基于MES 系統(tǒng)的企業(yè)信息化系統(tǒng)的集成

李 坤

為了解決卷煙包裝企業(yè)各信息系統(tǒng)間相對獨(dú)立，對企業(yè)日常生產(chǎn)相關(guān)的信息管理帶來不便等問題；在卷煙生產(chǎn)各部門調(diào)研的基礎(chǔ)上，采用S95 標(biāo)準(zhǔn)西門子SIMATIC IT 平臺開發(fā)出生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)MES，通過OPC、DIS、B/S 與C/S 等方式實(shí)現(xiàn)各信息集成；基于MES 系統(tǒng)的信息系統(tǒng)集成，可方便上、下層系統(tǒng)間的有效通信；同時(shí)可以減少各系統(tǒng)間對某些特定功能的重復(fù)開發(fā)，提高開發(fā)效率、方便后期的操作和維護(hù)。

目前，工業(yè)4.0 智能制造的生產(chǎn)創(chuàng)新理念不斷涌現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)智能制造必須有大量的生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的支撐，各信息化系統(tǒng)的使用為數(shù)據(jù)采集和分析提供了方便。為了將各信息化系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行集成和共享，方便對數(shù)據(jù)的分析。結(jié)合卷煙包裝企業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)，介紹基于SIMATIC IT 平臺的生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)MES 與各信息化系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通信。

根據(jù)對卷煙企業(yè)生產(chǎn)業(yè)務(wù)調(diào)研，確定各信息系統(tǒng)的功能分工；對SIMATIC IT 平臺的MES 系統(tǒng)內(nèi)部建模環(huán)境進(jìn)行介紹，然后以平臺為基礎(chǔ)進(jìn)行基于OPC 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流通信、基于DIS 的XML 文件數(shù)據(jù)通信，基于B/S 架構(gòu)與C/S 架構(gòu)的各信息系統(tǒng)頁面集成，最終完成各系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)集成與通信。

需求調(diào)研與功能設(shè)計(jì)

需求調(diào)研

根據(jù)業(yè)務(wù)部門的實(shí)際需求，通過MES 開發(fā)項(xiàng)目組與其他信息化系統(tǒng)開發(fā)項(xiàng)目組進(jìn)行積極溝通；劃分MES 項(xiàng)目和其他項(xiàng)目的業(yè)務(wù)開發(fā)范圍，減少各系統(tǒng)間對相同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)重復(fù)開發(fā)，后期數(shù)據(jù)維護(hù)也比較麻煩。此次開發(fā)，通過有效通信實(shí)現(xiàn)MES系統(tǒng)和其他信息化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享。

功能設(shè)計(jì)

生產(chǎn)信息系統(tǒng)MES 處于整個(gè)信息化系統(tǒng)的中間層，MES 系統(tǒng)主要數(shù)據(jù)來源有頂層計(jì)劃數(shù)據(jù)和底層采集的反饋數(shù)據(jù)。集成部位包括（如圖1 所示）：底層自動化系統(tǒng)和頂層決策系統(tǒng)。底層自動化控制系統(tǒng)為：制絲集控系統(tǒng)、一號工程系統(tǒng)、卷包數(shù)采系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、物流立庫系統(tǒng)、考勤系統(tǒng)、能源管控系統(tǒng)。頂層信息系統(tǒng)包括：ERP 系統(tǒng)和PQM 系統(tǒng)。部分信息化系統(tǒng)的主要功能，ERP 系統(tǒng)主要功能是實(shí)現(xiàn)企業(yè)資源等決策管理。制絲集控系統(tǒng)負(fù)責(zé)制絲車間的數(shù)據(jù)的采集與管理。卷包數(shù)采系統(tǒng)負(fù)責(zé)卷包車間的數(shù)據(jù)采集與管理。物流立庫系統(tǒng)負(fù)責(zé)各庫存信息的統(tǒng)計(jì)與管理。能源管控系統(tǒng)負(fù)責(zé)能源數(shù)據(jù)采集與管理。

基于S95 標(biāo)準(zhǔn)的MES 系統(tǒng)建模平臺

采用S95 標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)間信息交換，能夠減少M(fèi)ES 系統(tǒng)與其他系統(tǒng)集成費(fèi)用；S95 是標(biāo)準(zhǔn)儀表、系統(tǒng)和自動化協(xié)會（ISA）企業(yè)控制集成標(biāo)準(zhǔn)，它通過信息集成的標(biāo)準(zhǔn)模型和架構(gòu)，提高生產(chǎn)制造過程的靈活性。SIMATIC IT 平臺是通過按照S95 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開發(fā)的，實(shí)現(xiàn)S95 標(biāo)準(zhǔn)定義的功能、結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)交換接口。

SIMATIC IT平臺（如圖2所示）是由標(biāo)準(zhǔn)化組件和“框架”（Framework）構(gòu)成的模塊系統(tǒng)，具有符合ISAS95 標(biāo)準(zhǔn)的組件通過“框架”（Framework）連接到建模環(huán)境。SIMATIC IT Production Modeler（PM 生產(chǎn)模擬器）作為SIMATIC IT Framework 建模核心工具。SIMATIC IT 組件包括：工單管理組件POM、消息傳遞組件MSM、材料管理組件MM、報(bào)表統(tǒng)計(jì)組件RM、人員管理組件PRM。SIMATIC IT 獨(dú)立組件包括：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集組件Historian、質(zhì)量組件UNILAB、生產(chǎn)規(guī)范管理組件INTERSPEC。PM 通過COM 和GIS 兩種接口方式與各組件間，以數(shù)據(jù)流的方式進(jìn)行通信；同時(shí)也可以采用DIS 服務(wù)器通過connector 連接器，進(jìn)行各組件間的通信；各組件在PM 平臺中以內(nèi)置的SIMTIC IT 平臺中rule 規(guī)則形式，采用S95 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行信息處理。

