（管理科学与工程专业论文）基于dcs的流程型企业管控一体化集成研究.pdf

摘要 随着科学技术的进步和管理方法的创新，企业信息化的要求越来越高。目前 国内流程型企业中，大部分企业都引进了从7 0 年代发展起来的d c s 、p l c 等底层 控制系统，上层计划管理系统则根据部门的需求也逐步实现了信息化。 但是，随着信息化程度的不断深入，流程型企业生产连续的特点对数据的实 时性和全局性要求越来越精确。所以，基于d c s 的流程型企业面临两个主要问题： 1 由于技术等原因，底层d c s 的数据不能及时、准确的采集，传送给上层管 理系统，使企业计划、控制和现场的纵向集成上缺乏有效性。 2 上层管理系统是基于各部门功能的管理模块，因此，分散的信息系统形成 了很多的“信息孤岛”。各部门之间信息难以共享，制约着企业管理横向的联系。 同时，管理和控制的集成，不仅仅是技术层面的集成，还涉及资源、过程、 经济等多方面，总之，管控一体化的实质是将正确的信息，在正确的时间、正确 的地点，以正确的方式、传送给正确的需要该信息的人。 本文针对这三个问题，提出了基于d c s 的流程型企业管控一体化集成的通用 模型，从视图、实现和生命周期三个维度上，映射了信息、组织和过程三个具体 模块。从而使管控一体化能从集成、并行的角度顺利实施。在信息集成中，重点 设计了o p cx m l d a 管控一体化方案对d c s 实时数据的集成。最后以一个冶炼厂 管控一体化实例研究了信息集成、组织构建和过程管理策略和方法。 关键词：d c so p c 实时数据库信息集成管控一体化 a b s t r a c t w i t l lt h ed e v e l o p m e n to f t h et e c h n o l o g ya n di n n o v a t i o no f m a n a g e m e n tm e t h o d s ， e n t e r p r i s ei n f o r m a t i o n b a s e di sn e e d e dt oi m p r o v em o r ea n dm o r e n o w a d a y s ，m e s t e n t e r p r i s e si no u rc o u n t r yh a v ei m p o r t e db o t t o mc o n t r o ls y s t e m sw h i c hd e v e l o p e d f r o m1 9 7 0 ss u c ha sd c s ，a n dt h et o pp l a nm a n a g e m e n ts y s t e mh a v ea l s or e a l i z e d i n f o r m a t i o n - b a s e ds t e pb ys t e pa c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n t so f d e p a r t m e n t s h o w e v e r , w i t ht h ed e e p e rd e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o n - b a s e d ，t h ec h a r a c t e r i s t i c s o fp r o c e s s o r i e n t e de n t e r p r i s e s ，c o n t i n u i t y , d e m a n dt h ed a t at oh a v em o r er e a l t i m e a n dg l o b a lp e r f o r m a n c e t h e r e f o r e 。t h o s ep r o c e s s - o r i e n t e de n t e r p r i s e sw h i e hh a s e do n d c se n c o u n t o l t w op r o b l e m s ： f i r s t l y , b e c a u s eo fl i m i t e dt e c h n o l o g ya n do t h e rr e a s o n s ，t h ed a t ao f b o t t o md c s c a n tb ec o l l e c t e dt i m e l ya n dp r e c i s e l yt h e nt r a n s m i t t e dt ot h et o pm a n a g e m e n ts y s t e m ， w h i c hc a n s e dt h ei n e f f i c i e n c yo fi o n g i t u d i n a li n t e g r a t i o no fe n t e r p r i s e sp l a n s ，c o n