專利名稱：一種石化企業業務信息模型數據一致化的方法
技術領域：
本發明涉及一種石化企業模型一致化方法，尤其是涉及一種石化企業業務信息模型數據一致化的方法。
背景技術：
企業集成是多年來國際上廣泛研究和實踐的論題，研究這一論題的目的就是研究怎樣組織好企業的生產和銷售，從而在市場競爭中能夠使企業得到發展和壯大。根據企業控制系統集成建模國際標準(Enterprise-Control SystemIntegration) ISA-95及美國先進制造研究機構(Advanced Manufacturing Research, AMR)提出了 ERP(Enterprise Resource Planning)/MES(Manufacturing Executive System)/PCS (Process Control System)三層企業集成模型。 PCS層通過現場控制系統，對生產設備進行自動控制，對生產過程進行實時監控；MES層通過生產調度、生產統計、成本控制、物料平衡和能源管理等業務功能模塊來組織生產，并對PCS層和ERP層的信息進行采集、傳遞和加工處理；ERP層則根據企業的人、財、物等資源的總體狀況和產、供、銷各環節的信息，對生產進行計劃、組織，使生產經營有序進行，并對企業經營計劃進行決策。在ERP系統中長期計劃的指導下，MES根據底層控制系統采集的與生產有關的實時數據，依托各個業務功能模塊完成短期生產作業的計劃調度、監控、資源配置和生產過程的優化等工作。從而形成了以物流、資金流、信息流集成優化為目標的流程工業綜合自動化整體解決方案，成為當今西方先進工業國家流程工業綜合自動化系統理論和產品的主流框架，并在實際應用中取得了顯著的效益。PCS/MES/ERP三層次結構體系滿足了工業企業實際生產管理與控制的需求，也對企業建模提出了多層次多時空粒度的需求。而傳統的企業業務功能模塊多針對單一層次需求，不同層次或同一層次不同業務功能模塊軟件之間相對獨立，缺乏模型數據共享，不同業務軟件之間信息模型數據不一致的現象十分普遍，導致企業業務實施過程數據不平衡、需要大量成本投入模型的維護和管理。因而有效解決不同業務功能模塊之間的數據一致性問題是業務功能軟件開發的關鍵問題。具體來說，當前的軟件系統多采用面向對象的方法，即設計信息模型結構并實例化信息模型，而石化企業生產系統的不確定性不會導致模型結構的改變，卻會導致模型實例的改變。例如，某個裝置的老化報廢并不會導致描述這類裝置的信息模型結構發生改變(包括模型名稱、這類裝置所具有的屬性等)，卻會導致該信息模型的實例發生改變(如原本有三套這類裝置現在減少為兩套，即數據記錄的減少)。當各個信息模型直接面向生產流程建模時，流程設備的改變必然要求每個相關的信息模型都需要更新模型實例，如某個裝置的報廢導致描述該類裝置的所有信息模型必須同時刪除該裝置的記錄，這在大型的企業軟件系統中是一個繁雜而且容易出錯的工作。特別是在當前軟件系統提供商(即負責開發相關系統的軟件公司)和軟件使用者(即各石化企業)分工明確的情況下，軟件系統提供商實時追蹤軟件使用者的生產過程流程變化存在較大困難和較高的成本，而軟件使用者又由于對軟件系統內部結構的不熟悉而無法有效更新流程模型，從而極易導致軟件系統無法長期有效運行。因此，減少生產流程設備變化導致的系統維護成本就提出兩個要求一是避免生產流程的局部改變導致大量的模型實例維護工作，二是有效解決軟件使用者在對軟件結構不太了解的情況下對模型實例的同步維護工作。
發明內容