圖1 MES 系統(tǒng)與外部系統(tǒng)的集成

圖2 SIMATIC IT 建模平臺

圖3 基于OPC 的通信模型

圖4 基于DIS 的通信模型

MES 系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的集成與通信

為實(shí)現(xiàn)通過信息系統(tǒng)有效完成日常生產(chǎn)業(yè)務(wù)，結(jié)合MES 系統(tǒng)處于信息化系統(tǒng)中間層的位置特點(diǎn)；MES 系統(tǒng)與其他系統(tǒng)必須進(jìn)行準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)通信 。基于IT 平臺的MES 系統(tǒng)與其他系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信方式主要有三種：基于OPC 的數(shù)據(jù)通信、基于DIS 的數(shù)據(jù)通信和基于B/S 與C/S 架構(gòu)的頁面集成。

基于OPC 的MES 系統(tǒng)與底層系統(tǒng)間實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的通信

OPC 服務(wù)器由三類對象組成（如圖3 所示）：數(shù)據(jù)項(xiàng)（Item）、組（Group）、服務(wù)器（Server）。OPC數(shù)據(jù)項(xiàng)（Item）通常為設(shè)備的一個(gè)寄存器。多個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)（Item）構(gòu)成組（Group），OPC 組（Group）是數(shù)據(jù)傳送的基本單元，通過組可以設(shè)置數(shù)據(jù)變更的速度；并在服務(wù)器緩沖區(qū)數(shù)據(jù)變化時(shí)，通知客戶進(jìn)行處理，提高數(shù)據(jù)訪問效率。卷煙生產(chǎn)現(xiàn)場底層自動化系統(tǒng)，通過OPC 方式將PLC 現(xiàn)場采集的相關(guān)數(shù)據(jù)以組（Group）對象的方式，傳給OPC客戶端；MES 系統(tǒng)中獨(dú)立組件Historian 和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和存儲；為后續(xù)過程統(tǒng)計(jì)分析提供數(shù)據(jù)來源。

基于DIS 的MES 與外部系統(tǒng)間業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的通信

（如圖4 所示）DIS 是SIMATIC IT 依據(jù)S95 標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的專門軟件。其中包含以下相關(guān)概念：Connector（連接器）能夠?qū)崿F(xiàn)DIS 服務(wù)器與外部系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換的是具體的程序。SQL Server 數(shù)據(jù)庫是來進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲的容器。XML 配置文件是配置DIS與外部系統(tǒng)進(jìn)行交換的數(shù)據(jù)格式文件。

DIS 包括服務(wù)器和客戶端，MES 系統(tǒng)通過DIS 作為數(shù)據(jù)傳輸樞紐，外部信息化系統(tǒng)通過DIS 客戶端以XML文件的方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)組ES 系統(tǒng)的DIS 服務(wù)器，DIS服務(wù)器接受數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫，方便后續(xù)解析。DIS 服務(wù)器通過Connector 可以實(shí)現(xiàn)IT 平臺內(nèi)相關(guān)組件、IT 獨(dú)立組件、PM 生產(chǎn)模擬器相連；通過rule 解析的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理。MES 系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)也以XML 文件的方式達(dá)給其他信息系統(tǒng)。

基于B/S 架構(gòu)的各系統(tǒng)頁面集成

根據(jù)生產(chǎn)業(yè)務(wù)需要，卷煙企業(yè)同時(shí)開發(fā)多個(gè)信息化系統(tǒng)，各信息化系統(tǒng)都有自己的頁面顯示方式，為方便操作人員查看和維護(hù)數(shù)據(jù)信息，將各信息化系統(tǒng)在同頁面集中展現(xiàn)。用戶在一個(gè)頁面中操作，而數(shù)據(jù)信息在不同系統(tǒng)后臺進(jìn)行處理。各信息化系統(tǒng)采用不同的架構(gòu)進(jìn)行開發(fā)。開發(fā)架構(gòu)分為C/S 架構(gòu)，即客戶端/服務(wù)器模式。B/S 架構(gòu)，即瀏覽器、服務(wù)器模式。采用B/S 架構(gòu)開發(fā)的程序，C/S架構(gòu)頁面可以采用browser 控件調(diào)用B/S 界面的IP 地址，實(shí)現(xiàn)C/S 與B/S 架構(gòu)的集成。采用B/S 開發(fā)的界面，可以通過調(diào)用其他系統(tǒng)B/S 界面的IP 地址，實(shí)現(xiàn)B/S 與B/S 架構(gòu)的集成。采用C/S 架構(gòu)開發(fā)的程序，B/S 開發(fā)的頁面不能直接集成，通過第三方技術(shù)手段將C/S 開發(fā)的頁面集成到B/S 架構(gòu)中。采用C/S 開發(fā)的界面可以通過應(yīng)用程序接口的發(fā)生調(diào)用其他系統(tǒng)開發(fā)的C/S 頁面。

結(jié)語

根據(jù)卷煙包裝企業(yè)信息化技術(shù)改造項(xiàng)目，采用用戶需求調(diào)研的方式，找出各信息系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。基于SIMTIC IT 平臺的MES 系統(tǒng)主要通過OPC 和DIS 實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)數(shù)據(jù)的調(diào)用、通過B/S 和C/S 架構(gòu)可實(shí)現(xiàn)各信息系統(tǒng)間的頁面集成。通過各系統(tǒng)間通信的研究，可以避免各系統(tǒng)間對某些功能的重復(fù)開發(fā)，提高開發(fā)效率、方便后期的操作和維護(hù)。