基于 SOA 架构的石化行业信息集成解决方案介绍

红薯 发布于 2010/04/23 06:45
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【DevOps必读】产品经理与程序员之间如何破局?>>>

简介: 石油化工 (Chemical and Petroleum, 简称 C&P) 是一个飞速发展的产业 ,。在石化的业务和产品的各个层面都使用和部署了各种各样的应用来发布实时操作数据,存储历史数据;与此同时也产生了多种行业标准致力于定义一个通用的为 各方所接受的建模和表示石化企业在结构和操作等各个方面术语。

IBM C&P 信息集成框架 (Integrated Information Framework, 简称 IIF) 是一个针对石化行业的 SOA 解决方案,它实现了一个基于服务的架构,整合各主流行业标准,提供一个即插即用的环境来改进石化企业业务流程,使各个应用之间能够在集中的企业服务总线上 通过基于标准的消息进行交互,共享和访问实时数据,提高生产效率。

在本系列文章中,我们将首先介绍 IBM 的石化解决方案 IIF 的关键理念,产品功能结构;然后将通过典型的应用场景,示例 IIF 在石化企业中的具体应用。

本文首先将介绍 IIF 的总体结构;概述 IIF 中涉及的行业标准;然后介绍 IIF 中整合各行业标准的重要组件:Reference Semantic Model (RSM),最后描述一个 IIF 典型的应用场景实例。在下一篇文章中,我们将介绍 IIF 在场景中的具体应用:通过 IIF 将石化企业的场地实时数据与企业 ERP 系统集成起来,让企业能够敏捷应对实时信息和事件,提高生产效率。

C&P IIF 简介:

石化行业信息集成的问题与挑战

当前石化行业缺乏企业内部,企业之间进行信息整合的一致方案,使得各个应用系统之间普遍存在不一致和不兼容问题,为生产管理带来额外的成 本,也不利于业务流程的优化和适应性,主要的问题如下:

  • 大量异构应用的存在:从石化企业生产线到业务层面都部署了大量的应用系统,这些应用用于管理设备,记录操作性能等等。由于所属层次,机构的不同而存在各种 各样的差异 , 每个系统有各自的数据模型和数据引用。
  • 设备的标签信息和上下文信息不能用于实时系统的集成,严重依赖于相关的工程解释和处理。
  • 处理过程中的事件,警报等信息不能方便地被定义,发布 / 订阅到企业的各个单元以触发业务流程或者进行个性化的合作,提醒。
  • 产品分析统计工作只能在离线的状态拷贝数据后进行。
  • 现有的系统不能提供完整的操作视图,系统优化局限于应用系统所覆盖的范围。

C&P IIF 为石化行业信息集成带来的好处

  • 提供了一个与实现技术无关的基于行业标准的模型,为企业内部各系统之间以及企业之间提供了统一的数据模型,名称空间,以及词汇术语定义。
  • 为企业应用提供基于标准的信息访问方式。
  • 提供一组服务与工具,能够以图形化的方式配置,定义,和订阅实时数据,事件,KPI 等关键信息。
  • 为企业提供了复杂事件处理的机制。
  • IIF 通过 WPS,ESB 等为企业提供了 SOA 基础设施;

C&P IIF 主要组成部分


图 1. IIF 整体架构示意图
图 1. IIF 整体架构示意图

IIF 整体架构如图 1 所示。与设备相关的实时数据和历史数据通过 OPC 适配器组成的实时总线,经过 RSM 模型服务器解释为符合通用标准语义的数据,由企业服务总线实现与企业应用的集成。IIF 的主要功能部分介绍如下:

  • OPC 服务器:OPC 是 OLE for Process Control 的简写,OPC 基于微软的 OLE,COM 和 DCOM 技术,是实时设备控制的工业标准。OPC 是一种客户端 / 服务器模式的体系结构,OPC 服务器是提供实时数据的数据源,比如传感器,条形码读取器等等。石化企业的设备就大量采用了 OPC 标准,例如油井的一些实时测量数据就通过符合 OPC 规范的传感器来提供。OPC 服务器提供标准的 OPC API 接口,将设备数据转换为 OPC 格式;与 OPC 兼容的客户端可以通过 OPC 服务器接口向物理设备读取和发送数据。
  • RSM 模型服务器:RSM 模型服务器以 RSM 模型为基础,将 OPC 数据展示为基于标准的语义丰富的模型数据。关于 RSM 的详细介绍请见后续章节。
  • 与 RSM 兼容的适配器:与 RSM 兼容的适配器可以分为两类:OPC 适配器和企业应用适配器。OPC 适配器将 OPC 数据映射到 RSM 模型。传统的 OPC 服务器仅仅针对单个 OPC 设备,缺乏与企业其他设备以及组织单元的上下文关联。RSM 为企业提供了一个语义关系定义良好的全局的模型,与 RSM 兼容的适配器将设备及其实时信息映射到整个企业模型上,人们可以直接地知道“xx 设备是 xx 工厂 xx 地点的,有 xx 测量数据”,RSM 还可以将不同的设备映射到同一个逻辑模型上,形成一个整体的视图。例如,人们可以通过 RSM 知道”xx 地点的设备有 xx 测量数据”,而这些测量数据实际上由若干个设备提供。企业应用适配器则将 RSM 数据通过企业服务总线发布为各企业应用所用。这样,RSM 作为底层设备数据与 SOA 应用之间的中立的信息模型,提供了一个统一的基于标准的模型和视图。
  • 业务流程服务器:以 WPS 为平台的企业服务总线 (ESB),提供了业务流程服务器。
  • 事件服务器:现代企业生产中需要提供基于条件 / 规则的复杂事件处理 (Complex Event Processing),IIF 事件服务器基于事件驱动的架构,提供输入 / 输出事件的定义和处理。IIF v1.3 开始事件服务器构建在 WBE 之上。关于 IIF 事件服务器的更详细介绍,请见下一篇文章。
  • KPI 服务器:KPI 用于帮助监测设备在效率,可用性,利用率等方面的性能指标。KPI 服务器为不同类型的设备提供了预定义的 KPI 模板,KPI 算法;提供工具让用户自定义 KPI 实例属性;对 KPI 实例进行调度运行等等。
  • IT 管理应用:IIF 提供一系列 IT 管理软件。例如 Tivoli Identity Manager 和 Tivoli Access Manager 提供 IIF 各应用模块之间的单点登录支持
  • Solution Studio:为 RSM 模型管理,事件的定义和订阅等提供可视化的管理界面。

行业标准作为行业共同制定的规范,代表了行业的最佳实践和发展趋势,为大多数应用所采用。IIF 整合了主流的行业标准,使解决方案具有一致性,通用性和开放性,企业内部与企业之间的系统都能够基于标准进行无缝的集成。比如,设备实时信息的获取基于 OPC 标准,设备生命周期管理基于 Mimosa 标准,企业设备层次结构基于 ISA88,95 等等。以下是 IIF 中涉及到的几个主要的行业标准:

  1. ISA-88/BatchML

    ISA 是国际自动化协会 (International Society of Automation) 简称。 ISA-88 是一个国际制造业标准,定义了生产过程和设备控制的模型和术语,可以应用于全自动,半自动甚至完全人工的生产流程。BatchML 是 ISA-88 标准的 XML 实现,由一组 XSD Schema 实现了 ISA-88 中定义的模型,术语,是批量处理工业广泛采用的标准。

  2. ISA-95/B2MML

    ISA-95 是一个国际标准,定义了企业和控制系统集成的模型和术语。B2MML 是 ISA-95 的 XML 实现,可以用于 ERP 系统,供应链管理系统等企业系统与制造业控制系统之间的集成。

  3. ISO 15926

    ISO15926 是一个在计算机系统之间进行数据集成,共享,交换的标准。ISO15926 包括 7 个部分,其中第二部分定义的数据模型和字典适用于表示组件使用的生命周期信息。

  4. OPC

    OPC(OLE for Process Control), 在前面已经介绍,是用于实时设备控制的工业标准,包括一整套接口、属性和方法的标准集,用于过程控制和制造业自动化系统。