本發明公開了一種石化企業業務信息模型數據一致化的方法，將不同的業務信息模型通過多尺度物流拓撲模型實現自動關聯，保證了不同業務功能信息模型之間基礎數據的一致性。一種石化企業業務信息模型數據一致化的方法，包括以下幾個步驟(I)根據指定的生產流程分別建立PCS層、MES層和ERP層物流拓撲模型，形成與 所述生產流程相應的多尺度物流拓撲模型；(2)對所述多尺度物流拓撲模型中的相鄰層次間建立映射；(3)根據業務需求，構建與所述生產過程相關的業務功能模塊，以及與該業務功能模塊對應的業務信息模型；(4)將業務信息模型關聯至所述多尺度物流拓撲模型。本發明針對石化企業的PCS/MES/ERP三層次結構體系特點，構建工廠級多尺度物流拓撲模型，并將不同業務信息模型與之自動關聯，在保證工廠級物流拓撲模型層次間數據一致性的基礎上，解決不同業務信息模型數據一致性的問題，使得多尺度物流拓撲模型的不同層次間，以及多尺度物流拓撲模型與信息模型間實現數據的自動同步，從而使得系統的初次建模成本和模型后期維護成本都大為降低。所述的PCS層物流拓撲模型按照石化企業生產現場的裝置、單元及彼此間的物流
拓撲結構建立。所述的MES層物流拓撲模型按照石化企業車間、區域等管理單元的劃分方式及彼此間的物流連接關系建立。所述的ERP層物流拓撲模型按照企業制定計劃時所參照的工廠抽象物流拓撲建立。所述多尺度物流拓撲模型包括節點、端口、連接以及這三者各自的靜態屬性。所述節點為生產流程中的生產設備，此處的設備既可以是PCS層中與現場相對應的某臺生產設備，也可以是在MES層、ERP層中的邏輯設備，該邏輯設備與PCS層中一臺或多臺生產設備具有實際對應關系，是由PCS層中一臺或多臺生產設備合并映射而來。例如PCS層中有5個油罐，每個油罐具有相應的油罐容量,所述油罐映射到MES層中為邏輯罐，該邏輯罐的油罐容量為PCS層中5個油罐容量的總和。所述端口為節點的輸入端或輸出端，即各個設備之間的連接端口。同理此處的節點設備既可以是PCS層中與現場相對應的某臺生產設備，也可以是在MES層、ERP層中的邏輯設備。例如PCS層中某一油罐與其相鄰的油泵連接，油罐的輸出端及油泵的輸入端稱為端口，MES層中某一邏輯罐與其相鄰的邏輯泵連接，邏輯罐的輸出端及邏輯泵的輸入端稱為端口。所述連接為各個節點之間的管道連接關系，由于各個節點之間具體是通過相應的端口進行連接。因此任何一個管道連接關系都是建立在對應的端口之間。例如PCS層中油管兩頭的接口分別連接至油罐的輸出端及油泵的輸入端，因此所述油管即為所述油罐及油泵的連接關系。所述節點、端口、連接可以認為是三個要素，所述靜態屬性為某要素的固有設備及工藝參數。例如PCS層中某一油罐的罐容，MES層中某一邏輯罐的總罐容；PCS層中油罐輸出端的最大輸出速率及油泵輸入端的最大接受速率；連接油罐及油泵的油管的口徑、材質等。相鄰層次間的物流拓撲模型建立映射時分別針對所述的節點、端口、連接和靜態屬性進行映射。 相鄰層次間的節點通過合并同類進行映射。例如PCS層中有5個同類的油罐(生產設備)，考慮到工藝流程以及設備特點，兼顧統計數據的要求，5個同類的油罐在MES層對應為I個邏輯罐(邏輯設備)，那么在進行映射時，也就是將PCS層中有5個的油罐與MES層的I個邏輯罐建立數據上的關聯。同理在MES層與ERP層之間都是邏輯設備，也是通過對同類邏輯設備的合并處理建立數據上的關聯。關于同類節點的劃分一般是根據生產設備在生產流程中的作用和形式，兼顧數據統計的需要。 相鄰層次間的端口通過保留邊界端口忽略內部端口進行映射。在進行節點映射時，多個同類的節點作為一個整體，整體內的節點中，與整體外部的節點有連接關系的端口為邊界端口，與整體外部的節點沒有連接關系的端口為內部端□。在進行節點映射時，尤其是由下層拓撲結構向上層拓撲結構進行映射時，會將多個同類的節點看做一個整體，由于多個同類的節點中有很多端口，但作為整體而言，有些端口僅在整體的節點間內部相互連接，有些端口與整體外部的節點有連接關系，多個同類的節點作為整體向上層拓撲結構進行映射后，在端口的映射處理上，可以僅考慮邊界端口而忽略內部端口。例如，PCS層中有多個節點通過各自的端口相互關聯，所述多個節點映射到MES層中的某一個節點中，若PCS層中節點的端口為多個時，映射到MES層中需要將多個節點看做一個整體，忽略節點與節點之間的端口，只需考慮邊界端口的映射關系。相鄰層次間的連接通過保留邊界連接忽略內部連接進行映射。在進行節點映射時，多個同類的節點作為一個整體，建立在整體內部節點與整體外部節點之間的連接為邊界連接，僅僅是建立在整體內部節點間的連接為內部連接。