瓮福紫金化工MES系统方案40.docx
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瓮福紫金化工MES系统方案40
瓮福紫金化工股份有限公司
MES系统建设方案
1.前言
《瓮福紫金化工股份有限公司MES系统建设方案V1.0》是由XXX（以下简称：
XXX软件）根据瓮福紫金化工股份有限公司（以下简称：
瓮福紫金化工）的信息化建设需求，结合XXX软件最新软件产品功能而形成的针对瓮福紫金化工信息化建设需求的设计方案文档。
本技术方案对MES系统软件进行了整体的考虑与设计，有效避免企业“通讯孤岛、信息孤岛、管理孤岛”的出现，真正体现信息化在企业生产控制、经营、管理过程中的作用。
瓮福紫金化工MES系统通过建立生产管理控制网络信息高速公路，以XXX软件的ESP-iSYS实时数据库为基础，集成瓮福紫金化工具备通讯接口的控制系统及离散仪表数据，并支持手工数据录入，实现瓮福紫金化工全厂生产过程信息的集成与共享，并对生产过程中产生的动态海量数据进行长周期的保存与多种表现手段的呈现；以XXX软件的综合信息集成平台为基础平台，对实时数据库中采集的实时信息进行多角度、多层次的分析与呈现，为生产调度及各级领导提供所需现场生产画面及生产流程数据的实时监视，并提供生产调度、计划管理、统计报表、设备管理等软件功能，XXX软件将运用成熟的IT技术，借用信息化手段帮助瓮福紫金化工大幅度提升企业的生产管理水平。
XXX软件作为国内流程行业领先的信息化集成服务商，能够根据瓮福紫金化工的需求，量身定做先进的企业信息化建设解决方案，能很好地实现瓮福紫金化工MES系统项目的预期目标。
XXX软件将充分发挥和借鉴以往工程实践的经验与知识，可为瓮福紫金化工提供从咨询、培训、设计、施工、运维全方位的高质量服务和高效的解决方案，以确保本项目的成功实施。
1.1企业概况
瓮福紫金化工股份有限公司是由瓮福（集团）有限责任公司、紫金铜业股份有限公司、贵州山水物流有限公司合资组建的新兴的大型磷化工企业。
公司于2010年5月成立，项目总投资16.32亿元，建成后将实现年产湿法净化磷酸16.26万吨、年产磷酸二铵40万吨、氟硅酸钠1.13万吨，水泥缓凝剂62.67万吨。
主要产品磷酸二铵将通过瓮福（集团）有限责任公司营销网络销往海内外。
饲料级、工业级、食品级磷酸将面向邻近的磷酸主要消费市场台湾，具备独有的区域优势，产品市场前景良好。
1.2需求分析
瓮福紫金化工的信息化建设经过高层领导的长期努力，已经取得了一些明显的效果，主流生产装置、各种关键设备和重要岗位均实行DCS自动控制，但在信息集成及应用方面，还存在信息获取不及时、信息集成不完备、缺乏对生产数据进行分析等问题，总的来说，瓮福紫金化工在生产和管理过程中主要存在如下需通过进行生产信息管理系统建设解决的问题：
一、网络不健全，生产信息不完备并存在诸多“信息孤岛”，缺乏对全厂工艺、原材料、产品、设备等信息进行维护和监控的信息集成平台；
二、生产调度模式陈旧，仍以电话为主要生产信息获取手段，信息获取不及时，所获取的信息的准确性也无法保障；
三、缺乏对生产数据进行分析的手段。
通过瓮福紫金化工MES系统建设项目的实施，可为瓮福紫金化工生产过程信息监控、生产调度等业务提供有效的技术手段，使生产管理和生产调度业务规范化和标准化，避免工作中的漏洞和差错，提高生产管理的效率和有效性，使工作质量的评价和考核由注重结果上升到注重业务的全过程。
1.3项目范围
本项目范围包括：
以XXX软件的ESP-iSYS实时数据库为基础，实现瓮福紫金化工全厂生产过程信息的集成与共享，以XXX软件的综合信息集成平台为基础平台，构建生产调度、计划管理、统计报表、设备管理等功能软件模块，建立MES系统框架，为下阶段信息化建设奠定基础。
本项目建设内容为：
Ø构建实时数据库系统，实现具备OPC/DDE/MODBUS等标准通讯接口的控制系统数据采集及长期储存。