  5. Mimosa

    Mimosa 是一个致力于采用开放标准用于设备操作,维护以及生命周期管的协会 , 也制定了一组关于企业应用集成与应用系统维护的规范。

从上一节可以看到,制造业的发展中产生了多种标准,它们各有侧重,也存在交集。为了给石化企业提供统一的通用的信息模型,IIF 提供了 RSM 模型,将多个主流的行业标准进行裁剪和组织,填补了行业标准覆盖的空白,形成了一个“基于标准的标准”。RSM 是一个 UML 定义的元数据模型,综合了 ISA88,ISA95,ISO15926 等行业标准定义的信息模型,为石化行业提供一个统一的信息模型。最初的 RSM 目的在于融合 ISA-88 与 ISA-95,随着工作的进展,其他主流的行业标准被引入以填补业务领域的其他部分。这些标准各有着重的领域,同时也有一部分交集相互覆盖。RSM 根据对行业标准以及其在产业的使用情况进行综合分析,将各个标准有逻辑地连接在一起,放置在合适的位置,形成企业完整的信息模型 , 如图 2 所示:

  • RSM 将 OPC,WITSML 等实时数据测量的工业标准整合进来,方便支持与传统实时系统信息的交互。
  • RSM 主要采用了 ISA-88,ISA-95,ISO 15926, IEEE 61970/68 等对对企业设备与物理层次结构模型进行定义;
  • 资产生命周期管理的模型主要来自 Mimosa 和 ISO15926 的定义;
  • 设备的工程技术信息模型大量采用了 ISO15926 规范。


图 2.RSM 行业标准的构造
图 2.RSM 行业标准的构造

对于石化等制造行业,OPC(Open Process Control) 是与设备交互的数据处理的工业标准。各种 OPC 适配器组成了 OPC 实时总线,然而 OPC 数据是针对局部设备 ( 例如,一个油井有一个 OPC 服务器 )。针对 RSM 的适配器可以将 OPC 数据解释为符合 RSM 规范的数据,从而任何外部系统可以基于 RSM 标准,在 SOA 平台上进行集成,如图 3 所示。这样,RSM 帮助将现代的 SOA 技术应用于设备实时信息的集成。


图 3. 基于 RSM 的应用示意图
图 3. 基于 RSM 的应用示意图

RSM 的实现被映射为数据库,对象实例存储在数据库中。RSM 提供模型管理 (Model Management) 接口与通用数据访(Generic Data Access,简称 GDA)问接口 , 用户只需要定义 UML 模型,便可以通过模型管理工具进行模型的操作;通过 GDA Web Service 接口对模型实例数据进行操作。我们将在后续文章的案例中介绍 GDA 接口的使用。

应用场景:石油公司在生产场地 ( 温哥华 ) 的油井通过传感器实时测量压力数据,该实时数据通过 OPC 接口向外提供测量数据。与此同时,石油公司也部署了 IBM Maximo for Oil&Gas, SAP 等企业 ERP 系统。以 Maximo 为例,它是一个基于现代 SOA 架构的企业信息系统,提供企业组织结构,场地,设备,工单,服务管理等强大功能,是石油企业信息化运作的关键系统之一。例如,一旦管理人员发现某个设备要 进行维护,可以通过 Maximo 发送维护工单 (WorkOrder)。

问题:当前石油企业的 ERP 系统并不能直接与来自场地的设备实时数据直接交互。一个油井的测量数据出现异常时,工作人员需要人工地报告此事件,然后通过 Maximo 发送维护工单。

解决方案: IIF 为实时数据与 ERP 系统的无缝集成提供了完备的解决方案:IIF 通过中与 RSM 兼容的适配器将 OPC 实时数据转换为 RSM 模型的测量数据;同时,管理人员在 IIF 中定义事件规则,检测 RSM 模型中得到的测量数据,倘若压力数据超过某个阈值,就自动触发报警动作。这样,场地的实时数据被 IIF 监控,一旦出现异常事件,IIF 将以基于行业标准的消息通过企业服务总线发送给任何与标准兼容的 ERP 系统 ( 例如 Maximo)。ERP 系统可以接受报警事件,自动解释警报相关信息,采取相应行动 ( 派遣维护工单等等 )。如图 4 所示。这样,从实时数据的产生到 ERP 系统响应行动的整个流程实现了自动化和无缝集成。


图 4. IIF 应用场景实例:油井压力检测
图 4. IIF 应用场景实例:油井压力检测

本文概述了 C&P IIF 的产生背景,总体架构以及主要功能组成部分。C&P IIF 为石化生产企业提供了一个基于标准的 SOA 平台。我们将在下一篇文章里基于本文的应用场景实例介绍 C&P IIF 与企业应用系统之间的集成。

参考资料:

转自 IBM developerWorks

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