結合邊界端口以及內部端口來看，兩個內部端口之間的連接為內部連接，邊界端口上的連接為邊界連接。相鄰層次間的靜態屬性通過實際對應關系進行映射。以PCS層和MES層為例，常見的對應關系如直接對應當PCS層和MES層中靜態屬性(可以是節點、端口或連接的靜態屬性)沒有變化時，采用直接映射即數據上沒有變化直接調用；間接對應，由于靜態屬性是對節點、端口或連接這三要素的描述，當PCS層中某一要素在映射至MES層發生變化時，其靜態屬性的映射則需要根據要素變化的形式進行相應的運算，即需要“間接”對應。例如PCS層中有5個油罐，每個油罐具有相應的油罐容量,所述油罐映射到MES層中為邏輯罐，該邏輯罐的油罐容量為PCS層中5個油罐容量的總和，即這對油罐這一節點的容量靜態屬性進行加和運算。又例如5個油罐中油品含量不同，油品重量需要根據含量折算時，針對油品重量這一靜態屬性在向MES層映射時，就需要根據5個油罐各自的存量以及油品濃度進行物料混合組分計算。有些靜態屬性在PCS層中并沒有出現，僅在MES層中為了統計需要而新定義的靜 態屬性，如設備總加工能力等，此時并沒有由PCS層至MES層的靜態屬性映射，但在MES層中設備總加工能力這一靜態屬性在獲得時也是通過采集PCS層的相關數據(可以認為是PCS層中的其他靜態屬性，但與設備總加工能力這一靜態屬性存在實際對應關系)通過適當的運算獲得。對所述多尺度物流拓撲模型中的相鄰層次間建立映射時，節點、端口、連接和各個靜態屬性間的大量映射關系需要描述和記錄，為了便于對映射關系的記錄和維護，可以利用子系統模塊來記錄這些映射關系。所述業務功能模塊根據企業特點以及實際需要構建，例如包括生產計劃、生產調度、實時監控、現場控制、生產統計、物料平衡、罐區管理、設備管理、流程模擬等業務功能模塊。業務功能模塊也可以看做應用軟件，其運行也需要基礎數據支持，該基礎數據則來自業務信息模型，業務信息模型中的數據又是來自多尺度物流拓撲模型中的一個或多個層次拓撲模型中的數據，因此需要將業務信息模型與多尺度物流拓撲模型中的數據進行關聯，進行關聯時可以采用現有技術，根據需要進行調用。所述業務信息模型根據不同業務功能系統的需求建立。在生產過程中，會發生節點的變化，如舊生產設備的老化廢棄或新生產設備的加入，這些變化均表現為多尺度拓撲模型結構及數據的改變，在同一業務功能模塊中，只需在業務信息模型中導入改變后的多尺度物流拓撲模型的數據，避免了多個業務信息模型的重復更新。例如當PCS層中增設了一臺油罐，該設備管理(為業務功能模塊中的其中一種)的業務信息模型相同，只是多尺度物流拓撲結構中的設備信息不同，因此僅需使用相同的業務信息模型調用更新后的多尺度物流拓撲結構中的設備信息。所述業務信息模型通過對多尺度物流拓撲模型所形成的數據庫的進行調用，實現業務信息模型與多尺度物流拓撲模型的關聯。本發明重點在于步驟(2)中在相鄰層次間的物流模型建立映射，建立映射后，任意層次的物流拓撲模型中如果發生數據變化，其它層次的模型中相關的數據也會同步改變，更關鍵的是與多尺度物流拓撲模型相關的各個業務信息模型在對某層次物流模型進行數據調用時，也會獲取更新后的數據，而不必直接針對業務信息模型自身的數據進行更新。多個業務功能模塊之間，即使是與不同層次物流模型相關聯，也可以因為相鄰層次間的模型映射實現數據的同步，使與指定生產流程相關的所有業務功能模塊都實現數據上的同步，實現了后期的自動維護。本發明的有益效果是(I)通過多尺度物流拓撲模型的映射，當某一層次內的生產流程設備屬性數據發生變化時，會自動修改多尺度模型其他層次的相關數據，保證了不同尺度之間物流拓撲模型的數據一致性，簡化了模型的維護工作；(2)將不同的業務信息模型通過多尺度物流拓撲模型實現自動關聯，方便業務信息模型的管理；保證了不同的業務信息模型之間的基礎數據一致性；(3)將對業務信息模型和多尺度物流拓撲模型的維護集中到對多尺度物流拓撲模型的維護，多尺度物流拓撲模型中生產流程的改變可自動更改業務信息模型相應的模型基礎數據，大大降低了模型維護成本。
