钢铁行业MES系统整合技术简介

以实际工作为例，提出了钢铁业信息化系统层次结构模式，并阐述了多个生产工序的MES系统整合后，如何提高系统可用性以及保证业务连续性。

0 引 言

国内钢铁行业的信息化建设发展到现在可以说已初具规模，部分钢铁公司的信息化系统都已经建设得比较全面、完整，正有力地支撑公司的生产、经营和业务管理的运作。个别基础好、起步早、发展快的钢铁公司已经建设完成相当成熟的信息化系统，并为公司生产经营管理带来相当的经济效益以及社会效益。

建设信息化系统不是企业的目标，而是企业提高生产管理效率以及实现精细化管理的手段、途径或者方式。生产管理实现了信息化。信息化可以促进管理效率的提高和管理模式的改进；反过来，管理模式的改进又对信息化建设提出了更高的需求。以使信息化系统更好地为管理服务。再有，企业信息化系统建设本身也需要改进与发展，以提高信息化系统的效率。

1 钢铁业信息化系统架构

上世纪80年代后期建设的钢铁企业通常随着生产单元的建设，每套设备(生产工艺设备)都会带有相应的PLC系统。PLC系统负责采集生产过程中生产设备状态数据、在制产品物理数据和成分数据等，也就是BA-基础自动化。

由设备级往外延伸，单套设备或多套设备组成生产单元或机组，对应建立过程控制计算机系统(PCS)，它负责生产单元内设备生产过程的控制，发出指令给生产设备进行工作，并收集生产单元内生产设备的生产实绩、设备工作状况、设备使用周期等信息；大多数PCS系统中部有特别的指导、控制生产的一些模型，最优化生产单元内设备工作状况，提高生产率、延长设备生产周期。

再往上或再向外延伸，就是相列独立或完整的生产厂，对应建立覆盖一个生产厂的生产执行系统或叫制造执行系统(MES)。

从PLC、PCS到MES系统，基本形成了一套完整的多层次的钢铁厂“制造”相关的计算机系统。再加上公司级ERP系统完成公司合同管理、采购管理、销售管理、财务以及成本管理．实现。产、供、销”上下贯通的计算机系统，就基本完成钢铁公司生产管理信息化系统建设，基本实现管理信息化。钢铁公司生产管理信息化系统架构如图1所示。

图1 信息化系统层次架构

中小规模的钢铁企业通常是“直线”式的大生产工序。每个生产厂建立一套独立的MES系统，MES系统之间建立电文数据通信链路来相互交换信息，就可以满足这种。直线”式的生产管理模式的要求。大工序之间不存在物流交叉，都是前后工序顺行下去；信息流跟随物流也是顺行而下。

随着生产规模的扩大，势必扩建或新建各工序生产厂。上、下工序就不再是“直线”式，而是交叉网状结构，工序之间就存在物流交叉。上、下工序以及同一工序之间需要相互协调、统一调度、优化生产计划，以达到所有相关工序的总体效率最大化，也带来了生产管控模式的改变。需要上下左右多个工序生产计划的整体优化，如果还是每个生产厂单独建立一套MES系统，将无法满足这种大规模生产管控的要求。这就对信息化系统建设以及技术提出了新的需求一需要整合上下左右不同生产厂的MES系统为一体，形成一个满足多个工序效率最大化的生产管控要求的MES系统。

当然，简单地看，就是把原先独立设计、开发的不同工序的多个MES系统进行总体设计、开发，然后部署在一套系统软、硬件平台之上。本文要研究的是采用何种技术使得这一套软、硬件系统平台如何最大限度地满足多个生产工序7×24×365的连续生产要求，整合后的MES系统必须是一个高可用性、业务连续性要求很高的系统。

2 MES系统的整合技术

典型的信息系统由软件、硬件组成，除操作系统外，软件还包括数据库、中间件、通信软件、数据备份管理软件以及开发工具软件等．硬件包括服务器、磁盘存储阵列、磁带机(库)等。MES系统也不例外，其典型结构如图2所示。

图2 典型的信息系统或MES系统结构

从服务器层面，无论是应用服务器还是数据库服务器，都可以采用多台服务器之间的负载均衡或者集群技术来实现应用服务器和数据库服务器层的高可用性，从而在这个层面确保整合后的MES系统的业务连续性。

为方便说明，以下就不再体现或者描述应用服务器和数据库服务器层的高可用性实现。

从图2中不难看出，在数据存储层(磁盘阵列)存在单点故障。一旦该磁盘阵列发生故障不能工作时，整个MES系统也就瘫痪。这对覆盖多个生产工序的MES系统是无法忍受的。如何解决呢？

在存储系统中，从物理上增加一套磁盘阵列，并使两套磁盘阵列上的数据实时同步。这里有三个问题需要解决，一是两套阵列上数据的完整性如何保证；二是一个阵列故障时切换至另一个阵列的切换时间；三是数据同步复制时对在线应用系统性能的影响。