t r o l a n ds c e n e s e c o n d l y , t h et o pm a n a g e m e n ts y s t e mc o n s i s t so fm a n a g e m e n tm o d e sb a s e do n a l lt h ed e p a r t m e n t s a n dt h ed i s t r i b u t e di n f o r m a t i o ns y s t e mr e s u l ti nl o t so f i n f o r m a t i o ni s l a n d s ”t h ed e p a r t m e n t sc a n ts h a r ei n f o r m a t i o nw i t he a c ho t h e r , w h i c hh a sl i m i t e dt r a n s v e r s ec o n n e c t i o n so f e n t e r p r i s em a n a g e m e n t i na d d i t i o n , t h ei n t e g r a t i o no fm a n a g e m e n t & c o n t r o lc o n c e r n sn o to n l y t e c h n o l o g yb u ta l r e s o u r c e s p r o c e s sa n de c o n o m y i naw o r d , t h ee s s e n c eo f i n t e g r a t e dm a n a g e m e n t & c o n t r o li st os e n dr i g h ti n f o r m a t i o nt or i g h tp e r s o n ，a tr i g h t t i m e ，r i g h tp l a c e ，a n dw i t hr i g h tw a y t h e r e f o r e ，t h i sp a p e rj u s ta i m sa tt h e s et h r e ep r o b l e m st ob r i n go u tt h eu n i v e r s a l m o d ef o ri n t e g r a t e dm a n a g e m e n t & c e n t r e lo fp r o c e s s o r i e n t e de n t e r p r i s e sb a s e do n d c s f r o mt h et h r e ed i m e n s i o n sv i e w , r e a l i z a t i o na n dl i f cs p a i l ，d e d u c et h r e es p e c i f i c m o d e si n f o r i l l a t i o n , o r g a n i z a t i o na n d p r o c e s s ，i n o r d e rt om a k e i n t e g r a t e d m a n a g e m e n t c o n t r o lt ob ep mi n t op r a c t i c es m o o t h l y a sf o ri n f o r m a t i o n i n t e g r a t i o n , t h ea u t h o rf o c u s e do nt h ei n t e g r a t i o no fi n t e g r a t e dm a n a g e m e n t & c o n t r o lp l a nb yo p cx m l d af o rt h er e a l t i m ed a t ao fd c s t h e t a , t h ea u t h o r s t u d i e da ne x a m p l eo fi n t e g r a t e dm a n a g e m e n t & c o n t r o lc o n s t r u c t i o no fab l l l e l t i n g f a c t o r ya n ds u g g e s t e dt h es t r a t e g i e s a n dm e t h o d so fi n f o r m a t i o n i n t e g r a t i o n , o r g a n i z a t i o nc o n s t r u c t i o na n dp r o c e s sm a n a g e m e n t k e y w o r d s ：d c s ，o p c ，r e a l t i m ed a t a b a s e ，i n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o n , i n t e g r a t e d m a n a g e m e n t & c o n t r o l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得云洼王些太堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 签字日期：“? 