分布式数据库技术实现企业异构数据集成

2023-10-28 理论教育版权反馈

【摘要】：为了解决“信息孤岛”问题，需要在信息的统一数字化表达基础上建立一套完整的异构制造系统集成框架。

要进一步讨论的是，企业中面向不同层面、不同应用已建成多个数据库。这些数据库往往是异构的，如何集成它们，成为一个大挑战。

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图24.6　北风公司数据库

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图24.7　北风公司企业处理/数据库的典型拓扑图

以制造型企业为例：制造业信息化基于制造企业业务优化和先进制造模式应用，往往需要在一定的深度和广度上利用数据库技术和互联网技术，以便对制造企业生产活动中的各种信息进行有效的管理。在实现企业内外部信息的有效利用及共享的同时，它也能将自动化技术、制造技术、信息技术以及现代管理技术有机结合起来，从而达到探索新的企业管理模式、寻找新的产品设计方法以及探索新的企业间协作关系的目的。制造业信息化也是实现制造装备的数字化、生产过程信息化及综合集成的企业数字化的有效工具。信息化和数字化技术在企业（典型的如制造企业）中发挥着非常重要的作用，而信息化技术与数字化技术在企业中最典型的应用涉及各业务环节的各种异构制造系统的应用，包括PDM（product data management）、CAPP（computer aided process planning）、ERP（enterprise resource planning）、MES（manufacturing execution system）等系统，这些异构的制造信息化系统在解决某些技术问题或某些局部业务问题方面发挥了显著作用，并提高了企业的工作效率。

这些异构信息系统为制造企业业务的数字化转变和有效运行提供了重要帮助。企业生产全生命周期的各个环节也都配备有相应的制造信息系统。例如，产品数据管理系统对研发过程中的各种资源、文档进行全面管理；计算机辅助工艺系统对工艺设计、工艺规划的整个过程进行有效的管理和优化；企业资源计划系统对企业的生产计划、财务、库存等方面进行统筹管理；制造执行系统对零部件在车间的加工制造进行实时的监控和管理，等等。因此，制造信息化系统是企业内部业务流程的顺利进行和数字化转变的有效手段。与此同时，由于各系统往往自成体系并相互孤立，因此也不可避免地存在各种各样的问题。这些问题典型有以下几方面。

1.信息孤岛问题

在企业发展过程中，各个部门信息化的发展存在不一致的状况，从而缺乏平台式的、统一的整合与集成方式，并且孤立存在的各个异构制造系统也会导致信息重复录入、不全面、实时性差、效率低等问题，从而形成一个个“信息孤岛”。信息孤岛问题造成的不良影响是多方面的，例如部门间会有重复数据，但由于其运用环境的不同，可能会产生语义上的冲突，从而不能更好地被访问和共享。为了解决“信息孤岛”问题，需要在信息的统一数字化表达基础上建立一套完整的异构制造系统集成框架。

2.生产计划编制不合理问题

应用了众多的异构制造信息系统，形成“信息孤岛”后，ERP中生产计划的编制就不再仅仅与其自身有关，而是与系统规划层面的多个制造信息系统密切相关，于是系统规划层面出现了一个非常突出的问题，即生产计划的编制不合理问题。其中主要包含两方面的内容：一是生产计划的产量预测问题，二是产品的完工时间预测问题。产量预测和完工时间预测的准确程度会对系统规划层面生产计划编制的合理性产生重要影响，并且会影响企业管理者的各项决策，如接收订单的数量是否合理、在生产过程中是否需要增加设备、是否需要外协、是否需要调整工厂日历等，甚至直接影响到下游各生产车间的作业计划和排产，进而影响到企业的生产效率。因此，为了解决生产计划编制不合理问题，需要在集成框架基础上去构造一个合理产量预测模型和完工时间预测模型。

3.生产管理中的决策支持信息获取及可视化问题(www.chuimin.cn)

“信息孤岛”问题会让企业管理者关心的决策信息分散在各个系统中，各个异构制造系统的查询功能所提供的数据不全面、缺乏完整的从领导/主管视角出发的多维数据。企业决策者关心的生产进度、产品配套、项目研制进度、资金资源、市场（订单）预测等信息是综合了多个异构制造信息系统的数据而生成的，但目前的大多数企业只能从单个业务系统获取，并且运用的是看报告、听汇报的方式，因此这些信息的获取与可视化问题急需解决。同时，为了方便企业领导和主管进行决策信息查询，也需要构建一个友好的可视化平台。

