計(jì)劃流程制造行業(yè)信息系統(tǒng)

1、流程制造行業(yè)信息系統(tǒng)架構(gòu)一、流程制造業(yè)信息技術(shù)應(yīng)用的重要性 經(jīng)濟(jì)全球化趨勢(shì)差不多給各國(guó)經(jīng)濟(jì)進(jìn)展帶來(lái)越來(lái)越深刻的阻礙， 各國(guó)制造企業(yè)在世界市場(chǎng)上進(jìn)行著日益激烈和殘酷的競(jìng)爭(zhēng)。 劇烈的和 不可測(cè)的市場(chǎng)環(huán)境變化，對(duì)制造企業(yè)的生存與進(jìn)展提出了嚴(yán)峻的挑 戰(zhàn)。在我國(guó)，制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，工業(yè)增加值占 GDP 的 36，位居世界第四位，我國(guó)已成為世界制造大國(guó)，以石油化工、 冶金等行業(yè)為代表的流程制造業(yè)在我國(guó)制造業(yè)中占據(jù)了專門大的比 例，是重要的基礎(chǔ)支柱產(chǎn)業(yè)。同時(shí)，流程制造工業(yè)是一個(gè)多品種、多 層次、服務(wù)面廣、配套性強(qiáng)的產(chǎn)業(yè)， 與其他產(chǎn)業(yè)和消費(fèi)市場(chǎng)關(guān)系緊密。 它又是資金密集和技術(shù)密集的產(chǎn)業(yè)， 對(duì)國(guó)家

2、經(jīng)濟(jì)進(jìn)展及軍事保障都至 關(guān)重要。然而長(zhǎng)期以來(lái)， 我國(guó)制造業(yè)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在著較大的 差距，突出的現(xiàn)象確實(shí)是生產(chǎn)制造損失大、 能耗高，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)周期短、 維修費(fèi)用高，環(huán)境污染嚴(yán)峻，能源利用效率比發(fā)達(dá)國(guó)家低近 10 個(gè)百 分點(diǎn)，要緊行業(yè)的產(chǎn)品能耗同國(guó)際先進(jìn)水平相比，則高出 30左右， 那個(gè)問(wèn)題在流程制造業(yè)表現(xiàn)得尤為突出。 面對(duì)經(jīng)濟(jì)全球化這一機(jī)遇和 挑戰(zhàn)，我國(guó)企業(yè)必須利用信息技術(shù)、 治理技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)加快改革 步伐，完全改變?cè)械闹卫砟Ｊ?，加?qiáng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力，提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短交貨期，降低成本和改善服務(wù)，不斷提高自我適應(yīng)能力。 因此，基于信息技術(shù)的先進(jìn)治理體系與制造技術(shù)成為企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵 所在

3、，流程制造業(yè)的信息技術(shù)應(yīng)用差不多成為企業(yè)具備國(guó)內(nèi)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng) 力的不可或缺的重要手段。二、我國(guó)流程制造業(yè)在信息化建設(shè)進(jìn)程中存在的問(wèn)題1、缺少有效的信息系統(tǒng)體系架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)劃設(shè)計(jì) 追溯我國(guó)流程企業(yè)的信息化進(jìn)展歷史能夠看出， 其信息化建設(shè)從 20世紀(jì) 80年代就差不多開(kāi)始了，而且隨著信息技術(shù)的進(jìn)展在不斷地 進(jìn)步，經(jīng)歷了從單機(jī)治理、 單元操作，到計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) (CIMS) 的進(jìn)展歷程。但在此過(guò)程中信息系統(tǒng)的體系架構(gòu)沒(méi)有相對(duì)固定的標(biāo) 準(zhǔn)，傳統(tǒng)的架構(gòu)是五層架構(gòu)(監(jiān)控層、優(yōu)化層、調(diào)度層、治理層、決 策層)，由于這種劃分層次的方法造成許多信息系統(tǒng)功能的交叉和信 息的不暢， 甚至出現(xiàn)信息阻斷， 因此給信息系

4、統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和實(shí)施帶來(lái)許 多不便，阻礙了信息系統(tǒng)在企業(yè)進(jìn)展過(guò)程中應(yīng)起的重要作用。2、許多企業(yè)在治理和過(guò)程操縱方面都實(shí)施了相應(yīng)的系統(tǒng)，但大部分是“信息孤島”難以進(jìn)行有效的集成由于流程行業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)， 大部分流程企業(yè)都特不重視過(guò)程操縱 方面的系統(tǒng)建設(shè)，在重要的設(shè)備、裝置上都實(shí)施了過(guò)程操縱系統(tǒng) PCS(Process Cortrol System)，同時(shí)注重實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)及整 理。隨著 ERP( Enterprise Resources Planning)登陸中國(guó)市場(chǎng)和日漸普及，流程制造業(yè)中有許多企業(yè)也都實(shí)施了相應(yīng)的ERP系統(tǒng)，在治理方面得到了優(yōu)化和提高。目前，能夠講以MRPI、ERP為代表的治理

