MES功能延伸之生产信息平台在吉林石化公司的设计与实施

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    摘  要：借助MES(制造执行系统)实时数据、装置数据、罐区数据,创建了生产信息查询平台，把每日公司调度日报的生产情况、产量完成、物料平衡、产成品罐存以及公用工程消耗等各类生产信息全部上传到平台上，并利用仪表盘、柱状图、趋势图等多种可视的综合展示方法进行立体展示。

1 引言
1.1项目来源
    原因一，MES数据的深度挖掘：吉林石化公司MES项目历经三年，共分三期项目实施，在2010年9月顺利上线，随着MES的应用，MES系统中的数据越来越多，像实时数据、装置数据、罐区数据等等，如何能够有效利用这些数据，项目实施人员及关键用户都在思考这个问题；原因二，领导需要掌握生产的宏观情况：MES系统，主要针对吉林石化公司各分厂各车间各装置的数据录入及查询，方便了查询局部装置及罐区的数据，但是对于吉林石化的领导层，往往需要掌握的是生产方面宏观的情况，这就急需开发一个界面友好、直观的数据展示平台。基于以上两方面的原因，生产信息平台便应运而生。
1.2生产信息平台与MES系统的关系
   生产信息平台数据分为三层，数据层、应用层及展示层。如图1所示： 由下至上，最底屋是数据层，来源于MES系统存储的数据；中间层是应用层，是指MES中的各个应用模块；最上层是数据展示层。

图1 三层架构图

2 设计及实施
2.1设计
2.1.1数据库架构设计
本系统中，所需数据库分为两部分，第一部分是MESSL用户下的配置数据表，它主要负责对综合展示平台前端展示的数据进行配置及修改，满足了数据展示的动态、灵活的需求；第二部分是REPORTUSER用户下的生产数据表，它主要负责接收吉林石化用户所提供的生产数据信息，并作为综合展示平台展示的数据源。
2.1.2表空间设计
（1）系统中数据库表空间分为两个：配置数据表空间（MESSL）、生产数据表空间（REPORTUSER_TABLESPACE）。
（2）配置数据表空间(MESSL)用来控制综合展示平台前端显示的配置数据，该类数据相对静止，不会随着时间而大幅增加，且基础数据量相对较小。数据文件为：TBS_BASE_DATA.DBF，文件初始大小暂定为200M，自动扩展
（3）生产数据表空间（REPORTUSER_TABLESPACE）则是用来存储除报表生产数据，这些数据都是动态数据，数据量都会随着时间变大。数据文件为TBS_BUSINESS_DATA.DBF，文件初始大小暂定为200M，自动扩展。
2.1.3数据库的安全设计包括
（1）数据库系统要求用户名和密码的数据库认证机制，防止未经授权用户访问。
（2）数据库系统对用户进行分组，按用户组关联到相应的用户角色，不同的用户角色赋予不同的操作权限，防止用户越权访问。
（3）在系统的组态和客户化的开发中，根据不同的应用要求，使用不同的用户身份进行后台的数据库访问，不可不加区分的全部采用管理员身份登陆。例如，业务操作员只能修改特定表中的记录，程序员可以增删数据库中自定义的表，而管理员具有不受限的权限。
（4）数据库管理员的密码需要定期更换，并需要建立一个备份的帐号，以防不测。
（5）数据库需要采用自动归档的日志方式，配合系统备份策略，尽可能保证数据安全。
2.2Silverlight技术
吉林石化生产信息平台根据对数据的显示效果的视觉要求，以及对数据稳定性、容错能力的考虑，采取了大量的页面制作技巧以及性能方面的技术应用，因此对页面控件的集成稳定性有较高的要求，在页面控件开发方面，采用较为成熟的微软Silverlight技术进行编写，具有较好的兼容性和稳定性，控件具有良好的使用性，并具有良好的移植性。
微软Silverlight是一个跨浏览器、跨客户平台的技术，能够设计、开发和发布有多媒体体验与富交互（RIA,Rich Interface Application）的网络交互程序。Silverlight提供了一个强大的平台，能够开发出具有专业图形、音频和视频的Web应用程序，增强了用户体验。
在图形控件的数据更新方法方面，通过MVC控制器，将更新请求通过MVC控制器接入接口进行解析，并通过控制器接入对应的业务逻辑层，对于数据进行更新计算等业务操作，将计算后的结果数据通过异步传输技术返回数据更新响应，数据更新响应通过MVC控制器传入表现层即综合展示平台进行显示，异步传输技术有助于增加综合展示平台显示效果的友好性。
2.3生产信息平台的数据源
生产信息平台的数据来源于吉林石化公司各分厂调度室的生产报表，而各分厂调度室的生产报表是由MES项目组统一开发的Excel报表，报表运用VBA宏程序，把MES中的实时数据、装置数据、罐区数据及LIMS数据提取到报表中，部分提取不到的数据由调度手工录入到Excel中,通过VBA宏程序保存到MES的Oracle关系数据库中。图3是数据由数据采集一直到平台展示由下向上的一个数据流向。


