一種復(fù)雜工業(yè)環(huán)境下接口系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

夏 冰，張瑜峰，倪 軍

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司 安徽馬鞍山 243100）

國(guó)務(wù)院《中國(guó)制造2025》出臺(tái)之后，鋼鐵企業(yè)也在不斷加快信息化與工業(yè)化深度融合的步伐，鋼鐵企業(yè)實(shí)現(xiàn)全方位的信息融合與協(xié)同，打造制造管理、質(zhì)量控制、成本管理、物流運(yùn)輸、能源環(huán)保、決策分析等各個(gè)環(huán)節(jié)的智慧制造能力，并在此基礎(chǔ)上形成完整、高效、科學(xué)的智慧制造系統(tǒng)，均需要保證信息系統(tǒng)與工業(yè)控制系統(tǒng)間實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)交互。

馬鋼股份公司整合融合信息化系統(tǒng)建設(shè)，對(duì)原有ERP 和SAP 信息系統(tǒng)進(jìn)行整體切換，新建產(chǎn)銷一體化系統(tǒng)整體上線切換，因?yàn)楫a(chǎn)品類型多、流程長(zhǎng)，需要實(shí)現(xiàn)與其互聯(lián)互通的L2 工控系統(tǒng)共計(jì)92套。 本文結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，著重討論上述背景下馬鋼股份全部L2 工控系統(tǒng)與新上產(chǎn)銷一體化信息系統(tǒng)間接口系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。

1 現(xiàn)狀分析

馬鋼現(xiàn)有各產(chǎn)線L2 及相關(guān)工控系統(tǒng)共計(jì)92套，與制造信息系統(tǒng)間需要完成管理數(shù)據(jù)下發(fā)和生產(chǎn)實(shí)績(jī)收集。

與原ERP 制造系統(tǒng)通訊拓?fù)涫疽鈭D見(jiàn)圖1。

圖1 原系統(tǒng)通訊拓?fù)涫疽鈭D

與原ERP 制造系統(tǒng)通訊方式總體上分為DB中間表和Socket 通訊兩種方式，具體的通訊規(guī)約在每一類目下仍然存在不同。 原DB 中間表通訊方式中，部分L2 和L3 分別到對(duì)方通訊接口表讀取數(shù)據(jù)，另有部分實(shí)現(xiàn)方式為L(zhǎng)3 開(kāi)放接口表，L2 讀取L3 發(fā)送的接口表數(shù)據(jù)，并且把需要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入L3 接收接口表；原Socket 通訊方式中，部分使用早期XCOM 中間件進(jìn)行通訊，另有部分按照不同版本的通訊規(guī)約進(jìn)行通訊。

新上產(chǎn)銷一體化制造系統(tǒng)與周邊系統(tǒng)對(duì)接全部采用Socket 的最新通訊規(guī)約，為了解決這一矛盾，需對(duì)現(xiàn)有L2 系統(tǒng)重新進(jìn)行接口規(guī)劃與設(shè)計(jì)，滿足新的通訊規(guī)約要求。

由于工控系統(tǒng)升級(jí)迭代等原因，除通訊方式多樣化外，部分L2 工控系統(tǒng)還無(wú)法重新通訊接口，且規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)需考慮馬鋼L2 系統(tǒng)直接參與生產(chǎn)控制，與新上產(chǎn)銷一體化系統(tǒng)通訊內(nèi)容、方式或結(jié)構(gòu)調(diào)整都會(huì)給生產(chǎn)制造帶來(lái)較大的風(fēng)險(xiǎn)。

2 接口系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則

在接口系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)中，考慮遵循以下原則。

最小變動(dòng)原則：因新產(chǎn)銷新系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的L2 系統(tǒng)較多，新產(chǎn)銷信息系統(tǒng)為整體切換，為保證生產(chǎn)的連續(xù)性，相應(yīng)的數(shù)據(jù)接口系統(tǒng)也要在2 小時(shí)內(nèi)完成整體切換，且接口測(cè)試時(shí)間很難協(xié)調(diào)。 因此，本接口系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)在保證數(shù)據(jù)交互穩(wěn)定性與可靠性的前提下，本著最小變動(dòng)原則。