Ø建立统一的综合信息集成平台，实现数据、模块、权限的统一部署管理和业务、统计、分析的应用集成。
Ø建立生产调度、计划管理、统计报表、设备管理等功能子系统，为公司领导、相关管理部门实时掌控生产现状以及通过系统查询相关的工艺数据、计划数据、设备数据以及为现场操作人员、工艺人员分析数据提供必要、简便快捷的手段和工具。
2.MES建设国内外现状
20世纪90年代，我国流程工业企业基础自动化建设与改造基本完成，部分企业还实施了ERP（EnterpriseResourcePlanning，企业资源规划），但因缺乏将ERP和控制系统集成并连接在一起的中间层，ERP的实施效果受到了极大的限制，信息化建设进程一度陷入窘境。
正是在这个期间，美国先进制造研究机构AMR（AdvancedManufacturingResearch）通过对大量企业的调查发现现有的企业管理系统普遍由以ERP/MRPII为代表的企业管理软件；以SCADA、HMI（HumanMachineInterface）为代表的生产过程监控软件和以实现操作过程自动化；支持企业全面集成的MES（ManufacturingExecutionSystem）软件群组成。
根据调查结果，AMR于1992年提出的三层的企业集成模型，并为成了企业信息化建设公认的体系模型标准，为流程工业企业进行信息化建设指明了方向。
2.1MES定义与作用
MES国际联合会对MES的定义如下：
MES能通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。
当工厂发生实时事件时，MES能对此及时作出反应、报告，并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。
这种对状态变化的迅速响应使MES能够减少企业内部没有附加值的活动，有效地指导工厂的生产运作过程，从而使其既能提高工厂及时交货能力，改善物料的流通性能，又能提高生产回报率。
MES还通过双向的直接通讯在企业内部和整个产品供应链中提供有关产品行为的关键任务信息。
制造企业关心三个问题：
生产什么？
生产多少？
如何生产？
企业的生产计划回答的是前两个问题，“如何生产”由生产现场的过程控制系统“掌握”。
ERP、CRM等系统只为生产计划的编制提供了数据信息，对于“计划”如何下达到“生产”环节，生产过程中变化因素如何快速反映给“计划”，在计划与生产之间需要有一个“实时的信息通道”，MES（制造执行系统）就是计划与生产之间承上启下的“信息枢纽”。
2.2国外MES技术现状
MES技术一经提出，立刻得到了企业界和有关研究机构的注意，发展十分迅速，并已经在企业应用中取得了显著的效果。
九十年代初，一些MES软件开发商和有关的产品及服务提供商在美国组织成立了一个行业协会—MESA。
MESA通过对实施MES的企业进行的一系列调查、研究和报告，在1997年公布了其MES研究结果的白皮书。
该白皮书共分为7个部分，分别对MES的优点、MES在企业信息系统中的地位和作用、MES的功能结构、MES的体系结构、MES软件的评估和选择、MES的实施以及MES的发展方向进行了详细的阐述，为MES技术奠定了一个较为全面的理论基础，极大的推动了MES技术的发展和应用。
此外，国外的其它一些研究机构和大学也对MES的应用实现、实施平台及其集成技术等进行了相关的研究，并组织了多次MES技术研讨会，促进了MES技术的进一步发展。
目前，随着MES的不断推广，实施MES的企业的范围越来越广。
企业界更加重视MES对实现车间生产管理、扩展ERP/MRPII系统的功能，增强企业竞争力的作用。
一些大的公司，如GEFanuc、Nokia等也都相继在自己的企业内部构建了MES系统，并取得了明显的经济效果。
同时一些企业自动化的软件提供商们也纷纷推出了自己的MES软件产品和成套解决方案，这些产品主要有：
