实时信息最优转换 | 历史数据库与MES的深层整合

本文来自于《控制工程中文版》（CONTROL ENGINEERING China ）2017年01/02月合刊，原标题为：历史数据库与MES的深层整合

人们已经使用历史数据库和制造执行系统（MES）相当长时间了。知道该用哪个以及如何将利益最大化是很关键的。

尽管历史数据库和制造执行系统（MES）已经被人们使用了相当长时间了，但是对于如何最好的集成两者以实现利益最大化仍然是个问题。过去，历史数据库被用来存储过程数据，并可以将现有的和过去的工艺状况进行对比。但在近10年里，这种情况已经发生改变了。历史数据库已经成长为强大的、实时的计算引擎，可以对大量的资产（超多100万个）进行特定背景的分析。历史数据库已经可以对又大又复杂的系统进行实时分析，例如风力发电场、数据中心或汽轮机。

图1：这个流程图显示了ISA-95：企业控制系统集成功能层级中的MES和历史数据库。图片来源：Maverick 科技

对于MES来说，历史数据主要是被用作数据源，与之类似的包括结构化查询语言（SQL）、开放平台通讯（OPC）、实验室信息管理系统（LIMS）、监测控制和数据采集（SCADA）、或者其它类似的数据源。这种浅层的集成仅仅使用历史数据库的数据存储功能，而没有从实时计算、数据调理和提取中获益。图1显示的是一个在ISA-95：企业控制系统集成架构下MES和历史数据库的流程图。

通常来说，在制造业企业里有两类信息流：一类是交易/关联性数据；另一类是实时数据。

交易数据出现在订单处理、资源管理、质量、劳务、维护等等方面，而实时数据大多数来源于工厂车间。实时数据从生产级（0级、1级和2级）上升到现场和企业级别，这个过程中其属性改变如下：

• 0级、1级和2级：高频数据：毫秒到秒 ，特定来源，噪声；

• 3级：中频数据：秒到分钟，分离，聚合；

• 4级：低频数据：分钟到小时、天或周；分离，聚合。

通常来说，主要的数据转换发生在历史数据库层，在这里数据被压缩、聚合（最小化、最大化、汇总、求和等等），其中最重要的是数据分离。映射完成分离工作，例如，一个控制器将TIC01234的PV值标注到一个反应器（例如反应器/温度）的温度属性上。这样，数据科学家就可以基于抽象层建立反应器模型或者预测性维护计算，而不是在庞大的未分类数据中寻找。

由于类似的原因，MES不应该使用原始生产数据。其主要功能是订单管理、生产性能计算、预测、质量以及资源计划。不过在MES上进行实时的过程数据转换经常会导致性能和精度的损失。因此，历史数据库与MES时间的接口应该在抽象层进行（请见图2）。

图2：该图显示了历史数据库与MES的接口应该在抽象层进行。

历史数据库与MES之间成功的连接需要遵循通用的标准，例如用于设备模型的S95或者用于批处理模型的S88。接口会在两个系统之间复制数据结构并验证结构的完整性。这种架构的好处是将历史数据库和MES进行深层次的整合，从而最大程度地利用两套系统。它将制造数据流分离并创建出交换数据和结构的通用接口。

历史数据库在制造实时信息数据流方面扮演核心角色。例如，数据压缩、去噪、聚合以及提取这些历史数据库的主要操作，可以让企业数据分析和MES操作收益。这要求使用诸如S95和S88之类的通用标准通过提取数据层来进行深层的历史数据库整合，进而与模拟的MES数据结构进行接口。整个架构全面利用两套系统的功能并认可在数据属性和要求方面的差异。

作者：Holger Amort