數(shù)據(jù)安全性原則：在云平臺(tái)安全架構(gòu)基礎(chǔ)上，對(duì)通訊接口安全性進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證數(shù)據(jù)庫(kù)的安全、數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性以及數(shù)據(jù)一致性，在不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸，能夠保證數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中接收與發(fā)送的一致性，以及數(shù)據(jù)交換的準(zhǔn)確性和及時(shí)性；故障情況下，不能丟失接口數(shù)據(jù)，一旦故障恢復(fù)應(yīng)能重新自動(dòng)傳輸。

可維護(hù)性原則：設(shè)計(jì)通訊監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)通訊狀態(tài)及應(yīng)用狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，提供展示和查詢界面以及故障狀態(tài)提示，故障狀態(tài)提供操作指導(dǎo)書(shū)，且操作指導(dǎo)書(shū)可維護(hù)。

2.2 架構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)部分難以改造接口、但其原有接口能滿足通訊數(shù)據(jù)要求的L2 及相關(guān)系統(tǒng)，通過(guò)增設(shè)轉(zhuǎn)接平臺(tái)的方式實(shí)現(xiàn)與新制造系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互；對(duì)存在接口數(shù)據(jù)缺失且采用DB 中間表方式通訊的L2 系統(tǒng)，通過(guò)改造接口的方式，實(shí)現(xiàn)與新制造系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互；對(duì)存在接口數(shù)據(jù)缺失但采用Socket 方式通訊的L2，保留原二級(jí)系統(tǒng)Socket 通訊程序，按照原有通訊邏輯，新建新制造系統(tǒng)與二級(jí)接口通訊服務(wù)，實(shí)現(xiàn)L2 系統(tǒng)與新制造系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互；手持機(jī)采用WebService 方式直接對(duì)接。 新規(guī)劃的通訊拓?fù)涫疽鈭D見(jiàn)圖2。

圖2 新系統(tǒng)通訊拓?fù)涫疽鈭D

轉(zhuǎn)接平臺(tái)不改變通訊內(nèi)容，通過(guò)轉(zhuǎn)換通訊規(guī)則實(shí)現(xiàn)與目標(biāo)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊。

轉(zhuǎn)接平臺(tái)接收對(duì)接系統(tǒng)發(fā)送的通訊信息時(shí)，按照原通訊規(guī)約獲取電文主體信息存放到緩存數(shù)據(jù)庫(kù)接收表；轉(zhuǎn)接平臺(tái)發(fā)送信息到新制造系統(tǒng)時(shí)，按照信息接收先后順序獲取緩存數(shù)據(jù)庫(kù)接收表信息，按照新約定的通訊規(guī)約把信息發(fā)送給目標(biāo)系統(tǒng)。

轉(zhuǎn)接平臺(tái)接收新制造系統(tǒng)的信息時(shí)，按照約定的通訊規(guī)約獲取電文主體信息存放到緩存數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)送表，按照信息接收先后順序獲取緩存數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)送表信息，按照原通訊規(guī)約把信息發(fā)送給對(duì)接系統(tǒng)。 原制造系統(tǒng)的質(zhì)量代碼體系與新制造系統(tǒng)使用的質(zhì)量代碼體系不同，轉(zhuǎn)接平臺(tái)需建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，轉(zhuǎn)換為新的代碼體系進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

對(duì)于存在數(shù)據(jù)缺失的L2 及相關(guān)系統(tǒng)，通過(guò)改造系統(tǒng)接口，按照新約定的通訊規(guī)約實(shí)現(xiàn)與新制造系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互。

3 功能實(shí)現(xiàn)

3.1 轉(zhuǎn)接平臺(tái)功能實(shí)現(xiàn)

轉(zhuǎn)接平臺(tái)或通訊中間件將主要的接受和發(fā)送的通信數(shù)據(jù)保存在通信數(shù)據(jù)履歷表中，同時(shí)保存每條通信數(shù)據(jù)的產(chǎn)生時(shí)間、發(fā)送時(shí)間、接受時(shí)間等時(shí)間信息。

轉(zhuǎn)接平臺(tái)內(nèi)建立與新制造系統(tǒng)通訊接口表（FM＿BX＿TOL2＿XXXX）、通訊狀態(tài)表（FM＿BX＿TCP＿STATUS） 和通訊日志表（FM＿BX＿TCP＿LOG）。