ABB公司的ProduceITManagement，Siemens公司的ProCX和PEC公司的NWARE、AspenTech公司的AEP和SK公司的OIS等。
AspenTech公司的企业集成平台（AspenEnterprisePlatform（AEP））由以下4层集成框架所组成，包括业务过程模型、应用层模型、信息/数据模型、通讯基础，采用通讯中间件、分布式结构和信息总线Publish/Subscribe机制支撑技术。
AspenTechMES解决方案，主要包括对实时数据库系统、生产计划及调度系统、生产管理系统和公用工程的管理等，解决方案的部分软件模块，在中石化下属部分企业得到成功应用。
操作信息系统（OperationInformationSystem，简称OIS）是韩国SK自主开发的。
该系统是计算机、网络和应用程序的一个集成平台，能够使控制系统层和业务系统层实现无缝连接，能够将工厂实际操作运营的结果与生产计划及调度计划（P&N）进行比较，分析差别及原因，然后反馈到计划及调度系统，据此制订下一周期的计划和调度。
使用SK的OIS系统，可以缩短业务运行周期，实现实时生产管理，提高收率核算的精度，统一库存管理并使各类工作流程标准化和自动化，大大提高工厂的运行效率。
Honeywell提供石化企业协同制造解决方案，通过把供应链计划（业务）和生产执行（生产操作）相集成，提高决策水平和企业效益。
主要包括：
生产管理数据库，生产、操作管理，调度、储运管理和应用集成与ERP、SCM接口等。
美国RIS（ResolutionIntegrationSolutions,Inc.）公司提供生产过程管理和供应链管理集成解决方案，面向物理模型建立核心数据库，基于油品移动实现物料平衡，提供应用集成和ERP接口。
Honeywell的BusinessFLEX@PKSTM生产执行系统软件套件括五个主要应用套件共30多个应用模块，分别为：
先进计划及调度优化、操作管理、油品调和及储运自动化、生产管理和价值链管理。
这个套件的7个产品模块在中石油MES项目的12余家炼化企业得到成功应用。
这些MES系统和产品大都采用C/S模式，综合运用了面向对象技术、分布式对象计算技术（COM/DCOM、CORBA）以及实时数据库技术等，对MES中资源配置、作业调度、生产过程的实时管理以及质量管理等基本功能进行了应用集成，有效的实现了对车间生产的跟踪、控制和优化。
虽然这些MES产品各有优势和侧重点，并在国外企业的应用中取得了显著的效果，但是由于它们所建立的、作为MES核心的企业生产过程模型不适应国内企业环境的特点，需要重新开发；大部分的MES产品缺乏一个通用、标准的应用集成平台，各种厂家的MES应用所采用的软件技术差异较大，难以与遗留应用以及其它MES应用形成无缝的集成，需要对系统进行二次应用开发。
要采用其作为国内企业实施MES的完整解决方案存在诸多问题和不足。
2.3国内MES技术现状
目前，随着国内企业实施ERP系统的经验的增加，企业界和理论界对ERP系统的认识不断加深，因而越来越迫切的意识到MES是制约企业综合自动化技术发展的重要关键技术，必须要研究适合国内企业特点的MES解决方案。
虽然现在国内对MES的研究才刚刚起步，但国内各院校及软件开发企业都陆续进行了石化企业MES的应用技术研究和开发，并取得一些较好的应用，为MES的实施打下了坚实的基础。
⏹中石化MES系统
由中国石油化工股份有限公司（以下简称：
中国石化）申报的“国家863计划”主题“石化企业MES关键技术攻关及应用研究”项目，在2003年12月7日由国家科学技术部发文批准立项〔课题编号：
2003AA412010〕。
之后，由石化盈科信息技术有限责任公司和XXX联合承担的中国石化MES系统分别在茂名分公司、荆门分公司、安庆分公司进行试点应用并取得成功。
通过三家试点企业的实际应用验证表明，该软件产品的应用为ERP的PP、MM和SD模块提供了数据支持，为更好地发挥ERP的作用提供了数据基础；为企业提供了一个良好的管理平台，为企业今后信息化扩展应用及总部集成奠定了良好的基础；提升了企业精细化管理水平，提高了生产效率，降低了成本，取得了良好的经济效益和社会效益。
