计算机工程与应用 !""#$!!
% 引言
如何实现信息化带动工业化这一目标以及如何实现传统
工业的信息化建设和改造是目前工业界和学术界普遍关心的
问题。目前我们国家的传统工业如：石油、化工、钢铁等大型企
业信息化水平都比较低。为了解决这一问题，作者提出了整合
企业信息资源的处理方法。这也是企业在实施企业资源管理计
划系统（&’(）项目中最重要的环节。那么如何整合企业信息资
源呢？如何在石油化工这类传统企业中实现这一任务？首先看
看目前石化企业的信息化现状。
石油化工这类大型化生产领域，由于流程自身的特点及其
在国民经济中的地位，目前自动化的水平一般较高，如 )*+、
(,* 等控制系统在国内大部分的石化企业都已经使用。而一些
模拟优化系统、实时优化软件也在一定的领域有所应用和普
及。更有甚者，目前很多企业已经开始实施供应链系统（+*-）、
&’(系统。如 .+(&/ 公司的模拟软件在实际生产中应用得已
经相当普遍，而他们的 +*- 在石化企业中也有了一定的影响。
+.( 公司的 &’( 系统也已经逐渐在一些企业上线。对于企业
来说，不管是 &’(系统还是 +*-系统，都属于管理层次。下面
这张图给出了企业制造执行系统（-&+）和 &’( 系统及下层运
行系统之间的关系（于海斌等，!"""）。从图中可以得出，上层系
统要想正常运行，下层数据的集成是必要的。
图 % 过程运行系统与 -&+、&’(信息交互关系
从图 % 中可以清晰地反映出，过程运行系统、-&+ 及 &’(
之间是递进关系，过程运行系统的主要作用有：（%）维持系统正
常运行，是生产过程保持安、稳、长、满、优的关键；（!）为 &’(、
-&+ 系统及时、准确地提供数据和信息；（#）通过底层的数据
采集和分析，为改进生产线的运行提供依据和保证，适应敏捷
制造模式对生产敏捷性的要求。企业要想成功地实现 -&+、
&’(系统，对于底层的过程运行系统实现信息集成是必要的。
基于 ! " # 的过程运行系统信息集成平台
李荷华 钱 宇 李秀喜
（华南理工大学化工学院，广州 0%"12"）
&34567：89:;9<;8=>$9?=$8@
摘 要 随着计算机技术的迅速发展，如何将这一技术运用到传统的过程工业中，实现过程工业自动化和信息化是目前
工业界和学术界普遍关心的问题。论文在 A&B 技术的基础上，采用了 C-,规范和 B D + 结构，提出了针对过程工业运行
系统的信息管理平台结构，并开发出对应的信息集成平台系统。该平台既可以用来指导新的过程运行子系统的开发，也
可以兼容企业中不同时期开发的遗留系统。最后该平台可以进一步向管理层拓展，应用到 &’(和 +*- 的建设中去。
关键词 B D + C-, 信息集成 过程集成
文章编号 %""!3E##%3（!""#）!!3""2F3"2 文献标识码 . 中图分类号 G(!HE
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@A4+(*3+： A6>I >I9 ?9O97J:49@> 5@? 5::7685>6J@ JK 8J4:=>9M，=;6@L >I9 S9T >98I@J7JLP 6@ >I9 :MJ89;; 6@?=;>MP 6; 5@
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基金项目：国家自然科学基金（编号：!FFH1"%0）；国家重大基础研究规划项目（编号：Q!""""!1#）；国家杰出人才基金；教育部跨世纪人才基金、博
士点基金；广东省教育厅人才基金
作者简介：李荷华（%FH03），博士研究生，研究方向：信息集成技术在过程工业中的应用，供应链研究。钱宇（%F0H3），教授，博士生导师，研究方向：
过程系统工程，产品工程。
