或差值计算，并根据关系数据库中数据点的配置特性给予转化数据单位，使数据统一到功能子系统所要求的量度，根据整个流程各个不同数据点之间的关系，建立一整套的处理模型，保证各点数据的安全性和可用性，同时能够提供警告机制以提醒工作人员对相关流程运转情况的关注，根据数据处理要求，利用本身带有的知识库的知识，给出数据处理最优方案，并对数据处理过程进行实时检测；
所述功能子系统用于实现所述数据处理系统的各项具体功能。
进一步地，所述功能子系统包括：
生产信息集成子系统，用于集成制造企业的生产数据信息；
质量分析与统计过程监控子系统，用于对制造企业进行质量分析与统计过程监控；
生产优化调度子系统，用于对制造企业进行生产优化调度；
生产过程模拟与优化子系统，用于对制造企业进行生产过程模拟与优化；
动态物耗能耗模拟子系统，用于对制造企业的动态物耗能耗进行模拟；
数据校正子系统，用于对制造企业的生产数据进行校正。
进一步地，所述MES中间件包括数据交互模块、运算处理模块、数据专家模块、数据输出模块；
所述数据交互模块用于负责功能子系统与PI实时数据库和关系数据库之间的数据交互，使用户能够直接用数据点的名字来提取任意时间点或时间段的数据；
所述运算处理模块用于根据PI实时数据库上提取的数据点的特点进行积分或差值计算，并根据关系数据库中数据点的配置特性给予转化数据单位，使数据统一到功能子系统所要求的量度；
所述数据专家模块用于根据整个流程各个不同数据点之间的关系，建立一整套的处理模型，保证各点数据的安全性和可用性，同时能够提供警告机制以提醒工作人员对相关流程运转情况的关注；根据数据处理要求，利用本身带有的知识库的知识，给出数据处理最优方案，并对数据处理过程进行实时检测；
所述数据输出模块用于提供一个统一的数据输出接口，可以供给功能子系统所使用的数据信息。
进一步地，所述数据专家模块包括学习子模块、试验数据库、试验方法库、知识库、变量翻译器、推理机、试验信息输入子模块、输出子模块；
所述知识库分别与学习子模块、试验数据库、试验方法库、变量翻译器连接，所述推理机分别与所述变量翻译器、试验信息输入子模块、输出子模块连接；
所述试验数据库用于存储试验数据；
所述试验方法库用于存储试验方法；
所述学习子模块用于根据数据处理积累的经验编辑条件和结论中的固定变量或字符串到所述知识库；
所述知识库用于存储规则，根据试验数据库、试验方法库中的信息，由学习子模块编辑而成；
所述变量翻译器用于将知识库中的变量翻译成推理机可识别的变量；
所述试验信息输入子模块用于输入试验信息；
所述推理机用于将试验信息按照知识库中的规则判断出数据处理最优方案进行输出；
所述输出子模块用于输出数据处理最优方案或警告机制。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
实现工业MES系统实时数据数据库与关系数据库的数据交互，实现底层设备数据的统一读入输出及预处理，引入MES数据处理专家系统，方便MES系统数据的读取，加快MES数据处理速度，加强MES系统的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明基于MES的数据处理系统的整体结构图；
图2是本发明的MES中间件结构图；
图3是本发明的MES中间件的网络拓扑图；
图4是本发明的数据专家模块的数据处理流程图；
图5是本发明的数据专家模块内部结构图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明于MES系统中的PI实时数据库与SQL关系数据库之上构建MES中间件，通过此MES中间件，MES的各功能子系统可以方便的存取PI中的实时数据和录入在SQL关系数据库中的各项分析数据，同时设计MES中间件的数据专家模块，用于各项业务和功能的处理。数据专家模块的设计解决了当数据发生异常时有可能导致的后续应用出现异常问题，使得MES各模块能够稳定的运行。并且当数据出现异常的时候，通过系统的报警功能，可以让工作人员及时了解生产运行情况，排除潜在的问题。
如图1所示，一种基于MES的数据处理系统，包括：
数据采集服务器、PI实时数据库、MES中间件、数据录入模块、关系数据库、功能子系统；
所述MES中间件分别与所述PI实时数据库、关系数据库、功能子系统连接；
所述PI实时数据库与所述数据采集服务器连接；
所述数据录入模块与所述关系数据库连接；
所述数据采集服务器用于采集智能装备、DCS、PLC的实时数据信息，并将采集回来的实时数据信息传送给PI实时数据库；
所述PI实时数据库用于存储所述数据采集服务器所采集回来的实时数据信息；
所述数据录入模块用于录入各项分析数据；
所述关系数据库用于存储录入的各项分析数据；
