基于 C &P IIF RSM 集成解决方案的实现

石化行业的大部分运行系统都是在石油平台或冶炼厂刚被建立时创建的。石化行业大量依赖于传感器 ( 在石油平台中控制设备的组件 ) 中的测量仪器以获得实时数据。大部分系统用于转发实时操作数据或把这些数据存储到历史数据库中。Open Process Control 已经成为这一层次架构上的事实标准，因此这是一个典型的 OPC 世界模型。但是在实时系统集成中没有传输 OPC 标签信息和对应的设备上下文信息，这就导致实时数据严重依赖于工程解释，也引发了命名空间问题 ( 实时数据归属的组织结构，设备依赖，等等 )。

另一方面，随着信息技术的发展，大量信息系统被建立起来，并被部署到企业的不同层面，来促进企业业务的自动化运行：低层面的如实时数据传感器；中层面的如制造执行系统（MES）；高层面的如企业资源规划 (ERP)，企业资产管理（EAM）等。

我们将仔细研究一个石化行业的典型应用场景（如图 1 所示）：从事上游开采的石油公司使用压力传感器来监控油泵的压力，这些测量数据通过 OPC 标签与外部系统相关联，但这些标签缺乏设备上下文信息并且对于人来说是不可读的。倘若压力数据超过某个阈值，就应该发送维护工单 (WorkOrder) 通知现场工程人员执行维修任务。与此同时，EAM 系统也必须执行相应的资产管理操作，比如配送资产维护工单。EAM 系统在自己的数据库中维护资产模型，这些系统通常是建立在 J2EE 平台之上的。

油井压力的实时数据是扁平的（只有一个标签字符串进行区分，没有上下文 / 设备间的关联信息，不能被外部系统解读）；EAM 系统尽管可以在内部维护企业结构和资产模型，但它不能与实时事件关联起来，维护工单都是手工创建的，而且是以私有格式创建的。更重要的是，油泵都是分布在各个地方，企业 / 资产模型同时也可能维护在其它 ERP 系统中，在这种情况下，想获得一个企业范围内的信息视图是很困难的，这也就使得执行全局的业务分析与优化变得更加困难。

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基于 RSM 的模型驱动集成方案 - 概念

模型驱动的方案致力于为应用系统提供一个统一的结构良好的信息模型，系统之间的集成建立与共有模型之上，以消除彼此之间的不一致性。RSM 正是 IBM 为石化行业建立的信息模型。

实现一个基于 RSM 的模型驱动集成方案一般包括三个步骤：首先，我们定义 RSM 核心模型 ( 也称为 元模型)，这个模型是基于标准和工程经验的，而且与实现技术无关；接下来我们将把元模型实例化，应用到具体到实现架构中；最后，我们部署基于 RSM 的应用，把 RSM 作为通用的信息模型来加以利用。

开发 RSM 核心模型

RSM 的核心模型定义了被业界普遍接受的石化企业的结构，其它概念都是在此基础上构建的，这就保证了信息从一开始就很准确。RSM 模型是 ISA S88, S95, MIMOSA, ISO 1592 等不同信息模型标准的一个融合，它是通过结合行业标准和领域最佳实践发展起来的，以使得能够满足各种各样的企业应用的信息需求。RSM 元模型模型构建的基本步骤如下：

1. 为石化行业的不同应该层面选择相应的标准。这是基于具体应用和这些标准在行业中的影响力来进行选择的。
2. 填补标准之间的空白和建立标准之间的连接。这主要通过识别不同标准间的通用概念；去掉不一致的概念；填补这些标准覆盖的空白；使用面向对象建模方法如继承，子类，关联，复合等合适的方式来组织这些概念；最终创建统一的通用模型。图 2 是一个用 UML 类图来对企业的物理结构进行建模的例子。类 RSM_PhysicalEntity 位于中间，提供了企业内物理位置元素的抽象表示。子类 _WorkAsset 继承自 MIMOSA 中定义的模型，而 ISA95_Area, ISA95_Site, ISA95_WorkCenter 都是从 ISA95 中抽取的概念。
   
   图 2. 用于表示企业物理结构的 RSM 类图——示例
   
   
   