2F
! " " #$! ! 计算机工程与应用
如果没有过程运行系统的信息集成，想成功地实现 %&’ 、&( )
系统，就是无源之水。因此可以说运行系统信息集成是实施
&( )、%&’ 的基础。
目前的过程运行系统中，各个子系统本身的自动化水平都
很高，但由于企业原有的各个子系统的软件由几个单位在不同
时期分散开发，功能比较单一，相比目前的技术条件也已落后。
而且应用系统在不同操作系统平台和数据库平台上开发导致
了信息孤岛现象的产生，各个系统之间信息交换困难，功能交
叉繁复，数据冗余问题严重，造成数据提取困难、重用性差、可
维护性差。这样一来，建立在过程运行系统之上的 %&’ 、&( )
系统的实施非常困难，要想成功实现这两类管理层软件，那将
会更加困难，或者说是不可能的。为了实现管理层信息的集成，
首先就必须从最底层的过程运行系统部分的信息集成开始。然
后再在物资物料管理、人事管理、生产设备管理、销售情报管理
这几项基本的业务模块的基础上搭建管理信息平台，在这个基
础上保证软件的开放性，使得未来各种功能模块可以方便地添
加进去。
! 信息集成平台结构
论文所建立的模型是在一个基于 * &+ 网页的信息集成
框架之上。该集成框架分为三层：界面层、协调层和子系统层
（李荷华等，! " " #）。在此框架下，不同用户所面对的界面是相同
的，通过统一的页面，根据用户所提供的用户名和密码确定用
户所具备的权限，进入协调层。协调层负责对用户资料和不同
任务子系统的管理，包括对新加入子系统的登记和各子系统功
能的管理，以及制定统一的接口规范，以便向集成平台中加入
新的子系统。这样一来，对于企业已存在的各信息孤岛，经过一
定的包装处理后，就可以加入目前所开发的系统。实现对遗留
系统的继承，有利于企业在信息化过程中节省投资。子系统层
目的是为了实现过程运行系统中不同任务顺利地集成到信息
平台上来。子系统层的开发过程根据需要可以有多种形式，对
于新加入的系统，按照统一接口规范，采用 , %- 作为通信语
言，就可以完成新加入系统的开发。由于 , %- 语言的应用，不
同子系统之间的交流变得非常容易。对于在不同时期开发的遗
留系统，则可以通过提供统一的接口规范，对遗留系统进行包
装处理，作为子系统加入集成平台。
对于用户来说，只需要提供用户名和密码就可以进入不同
的子系统工作环境；对于协调层则根据用户名和密码来决定用
户在不同子系统中所具有的权限和可以完成的操作。这样就可
以实现运行子系统中的浏览器 .服务器（+ .’ ）结构，实现运行
子系统的信息集成。然后根据各自所处的子系统不同，经过选
择不同的子系统进入该子系统的运行环境，该集成框架图如图
! 所示。
图 ! 基于 * &+ 的信息协调框架图
从各层的作用上来看：界面层是人与系统的结合点，这一
层比较简单，主要是给用户提供一个易于使用的界面，通过这
个简单的界面，即使是不太熟悉计算机操作的人，经过短暂的
训练也能完成对于整个系统的操作。界面层设计的目的：（/）用
户参与信息系统的入口；（!）满足用户业务特性和工作习惯；
（#）建立人机相互激励环境。设计重点是放在页面容易理解和
掌握方面，使用户进入页面后能够很快地找到自己感兴趣的东
西，找到自己所要找的信息。采用的是 + .’ 结构，采用这种结
构的好处有很多。首先适应了用户的使用习惯；其次是网页服
务器和网页浏览器都是具有成熟架构的稳定产品，具有丰富的
表现力，可以显示文字、图形、图像、声音等；最后有非常方便的
链接机制，快速浏览和选择，便于使用 , %- 协议，非常适合用
户使用，同时网页化也是以后 * 0123* ’ 的发展方向。
协调层的核心是处理各子系统之间的关系，使子系统之间
可以进行必要的交流。这一层设计的关键是实现不同子系统之
间的技术和组织结构的融合，以达到柔性协作的目的。协调层