年，月甜日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解丞洼王些太堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权丞洼王些盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学 校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：导师 签字日期：呻车，月 f 日 签字，黾f 日 学位论文的主要创新点 一、通过研究集成论在管控一体化中的应用，从企业全局资源的 角度得出了企业管控集成的六个集成单元，即信息、功能、资源、组 织、过程和经济。再结合并行工程的思想，分析了企业管控集成的生 命周期中，并行开发的过程。最后从视图维、实现维和生命周期维三 个维度得出基于d c s 的流程型企业管控一体化集成的通用模型。 二、提出了基于o p cx m l d a 的管控一体化信息集成架构，该架构 结合实时数据库，采用b s 结构，实现了网络支撑环境下企业在任何 平台、任何时间、任何地点及时监控企业生产现场和全局资源的迫切 需要。 第一章绪论 1 1 选题的目的和意义 第一章绪论 流程型企业对数据实时性要求很高，所以其信息化要由现场控制系统和计划 管理系统构成。底层控制系统从7 0 年代开始就引入了d c s 系统，上层计划管理 系统则主要是开发自己的m i s 系统、财务系统、进销存系统或者引进从9 0 年代 后期形成e r p 系统。近年来，流程型企业信息化程度越来越高，企业在不同时期 从不同需求引进日渐成熟的管理系统：e r p 、c r m 、s c i d 等，从企业经营、客户关 系和供应链管理的某个侧面去建设、评估信息化项目。 随着信息化的不断深入，人们越来越深刻地意识到，企业的生产控制和管理 息息相关、密不可分。管理与控制一体化变得越来越重要，具体地讲是利用各种 技术，把生产现场的各种数据通过信息网络系统进行系统集成、技术融合，为企 业全面实现信息自动化管理奠定基础。企业迫切需求实时的、全局的数据内容来 进行战略规划和战术部署，具体表现在： 1 企业的上层管理者希望能够随时随地直观地监控和指挥生产现场。 2 改变企业内部多个控制系统、管理系统各自独立，无法进行综合分析，无 法进行统一规划和利用全局资源的局面。 3 希望对控制系统的数据进行更深层次的数据挖掘，实现数据本身的价值， 减少信息的浪费。 但是流程型企业控制系统和计划管理系统对数据实时性的不同需求( d c s 需 要秒级的实时性而e r p 对数据实时性要求相对较弱) ，导致了控制与管理相对独 立，传统的e r p 系统与控制系统有机无缝的连接缺乏有效的手段，企业在d c s 应用上仅仅是代替了过去常规的调节器，深层次的开发应用非常少。因而有必要 为基于d c s 的流程型企业构建一个统一的数据平台，这个平台依据实时数据流把 生产实时数据与管理数据内在高度集成。管控一体化的指导思想就是让e r p 系统 与d c s 系统通过实时信息相连接，同时解决由于企业信息化缺少系统性规划而引 进的各种缺乏协调，数据难以共享的信息系统孤岛。上层计划管理系统以实时数 据流为基础，全面掌握企业生产现场的各项实时数据，然后进行优化、计算、分 析、挖掘，从而优化生产以及为管理者提供决策依据。 从经验来看，实施管控一体化不仅仅是技术上的集成，还涉及人、组织、过 程等因素。通过对6 0 0 个“i t ”项目经理的调查显示，6 0 的人认为组织因素比 技术因素更重要，然而在实际应用中，组织因素被考虑并成功处理的却不到1 3 ， 同时发现在信息系统实施失败的分析中只有1 0 的信息系统失败是由于技术问 第一章绪论 题“。 基于d c s 的流程型企业管控一体化集成研究就是针对这一背景要求而进行 的一种系统性管控一体化集成方法模式的探索，它为流程型企业提供一种新型的 信息化管理理念，是一项具有现实意义的工作，符合管理创新趋势的选择。 i 2 国内外相关理论、技术研究现状及其存在问题 1 2 1 集成论 集成论的哲学基础是系统论，系统思想已经存在相当长时间了，但是系统科 学和系统方法的形成和发展则是2 0 世纪2 0 年代以后的事情，特别是最近2 0 年 得到了迅速的发展。以系统论、控制论和信息论为代表的理论和方法形成了系统 科学的基础。今天，从总体看，系统科学的思想、概念和逻辑已得到社会的广泛 接受，系统方法也在各个方面得到不同程度的应用。但是，集成思想在管控一体 化系统集成中，普遍集中在信息集成上。