图2 综合展示平台数据流图

3 生产信息平台的应用效果
图3是生产信息平台的综合信息界面，每天主要的生产情况都在此展示，图4是生产信息平台的原油情况界面，在图中可以很清晰的看到SilverLight中进度条、饼图、仪表盘、柱状图、拆线图等控件展示。下面把展示平台用到的几种控件及应用效果分别介绍一下：(1)至(4)以图3介绍，（5）、（6）以图4介绍。
（1）生产进度情况：主要展示汽油、柴油、化工轻油、加氢尾油、轻石脑油生产当日完成情况，以进度条形式展示，出现两种颜色，红色进度条代表未完成生产计划，绿色进度条代表超额完成生产计划，当公司总调度看到某种产品状态进度条处于红色时，就要意识到生产状态已经滞后，在未来的日子里，要抓紧生产，起到指挥生产的作用。
（2）库存情况：“库存情况”展示的是与炼油和化工生产相关的主要库存情况，分三种颜色（绿色、红色、黄色）， 当总库容不超过安全上下限时，并且“空容/日加工量>=4”页面显示绿色，当“空容/日加工量<4”时，页面显示橙色；当总库容超过安全上下限时，页面显示红色。通过库存的颜色可以指导公司总调度合理调配生产情况， 产品库存有一个预警作用。
（3）生产装置运行状态：展示吉林石化所有分厂生产装置的运行状态，体现装置运转的四种状态：开工、计划检修、计划停工和生产波动四种状态。在饼图上可以看到绿色代表的是开工装置，黄色代表计划检修装置，蓝色代表计划停工装置，由于生产波动为0，所以在饼图上没有红色区域，当鼠标悬浮在饼图上时，显示各种状态所占的百分比。右侧详细列出停工装置及类型。使用户可以迅速了解整个吉林石化装置的运行状态。
（4）技术经济指标：展现吉林石化当月主要技术经济指标,技术经济指标越高越好，但各种收率有一个合理范围，每个月每一种产品都有一个最低计划收率。以仪表盘控件方式，分为两种颜色绿色代表实际收率高于最低计划值，红色表示实际收率低于最低计划值，起到警戒作用。


图3 综合信息界面

（5）原油进厂进度情况：以折线图展示当月到当天为止的每日的各类原油进厂情况（计划、完成、管输、铁路、俄油）的变化趋势。
（6）以柱状图展示当年到当月为止的每月原油进厂实际完成与计划的对比情况，清楚的看到吉林石化主要产品原油的生产完成情况。


图4 原油情况界面

4 结论
本文主要介绍了综合展示平台的设计及实施过程以及应用效果。综合展示平台以MES为基础，利用微软Silverlight先进技术，实现界面的直观展示，综合展示平台以吉林石化公司大量的实时数据和关系数据为支撑，抽取了各项业务的主要关注点和指标在大屏幕上进行展示，主要分为两个层次。第一层是总貌层，以柱状图、饼图、曲线图等图形化的方式展示了吉林石化公司原油进厂、炼油生产、化工生产、产品出厂、库存情况、装置运行等整个生产过程中的业务信息。第二层为详细数据分析层，用户可通过点击各个信息主题提供的链接，详细查询各信息主题的详细数据，为生产的精细化管理提供了参考，为公司领导及生产运行处领导及总调度协调指挥生产提供了第一手的数据。

