1 概述
呼和浩特石化公司煉油與化工運行系統(生產運行系統，Manufacturing Execution System，簡稱MES) 采用Honeywell公司軟件，項目于2008年10月啟動，2009年6月上線運行，歷時8個月時間，按照中國石油信息管理部統一的軟件版本和實施方法論完成了14個功能子模塊的實施，系統形成統一的生產數據平臺。2012年初，隨著呼和浩特石化公司500萬噸/年煉油擴建工程建設的推進，公司信息化建設也全面展開，呼和浩特石化公司在生產執行層面將陸續建設一系列信息系統，包括以MES的數據和核心模塊為基礎的計量管理系統、蒸汽管網優化系統、ERP等，這些系統都是MES系統上的功能完善和應用延伸（以下簡稱擴展系統），用來充分挖掘生產執行信息的價值，為生產操作人員和管理人員提供更便捷、豐富的應用。
2 數據共享需求及可行性分析
在企業生產執行層面，MES系統居于核心地位，擴展系統均基于MES的數據和核心模塊來提供方便用戶的輔助應用，因此MES系統是其他擴展系統的基礎，擴展系統的主要數據提供者，因此擴展系統與MES系統之間存在大量的數據共享需求。
呼和浩特石化擴展系統數據源可分為7大類，分別是公共數據、生產管理數據、運行管理數據、能源管理數據、質量管理數據和HSE數據。通過對擴展系統數據源分析，充分對比企業MES系統的現有數據，得到如下結果：
2.1 擴展系統七大類數據源MES系統基本可以全部提供。
2.2 MES系統數據庫中只存儲了各類基礎
數據，報表展示的數據，MES系統只進行了匯總和展示，未進行存儲，因此，MES各類基礎數據具備共享條件，匯總類數據不具備共享條件。
可以看出，擴展系統的數據源與MES系統數據吻合度較高，具有共享可行性，部分MES系統暫無法提供的數據可以通過加強MES系統應用或增加數據錄入接口的方式獲得。
3 數據共享技術方案研究
3.1 方案設計
呼和浩特石化MES系統主要使用兩套數據庫：Oracle數據庫和PHD數據庫，擴展系統所需數據全部從這兩個系統抽取。擴展系統與MES系統的數據共享方案總體設計思路是：搭建Oracle和PHD中間庫，中間庫從MES系統中提取數據，擴展系統從中間庫中提取數據，MES系統不對擴展系統直接開放。
對MES系統而言，系統數據成功傳輸到中間庫即標志著數據共享的成功，因此方案研究的重點是MES系統數據如何順利傳輸到中間庫中，即中間庫如何搭建。
3.2 Oracle數據共享方案
Oracle數據庫（包涵LIMS子系統數據庫）里存儲著MES系統的所有靜態配置信息和手工錄入的動態數據。Oracle數據共享方案示意圖如圖1所示。
圖1 Oracle數據庫共享總體思路示意圖
中間庫從Oracle數據庫提取數據有三種方案。
方案1：在Oracle數據庫上進行程序開發將數據送入中間庫
Oracle數據庫的數據同步（或定時）傳輸最常見的方式是在Oracle數據庫中做開發工作實現，開發接口的方式主要有兩種：
3.2.1 在每張所需的源數據表上開發觸發器，實時將數據寫入Oracle中間庫中。
3.2.2 在每張所需的源數據表上創建JOB，定時將數據寫入Oracle中間庫中。
呼和浩特石化MES系統中已經開發存在存儲過程、觸發器若干個，系統數據共享后，需要對Oracle數據庫中的多張表新創建觸發器和存儲過程，這些觸發器和存儲過程和已有的觸發器同時執行，在加重服務器負荷的同時，對系統的穩定性也會產生影響。JOB方式情況與寫觸發器的方式類似。
方案2：使用ODI數據共享工具搭建中間庫
Oracle的ODI數據抽取轉化工具支持基于日志實現變化數據捕獲，以Oracle數據庫到Oracle數據庫的數據同步功能，ODI提供四種數據同步方式，分別是：觸發器方式非實時單項復制方式、觸發器方式實時單項復制方式、LogMiner方式非實時單項復制方式和LogMiner方式實時單項復制方式。
其中，ODI LogMiner的正常使用要求Oracle數據庫必須啟用ARCHIVELOG歸檔模式，使用ODI LogMiner方式進行中間庫搭建可以用以下方式實現：
3.2.3 更改呼和浩特石化公司的Oracle數據庫為ARCHIVELOG歸檔模式，以滿足ODI LogMiner的前提條件。
3.2.4 在Oracle數據庫系統建立一個獨立的表空間，為ODI的變化數據準備存儲空間，獨立的表空間可以有效避免對MES系統產生影響。
3.2.5 為數據捕捉建立一個數據庫用戶，該用戶被ODI用來連接數據庫，并獲取變化數據，該用戶需要被授予以下權限：
3.2.6 使用ODI提供的圖形開發工具進行數據同步的開發和配置工作，實現中間庫的數據傳輸。