我们注意到，信息集成的设计和实施不 单是一个技术问题，它涉及企业管理、企业文化和人的因素，如果不对企业的管 理模式和经营过程进行合理化，管控一体化系统的构建就可能在自动化一个不合 理的系统，这样反而会加速垃圾信息的产生和传播，达不到最初的理想效益。因 此，管控一体化建设中研究人、技术、组织和运行的集成还需要继续深化。 1 2 2 计算机集成制造理论 面对2 0 世纪6 0 7 0 年代美国制造业所面临的空前危机，1 9 7 4 年美国约瑟夫 哈灵顿博士( d r j o s e p hh a r r i n g t o n ) 提出了具有划时代意义的计算机集成制造 系统( c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r es y s t e m s ，c l m s ) 概念，从而揭开了大 规模研究管理集成化的序幕。按照哈灵顿的定义，计算机集成制造是在计算机系 统基础上通过信息、制造和现代生产管理技术，将企业生产过程中有关的人、技 术、经营管理三方面的因素实行有机集成并优化协调，通过对生产过程的物资流、 管理过程的信息流和决策过程的决策流的有效控制和调配，达到全局动态最优目 标，以适应新的竞争环境下市场对生产和管理过程提出的商质量、高柔性和低成 本的要求。它的内涵是借助计算机，将企业中各种与制造有关的技术系统集成起 来，进而提高企业适应市场竞争的能力。 从定义可以看出，计算机集成制造系统实质上就是一种以计算机为基础的综 合系统，代表了功能、信息、过程、物流、组织、决策和资源的集成，目的在于 提高企业生产制造系统的柔性和反应灵敏度，以达到产品( p ) 上市快( t ) 、高质 ( q ) 、低耗( c ) 、服务好( s ) 、环境清洁( e ) ，进而提高企业的柔性、健壮性、敏捷 性，使企业赢得市场竞争。计算机集成制造系统是一种先进制造的集成思想，它 第一章绪论 给出了企业信息化的理念，但是它没有针对各行各业，也不可能对每个行业提出 具体的实施方法和技术。 我国“现代集成制造系统”拓展传统“计算机集成制造系统”的要点，细化 了现代市场竞争的内容( p ，t ，q ，c ，s ，e ) ；提出了c i m s 的现代化特征：数字化、 信息化、智能化、集成优化、绿色化：强调了系统的观点，拓展了系统集成优化 的内容：包括信息集成、过程集成和企业间集成优化；企业活动中三要素和三流 的集成优化；以及c i m s 相关技术和各类人员的集成优化；突出了管理与技术的 结合，以及人在系统中的重要作用；指出了c i m s 技术是基于传统制造技术、信 息技术、管理技术、自动化技术、系统工程技术的- - f 3 发展中的综合性技术，其 中，特别是突出了信息技术的主导作用；扩展了c i m s 应用范围，包括离散型制 造业，流程型制造业及混合型制造业。 实施c i m s 是企业完成资源共享、利用信息手段实现集约化经营、节能降耗、 提高市场应变能力的惟一办法。建立管控一体化系统是实施c i m s 的基础和保证， 没有稳定可靠的管控一体化系统，c i m s 就失去了可靠的实时数据来源，因此管 控一体化系统是c i m s 的基础。图i - i 解释了管控一体化系统在企业c i m s 中所处 的地位和作用。 从企业c i m s 系统的框架结构可以看出，不管是什么类型的企业，管控一体 化系统，尤其是实时监控部分在其中都起着基础作用。一般来讲，管控一体化系 统在整个c i m s 系统中所占投资约为1 0 ，但是却起到4 0 的作用，没有一个稳固 的底层管控一体化系统和完整可靠的实时数据库，c i m s 只能是空谈。 1 2 3 基于d 的流程型企业管控一体化实施现状 9 0 年代初，美国g a r t n e rg r o u pi n c 咨询公司首次提出了e r p 概念，它是 当今国际上先进的企业管理模式，有十几家国际知名的e r p 产品提供商。他们是 德国的s a p ，美国的c a 、o r a c l e 、s s a 、i b m ，荷兰的b a a n 等公司。e r p 0 1 体现了 最先进的企业管理理论，并提供了企业信息化集成的最佳方案。它将企业的物流、 资金流和信息流统一起来进行管理，对企业所拥有的人力、资金、材料、设备、 方法、信息和时间等各项资源进行综合平衡和充分考虑，最大限度地利用企业的 现有资源取得更大的经济效益，科学、合理的管理企业人、财、物、产、供、销 等各项具体业务工作。 d c s 技术与e r p 技术几乎同步在管理方面得到了延伸和发展。流程型企业应 用最为广泛的分布式控制系统( d c s ) 从9 0 年代开始在不断提高系统控制性能的 同时向全面企业管理功能扩充。目前，几家知名的d c s 产品中都集成了控制和管 理功能。例如，h o n e y w e l l 公司在最新推出的t p s 中集成了s a p 公司的r 3 管理 软件；a b b 公司则直接推出了c i m s 系统的整个系统平台，包括过程控制层、m e s 第一章绪论 和e r p 。 