5、信息系統(tǒng)，以及以集散操縱系統(tǒng)(DCS、現(xiàn)場(chǎng)總線為代表的自 動(dòng)化技術(shù)， 在流程制造行業(yè)差不多大規(guī)模應(yīng)用。 盡管這兩類系統(tǒng)的推 廣取得了一定效果， 但卻忽略了兩者之間的有效集成， 導(dǎo)致企業(yè)上層 打算缺乏有效的實(shí)時(shí)信息支持、下層操縱環(huán)節(jié)缺乏優(yōu)化的調(diào)度與協(xié) 調(diào)。打算層與車間執(zhí)行層無(wú)法進(jìn)行良好的雙向信息流交互， 企業(yè)難以 實(shí)時(shí)反應(yīng)， 阻礙了各系統(tǒng)功能的正常發(fā)揮， 也無(wú)法體現(xiàn)出信息系統(tǒng)的 整體效益。3、制造執(zhí)行系統(tǒng)沒(méi)有得到高度的重視并清晰地體現(xiàn)在信息系統(tǒng) 中，不能作為綜合信息系統(tǒng)的有機(jī)組成部分制造執(zhí)行系統(tǒng) MES(Manufacturing Execution System )是流程 工業(yè)綜合自動(dòng)化的核心

6、技術(shù)，其要緊功能是負(fù)責(zé)生產(chǎn)治理和調(diào)度執(zhí) 行。在集成諸如質(zhì)量操縱、 文檔治理、生產(chǎn)調(diào)度等功能的基礎(chǔ)上， MES 為操縱包括物料、 設(shè)備、人員、流程指令和設(shè)施在內(nèi)的所有工廠資源， 提供了一個(gè)統(tǒng)一平臺(tái)，對(duì)提高企業(yè)生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低消 耗具有重要的作用。MES在十幾年前就已誕生，目前在發(fā)達(dá)國(guó)家差不 多普遍推廣。在我國(guó)，對(duì)MES的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用還處于剛剛起步時(shí)期。隨 著通信瓶頸的解決，ERP能夠通過(guò)MES直接與操縱系統(tǒng)交換實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)， 實(shí)現(xiàn)操作運(yùn)行層與治理層的緊密集成。 這一趨勢(shì)近年已在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó) 家凸現(xiàn)，要緊的工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備和系統(tǒng)供應(yīng)商都在致力于開(kāi)發(fā)MES的軟件平臺(tái)和系統(tǒng)支持服務(wù)。反觀國(guó)內(nèi)，ERP

7、系統(tǒng)與生產(chǎn)操縱系統(tǒng)之間一般還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)信息集成，問(wèn)題的關(guān)鍵在于MES在國(guó)內(nèi)尚未引起應(yīng)有的重視。 因此，在流程制造業(yè)的信息化建設(shè)中必須注重制造執(zhí)行 系統(tǒng)的應(yīng)用，將其作為綜合信息系統(tǒng)的有機(jī)組成部分。三、流程制造企業(yè)的特征及對(duì)信息化的核心需求 流程制造企業(yè)是指通過(guò)物理反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)使原材料增值的行 業(yè)，一般采納面向庫(kù)存的生產(chǎn)方式， 要緊依靠產(chǎn)品價(jià)格和質(zhì)量開(kāi)拓市 場(chǎng)。以石油煉化企業(yè)為例， 其生產(chǎn)過(guò)程具有如下的特點(diǎn)：生產(chǎn)過(guò)程連 續(xù)，加工能力強(qiáng)，物料和能量的供給要求連續(xù)、及時(shí)、可靠；生產(chǎn)工 藝復(fù)雜，生產(chǎn)過(guò)程涉及多種化學(xué)變化與物理變化， 生產(chǎn)操縱技術(shù)要求 高、信息量大，故障診斷和處理比較復(fù)雜；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，除