所述MES中间件用于能够直接用数据点的名字来提取PI实时数据库和关系数据库中任意时间点或时间段的数据，根据PI实时数据库上提取的数据点的特点进行积分或差值计算，并根据关系数据库中数据点的配置特性给予转化数据单位，使数据统一到功能子系统所要求的量度，并根据整个流程各个不同数据点之间的关系，建立一整套的处理模型，保证各点数据的安全性和可用性，不会因为各种意外干扰而出现使后继模块无法使用的情况，同时能够提供警告机制以提醒工作人员对相关流程运转情况的关注；根据数据处理要求，利用本身带有的知识库的知识，给出数据处理最优方案，并对数据处理过程进行实时检测，以提高数据处理方案的最优性和数据处理的严密性；
所述功能子系统用于实现所述数据处理系统的各项具体功能。
整个生产车间流程的智能装备、DCS、PLC实时数据通过数据采集服务器采集上来，然后传输并存储在PI实时数据库中。本发明于工厂实时数据库PI和关系数据库SQL Server之上设计构建MES中间件，通过此MES中间件，MES的各功能子系统可以方便的存取PI实时数据库中的实时数据和录入在SQL关系数据库中的各项分析数据，用于各项业务和功能的处理；同时MES中间件中加入数据专家模块并根据整个流程各个不同数据点之间的关系，建立一整套的处理模型，保证各点数据的安全性和可用性，不会因为各种意外干扰而出现使后继模块无法使用的情况，同时能够提供警告机制以提醒工作人员对相关流程运转情况的关注。
进一步地，所述功能子系统包括：
生产信息集成子系统，用于集成制造企业的生产数据信息；
质量分析与统计过程监控子系统，用于对制造企业进行质量分析与统计过程监控；
生产优化调度子系统，用于对制造企业进行生产优化调度；
生产过程模拟与优化子系统，用于对制造企业进行生产过程模拟与优化；
动态物耗能耗模拟子系统，用于对制造企业的动态物耗能耗进行模拟；
数据校正子系统，用于对制造企业的生产数据进行校正。
如图2、图3所示，所述MES中间件包括数据交互模块、运算处理模块、数据专家模块、数据输出模块；
所述数据交互模块用于负责功能子系统与PI实时数据库和关系数据库之间的数据交互，使用户能够直接用数据点的名字来提取任意时间点或时间段的数据；
所述运算处理模块用于根据PI实时数据库上提取的数据点的特点进行积分或差值计算，并根据关系数据库中数据点的配置特性给予转化数据单位，使数据统一到功能子系统所要求的量度；
所述数据专家模块用于根据整个流程各个不同数据点之间的关系，建立一整套的处理模型，保证各点数据的安全性和可用性，不会因为各种意外干扰而出现使后继模块无法使用的情况，同时能够提供警告机制以提醒工作人员对相关流程运转情况的关注；所述数据专家模块还用于根据数据处理要求，利用本身带有的知识库的知识，给出数据处理最优方案，并对数据处理过程进行实时检测，以提高数据处理方案的最优性和数据处理的严密性。
所述数据输出模块用于提供一个统一的数据输出接口，可以供给功能子系统所使用的数据信息。
如图4、图5所示，所述数据专家模块包括学习子模块、试验数据库、试验方法库、知识库、变量翻译器、推理机、试验信息输入子模块、输出子模块；
所述知识库分别与学习子模块、试验数据库、试验方法库、变量翻译器连接，所述推理机分别与所述变量翻译器、试验信息输入子模块、输出子模块连接；
所述试验数据库用于存储试验数据；
所述试验方法库用于存储试验方法；
所述学习子模块用于根据数据处理积累的经验编辑条件和结论中的固定变量或字符串到所述知识库；
数据专家模块学习的过程就是数据处理经验积累的过程，根据数据处理经验的特点，没有必要建立复杂的自然语言接口，仅仅需要设计一个知识编辑器完成条件和结论中的固定变量或字符串的编辑。
所述知识库用于存储规则，根据试验数据库、试验方法库中的信息，由学习子模块编辑而成；
本发明的基于MES的数据处理系统建造规则数据库作为知识库。数据库以面向对象的结构进行设计。包括表达式表和规则结论表，因为规则的条件和结论结构基本一致，所以用同一表达式表存储规则的条件和结论表达式，结论由结论性质字段分为文本结论和数值结论。
所述变量翻译器用于将知识库中的变量翻译成推理机可识别的变量；
在数据处理过程中是通过变量进行运算的，而在数据库中变量特定的文本形式进行存储。因此，必须建立两者之间的变量互译机构，即变量翻译器。显然，变量数一定小于规则的数量，因此，采用将变量翻译成数据库文本的方式，建立翻译变量结构。
所述试验信息输入子模块用于输入试验信息；
所述推理机用于将试验信息按照知识库中的规则判断出数据处理最优方案进行输出；
所谓推理机就是指按某种策略由已知判断出另一判断的思维过程。一般来说，推理包括两种判断：一种是已知的判断，它包括已掌握的与求解问题有关的知识及关于问题的已知事实；另一种是由已知判断出的新判断，即推理的结论。在推理策略上，本发明的基于MES的数据处理系统采用正、反向推理方式。在生成数据处理最优方案时采用正向推理，在实时检测过程中采用反向推理。根据数据处理知识涉及面比较广，而层次并不深的特点，采用广度搜索策略。
所述输出子模块用于输出数据处理最优方案或警告机制。
试验信息输入子模块输入试验信息，推理机通过知识库中的规则或处理模型，判断出数据处理最优方案进行输出，如果数据专家模块出现错误时能够提供警告机制以提醒工作人员对相关流程运转情况的关注。