的主要功能：（/）负责解释并执行界面层传来的消息；（!）使子
系统层各系统协调工作，完成用户所要求的状态变化；（#）不仅
要满足现有系统层的需要，同时还要具备满足系统层加入新子
系统的需要。子系统层有效设计是为了完成对协调层和界面层
的更快响应，所以这一层的设计去除各子系统中的冗余数据和
其他冗余模型是很重要的。论文主要采用去除这类冗余的方法
是运用 , %- 和中性模型库技术。按照这种框架结构所设计的
系统，可以做到各层的功能和重点明确，清晰地表达了整个系
统的结构。
以上是对整个框架的简单介绍，主要是对这一结构中不同
层次能够完成的功能及其特点的说明。下面将重点讨论这一结
构的实现过程，以及这一结构在实际应用中的优缺点。
# 信息集成平台的实现
图中所示的就是作者所开发的基于 * &+ 网页的信息集
成平台结构，针对目前实验室现已完成的排产调度子系统和数
据校正子系统所实现的信息集成平台。由于排产调度子系统是
由 45%’ 软件来实现的，下面用 45%’ 服务器代替排产调度
子系统。同样用 %56- 5+ 代替数据校正子系统。下面对以上网
络结构进行说明：
智能 * * * 服务器：安装 5) 578 & 和 +9:;<=> 7 ??
+@A;>B: 编写的 740程序，向外界提供 * * * 网页服务，提供智
能体服务的相关信息及文档、程序下载；后期将智能体中的
45%’ 服务、%56- 5+ 服务由现在的基于 67) .0) 的方式改成
基于 8 6%- 的方式，由客户操作 45%’ 服务、%56- 5+ 服务的
8 6%- 页面，发送服务请求，并显示服务的结果，并使用如
C5D5、5’ ) 等方式向客户提供简便迅捷的服务；论文工作重点
是用 5’ ) 向用户提供快捷的服务。
45%’ 服务器：安装 45%’ 系统及由 +9:;<=> 7 ??
+@A;>B: 编写的 45%’ 服务系统，接收基于 67) .0) 的 , %- 请
求报文，解析 , %- 报文后，调用 45%’ 运行，并将运行结果转
换成 , %- 报文，通过 67) .0) 发回客户端；后期只接收由
* * * 服务器提交的 45%’ 请求并返回 * * * 服务器。
%56- 5+ 服务器：安装 %56- 5+ 系统及由 +9:;<=> 7??
+@A;>B: 编写的 %56- 5+ 服务系统，接收基于 67) .0) 的 , %-
请求报文，解析 , %- 报文后，调用 %56- 5+ 运行，并将运行结
果转换成 , %- 报文，通过 67) .0) 发回客户端；后期只接收由
E"
计算机工程与应用 !""#$!!
%%%服务器提交的 &’()’* 请求并返回 %%%服务器。
+,-./,.- 浏览器：安装了操作系统和 +0 等 +,-./,.- 浏览器
程序的机器，用于访问智能体 %%%服务器。
1’&2 工作站：安装了由智能体 %%% 服务器上下载的
1’&2 客户端系统，或者本地应用程序实现了 1’&2 服务器对
外的基于 (34 5 +4 的 6&) 报文接口规范；通过 1’&2 请求报
文，发送到 1’&2 服务器，并将 1’&2 服务器的响应报文解析
后显示或存储在本地。
以上是该设计所完成的基于 %0* 的中性平台数据交换
机制，在进行数据传递的时候主要是运用了 6&)数据文件，下面
以排产调度子系统的 6&)数据文件的报文规范作必要的说明：
（7）6&)报文规范总体说明
报文包括报文头和报文体两部分，报文头主要是 8 位的字
节长度，66666666 用于 (34 5 +4 通讯，8 位字节长度使用，
表示后面的 6&)报文长度（使用 8 位数字，前面补‘"’，如包长
度为 7"!9 个字节，则此处内容为 """"7"!9）。如果以后需要传