8、了主產(chǎn) 品外，還會(huì)產(chǎn)生大量副產(chǎn)品和中間產(chǎn)品， 產(chǎn)品與產(chǎn)品之間的關(guān)聯(lián)性較 大，一套生產(chǎn)裝置單股進(jìn)料能夠有多個(gè)出料；基礎(chǔ)自動(dòng)化水平較高， 對(duì)自動(dòng)化的依靠性比較強(qiáng)， 絕大部分的物料變量依靠?jī)x表進(jìn)行測(cè)量或 通過(guò)分析儀表間接獲得， 少量人工計(jì)量； 生產(chǎn)以安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期、 滿負(fù)荷、優(yōu)質(zhì)、均衡、高產(chǎn)、低耗和減少污染為要緊目標(biāo)，通過(guò)打算 調(diào)度、優(yōu)化操作、 先進(jìn)操縱等手段使過(guò)程實(shí)現(xiàn)優(yōu)化生產(chǎn)，以獲得最大 的經(jīng)濟(jì)效益。針對(duì)煉化企業(yè)的以上生產(chǎn)特點(diǎn)， 其對(duì)信息化的核心需求體現(xiàn)在各個(gè)層 面上：在生產(chǎn)打算方面，需要依照裝置的生產(chǎn)能力和產(chǎn)品需求，采納 過(guò)程結(jié)構(gòu)和配方進(jìn)行物料需求打算。在調(diào)度治理方面，要考慮配方、產(chǎn)品混合、

9、物料平衡、污染防 治等問(wèn)題，需要進(jìn)行主產(chǎn)品、副產(chǎn)品、協(xié)產(chǎn)品、廢品、成品、半成品 和回流物的治理。熱蒸汽、 冷卻水、壓縮空氣以及水電等動(dòng)力能源輔 助系統(tǒng)的治理也對(duì)流程企業(yè)的運(yùn)行效益具有重要的意義。 生產(chǎn)過(guò)程的 柔性是靠改變各裝置間的物流分配和生產(chǎn)裝置的工作點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的， 必 須由先進(jìn)的在線優(yōu)化操縱技術(shù)來(lái)保證。 質(zhì)量治理與生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng) 緊密相關(guān)，產(chǎn)品檢驗(yàn)以采樣方式為主，采納統(tǒng)計(jì)質(zhì)量操縱。因此，產(chǎn) 品檢驗(yàn)必須與生產(chǎn)治理及過(guò)程操縱系統(tǒng)緊密配合。在信息處理方面，流程工業(yè)要求實(shí)時(shí)在線采集大量的生產(chǎn)過(guò)程 數(shù)據(jù)、工藝質(zhì)量數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)等， 要及時(shí)處理大量的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)， 并以圖表、圖形的形式予以表示。在安全

10、可靠性方面，流程企業(yè)需要保證生產(chǎn)的高效、安全和穩(wěn) 定運(yùn)行，才能獵取最大的經(jīng)濟(jì)效益，因此，安全可靠生產(chǎn)是流程企業(yè) 的首要任務(wù)。在經(jīng)營(yíng)決策方面，流程企業(yè)要緊通過(guò)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)、提高產(chǎn)品產(chǎn) 量和質(zhì)量、降低能耗和原料、 減少污染來(lái)提高生產(chǎn)率， 增加經(jīng)濟(jì)效益。 流程企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的資本投入大， 因而更注重生產(chǎn)過(guò)程中的資金流的 治理。在人的作用方面，過(guò)程企業(yè)由于生產(chǎn)的連續(xù)性，生產(chǎn)加工過(guò)程 自動(dòng)化程度較高， 人的作用要緊是監(jiān)視生產(chǎn)裝置的運(yùn)行、 調(diào)節(jié)運(yùn)行參 數(shù)等，一般不需要直接參與加工。四、流程制造業(yè)信息系統(tǒng)體系架構(gòu)a)流程制造業(yè)信息系統(tǒng)體系架構(gòu)針對(duì)目前我國(guó)在流程行業(yè)信息化建設(shè)方面存在的問(wèn)題，依照流程制造業(yè)的生產(chǎn)特

11、點(diǎn)及對(duì)信息化的核心需求，流程制造業(yè)的信息系統(tǒng) 體系架構(gòu)應(yīng)該由“ ERP(EIS) ME PCS三層架構(gòu)組成，見(jiàn)下圖1 所示:Fl茫耍列廠隹心經(jīng)背訣策扯晨散0斗生產(chǎn)衣族 完盛匡卡采姻、再坊赴詁、蘭產(chǎn)計(jì)忠.財(cái)勢(shì)竇 哩賀期曲魚挽刑撼第功能生4巳業(yè)計(jì)劃.衛(wèi)厘加_1出駕/毎、 逋行制51資涼分配無(wú)，貳曬牛主產(chǎn)11幢迸仃函 從豪本上解抉盪穆行業(yè)生產(chǎn)邊程 罰茶變性和不宣性問(wèn)題生鼻第決設(shè)備的自幼強(qiáng)制間矗便生產(chǎn)賽扶禺 理懲備：瘋吐產(chǎn)映鋅BOhilliivtpr Ik Hrn<jumiR Pl util 嘴iSYhMjFftchii"Fnt抽“凸口 Cortiwl圖1 :流程制造業(yè)的信息系統(tǒng)體系架