2005年04月17日，“石化企业MES关键技术攻关及应用”在北京通过国家863计划专家组的评审和验收，标志中国石化MES开发与应用取得重大突破，信息化建设又取得一项重要成就。
⏹中石油MES系统
中国石油天然气股份有限公司（以下简称：
中石油）根据信息技术总体规划的目标和功能，结合国际大石油公司实施MES的经验和相关产品方案，深入研究了MES建设的业务范围和功能范围，制定了整体的技术架构和应用架构。
根据石化企业的特点，将MES的业务领域分解为四个关键领域，即生产计划与排产，生产运行管理，生产执行和生产统计，这些业务领域是一个工厂生产管理的核心。
工厂维护，物料管理，质量管理，销售与分销，工程项目管理，健康、安全与环保管理、财务管理、人事管理等业务领域分别属于ERP等系统覆盖的业务领域，这些业务领域需要与MES交换信息。
这些系统之间的关系是：
◆MES是支持工厂生产管理的核心系统；
◆集散控制系统（DCS）、先进过程控制系统（APC）、实时优化系统（RTO）等控制系统，是MES最直接的实时数据来源；
◆企业资源计划系统（ERP）MES是支持生产运行系统的最主要的两个应用系统。
ERP为MES提供有关工厂维护，物料管理，质量管理，销售与分销管理，健康、安全与环保，以及财务管理和人事管理的相关信息；MES的信息也会反馈到这些系统中去；
◆一些工程项目管理和工艺管理的业务领域由工程类应用系统或企业资源计划系统的部分模块来实现。
中石油采购了Honeywell全套的MES软件，由毕博有限公司负责咨询与项目实施，XXX软件全程参与中石油MES系统的建设实施工作。
3.MES方案设计
3.1系统设计原则
⏹先进性：
采用先进的系统架构体系、软硬件和通讯技术设备，做到配置和技术应用领先。
⏹可靠性：
系统设计和设备选型，充分考虑设备选型、系统软件、网络系统、应用软件以及用户管理等各方面的可靠性保障措施。
系统具有相对的独立性，局部故障不会影响系统的正常进行。
⏹经济性：
考虑与现有系统的接口，充分利用现有技术和设备，使系统方便、实用，既保护了现有信息化投资，又为将来进一步信息化建设奠定基础。
⏹标准性：
支持国际标准的网络接口和协议确保将来不同厂家设备、不同应用、不同协议连接。
⏹开放性、可扩展性：
软硬件符合行业标准和国际标准，系统的设备选型和设计满足现在和将来扩充的需要。
⏹适应性：
既满足瓮福紫金化工当前的业务需要，同时将留有充分的扩展余地，在业务变化及机构人员调整时，能方便地加入新的人员设备及其它软件功能，并保证系统的完整性不受影响。
⏹安全性和保密性：
系统在网络安全及时修复等方面具有可靠的保障措施，数据单向传输，网络隔离，确保系统数据的安全性和系统运行的安全性。
⏹可用性：
保证系统连续运行，防止系统崩溃。
⏹可操作性：
充分考虑到瓮福紫金化工员工目前的知识水平，尤其是计算机水平，使得系统能够真正实施并使用起来。
3.2系统总体方案
3.2.1系统功能架构
瓮福紫金化工MES系统架构采用XXX软件基于AMR所提出的三层企业信息化集成模型，并根据多年的技术积累以及对工业企业信息化建设模式的深刻理解，所逐步形成的企业综合自动化建设InPlant整体解决方案体系结构来构建。
本系统按照统一规划，根据InPlant整体解决方案体系，在MES层需要构建由实时数据库与关系数据库构成的数据库系统、综合信息平台、生产调度、计划管理、统计报表、设备管理等功能子系统组成的MES系统基础平台，为瓮福紫金化工的信息化建设奠定基础，系统整体功能构架如下图所示：
本系统各应用功能子系统既可系统工作，也可单独运行，同时瓮福紫金化工还可以根据自身的条件，按照“总体规划，分布实施”的思想，逐步建立其他相关子系统。
3.2.2系统网络架构