3. 模型的回归改进：通过客户，定义标准的专家和领域专家的反馈，迭代改进 RSM 模型。

根据石油化工行业各层面在集成 IT 方案时的不同兴趣点，RSM 的核心类可以划分成以下几个组。

• 企业结构：这些类讨论了企业的组织结构视图，能够以粗粒度的方式表示一个企业，这些主要是采用 ISA95 and ISA88 中的标准。
• 设备资产的层次结构：资产管理中的概念主要采用 MIMOSA 组织中的定义。例如，为了完成 RSM 整合操作的需要，一个设备包含完整的石油钻机，这些钻机的主要组件，以及对每一个钻机的详细描述如单个的油泵，石油管道，阀门或油罐。
• 测量值：为了监管一个生产设备的运行，需要收集大量的数据。比如，一个油泵的性能数据。在 RSM 模型中的“测量值 (Measurement)”概念主要涉及如何表示这些可测量的信息和在此基础上的计算。由于 OPC 已经是实时设备控制系统中的事实标准，因此，测量值相关的类都是基于 OPC 的词汇来创建的。
• 关键业绩指标（KPI）：KPIs 通常用于对制造设备的整体性能分析和趋势预测中。
• 状态机：这些类主要用于表示设备状态以及状态的变迁。

ESM 核心模型随着相关标准和实际工程需求的发展而不断发展进化着，它也可以被扩展来满足特定应用的需求。

基于 RSM 的应用

基于 RSM 的应用通常如【图 3 】所示：图的底部为用于控制石化公司的设备的传感器；这些设备传输实时或历史操作数据，形成了 OPC 实时总线（OPC RealTime Bus）。上层的 EPR/EAM 等应用系统通常都是基于 J2EE 架构或基于 SOA 架构的，然后通过企业服务总线（Enterprise Service Bus）集成起来。RSM 位于中间，各层面的应用使用它可以把各自的数据解释成语义丰富的模型数据，然后通过企业服务总线共享出来。与 RSM 兼容的适配器把缺乏语义的 OPC 数据映射成 RSM 模型；企业应用适配器把企业应用的数据转成服从 RSM 的数据，由于 RSM 是基于标准的，产生的数据实际上也是符合标准的。这样，通过 RSM 就把实时总线和企业总线之间的联系建立起来了。

RSM 实现架构

RSM 为石油化工企业提供了统一的信息模型。企业的各个层面能够被建模到或映射到 RSM 信息模型中。一个针对石化行业的 RSM 参考实现能如图 4 所示建立起来：

• RSM 模型数据库：RSM 模型数据库是一个用于保存 RSM 元模型和它的实例数据的组件。现在的 RSM 概念具有双重含义：元模型和模型实例。元模型就是我们前面所述的核心模型，它定义了面向对象世界中的“类”；而模型实例就是“对象”，也就是“类”的实例。RSM 元模型是通过 UML( 统一建模语言 ) 来定义的，并且不限制具体的实现方式。这里我们简单的把 RSM 元模型实现成关系数据库。RSM 元模型中的“类”被实现成关系数据库中的表，类之间的关系被实现成表之间的关系；模型实例自然的就被实现成表中的行。
• RSM 模型服务器：RSM 模型服务器是 RSM 模型数据库的门面。模型服务器提供模型管理接口给用户来定制 RSM 元模型，还提供通用数据访问（GDA）服务来操作和访问实例数据。还给用户提供了维护元模型的工具，用户只需要以面向对象的方式操纵 UML 模型，工具就能把 UML 模型转化成底层实现（如关系表）；模型服务器也能以符合 SOA 架构的形式把模型数据库中的实例数据解释给外部应用，所有应用都通过企业服务总线共享语义丰富的数据，这使得集成变得更加容易。
• 与 RSM 兼容的适配器：与 RSM 兼容的适配器在已有应用与 RSM 模型服务器间搭起了桥梁。由于 RSM 是基于标准的，因此与 RSM 兼容的适配器能够很容易地为 RSM 提供基于标准的接口，使得数据交换能够以通用的可接受的格式进行。RSM 适配器可以分成两种：企业应用适配器和 OPC 适配器。企业应用适配器把应用的内部模型映射成 RSM 模型；OPC 适配器则从后端系统（如流程控制、历史数据管理等应用）中获得实时数据，然后把这些数据（由流程标签来标识）映射成 RSM 测量数据模型。

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解决方案的实现

我们现在开始展示从头到尾的基于 RSM 的解决方案的实现，用于解决在第一章中提到的问题。

首先我们要在 RSM 中实例化企业设备模型；接着配置 RSM 感知的 OPC 适配器，把油泵的实时数据映射到 RSM 中的设备模型；随后部署业务逻辑，在 RSM 视图上管理实时数据；最后业务逻辑生成的事件通过适配器发送到企业资产管理系统（EAM）中。各步的详细描述如下：