圖I為利用本發明方法實現數據同步的多尺度物流拓撲模型與業務信息模型的結構框圖；圖2為多尺度物流拓撲模型中相鄰層次建立映射時的示意圖。
具體實施例方式如圖I所示，本發明一種石化企業業務信息模型數據一致化的方法，包括以下幾個步驟(I)根據指定的生產流程分別建立PCS層、MES層和ERP層物流拓撲模型，形成與實際生產流程相應的多尺度物流拓撲模型。多尺度物流拓撲模型分為三個層次的物流拓撲模型，每個層次的模型均包括節點、端口、連接以及這三者各自的屬性數據。節點為生產流程中的各個生產設備，此處的設備既可以是PCS層中與現場相對應的某臺實際生產設備，也可以是在MES層、ERP層中的邏輯設備。端口為節點的輸入端或輸出端，即各個設備之間的連接端口。連接為各個節點之間的連接關系。節點、端口、連接可以認為是三個要素，靜態屬性為某要素的固有參數。(2)對多尺度物流拓撲模型中的相鄰層次間建立映射；相鄰層次間建立映射時，也是分別將相鄰層次間的節點、端口、連接、靜態屬性建立映射。相鄰層次間的節點通過合并同類進行映射。關于同類節點的劃分一般是根據生產設備在生產流程中的作用和形式，兼顧工廠數據統計的需要。如圖2所示，在PCS層中存放同樣原料的物理罐Wl、物理罐W2、物理罐W3，這三個物理罐可映射為MES層中的一個邏輯罐LI。三個物理罐為PCS層中生產設備，邏輯罐為MES層、ERP層中的邏輯設備。相鄰層次間的端口通過保留邊界端口忽略內部端口進行映射。在進行節點映射時，多個同類的節點作為一個整體，整體內的節點中，與整體外部的節點有連接關系的端口為邊界端口，與整體外部的節點沒有連接關系的端口為內部端口。
如圖2所示，在PCS層的物理罐映射到為MES中的邏輯罐時，需要忽略物理罐Wl和物理罐W2之間的端口，物理罐Wl和物理罐W3之間的端口，保留物物理罐Wl、物理罐W2、物理罐W3分別與外部節點有連接關系的端口。相鄰層次間的連接通過保留邊界連接忽略內部連接進行映射，結合邊界端口以及內部端口來看，兩個內部端口之間的連接為內部連接，邊界端口上的連接為邊界連接。如圖2所示，需要忽略物理罐Wl和物理罐W2之間的連接，物理罐Wl和物理罐W3之間的連接，保留物理罐Wl、物理罐W2、物理罐W3邊界端口上的連接。相鄰層次間的靜態屬性通過實際對應關系進行映射。例如物理罐Wl的罐容Cl、物理罐W2的罐容C2、物理罐W3的罐容C3三者映射為MES中的邏輯罐LI的總罐容C，C =C1+C2+C3。以上所有映射關系都記錄在各個子系統模塊中。根據需要子系統模塊可以是多個，記錄了相鄰層之間全部或部分映射關系。 (3)構建與生產流程相關的業務功能模塊，以及與該業務功能模塊對應的業務信息模型；業務功能模塊根據企業特點以及實際需要構建，例如包括生產計劃、生產調度、實時監控、現場控制、生產統計、物料平衡、罐區管理、設備管理、流程模擬等業務功能模塊。業務信息模型通過對多尺度拓撲模型所形成的數據庫的進行調用，實現業務信息模型與多尺度拓撲模型的關聯。如圖2所示，油罐的業務功能模塊中具有不同的業務信息模型，分別為MES層的罐調度模塊和邏輯罐統計模塊以及PCS層的罐操作模塊和罐測量模塊，將這些業務信息模型關聯至預先建立的多尺度拓撲模型，通過多尺度拓撲模型中預先建立的指令分解模塊和罐區統計模塊實現MES層的罐調度模塊和PCS層的罐操作模塊的映射以及MES層的邏輯罐統計模塊和PCS層的罐測量模塊的映射。其中，在業務信息模型建立過程中，采用UML建立模型結構，包括模型類型與模型屬性等，然后采用XML文件的形式存儲。(4)將業務信息模型關聯至多尺度物流拓撲模型。如圖I所示，業務信息模型與多尺度物流拓撲模型中數據庫的關聯通過映射文件完成。映射文件為可實現XML文件與多尺度拓撲模型中的數據庫相關聯的軟件系統，采用專門的映射文件，可打破模型與數據庫之間的強耦合關系。通過配置映射文件可以將業務信息模型映射至不同的數據庫，而且在模型遷移之后可以重新配置數據源，實現業務信息模型重用，因此也就方便了模型維護。由于當前的軟件開發方式主要是面向對象編程，所以還需要將XML形式的模型文件轉換為面向對象的模型。