設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控接口系統(tǒng)通訊狀態(tài)并在前臺(tái)畫面進(jìn)行顯示，對(duì)于不能自動(dòng)恢復(fù)的通訊服務(wù)，系統(tǒng)自動(dòng)提示解決方案指導(dǎo)手工維護(hù)。

轉(zhuǎn)發(fā)現(xiàn)有L2／L3 接口數(shù)據(jù)至新制造系統(tǒng)時(shí)，首先判斷是否Socket 方式通訊和是否需要拼包后，將電文發(fā)送至相應(yīng)地新制造系統(tǒng)通訊接口表，將反饋的電文狀態(tài)和數(shù)據(jù)庫(kù)日志信息寫入通訊狀態(tài)表和通訊日志表，數(shù)據(jù)處理流程見(jiàn)下表。

?

轉(zhuǎn)發(fā)新制造系統(tǒng)電文至現(xiàn)有L2／L3 接口時(shí)，轉(zhuǎn)接平臺(tái)讀取通訊接口表數(shù)據(jù)，判斷是否需要拆包，將電文發(fā)送至相應(yīng)的原L2／L3 通訊接口表，再通過(guò)原接口將數(shù)據(jù)發(fā)送至相應(yīng)的L2 系統(tǒng)。

?

對(duì)原部分XCOM 和L3 通訊服務(wù)進(jìn)行辨識(shí)，按新通訊規(guī)約升級(jí)通訊服務(wù)，按照升級(jí)后的通訊服務(wù)修改原制造系統(tǒng)接口應(yīng)用程序。

3.2 直連方式接口功能實(shí)現(xiàn)

采用直連方式對(duì)接的L2，按與新制造系統(tǒng)約定的規(guī)約直接改造L2 通訊接口，需關(guān)注網(wǎng)絡(luò)的連通性和通訊配置的修改。

手持設(shè)備與新制造系統(tǒng)也是直連對(duì)接，通過(guò)WebService 方式實(shí)現(xiàn)通訊，數(shù)據(jù)處理流程見(jiàn)下表。

?

3.3 接口系統(tǒng)通訊監(jiān)控功能實(shí)現(xiàn)

通訊狀態(tài)來(lái)源于通訊服務(wù)，通過(guò)定時(shí)掃描監(jiān)控通訊狀態(tài)表和通訊日志表，實(shí)現(xiàn)對(duì)接口平臺(tái)的狀態(tài)監(jiān)控，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)維護(hù)界面，監(jiān)控平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)控通訊狀態(tài)并在前臺(tái)畫面進(jìn)行顯示，有故障的通訊單獨(dú)顯示，維護(hù)人員可以查詢通訊日志和通訊故障處理方法，通訊故障處理方法也可以維護(hù)和更新。

通訊監(jiān)控流程見(jiàn)圖3。

圖3 通訊監(jiān)控功能流程圖

3.4 通訊數(shù)據(jù)完整性實(shí)現(xiàn)

為保障通訊或系統(tǒng)故障情況下，數(shù)據(jù)損失量最小，設(shè)計(jì)本系統(tǒng)間接口通信具有數(shù)據(jù)緩沖功能，即在接口系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障的情況下，通信數(shù)據(jù)發(fā)送方始終保持將相關(guān)數(shù)據(jù)保存在本系統(tǒng)中，待通信網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)，雙方系統(tǒng)自動(dòng)將所有沒(méi)有發(fā)送的數(shù)據(jù)補(bǔ)充發(fā)送到對(duì)方系統(tǒng)中。

為了便于事后追溯通信數(shù)據(jù)的正確性，設(shè)計(jì)雙方系統(tǒng)都需將本系統(tǒng)最近（如一個(gè)月）主要的接受和發(fā)送的通信數(shù)據(jù)保存在本系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)履歷表中，同時(shí)需要保存每條通信數(shù)據(jù)的產(chǎn)生時(shí)間、發(fā)送時(shí)間、接受時(shí)間等時(shí)間信息。