在企业中，实施MES项目相当于在经营计划管理层与底层控制之间架起了一座桥梁，填补了两者之间的空隙：一方面，MES可以对来自ERP系统的生产管理信息进行细化、分解，将来自计划层操作指令传递给底层控制层；另一方面，MES可以采集设备、仪表的状态数据，以实时监控底层设备的运行状态，再经过分析、计算与处理，从而方便地控制系统与信息系统整合在一起，并将生产状况及时反馈给计划层。使企业将更容易建立一个快速反映、有弹性、精细化、统一的信息化制造环境，帮助企业提高产品质量和环境，降低原料和人力等资源的消耗。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
实现工业MES系统实时数据数据库与关系数据库的数据交互，实现底层设备数据的统一读入输出及预处理，引入MES数据处理专家系统，方便MES系统数据的读取，加快MES数据处理速度，加强MES系统的稳定性。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (4)
1.一种基于MES的数据处理系统，其特征在于，包括：
数据采集服务器、PI实时数据库、MES中间件、数据录入模块、关系数据库、功能子系统；
所述MES中间件分别与所述PI实时数据库、关系数据库、功能子系统连接；
所述PI实时数据库与所述数据采集服务器连接；
所述数据录入模块与所述关系数据库连接；
所述数据采集服务器用于采集智能装备、DCS、PLC的实时数据信息，并将采集回来的实时数据信息传送给PI实时数据库；
所述PI实时数据库用于存储所述数据采集服务器所采集回来的实时数据信息；
所述数据录入模块用于录入各项分析数据；
所述关系数据库用于存储录入的各项分析数据；
所述MES中间件用于能够直接用数据点的名字来提取PI实时数据库和关系数据库中任意时间点或时间段的数据，根据PI实时数据库上提取的数据点的特点进行积分或差值计算，并根据关系数据库中数据点的配置特性给予转化数据单位，使数据统一到功能子系统所要求的量度，根据整个流程各个不同数据点之间的关系，建立一整套的处理模型，保证各点数据的安全性和可用性，同时能够提供警告机制以提醒工作人员对相关流程运转情况的关注，根据数据处理要求，利用本身带有的知识库的知识，给出数据处理最优方案，并对数据处理过程进行实时检测；
所述功能子系统用于实现所述数据处理系统的各项具体功能。
2.根据权利要求1所述的基于MES的数据处理系统，其特征在于，所述功能子系统包括：
生产信息集成子系统，用于集成制造企业的生产数据信息；
质量分析与统计过程监控子系统，用于对制造企业进行质量分析与统计过程监控；
生产优化调度子系统，用于对制造企业进行生产优化调度；
生产过程模拟与优化子系统，用于对制造企业进行生产过程模拟与优化；
动态物耗能耗模拟子系统，用于对制造企业的动态物耗能耗进行模拟；
数据校正子系统，用于对制造企业的生产数据进行校正。
3.根据权利要求1所述的基于MES的数据处理系统，其特征在于，所述MES中间件包括数据交互模块、运算处理模块、数据专家模块、数据输出模块；
所述数据交互模块用于负责功能子系统与PI实时数据库和关系数据库之间的数据交互，使用户能够直接用数据点的名字来提取任意时间点或时间段的数据；
所述运算处理模块用于根据PI实时数据库上提取的数据点的特点进行积分或差值计算，并根据关系数据库中数据点的配置特性给予转化数据单位，使数据统一到功能子系统所要求的量度；
所述数据专家模块用于根据整个流程各个不同数据点之间的关系，建立一整套的处理模型，保证各点数据的安全性和可用性，同时能够提供警告机制以提醒工作人员对相关流程运转情况的关注；根据数据处理要求，利用本身带有的知识库的知识，给出数据处理最优方案，并对数据处理过程进行实时检测；
所述数据输出模块用于提供一个统一的数据输出接口，可以供给功能子系统所使用的数据信息。
4.根据权利要求3所述的基于MES的数据处理系统，其特征在于，所述数据专家模块包括学习子模块、试验数据库、试验方法库、知识库、变量翻译器、推理机、试验信息输入子模块、输出子模块；
所述知识库分别与学习子模块、试验数据库、试验方法库、变量翻译器连接，所述推理机分别与所述变量翻译器、试验信息输入子模块、输出子模块连接；
所述试验数据库用于存储试验数据；
所述试验方法库用于存储试验方法；
所述学习子模块用于根据数据处理积累的经验编辑条件和结论中的固定变量或字符串到所述知识库；
所述知识库用于存储规则，根据试验数据库、试验方法库中的信息，由学习子模块编辑而成；
所述变量翻译器用于将知识库中的变量翻译成推理机可识别的变量；
所述试验信息输入子模块用于输入试验信息；
所述推理机用于将试验信息按照知识库中的规则判断出数据处理最优方案进行输出；
所述输出子模块用于输出数据处理最优方案或警告机制。
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