图卜1 一种具有普遍意义的c i m s 架构 发达国家已经把e r p 和i ) c s 进行了有效地集成，实现了以生产过程自动化、 计算机网络体系、e r p 软件为依托，把工厂的测量、控制、管理等方面的数据进 行实时汇总，进行必要的整理，得到关系企业利润、成本费用、生产等方面的数 据及分析、预测结果，企业管理者可以随时了解原料库存情况、产成品库存情况、 产量、质量情况，以便随时进行调整，维持企业的优势。目前，我国在石油、石 化、化学、电力、冶金等国民经济骨干行业也已经建立了管控一体化系统，c i m s 建设初见成效。但是资源和数据的利用率还很低，还没有与电子商务系统、c 蹦 系统等完成无缝连接，与发达国家相比我们还有很大差距，管控一体化建设还有 很大的潜力可挖。具体表现在： 1 在企业或机构内部，局部的自动化水平已经很高，但是各个部门、单元间 缺乏信息共享，形成了一个个自动化孤岛，需要将各个自动化孤岛连接成一个有 机整体。 2 有些单位虽然也实现了装置联网，但是缺乏对数据的处理手段，没有充分 发挥生产实时数据的作用。 第一章绪论 3 生产装置的实时信息不能完全实现自动采集，还依赖手工录入。如质量检 验数据、化验数据、成品库存数据、销售数据等。 4 新建装置在建设时忽视生产的信息化要求，虽然也设计接口但缺乏系统规 划，在建设初期不能够引起足够重视，导致信息化建设滞后。 5 在实施管控一体化过程中，注重信息集成，忽略人、组织的集成，往往导 致信息化不彻底，或者干脆以失败而告终。 1 2 4 基于u n i f o r m a n o e 一体化信息平台的管控解决方案 u n i f o r m a n c e 是由h o n e y w e l l 公司推出的生产信息集成平台，为流程型企业 提供了一个用于生产管理的统一的信息化数据库。1 。它将生产过程数据、物料移 动数据、设备状态、产品质量指标等各种数据采集、存储并加工成新的信息资源， 提供给管理、销售、技术、操作等各层次人员，解决了企业各个部门信息不一致 的问题，帮助他们做出及时而有效的决策。u n i f o r m a n c ( 作为工厂信息化的基础 结构，可以实施m e s 与e r p 的集成，优化控制及设备管理等应用。 1 2 4 1u n i f o r m a n c e 。系统的构成 u n i f o r m a n c e 系统由数据采集、数据处理存储和信息的展示三部分构成。如 图1 - 2 所示。 图卜2u n i f o r m a n c e 。系统结构图 1 数据的采集 h o n e y w e l l 公司以其在d c s 控制系统开发方面丰富的经验，开发了统一的数 据采集基础结构和连接多种系统的实时数据库的产品化接口r d i ，使其像d c s 一 样长期可靠地运行。这些接口不仅包括h o n e y w e l1 系统的接口( t d c 3 0 0 0 、t p s 、 第一章绪论 e x p e r i o n p k s 、p l a n t s c a p e 、s c a n 3 0 0 0 ) ，还提供几乎所有的d c s 接口，例如 f o x b o r o 的i a ，f r 的p r o v o x ，r s 3 ，横河的m i c r o x l ，c e n t u m c s ，贝利的i n f i 9 0 ， a b b 的p l c ，o p c 服务器等等。在采集实时数据的同时，还能采集非连续的数据， 如实验室的分析数据，物料的移动数据，报价及操作改变等。 2 数据的处理和存储 u n i f o r m a n e e f i e 为一体化数据库应用平台不仅可以管理实时数据，还能实现 对事件信息，事务性数据和应用数据的管理。在系统内部实现了实时数据库和关 系数据库( o r a c l e ) 的无缝连接，极大地方便了管理应用软件的应用和开发。 3 数据的分类管理 u n i f o r m a n c e 一体化应用平台分别设置了实时数据库，事件数据库、事务性 数据库和应用数据库分别存放不同类型的数据和支持各种应用。实时数据库用于 存放和管理过程的实时数据，例如测量值：事件数据库用于存放过程报警，操作 改变，过程改变：化验室分析结果，物料移动记录，设备和产品信息等事务性数 据可以存放在事务性数据库中；应用数据库用于存放基于数据库上的应用运行结 果，例如物料平衡，操作管理，绩效管理和先进控制等。 4 3 - 厂参照模型 工厂参照模型是h o n e y w e l l 公司利用积累多年的过程控制经验在o r a c l e 关 系数据库管理系统基础上开发的工厂信息模型，用于存储工厂设备信息，产品信 息，u n i f o r m a n c e 组态信息和一系列事务性数据( 进料，产品装运信息等) ，用户 可以通过对p r m 的组态，形成面向对象的管理数据模型。它可以存放全厂的设备 信息，产品信息，物料流程信息以及实时数据的位号，不管是h o n e y w e l l 提供生 产管理软件还是用户开发的应用，p r m 将是基础和管理数据模型，将大大缩短实 旋生产管理软件时间和提高管理模件之间关联的有效性，并动态连接实时数据库 u n i f o r m a n c e 和关系数据库o r a c l e ，为工厂建立管理应用模件提供基础。 