通過(guò)轉(zhuǎn)接平臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)的電文，如L2 系統(tǒng)與新制造系統(tǒng)通信中斷，已發(fā)往L2 的生產(chǎn)命令可由L2系統(tǒng)繼續(xù)執(zhí)行，生產(chǎn)命令及實(shí)績(jī)無(wú)法傳送，此時(shí)該機(jī)組是否生產(chǎn)由生產(chǎn)廠根據(jù)情況決定。 通訊恢復(fù)后，被中斷的生產(chǎn)命令和實(shí)績(jī)電文能自動(dòng)發(fā)送，新制造系統(tǒng)可接收來(lái)自L2 的實(shí)績(jī)，L2 系統(tǒng)或轉(zhuǎn)接平臺(tái)能自動(dòng)向新制造系統(tǒng)傳送積壓信息。 直連方式發(fā)送的電文也按上述邏輯設(shè)計(jì)接口。

3.5 硬件環(huán)境部署

根據(jù)數(shù)據(jù)通訊量及制造系統(tǒng)分區(qū)情況，通訊轉(zhuǎn)接平臺(tái)采取云服務(wù)方式部署硬件，在云平臺(tái)增設(shè)7臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器用于通訊數(shù)據(jù)緩存，7 臺(tái)通訊服務(wù)器用于轉(zhuǎn)接平臺(tái)與新制造系統(tǒng)通訊，1 臺(tái)應(yīng)用服務(wù)器用于通訊監(jiān)控服務(wù)。

3.6 通訊安全性設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)接平臺(tái)通訊安全方面：每個(gè)轉(zhuǎn)接平臺(tái)通訊服務(wù)器部署多個(gè)通訊中間件，按照通訊接口分配通訊端口，保障每個(gè)二級(jí)訊接口有單獨(dú)的通訊通道；轉(zhuǎn)接平臺(tái)不與L2 系統(tǒng)直接通訊，通過(guò)轉(zhuǎn)接平臺(tái)緩存數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行信息交互，保障沿用現(xiàn)有二級(jí)系統(tǒng)安全通訊機(jī)制。

直連系統(tǒng)通訊安全方面：沿用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制；每個(gè)二級(jí)系統(tǒng)與XCOM 單獨(dú)通訊。

本接口系統(tǒng)部署在云平臺(tái)，由云平臺(tái)提供防火墻、IPS 等網(wǎng)絡(luò)層面的安全設(shè)備，對(duì)所有訪問(wèn)云主機(jī)、云存儲(chǔ)的流量進(jìn)行監(jiān)控過(guò)濾，提供DDos 防護(hù)、IPS 防護(hù)、防病毒、入侵防御等全面的網(wǎng)絡(luò)防護(hù)，保證網(wǎng)絡(luò)安全。

4 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

4.1 數(shù)據(jù)庫(kù)基本設(shè)計(jì)

重組原ERP 制造系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)生產(chǎn)作業(yè)分區(qū)劃分，設(shè)置長(zhǎng)材一區(qū)轉(zhuǎn)接平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)、長(zhǎng)材二區(qū)轉(zhuǎn)接平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)、特鋼轉(zhuǎn)接平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)、四鋼軋轉(zhuǎn)接平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)、冷軋南區(qū)轉(zhuǎn)接平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)、冷軋北區(qū)轉(zhuǎn)接平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)、冷軋硅鋼轉(zhuǎn)接平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，使用原有數(shù)據(jù)庫(kù)軟件。

保留原有表空間，新建應(yīng)用表空間FMAPP 用于存放應(yīng)用數(shù)據(jù)、索引表空間FMIDX 用于存放索引和關(guān)鍵字。

轉(zhuǎn)接平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)安裝在指定服務(wù)器上，用戶只能用帳號(hào)登陸到應(yīng)用軟件，通過(guò)應(yīng)用軟件訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，防止用戶直接操作數(shù)據(jù)庫(kù)。

4.2 數(shù)據(jù)庫(kù)表設(shè)計(jì)

重組原制造系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)置多個(gè)區(qū)域轉(zhuǎn)接平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)。

轉(zhuǎn)接平臺(tái)各數(shù)據(jù)庫(kù)中建表規(guī)則如下：

以接收新制造系統(tǒng)電文接口表為例，建表如下：

?