在相关的实现中遇到的挑战会甚多，典型的有以下几种。

（1）异构制造系统集成框架建模及统一信息模型的需求。

“信息孤岛”问题在本质上是各种异构制造系统的集成问题，因此消除“信息孤岛”最根本的办法就是建立柔性的异构制造系统集成框架。一种解决方案是，系统之间的集成釆用直接集成的方法，例如直接将制造系统底层的数据库集成起来，或者运用编程的方法直接访问多个系统底层数据库等。直接集成方法在系统集成要求不是很高或者数据量不是很大的情况下具有一定的优势，但也存在缺陷：集成方式是一种刚性的集成，一旦企业的业务和管理经营方式发生变化，系统之间集成的建模方法就必须随之变化，而这种变化发生的频率也是非常高的。另一种解决方法是，引入异构制造系统之间的集成技术，形成一种异构制造信息系统的集成建模方法。利用该方法对已有的信息系统模型进行集成化的改造，形成一套柔性的异构制造系统集成框架模型，解决集成刚性问题，进而构建生产管理统一信息模型，适应制造企业对集成的需求。当然，这也有不足，如实施深度大数据分析要比前者困难。

（2）生产计划编制过程中的产量预测需求。

生产计划编制是ERP系统的主要环节之一，大部分制造企业在主生产计划的编制过程中，只是根据订单要求的数量和产品的库存信息进行生产计划数量的设定，这对于仅使用ERP系统的企业来说，准确性基本可以保证。但是，如果企业运用了其他制造系统，例如PDM、CAPP、MES等，就必须考虑这些系统中的信息对生产计划产量的影响。因此，产量的设定就变成产量预测问题，需要根据各种不确定因素归纳出数学模型对产量进行预测，以免出现一段时间内生产力过剩或者生产力严重不足的情况。

（3）产品总完工时间预测需求。

总完工时间的预测本身是生产任务调度的问题，即MES的重要环节之一。与产量的设定一样，若仅考虑MES自身的影响，只需要根据产品结构中的零部件的加工周期和提前期即可推算出完工日期。但是考虑到各种异构制造系统的影响，仅靠上述推算，会出现很大偏差，因此，若想在系统规划层面设定较为合理的产品总完工时间，就必须在集成框架模型的基础上获取影响产品总完工时间的各种因素，建立合理的数学模型，从而实现产品总完工时间的预测。

（4）生产管理决策信息可视化需求。

通过生产管理业务的有序运行，有关生产管理的关键信息也会记录在集成框架的各个系统中，但往往信息的表现形式较为抽象，不够直观，并且有些信息需要经过海量数据的分析和挖掘后才能获取。虽然有些努力已对信息的获取和挖掘进行了研究，但还存在一些问题。第一，对异构信息挖掘的广度不够，且缺乏可视化的表达方式。信息的获取往往面向企业某个业务部门，没有从企业全局的角度挖掘信息系统中的决策支持信息。传统的方式只是给管理人员提供若干信息描述，无法给出明确关于项目计划完成比例、生产进度情况、资金占用情况等的量化与实时可视化信息。实际上，企业主管还是要通过会议或者报告等方式来了解并做出决策，所以解决基于异构制造系统的决策信息实时可视化和量化也已成为离散制造企业信息化要突破的关键问题。此外，存在的问题还包括对异构信息挖掘的深度不够。对于离散制造业而言，从PDM、ERP、CAPP、MES等孤立的信息系统获取的原始信息，必须经过系统深入的分析和处理，才能提供给企业决策者使用。例如，项目研发进度，需要通过对PDM系统中成百上千的流程、文档信息的深入处理，产生量化和可视化信息，才能得到决策者最终需要的决策支持信息。因此，将集成框架下的企业管理层人员关心的数据可视化非常重要，这样可以避免数据抽象、不易读的弊端，能有效帮助企业领导进行企业生产过程中的各项决策。

这些问题的挑战迎来了对企业数据仓库的需求。

分布式数据库技术实现企业异构数据集成

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