呼和浩特石化Oracle數據庫歸檔模式更改為ARCHIVELOG，不會對數據庫產生任何影響，但需要科學設計服務器磁盤空間，并需要對歸檔文件進行規范管理。
為擴展系統創建的用戶對MES系統數據具有只讀權限，不會影響數據安全；但該用戶需要被授予創建擴展系統獨立表空間的權限，并對該表空間內的表有完全操作權限，會給數據庫穩定帶來潛在風險。
方案3：使用物化視圖方式搭建中間庫
Oracle的物化視圖在9i版本之前稱為快照，是包括一個查詢結果的數據庫對像，它是遠程數據的本地副本。根據使用功能來分，物化視圖可以分為用于數據復制的，或用于預計算查詢重新的，在呼和浩特石化數據共享中，選擇使用用于數據復制的，用以下方式實現：
3.2.7 在Oracle數據庫上創建一個只有查詢權限的數據庫用戶以供中間庫物化視圖刷新時連接數據庫使用。
3.2.8 在中間庫中創建2張表，一張是物化視圖管理表TT，該表的作用是無論數據是否刷新成功，均需記錄刷新日志（成功或失敗）幫助系統維護人員查詢數據是否刷新成功，該表包含要刷新的表名、刷新方式、是否刷新成功等信息；另外一張是物化視圖刷新表XX，記錄需刷新的表及刷新語句。首次物化視圖創建需人工進行創建，也可通過創建存儲過程自動創建，存儲過程簡單語句樣例如下：
a)創建物化視圖語句：
3.2.9 將要刷新的源數據表配入接口管理表TT中，自動刷新程序循環讀取源數據表名。然后開始進行數據的刷新，如刷新成功，則將成功標識寫入TT表中的相關字段中，否則寫入失敗標識。刷新失敗的接口需要重新二次刷新，直至刷新成功。
物化視圖的管理表和刷新表所配置的存儲過程和其他接口信息均在中間庫上創建和執行，對Oracle數據庫僅僅只讀訪問，影響有限。同時，當發生異常時，如由于網絡中斷等原因造成session一直運行而無法自動執行下一天刷新時，需要進行人工干預。這種情況需要重新啟動中間庫數據庫，無需對Oracle庫進行操作。
三種方案的對比詳情見表1。
表1 方案對比詳情
可以看出，采用觸發器方式建中間庫，MES系統的數據傳輸量將至少是目前的兩倍以上，服務器負載會有較大升高，隱患較大，不建議使用；ODI工具和物化視圖方案都對Oracle連接數產生影響，但風險可控；ODI工具由于所需的數據庫用戶賬號權限較大，會對整個數據庫的平穩運行帶來潛在風險，相比之下物化視圖用戶權限則較小，風險相對較小。
3.3 PHD數據庫共享方案
PHD數據庫里存儲著MES系統的所有實時數據和部分可回寫的手工錄入數據，MES擴展系統所需要的實時數據均從PHD數據庫中提取。搭建PHD中間數據庫需要同時搭建PHD和Oracle兩套中間庫（PHD和Oracle數據庫可以裝在一臺服務器上，也可以分開安裝），中間服務器上配置所需要的實時點的信息，利用Honeywell OPC接口實現從PHD數據庫實時取數，從而達到為擴展系統數據庫提供數據源的目的，PHD數據共享方案示意圖如圖2所示。創建PHD中間庫的技術較為成熟，有完整的實施辦法，整個過程對MES系統服務器幾乎不會產生影響，這里就不對方案進行詳細論述了。
圖2 PHD數據庫共享方案示意圖
3.4 風險分析
在進行數據共享方案研究、分析時，充分考慮了以下風險：
3.4.1 網絡安全。由于數據共享采用中間庫方式，中間庫與MES系統是單向數據傳輸方式，因此擴展系統用戶登陸和擴展系統服務器病毒不會影響MES系統安全。
3.4.2 數據安全。MES數據庫對擴展系統無論封閉還是只讀開放，擴展系統的操作都不會影響到MES系統數據，數據安全性無影響，但只讀開放式要充分考慮數據保密因素，需要設計相關約束。
3.4.3 系統安全。無論哪種取數方式，在中間庫訪問MES系統數據庫是(特別是Oracle數據庫)一定會對系統的負荷以及平穩性帶來或大或小的影響，可以通過及時進行數據備份等方式做到風險規避。
總結
經過研究和分析，可以看出MES系統與擴展系統數據共享具有可行性，ODI工具和物化視圖共享方案具有可操作性。同時，以擴展系統共享需求為導向，可以更加充分的挖掘MES系統應用需求和應用深度，促進MES功能的完善和應用水平的提升，可以預見，MES系統和擴展系統集成共享，相互促進，將會提高整個呼和浩特石化生產執行層面信息化系統的應用水平。
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本文標題：MES制造執行系統數據共享技術方案研究
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