4.3 數(shù)據(jù)執(zhí)行過(guò)程設(shè)計(jì)

接收?qǐng)?bào)文時(shí)需要執(zhí)行如下存儲(chǔ)過(guò)程：1、接收新制造系統(tǒng)電文時(shí)立即調(diào)用執(zhí)行。 2、過(guò)程命名按照規(guī)則命名（例如：PRO＿TCP＿FMTOL2＿EAF）。 3、過(guò)程參數(shù)為兩個(gè)輸入?yún)?shù)和兩個(gè)輸出參數(shù)。 其中輸入?yún)?shù)（MessageID，MessageBody）是字符型參數(shù)，名稱不能修改；輸出參數(shù)（RetResult，RetValue）是字符型參數(shù)，名稱也不能修改，RetResult 返回值是”O(jiān)K”時(shí)，表示執(zhí)行成功，RetResult 返回非”O(jiān)K”值時(shí)，表示執(zhí)行不成功，并返回不成功的原因RetValue。 4、執(zhí)行內(nèi)容為電文拆包或轉(zhuǎn)接電文，通訊內(nèi)容寫入“二級(jí)系統(tǒng)發(fā)送接口表”。

發(fā)送報(bào)文需要執(zhí)行如下存儲(chǔ)過(guò)程：1、在接收二級(jí)系統(tǒng)電文時(shí)觸發(fā)，對(duì)原L2／L3 是DB 通訊的系統(tǒng)，定時(shí)執(zhí)行，對(duì)原L2L3 是Socket 通訊的，根據(jù)原通訊中間件執(zhí)行方式?jīng)Q定采取定時(shí)或立即執(zhí)行。2、過(guò)程命名按照規(guī)則命名（例如：PRO＿TCP＿FM?TOL3＿EAF＿3ZTA01）。 3、過(guò)程參數(shù)按需設(shè)置。 4、執(zhí)行內(nèi)容為電文拼包或轉(zhuǎn)接電文，通訊內(nèi)容寫入“發(fā)送新制造系統(tǒng)電文接口表”。

公用過(guò)程有：獲取流水號(hào)（F＿TCP＿GET＿LIST?NO）、電文拼包（F＿TCP＿PACK＿GETBYTE）、電文拆包轉(zhuǎn)換數(shù)值（F＿TCP＿UNPACK＿TONUM）、日志記錄（PRO＿TCP＿WRITELOG）、公用參數(shù)（P＿TCP＿CXCMN）。

5 測(cè)試結(jié)果及分析

新數(shù)據(jù)接口系統(tǒng)開(kāi)發(fā)完成后，對(duì)其進(jìn)行貫通性測(cè)試、邏輯測(cè)試、業(yè)務(wù)測(cè)試、壓力測(cè)試等一系列測(cè)試。

壓力測(cè)試結(jié)果顯示：長(zhǎng)材一區(qū)準(zhǔn)備1500 條電文，10 分鐘完成通訊；特鋼公司準(zhǔn)備3120 條電文，20 分鐘完成通訊；長(zhǎng)材二區(qū)準(zhǔn)備1021 條電文，8 分鐘完成通訊；四鋼軋準(zhǔn)備5122 條電文，15 分鐘完成通訊；冷軋總廠準(zhǔn)備7893 條電文，10 分鐘完成通訊，電文按照順序進(jìn)行通訊，信息交互準(zhǔn)確、及時(shí)，通訊中斷后能自動(dòng)恢復(fù)。

新制造系統(tǒng)上線運(yùn)行時(shí)，接口系統(tǒng)整體切換在2 小時(shí)內(nèi)完成，經(jīng)過(guò)35 天測(cè)試跟蹤，接口通訊穩(wěn)定可靠，通訊結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)語(yǔ)

伴隨智慧制造能力升級(jí)，企業(yè)信息化水平不斷提高，而基礎(chǔ)自動(dòng)化更新周期則相對(duì)較長(zhǎng)，工業(yè)企業(yè)必然存在新老系統(tǒng)配套問(wèn)題。 本文針對(duì)馬鋼股份公司L3 產(chǎn)銷系統(tǒng)整體升級(jí)，全流程近百套L2 工控系統(tǒng)需要與之進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的需求，通過(guò)數(shù)據(jù)接口平臺(tái)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了最小變動(dòng)原則下，新老系統(tǒng)的對(duì)接，對(duì)推動(dòng)企業(yè)智慧制造系統(tǒng)建設(shè)具有重要意義。 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)類似復(fù)雜工業(yè)環(huán)境下，工控與信息化系統(tǒng)接口改造具有一定參考價(jià)值。