在 RSM 中建立设备模型

RSM 元模型已经基于 MIMOSA 良好定义了资产模型，用户可以通过子类继承原有的模型或增加类等来定制自己企业的资产模型。外部的企业资产管理系统把自身的资产模型映射成 RSM 元模型定义的格式，并创建 RSM 模型实例，这样就把 EAM 系统中自已维护的资产模型同步到了 RSM 中。RSM 企业适配器可以自然地实现 MIMOSA 指定的接口，然后把基于 MIMOSA 的设备对象填充进 RSM 中。例如，适配器接收到标准的 MIMOSA 5038 消息 , 如图 5，然后在 RSM 中创建资产相关的对象 WorkEquipment。

配置 OPC 适配器，使之能连接到油泵设备中。

在 RSM 模型中，实时压力数据被建模成相关资产的测量数据，是通过 EAM 系统获得的。OPC 标签被映射成相应的测量数据。例如，OPC 标签 Error! Hyperlink reference not valid. 能够被 RSM 模型引用，如图 6 所示。

通过这种方式，在 RSM 模型上下文中，当应用请求设备“NAT-200-FT-101”的测量数据时，OPC 适配器会获得映射的 OPC 标签，然后转过来请求 OPC 控制设备以获得实时的测量数据。这种方式同样适用于“订阅 - 发布”模型，应用程序注册到 OPC 适配器中，当订阅的 OPC 标签的对应的数值发生改变时，新的值就通过 OPC 适配器发布到订阅应该程序中。不同的 OPC 标签能够映射 / 聚合到同一种资产中，因此企业能够建立一个企业级的一致的信息模型视图。

部署业务逻辑来监管油泵的压力值

通过 RSM，业务逻辑（BL）组件现在可以以一致的和语义清晰的视角来查看它所关注的所有信息（包括实时测量值和企业资产），BL 通过 RSM 模型服务器的通用数据访问接口（GDA）来访问相关资产信息和实时数据，并且通过业务流程来处理这些数据。由于 RSM 为公司提供了全局唯一的信息模型，因此相关的业务逻辑也可以通过图形工具来定义，并以面向对象的方式来运行，而不用处理分散在公司各地的信息的实现细节。例如，规则“BI”可以定义成“如果部门 B 的设备 A 的测量的压力值大于 100，则为设备 A 创建一个维修工单”，这对于业务人员来说，是非常直观和便于理解的。

为 RSM 部署适配器使之能向 EAM 系统发送事件。

维修工单通过适配器发送给外部系统。适配器通过 RSM 收集工单相关的信息，然后通过企业服务总线把维修工单发送给 EAM 系统，消息格式是基于 MIMOSA 格式的，如图 7，这样任何实现了 MIMOSA 接口的系统都能够接收这个维修工单消息。

我们可以看到 RSM 在解决方案中处于中心位置。RSM 为企业提供了语义关系良好的“共享词汇包”，从实时系统中发出的事件能够自动地被检测到并处理；RSM 帮助企业建立统一的企业视图，并驱动企业内部，企业之间的不同应用间的协作；RSM 同时也方便了不同标准间的集成，进一步确保了开放、协作的系统架构。

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基于 RSM 的系统集成方案总结

基于 RSM 的集成系统的要点和优点如下：

1.模型驱动集成

通过模型驱动方式 ，RSM 模型服务器提供了一个企业范围的统一信息视图。这样可以使配置变得更简单：一方面应用程序为了获得相关的数据无需知道数据的准确名字和具体源头在哪；另一方面可以把应用程序与数据源的变动隔离开。RSM 也可以把数据聚集起来，这样应用程序可以使用一个单独的统一的模型驱动视图从多个数据源中简单地合并信息。在这种信息交换途径下，应用程序可以在统一的模型上下文中进行信息交换，为关键信息提供一个更一致，更容易使用的视图。

2.标准的语义模型化降低了标准的实现难度

标准化在当今工业中变得相当重要，然而，如雨后春笋般诞生的标准也使得企业难以跟上标准的脚步。RSM 充分利用了各种标准的最佳实践，通过使用普遍接受的方法学和技术（如面向对象建模，语义模型，UML）提供了实现这些标准的标准途径，这样可以降低标准实现的难度，并在标准实现过程中可以移除歧义。从某种意义上来说，RSM 可以称作是“标准的标准实现”。

3.跨行业通用性

尽管本文仅关注石油化工行业，现有的 RSM 元模型也能被扩展以支持其它行业的标准，因此，RSM 可以作为各行业的通用信息模型。将来考察不同行业间的 RSM 实现的异同应该会是件很有趣的事情。

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结论

本文展示了采用 IBM C&P IIF 在石化行业中基于模型驱动进行企业业务集成的解决方案，该集成方案为企业提供了统一的信息模型，降低了标准实现的难度，同时还是语义可互操作的。