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卷板机企业流程工业的智能制造技术 |
| 发布时间：2022/12/14 |
流程工业是一类高度复杂的工业系统，不仅伴随有物理、化学反应过程和生化反应过程，还有物质与能量的传递、转换过程，其过程特征多表现为大范围连续性和不确定性、高度非线性和强耦合性，加上流程工业的卷板机企业决策、经营销售、计划调度、物资供应、库存运输、产品开发的锁链关系，给流程工业实现卷板机企业综合管理、调度、优化和控制带来了超大的难度，仅靠基于精确数学模型和解析数学方法的控制与优化理论或某种孤立的自动化技术是不能解决好问题的，应用智能制造技术和系统将是解决流程工业复杂综合自动化的一种途径。结合流程工业特点，我们认为设计CIPS应该遵循以下指导思想。
1)内容与途径的研究要体现流程工业的特点并具有代表性和指导性
鉴于流程工业的特点，CIPS的设计不仅要考虑现有的组织机构和人员配置的特点，而且要考虑各种状态因素和行为因素的影响，从流程工业卷板机企业实际需要出发，抓住生产“瓶颈”，以经济效益为驱动，使其能够符合现代生产、管理、控制和技术等方面的需要，并不断推进CIPS工程的深人发展。因此，CIPS的研究必须结合流程工业的特点，体现流程工业自身的工业生产特征。同时，基于流程工业在技术、管理、经济以及工程方面独特的特征，CIPS具有其自身的关键技术、问题及理论，其研究指导思想、设计方法、体系结构与参考模型均与离散工业制造系统有差异，尤其表现在生产调度、监控及应用系统等方面。
同时，我们强调内容和途径的研究要具有代表性和指导性。例如，炼油卷板机企业作为典型的流程工业，它是以石油为原料，经过各种复杂的化工和物理过程(如反应、蒸馏、分离、传热、传质等)，生产各种油品和石化产品的产业，技术与资金密集、规模大、流程长、过程复杂是其基本特征。它的横向生产过程是一个物流过程，包括原料进厂、存储、生产、运输，以及为之服务的公用工程与维护，广义上讲，包括了卷板机企业生产经营的各个环节和整个供应链。纵向业务过程又体现了从生产、调度、计划、管理到决策的整个过程。同时，从我国CIPS工程的研究与实施情况看，大部分是针对炼油与石化卷板机企业的。因此，以炼油卷板机企业为典型对象研究CIPS是具有代表性的，研究成果对其他流程工业卷板机企业同样具有指导性。
2)实现体系结构向ERP(卷板机企业资源计划)／MES(制造执行系统)／PCS(过程控制系统)过渡，强调MES的重要性
MES将生产活动和管理活动的信息集成并集中于MES，诸如汽车、半导体、电子、航空等行业。MES是处于计划层和控制层之间的执行层，主要负责生产管理和调度执行。 MES注重知识的提取和相关信息的集成，目的是缩短生产周期、改善产品质量、缩短 WIP(work—in—progress)、减少或消除移动中的纸上工作、缩短订货至交货的时间、提高操作人员能力，从而提高卷板机企业效益和竞争力。可以说，CIPS发展的关键就是MES。目前， ERP／MES／PCS已成为国外CIPS理论和产品的主流框架，大有替代Purdue五层结构(决策一管理一调度一监控一直接控制)的趋势。CIPS中，PCS层的信息集成技术已相当成熟，ERP层的理论与技术与离散工业大同小异，下层生产过程的实时信息和上层卷板机企业资源管理等的各类信息都在MES层中融合与贯通，并通过信息集成形成优化控制、优化调度和优化决策等的判断或指令。可以说，流程卷板机企业生产过程的安全、稳定、均衡、优质、高产、低耗和少污染目标的实现，卷板机企业内部物流的控制与管理、生产过程成本的控制与管理等生产管理活动都在MES层完成，因此MES层的信息集成至关重要，它是CIPS研究与发展的关键，而实施MES的关键又在于体系结构和关键技术的解决。另外，必须调知识的重要性，MES应该以知识为主线，体现知识驱动。