这里采用支持异构存储系统的软件技术(第三方存储管理软件)实现双磁盘陈列之间的数据同步复制，并对整个存储系统进行有效管理。如图3(a)，这是一个典型MES系统的逻辑访问层次，用户由表示层发出请求，在业务逻辑处理层完成逻辑处理，向数据库服务层提出数据访问请求，由数据库服务层读取，新增或者修改存放在磁盘阵列A上的数据，最终把结果返回给表示层，展现给用户一个处理结果。在这一过程中，当数据库服务层发生写(或修改)I／O操作时，部署在数据库服务层的存储管理软件将捕获该I／O操作，并由该软件保证在磁盘阵列B上完成该I／O操作，以确保两套磁盘阵列上的数据实时同步。由于将新增或修改的数据写入磁盘阵列B上的操作不是由数据库完成，而是由存储管理软件来完成，所以该数据同步复制操作不会影响其应用系统的性能或响应时间。

图3 双磁盘阵列之间的数据同步复制

一旦磁盘阵列A出现故障而不能工作时，数据库服务层的数据存取访问将被立即切换至磁盘阵列B，这一动作完全透明，应用系统几乎不受影响，见图3(b)所示。然后，在磁盘阵列A修复并投入工作时，可以重新建立两个磁盘阵列之间的数据同步复制关系，并把变化量再反向同步回来。

采用双磁盘阵列以及数据同步复制软件技术消除了整合后MES系统的磁盘阵列的单点故障，也就是说。当磁盘阵列发生故障而不能工作时，仍然可以保证其业务连续性。但当数据库软件本身出现问题(比如软件BUG等)需要打补丁或对数据库进行某些维护时，就得关闭该系统，从而影响业务连续性。为了进一步消除数据库软件本身的单点故障，我们引入两套数据库以及数据库同的数据同步技术，如图4(a)所示。

图4 数据库间的数据同步和切换

这种技术实现方式除了有两套磁盘阵列外，还要有两台数据库服务器，其处理能力最好相当，以减少切换后的回切动作，最大限度地保证业务连续性。两台数据库服务器安装同样的数据库软件，建立两套相同的数据库(Instance-A、DB-A和Instance-B、DB-B)，数据分别存储在两套磁盘阵列上。引入第三方软件技术，将数据库同步复制软件部署在两台数据库服务器上，由数据库同步复制软件完成两套数据库之间的数据实时同步。

假设现在在线系统使用数据库DB-A，当磁盘阵列A出现故障，或者数据服务器以及数据库软件(Instance-A)有问题，导致数据库DB-A不能访问时，应用业务处理层的数据库链接将切换至Instance-B，访问磁盘阵列B上的数据库DB-B，如图4(b)。当磁盘阵列A或者数据库软件(Instance-A)修复后，可重新建立数据库DB-B到数据库DB-A的数据库同步复制机制，数据可通过反向的数据复制链路恢复到系统DB-A中，没有任何数据损失。

这种数据库复制技术并不会对生产数据库系统带来性能问题。它由一个捕获进程自动读取数据库在线日志文件中的变化信息，这种读取操作是从操作系统角度来完成的，而不是通过数据库，而且只读取发生改变的数据，网络传输负载也很小。

在这个系统中的两套数据库DB-A和DB-B一直部处于可用状态。当DB-A失败时，DB-B可实现快速接管。

采用这种技术，几乎可以完全消除该系统的计划内停机时间。当生产系统服务器A要进行维护工作时，可以将数据库DB-A切换到后备数据库DB-B，保证业务连续性。此时。生产系统的功能不受到任何影响，复制软件可以捕捉维护过程中发生变化的事务并将它们排队保存。当维护工作结束后，这些被保存的事务将被应用到数据库DB-A中并进行数据同步工作，直至两套数据库中的数据一致。

整合多个工序的MES应用系统运行在这种系统平台之上，无论是硬件出现故障，还是要进行软件维护，都不会影响MES系统对外提供服务，从而维持生产的正常进行。

3 结 语

以上探讨了多个工序的MES系统整合后，保持业务连续性的系统技术。这两种技术都已在钢铁企业多个工序的MES系统整合中得到虚用，并取得了良好的运行效果。

由于技术难度、投资费用、业务连续性程度等几方面的差异，在实际工作中，应根据MES系统覆盖生产工序的不同进行技术选择。MES系统整合后保持业务连续性的两种技术，同样可应用于其他行业对业务连续性有较高要求的信息化系统。

采用这种技术设计的系统方案，从实现技术上讲，其实就是灾备系统的雏形。如果把两套系统置于异地，系统之间通过网络连接起来，就基本形成一个灾备系统。这种技术还可应用于很多场景，比如双生产中心、内外网数据的安全隔离、报表查询业务与生产系统的分离、数据抽取、测试数据与生产数据的同步等，都可将该技术应用于设计方案中。

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