在本系统中，由于各个车间分布在厂区内的不同位置，具有分布零散，距离远的特点，为了保证数据传输的及时、可靠、安全等要求，本方案建议构建专用的数据采集网络，以调度室为中心，分别连接各个车间控制系统，以此覆盖到整个厂区。
通过对各站点数据的实时采集和实时监控，实现合理调度管理，保证生产的安全和精确。
系统总体网络拓扑结构如下图所示：
说明：
1.构建办公局域网、数据采集网、现场控制网三层网络；
从网络层次方面来将整个系统的网络划分为办公局域网、数据采集网、现场控制网三层。
其中办公局域网为瓮福紫金化工的公司局域网，为本系统的最终使用网络平台，组成主要为本系统的调度、操作、领导等的操作和浏览客户端；数据采集网由应用服务器、实时数据库服务器、关系数据库服务器、系统中心交换机、数据采集交换机以及数据采集服务器组成，功能是采集各控制系统中的实时数据，并进行相应的开发及数据应用；现场控制网由各DCS/PLC控制系统以及需要进行数据集成的其他系统组成。
2.办公局域网与数据采集网间采用硬件防火墙进行隔离；
为了有效保证生产局域网的安全，系统在办公局域网与数据采集网间采用硬件防火墙，并且硬件防火墙单独与应用服务器连接，尽量减少办公局域网与数据采集网的接触面。
防火墙上除了设置服务器的某些特定端口可以访问外，其它端口一律关闭，以阻止来源于办公局域网的非法侵入。
3.生产局域网采用独立的网络路由；
为了保障控制系统的独立性，避免办公局域网对控制系统的干扰，我们建议在瓮福紫金化工MES系统项目中采用独立的网络路由来构建独立于办公局域网的生产局域网。
4.在控制系统上位机上安装双网卡来减少数据采集对控制系统自身的影响；
为了尽量减少数据采集对控制系统自身的影响，应在各个进行数据采集的控制系统上位机上安装双网卡，数据采集网仅连接控制系统的提供数据采集服务的单台工程师站/操作站，从而减少数据采集网和控制系统的接触面。
5.采用数据采集服务器来采集控制系统以及智能仪表的实时数据，并作为网关隔离，隔离控制网和数据采集网；
数据采集服务器为长时间运行性能好的计算机，安装两块网卡，一块连接控制网，另一块连接数据采集网，同时在数据采集接口机上运行数据采集接口软件，该软件通过OPC、DDE以及针对性开发的通讯接口获取控制网中各控制系统中的数据，同时将数据转发到实时数据库服务器中。
6.采用服务器组构成系统服务器系统；
为了降低服务器负荷，本系统设置了实时数据库服务器、关系数据库服务器、应用服务器，分别运行实时数据库、关系数据库、进行数据应用及管理系统的数据Web发布。
3.3综合信息平台
XXX综合信息平台是一款为集团式企业量身定做的IT基础设施，它不仅提供了基于分布式部署要求的技术架构，而且也是XXXMES的基础开发平台，所有的MES模型、应用模块都在XXXMES综合平台上开发，模块之间具有良好的协作性，并且基于平台式的开发，也为各个应用模块带来良好的可扩展性。
3.3.1信息集成平台
3.3.1.1平台目标
信息集成平台是针对企业提出的新战略，目的是通过先进成熟的计算机网络技术和通信技术手段构建一个高质量、高效率、智能化、无地域限制的管理平台。
集成基础信息于一体的综合应用平台。
现在MES实施碰到的问题，不仅仅要解决生产系统中的信息孤岛问题，还要形成一个可互操作的信息交换平台。
由平台负责各个应用系统的信息集成，规范企业生产所产生的信息，形成生产信息中心，对企业各个层次的应用系统提供信息支撑，上至ERP相关管理数据源头，下至DCS/PLC现场数据的汇聚，将企业各个层次信息有效联系在一起。
⏹提供统一的信息互访服务
✧B2MML支持
✧WebServices
⏹对基础信息进行管理
✧组织机构管理
✧用户管理
✧权限管理
⏹提供统一的数据集成接口
✧实时数据库
✧关系数据库
✧平面文件
3.3.1.2平台架构
为保证过程信息集成平台的适应性，需要将平台以自适应为主要方针进行设计，见下图。
在平台之上，集成了MES的所有业务应用，包括生产过程监控，能源管理，产耗管理，设备管理，物料平衡，运行绩效（KPI）等。