在模型使用過程中，子系統模塊如果采用面向對象的方式，則可以直接使用之前產生的面向對象模型及該模型與XML模型文件的映射關系，并通過讀取數據庫映射文件來實現對數據的操作；如果子系統模塊不采用面向對象的方式，或者是可以直接使用XML形式的模型，則可以直接通過映射文件操作數據庫中的數據。本發明一種石化企業業務信息模型數據一致化的方法，實現了業務信息模型與多尺度物流拓撲模型中數據的交互，相同的業務信息模型文件(XML)可以應用于不同的企業對象，相同的子系統模塊可以應用于不同的環境，只需要為其配置合適的業務信息模型。數據庫的設計可以先獨立進行，然后通過映射文件與業務信息模型關聯，也可以在配置映射文件時直接建立。在操作過程中，工廠多尺度物流拓撲模型將所有的模型匹配與數據存儲工作都交由后臺完成，而建模者面對的只有圖形化的組態界面，使用專門的圖例代表每一層多尺度拓撲模型的節點，用戶通過對圖例的拖放與連接完成工廠結構的建立，而圖例與模型節點的關聯、模型的表達以及節點數據的存儲等操作都由后臺統一完成，從而減少建模工作對建模人員的軟件知識要求，而只需要其熟悉真實的工廠結構。本發明通過多尺度物流拓撲模型的建立應對了工廠生產流程的動態變化，有效解 決石化企業中業務信息模型數據一致化問題，從而為企業集成軟件系統的長期穩定運行提供了保障。
權利要求
1.一種石化企業業務信息模型數據一致化的方法，其特征在于，包括以下幾個步驟 (1)根據指定的生產流程分別建立PCS層、MES層及ERP層物流拓撲模型，形成與所述生產流程相應的多尺度物流拓撲模型； (2)對所述多尺度物流拓撲模型中的相鄰層次間建立映射； (3)根據不同業務需求分別構建與所述生產流程相關的業務功能模塊，以及分別與業務功能模塊相對應的業務信息模型； (4)將這些業務信息模型分別關聯至所述多尺度物流拓撲模型。
2.如權利要求I所述的石化企業業務信息模型數據一致化的方法，其特征在于，所述多尺度物流拓撲模型包括節點、端口、連接以及這三者各自的靜態屬性；所述節點為生產流程中的生產設備；所述端口為節點的輸入端或輸出端；所述連接為各個節點之間的管道連接關系。
3.如權利要求2所述的石化企業業務信息模型數據一致化的方法，其特征在于，所述多尺度物流拓撲模型相鄰層次間通過實際生產過程物流對應關系進行映射。
4.如權利要求3所述的石化企業業務信息模型數據一致化的方法，其特征在于，相鄰層次間節點通過合并同類進行映射。
5.如權利要求4所述的石化企業業務信息模型數據一致化的方法，其特征在于，在進行節點映射時，多個同類的節點作為一個整體，整體內的節點中，與整體外部的節點有連接關系的端口為邊界端口，與整體外部的節點沒有連接關系的端口為內部端口，端口通過保留邊界端口忽略內部端口進行映射。
6.如權利要求5所述的石化企業業務信息模型數據一致化的方法，其特征在于，在進行節點映射時，多個同類的節點作為一個整體，建立在整體內部節點與整體外部節點之間的連接為邊界連接，僅僅是建立在整體內部節點間的連接為內部連接，連接通過保留邊界連接忽略內部連接進行映射。
全文摘要
本發明公開了一種石化企業業務信息模型數據一致化的方法，包括以下步驟(1)根據指定的生產流程分別建立PCS層、MES層和ERP層物流拓撲模型，形成與所述生產流程相應的多尺度物流拓撲模型；(2)對所述多尺度物流拓撲模型中的相鄰層次間建立映射；(3)構建與所述生產流程相關的業務功能模塊，以及與該業務功能模塊對應的業務信息模型；(4)將業務信息模型自動關聯至所述多尺度物流拓撲模型。本發明通過多尺度物流拓撲模型間的映射，當某一層次內的生產流程發生變化時，會自動修改其他層次的相關模型數據，在保證不同尺度物流拓撲模型間數據一致性的基礎上保證了業務信息模型間基礎數據的一致性，極大提高了模型管理效率。
文檔編號G06Q10/06GK102831496SQ20121026057
公開日2012年12月19日 申請日期2012年7月26日 優先權日2012年7月26日
發明者榮岡, 朱峰, 馮毅萍, 朱煒, 趙路軍, 胡云蘋, 齊瑞超 申請人:浙江大學