参考文献：
〔1〕浦声洋,刘婧伟.基于Silverlight的总部MES综合展示平台应用.炼油化工运行系统应用技术研究,2010,227-231
〔2〕崔振伟,王华.PHD实时数据库在MES中的应用.石油规划设计 2009,20(4):34-37
〔3〕立辉,张洁.电子装配行业的MES体系结构及技术实现.计算机工程 2009(5)
〔4〕肖波,叶文华.工装MES生产调度和进度跟踪模块的研究与开发.机械制造与自动化,2009（2）
〔5〕周吉武,杨建军,廖庆妙.工作流技术在制造执行系统中的应用.新技术新工艺,2008（7）：13-15
〔6〕程燕,苗建军.国防科技工业制造执行系统标准化策略研究.中国制造业信息化,2009,38（2）:33-37
〔7〕李晖,赵霞,潘兆鸿.过程工业MES图形化动态成本软件的设计.自动化仪表 2009(8)
〔8〕张永弟,杨光,岳彦芳.机械加工车间的MES性能分析与综合评价.制造业自动化,2009（5）
〔9〕张喻,张成毅.基于CIMS的集成化成本管理模型的研究.世纪桥,2008（7）
〔10〕付海波,夏光蔚,胡冰.基于ERP／PDM／MES／PCS的数字制造系统信息集 广东技术师范学院,2009（3）
〔11〕蓝萌,徐汀荣,黄斐.基于JMS的制造型企业ERP-MES集成方法实现.计算机技术与发展,2009（6）
〔12〕杨晓云,王德权,张南,王玉华.基于MES的发动机装配生产线管理系统的开发.计算机应用与软件,2009（1）
〔13〕房纪涛,邓卫伟,于大鹏.基于MES的实时智能过程质量监控系统研究.电子质量,2009（5）
〔14〕吴立辉,张洁.基于工作流的电装行业MES关键技术研究.控制工程,2009,16(3)
〔15〕黄至辉.基于霍尼韦尔的制造执行系统可靠性增长工程理论及技术研究.计算机技术与发展,2009（6）
〔16〕夏晓鹏,任光胜.基于敏捷制造的制造执行系统.机械管理开发,2009（5）
〔17〕黄淑芬.基于数据集成的轮胎企业制造执行系统.福建电脑,2009（8）
〔18〕王崎锋,阎春平,刘飞.基于知识集成的车间制造系统运行模式研究.计算机集成制造系统,2009（4）
〔19〕王志新.基于制造执行系统(MES)的管控一体化系统设计研究.MES(制造执行系统)开发与应用研讨会论文集.2003(11):62-68
〔20〕吴斌方,陈中瑾,汪超台.基于制造执行系统(MES)数据采集的研究与实现.中国集体经济,2008（9）
〔21〕王萍,宋新民,鲁娆.离散制造业MES系统作业计划管理模块设计与实现.露天采矿技术,2009（4）
〔22〕梁伟红.炼铁制造执行系统与控制系统的通讯方法.湖南冶金,2005,33（3）34-36
〔23〕毛国栋.流程型制造业企业的MES系统设计和实现.电脑开发与应用.2009,22(4):52-55
〔24〕肖良芬,马铁军,李俊.轮胎企业制造执行系统中的数据采集技术.橡胶工业,2007,54(8):497-499
〔25〕瞿智勇,赵霞,金其辉,李克群,潘兆鸿.煤化工企业MES在线优化系统.自动化仪表,2009（6）
〔26〕沈飞,赵霞.煤化工企业中基于PI的实时数据分析器.自动化仪表,2009（1）
〔27〕李海涛.大庆石化制造执行系统（MES）设计与实现.大庆石油学院硕士论文, 2009(7):13-15
〔28〕樊春江.兰州石化公司MES系统设计及应用研究.兰州大学硕士论文,2007,38(2):33-37
〔29〕周正祖.独山子石化MES系统技术架构与安全设计.天津大学硕士论文,2009,(5):31-33
〔30〕胡智程,黄青松.浅析MES在化工企业中的现状和应用.数字石油和化工,2008,(07):25-26

作者：杨瑞先 程小良 袁 哲 贾春香 刘桐明



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