基于过程信息集成平台的业务应用系统开发，使信息系统功能配置更加灵活，可以方便地配置所需要的功能和特性；另外，提高了系统的二次开发能力，能最大限度地开发贴近自身特点的系统。
通过完善的平台体系建设，MES极大地提高与第三方系统在数据层次的集成效率，下图描述了数据集成的流程以及数据的使用方式：
●公共组件库
公共组件库主要包含了4个部分，分别为：
基础组件，界面组件，业务组件，数据访问组件。
组件关系图如下：
Ø基础组件
基础组件是公共组件库的基础，其提供了一系列的工具类协助其他组件完成工作。
基础组件主要包含如下工具类：
名称
功能
文件系统工具类
简化对文件系统的IO操作。
XML操作类
简化XMLDocument对象的操作。
TCP控制类
简化TCP通讯组件的使用，包括Server和Client。
E-Mail操作类
简化E-Mail的收发操作。
FTP操作类
简化FTP对象的操作。
Web操作类
简化Web对象的访问以及操作。
WebServices对象
通用WebServices调用类。
Remoting对象
通用Remoting调用类。
Ø数据访问组件
数据访问组件，是在基础组件之上，负责对数据库进行读写访问的组件。
通过对数据访问方式的抽象以及对各种主流数据源的封装，数据访问组件可以完全消除异构数据源之间的差异性，做到数据源的无缝切换。
让MES项目核心数据库的选择上可以根据客户的实际情况做到灵活配置。
下图描述了数据访问组件的架构：
Ø界面组件
界面访问组件，为平台，应用系统开发设计提供了统一的用户交互控制界面。
界面组件提供了如下控件：
名称
功能
表格控件
将数据以二维表格的形式展示给用户，控件支持样式的切换，分组，排序，搜索等基本功能。
日期控件
提供灵活的日期选择方式，可在月、周、日之间进行切换。
组合框控件
提供标准的类似Windows的组合框功能，可选，可输，带有自动完成的功能。
对话框控件
模拟类似Windows的对话框功能，丰富用户的界面体验。
菜单控件
模拟类似Windows的菜单功能，可切换样式，支持多级菜单和上下文菜单。
导航条控件
为用户提供丰富的导航方式，方便用户操作。
标签控件
模拟Windows的标签控件，为有限的用户界面空间提供无限的扩展功能。
树控件
模拟Windows的树控件功能，提供多种样式切换以及图标。
工具栏控件
模拟Windows的工具栏功能，并且提供多种方式，包括按钮、下拉菜单、输入框等。
Ø业务组件
业务组件是将业务过程结合界面组件，进行封装以后，产生带有业务性质的界面组件，这些组件的作于在于简化对一些常用的业务操作，达到提高开发效率和统一操作界面的目的。
●管理平台
在任何信息系统中，用户管理和权限管理作为系统的基础模块是不可分割的。
在我们MES以往项目的开发中，用户管理和权限管理的复用率非常低，每个项目都独立开发或部分引用这两个模块，这造成了资源的重复浪费，因此在MES过程信息集成平台中，提出统一的用户信息和权限信息架构（以下称统一架构），为今后的MES业务构件开发提供基础信息支撑。
下图中描述信息平台为MES业务构件提供集成信息支撑的架构：
从图中可以看出，所有的信息交换，都制约于用户、权限的架构信息，在架构信息中，对用户、权限的数据结构进行了统一的规约，MES业务构件在建设的过程中，必须遵循规约的内容，以便达到统一MES构件信息架构的目的。
下图描述了交换过程：
从流程图可以看到，MES业务构件使用基础信息，必须从信息平台获取这些信息，信息平台在与MES业务构件进行数据交换时，会将基础信息转换成统一架构交给业务构件。
而业务构件需要修改并保存这些基础信息，则需要同样转换成统一架构后回传给信息平台，由信息平台负责对核心数据库的存储操作。
这个过程中，数据交换围绕着信息平
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