12、構(gòu)三層構(gòu)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)：(1)更適合于扁平化的現(xiàn)代企業(yè)結(jié)構(gòu)過(guò)去，制造企業(yè)一般采納傳統(tǒng)的五層 CIM結(jié)構(gòu)，盡管這種體系 框架在制造業(yè)信息化進(jìn)展進(jìn)程中起過(guò)專門大的推動(dòng)作用，但隨著研究與開(kāi)發(fā)的深入，在綜合信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用實(shí)踐中遇到了較大問(wèn) 題。在流程制造業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中， 除了底層的過(guò)程操縱和頂層的 治理決策外，中間層次是專門難將生產(chǎn)行為與治理行為截然分開(kāi)的。 因此，在牽涉到大量既有生產(chǎn)性質(zhì)又有治理性質(zhì)的信息時(shí)，依照五層 結(jié)構(gòu)就專門難明確應(yīng)該歸于哪一層次， 造成了企業(yè)綜合信息系統(tǒng)在開(kāi) 發(fā)過(guò)程中標(biāo)準(zhǔn)的難以統(tǒng)一和概念的混亂。相比于傳統(tǒng)的五層結(jié)構(gòu)， PCS-MES-ERPEIS）構(gòu)成的三層結(jié)構(gòu)更符合現(xiàn)代企

13、業(yè)生產(chǎn)治理結(jié)構(gòu)的 “扁平化”思想， 促使治理以職能為中心向以過(guò)程為中心的轉(zhuǎn)變，更 易于集成和實(shí)現(xiàn)， 進(jìn)而解決信息系統(tǒng)在經(jīng)營(yíng)層和生產(chǎn)層之間脫節(jié)的現(xiàn) 狀。（ 2）信息流通暢 這種結(jié)構(gòu)信息流形式清晰，操縱信息自頂向下，反饋信息自底 向上。各層的操縱模塊同時(shí)進(jìn)行信息處理，能夠處理大量的信息，滿 足實(shí)時(shí)操縱需求。（3）適用范圍廣 這一結(jié)構(gòu)將企業(yè)綜合信息系統(tǒng)分為考慮生產(chǎn)過(guò)程問(wèn)題的過(guò)程操 縱系統(tǒng)PCS考慮企業(yè)經(jīng)營(yíng)治理問(wèn)題的企業(yè)資源打算 ERP以及考慮 生產(chǎn)與治理結(jié)合問(wèn)題的中間層制造執(zhí)行系統(tǒng) MES使企業(yè)綜合信息系 統(tǒng)中原本難以處理的具有生產(chǎn)與治理雙重性質(zhì)的信息問(wèn)題得到解決。（ 4）適應(yīng)性強(qiáng) 這種結(jié)構(gòu)具有專門

14、強(qiáng)的模塊性，相對(duì)比較獨(dú)立，功能模塊之間 界面分明，能夠分時(shí)期實(shí)施，也能夠并行開(kāi)發(fā)縮短實(shí)施周期。同時(shí)， 這種結(jié)構(gòu)具有較好的可修正性和擴(kuò)展性， 當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境或目標(biāo)發(fā)生變化 時(shí)，能夠進(jìn)行局部修正的擴(kuò)展。（5）開(kāi)發(fā)成本低MES廣泛采納分布式技術(shù)和重構(gòu)技術(shù)，邏輯嚴(yán)謹(jǐn)，形式規(guī)范，容易建立和被操作人員迅速掌握。目前許多軟件供應(yīng)商支持MES軟件，而且提供了相應(yīng)的接口或接口標(biāo)準(zhǔn)，MEST商在開(kāi)發(fā)MES軟件時(shí)也比較注重與其他應(yīng)用系統(tǒng)的集成問(wèn)題，因此在 MES與治理系統(tǒng)ERP 的集成時(shí)，開(kāi)發(fā)費(fèi)用較低。對(duì)石油煉制企業(yè)來(lái)講，對(duì)應(yīng)于三層架構(gòu)的信息系統(tǒng)體系架構(gòu)如 下圖2所示：U UiNJftmr i；艸人沖<wrvi|戶 H 4HHMU!映：、? jX+i!t：nrtz門i 11川(ITS)IUCNJUC| PLC <電 'T圖2 :石油煉