送大量的信息，可以将报文头改成 7: 位或者 #! 位或者更多，
以便增加后续的 6&)报文的最大长度；报文体部分则是提供
规范的标准和 6&)报文内容。
;<==(>
;<.?@.A-(BC.>
1’&2
; 5 <.?@.A->
;DEE其他 6&)报文内容EE>
; 5 <==(>
（!）1’&2 请求的 6&)报文规范
66666666EE用于 (34 5 +4通讯使用表示后面的 6&)报文长度
;<==(>
;<.?@.A-(BC.>1’&2; 5 <.?@.A->
;DEE输入文件名EE>
;+,C@.>LLLL; 5 +,C@.>
;DEE输入文件内容EE>
;+,C@,-.,->LLLLLLL; 5 +,C@,-.,->
; 5 <==(>
（#）1’&2 响应的 6&)报文规范
66666666EE用于 (34 5 +4通讯使用表示后面的 6&)报文长度
;<==(>
;<.?@.A-(BC.>1’&2; 5 <.?@.A->
;DEE1’&2运行结果，取值为 =N 或 FJGHEE>
;1JKA<.A@H->; 5 1JKA<.A@H->
;DEE’&2 执行结果作为 6&)的节点内容返回EE>
;=@-C@,-.,->LLLLLLL; 5 =@-C@,-.,->
; 5 <==(>
以上仅仅是对排产调度子系统进行的一些 6&) 报文说
图 # 基于 %0* 的信息集成实现图
O7
!""#$!! 计算机工程与应用
明，对于别的子系统的报文开发和应用也和排产调度子系统相
似。另外，别的子系统也可以使用 %&’的扩展性配置自己所需
要的 %&’节点来满足系统的输入输出规范。
( 信息集成平台的特点
($) 与工厂实际情况相符合
由于该系统的开发是针对目前过程工业中普遍存在的信
息孤岛问题，所以在开发该平台系统的过程中，充分考虑了实
际生产过程的特点，比如说化工厂中所面对的数据与其他系统
相比，数据在结构上有其特殊性和复杂性，另外工厂中各类单
元装置的数学模型结构也很复杂，为了克服这些问题，作者采
用了 %&’规范作为数据传递标准，而对于复杂的数学模型结
构，则采用 %&’的 &*+,&’（马睿等，!""!）子集来实现。
($! 简化复杂系统
从本质上说，该平台系统采纳了分布计算的思想，尽管可
以将不同的服务放在同一台计算机上，但在工厂实际中，这些
不同子系统的功能是在不同计算机上实现的。而作者所开发的
平台很好地支持了分布计算思想的实现，这一点主要是通过协
调层来解决，协调层负责协调不同子系统之间的关系，从而实
现不同子系统之间信息的自由交流。这样一来，可以把各种服
务分配到最能完成这项工作的计算机上，对于复杂的子系统，
提供功能强大的计算机，而对于一般子系统，只要采用对应能
力的计算机就可以了。可以节省工厂的实际开销，同时满足了
实际工作的需要。通过设计合适的界面层，可以简化现场操作
人员的劳动。
($# 采用新技术和理论、支持标准化和开放系统的
概念
集成平台的发展紧密地与新的技术和理论结合在一起。
-.- 技术、-.- /0&1、多媒体技术、23+4534+ 技术等都将对集
成平台发展产生重要的影响。尤其是面向对象技术、23+4534+技
术及相应的 6787 语言和 9:0 服务器提供的方便的服务方式
（与硬件和操作系统的独立性）使得它们成为当今对应用系统
开发最具影响的技术。采用新的开放性标准（如 /;:、;-<07、
;-& = /;-&）（;,*3> ?$1$4+@$!""! *3A 9BCCB*D ;$0 !"")），不
断使平台的服务标准化，使系统具有强大的适应性和扩展性。
由于这些技术的应用，系统中可以很方便地加入已经开发好的
各类子系统，实现即插即用的功能。同时系统的拓展性还表现
在信息集成平台不仅仅可以用在过程运行系统领域，还可以向