3)体现生命周期和集成平台的设计思想
一个大型复杂的自动化系统由立项到建成，需要经历生命周期的各个阶段，如可行论证、需求分析、初步设计、详细设计、开发实施、运行维护等。在各个阶段中，既要完本阶段的特定任务，又要相互衔接，前一阶段为后一阶段准备必要的信息，后一阶段比一阶段更为具体，考虑更多的现实条件。因此，应当把整个生命周期的各个阶段联系来，建立全过程体系结构，而不是孤立地用最终实现的“应用系统”的结构来代替全过的体系结构，这一思想近年来已被国内外研究体系结构的学术团体普遍接受。按照生周期观点建立起来的系统体系结构比单纯的最终系统结构能更全面地指导系统的分、设计、实施及运行的全过程。
系统集成的实现，对于各种不同的应用软件的接口，采用逐级支持的方式：计算机一络一分布式数据库一应用集成一应用软件。为了减少集成的复杂程序，应付系统变更扩充，促进标准化，人们已不再采用一个个应用软件及相互间接口的独立开发方法，而：引入CIPS体系结构的基本思想，提出软件开发平台的概念。“集成平台”某种意义上：一个软件平台，当然也离不开硬件平台的支撑，对下支持异构的信息环境，对上实现应 f软件的集成，即各种应用软件可方便地引入，以有效地实现信息集成和功能集成。采『集成平台给CIPS的实现带来很大好处：一是可减少集成的复杂程度，作为应用系统， l仅要求任务与平台发生联系，而不必知道任务与其他应用系统的联系；二是平台的适：性和通用性强，能适应用户不断变化的要求，将来自应用系统的结构关系、交互机制、信息形式、数据结构、通信协议的信息传送并放人集成基础设施中，使系统便于修改；三：可促进标准化，在平台与应用系统之间建立一个一致性接口，使之成为一个系统的标!模块。
4)强调基于模型的结构化设计方法
基于模型驱动的信息集成方法可用于建立卷板机企业重构信息集成模型，其主导思想是在先进制造哲理思想的指导下，首先建立卷板机企业制造系统的体系结构模型，然后根据一般；参考模型，并结合卷板机企业的具体情况，建立卷板机公司的各个域中的各个层次模型；再利用合适的建成平台，对各种可行方案进行仿真，并最终确定卷板机企业的集成方案。实现基于模型驱动的信息集成方法需要有一个工作平台，它不仅包括一系列工具，如建模工具(由实体到模型，由具体到抽象)和仿真工具，支持在不同层次上的仿真，从高层的战略计划到底层的皇细设计与实施的模型仿真；而且包括评估准则，对每套方案进行仿真时，在不同层次上面应当有相应的评判标准，以考评系统的表现。因此，模型驱动的体系结构实质上就是 E一个建造好的工作平台上进行以下几项工作。首先利用各种工具建造好现有系统的多个不同层次的模型，其次参照典型的卷板机企业概念模型在卷板机企业高层的参与下设计出理想的￡者说是期望的卷板机企业模型，最后按各生命在各阶段的一致性、准确性，而且要尽量减少工作量，同时应选取不同的解决方案。
5)强调人的作用
如果不充分考虑人的行为因素，不但CIPS的初级阶段，就是优化调度等局部系统也很难取得成功，必须从一开始就充分重视人、组织、环境等行为因素的影响；而且一个 CIPS或其子系统必须包括计算机软硬件系统、人一机交互系统和工具以及用户三部分的集成。
6)融合生产全流程的大数据信息，提供智能决策
在原有自动化系统的基础上，充分融合人的知识，应用大数据、云计算、(移动)网络通信和人一机交互的知识型工作自动化以及虚拟制造等现代信息技术，从生产、管理以及营销全过程优化出发，推进以高效化、绿色化和智能化为目标的流程工业智能优化制造系统，不仅要实现制造过程的装备智能化，而且制造流程、操作方式、管理模式也实现自适应智能优化，使得卷板机企业经济效益和社会效益最大化。
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