上层拓展，比如说 :<E系统、1;&系统。
另外，该项工作在子系统层采用 -.- 技术，在协调层和子
系统之间采用了 ;-<07 技术，在界面层则采用了现在所通用
的 9:0 技术，在基于 9:0 的基础上改变了过去研究经常采
用的 ; = 1 模式而采用了目前流行的 0 = 1 结构，这种结构可以
减轻服务器的负担，实现对复杂系统的有效分解和计算。
($( 对新兴 23+4534+ = 23+5*34+技术的支持
通过 23+4534+ 实现制造全球化已成为可能，目前已经可以
利用 23+4534+ 技术构建企业的内部网 23+5*34+ 实现信息共享。
平台产品应在 23+4534+ 技术服务上提供相应的支持，如 9:0
服务、防火墙等。该项工作开发的方法的基础就是基于 23+4534+
的，目的是为了让用户方便，快捷地获得所需要的信息。在这样
一个平台上，不仅实现了不同子系统之间信息的交流。更为重
要的是，在这一平台下，用户所面对的是一个简单的页面，而不
用担心由于系统的复杂性所带来的一系列问题，比如说学习曲
线陡峭，对用户自身条件要求苛刻的问题。
在这样的环境下，用户不需要了解复杂的计算和通信过
程，仅需要简单的操作就能够完成任务。另外，由于各个子系统
分布在不同的计算机上，采用这种分布式计算的方式，可以通
过分解的方式，实现对复杂系统的计算，完成用户提出的复杂
任务。而对于某一台服务器来说，不会有很大的劳动强度，不必
担心多个请求同时到来时，所造成服务器严重堵塞的问题。而
且由于该项工作是基于 23+4534+ 实现多个子系统信息的集成，
所以对于客户机端没有任何额外的要求，可以充分利用企业和
科研单位现有 23+4534+ = 23+5*34+ 的网络和设备。在最初装配系
统以后，通过运用分配 2E 及在网页服务器中增加对 2E 地址的
识别与控制，进行软控制或者使用网络防火墙和路由器进行硬
控制的方式，实现对网络的控制和网络安全，由于整个的计算
机过程都在服务器上完成，对于客户机功能的要求相对就比较
低。实现了只要有一个操作系统和一个浏览器软件，就可以实
现信息的自由交流和共享，这一点非常适合工厂的实际情况。
因为用户并没有那么多时间去学习和适应不同子系统的变化
所带来的认识问题，但一般用户对于浏览器的应用很熟悉。同
时该系统对于以后将要构造企业间网，以及敏捷制造、动态联
盟所需要的信息技术有许多一致的地方，这一点有利于企业的
长远发展。
F 结论
通过对目前过程工业运行系统信息的分析、研究，发现这
一领域尽管自动化的程度比较高，但是对于整个系统的信息集
成存在严重不足。一个个信息孤岛的存在，对企业的发展造成
了很大的障碍。为了实现信息孤岛之间自由交流信息，论文进
行了大量的研究工作，针对目前信息集成技术的研究热点，以
及从适应形势发展的需要出发，该项工作将研究重点放在基于
9:0 的运行系统的信息集成上。在研究过程中，作者采用了
%&’ 作为通信语言，;-<07 作为通信总线，开发出一个开放
的信息集成平台，同时开发了排产调度子系统和数据校正子系
统的信息集成服务器。在这一平台上，排产调度子系统和数据
校正子系统成功地实现了信息的交流。运用 ;-<07 技术实现
不同服务器系统的分布式处理，减轻中心服务器的负担，对于
各个子系统服务器仅需要完成自身的工作。不同系统之间的信
息交流和通信由协调层负责处理。这样就实现了整个运行系统
的信息集成，同时 %&’技术的运用使整个系统的开放性非常
好，在此基础上可以进一步向企业管理层拓展。这一点对于成
功实现企业的 :<E、1;& 都是非常重要的。
（收稿日期：!""# 年 F 月）
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