5 数据的处理 系统对每一个数据进行出错检查，剔除跳变的值，坏值，并给予可信度显示， 确保数据的可靠性。由于操作使用的工程量单位和生产管理用的工程量单位不 同，系统可实现工程量单位的自动转换。数据的压缩可以实现大量数据的长期存 储。系统的虚拟位号功能提供对原始数据进行加工和处理的手段，处理结果以位 号形式显示，极大地方便使用。 6 桌面应用 u n i f o r m a n c e 一体化应用平台提供的桌面应用包括基于w e b 服务器的数据库 信息浏览、基于m se x c e l 的数据分析和报表、基于p o w e r p o i n t 的监视和演示分 析、基于v b 的应用开发和功能强大的趋势分析功能。 第一章绪论 7 u n i f o r m a n c e 数据库的开放性 u n i f o r m a n c e p h d 为用户提供了四种途径与外界进行通信，它们是 u n i f o r m a n c e a p i 函数库、u n i f o r m a n e e o p cs e r v e r 、o d b c 和s q l 读取和p h d a u t o m a t i o no l es e r v e r 。 8 u n i f o r m a n c e 数据库的安全保密体系 u n i f o r m a n c e 的安全保密有两个体系。一个是基于位号的安全保密体系，它 又可分为四级：即p u b l i c ，p r i v a t e ，p u b l i c 与p r i v a t e 的混合，基于角色。另 一个是基于操作系统的安全保密体系，它也可以分为四级：即数据编辑，p h d 管 理，数据写入，安全保密系统管理。 1 2 4 2 基于u n i f o r m a n c e 4 d - - - 体化平台的高级应用 h o n e y w e l l 公司以u n i f o r m a n c e 信息平台为基础，还提供了丰富的先进应用 软件，成为企业实现管控一体化最终目标的统一解决方案，即h o n e y w e l l 公司的 h i s p e cs o l u t i o n 。 u n i f i e dm a n u f a c t u r i n gs o l u t i o n s ( u m s ) 被特别开发出来用于达成和维持企 业在生产供应链方面的经营优化。u m s 为用户提供用于管理生产过程、一厂和多 分厂调度规划、过程运作和存货管理优化、管理情况表和资产保护的所有信息。 用户可以有效地实时地维护、管理和控制生产过程，使用户在获得e r p 和过程控 制系统投资回报最大化的同时，达到生产过程与经营目标的协调统一。因此，用 户可以通过生产过程达到经营目标，并将生产状况和资产状况反馈给企业系统。 u m s 由b u s i n e s s f l e x ，p r o f i t p l u s ， s s e t m a x 和u n i f o r m a n c e 。构成。 p r o f i t p l u s 解决方案在促进操作灵活性的同时使生产能力最大化。在国内外已 被广泛使用的先进控制和生产优化确保用户与计划、调度和管理紧密结合起来对 市场需求的变化做出响应。这些解决方案通过提高产率、降低成本和提高产品质 量能够将大部分装置的利润率提高多到1 0 9 6 。 s s e t m a x 解决方案通过使设备具有最大的可用性和避免事故来提高工厂 性能。问题部位的早期诊断和报警，并与操作数据相结合，可确定故障的起因， 提出应采取的措施，以维持和提高设备的实际性能。这些措施可使工厂的运行性 能接近最佳状态，达到最好的效益。这个解决方案所取得效益对大多数装置可达 3 一8 。每年可取得数百万美元的效益。 b u s i n e s s f l e x 解决方案将生产自动化与商务经营结合起来。这些解决方案 将经营目标转化成生产操作中的操作目标并将经验证的生产数据反馈从而完成 一个商业运作周期。这些解决方案能够提高生产灵活性、降低生产成本并优化生 产操作。通常企业能够通过它将生产效率提高到2 - 5 ，将成本降低0 5 - 1 。 b u s i n e s s f l e x 由高级计划调度优化、操作管理、储运系统管理、生产管理 第一章绪论 和与e r p 的集成等部分构成。 u n i f o r m a n c e 信息管理系统通过一个统一的构架促成通用应用软件的实施 和信息流的有效管理。u n i f o r m a n c e 的数据库系统提供了一个所有u m s 在其上进 行操作的平台。数据库系统支持用于全厂范围的数据采集、储存和管理的应用软 件，确保所有应用软件所用数据的一致性，使所有应用软件共同协调工作。 u n i f o r m a n c e 信息管理系统提供实时数据库、事件历史数据库、存放事务性 数据的数据库和应用数据库，工厂数据模型实现多种数据库的关联和工厂数据的 分类。因此u n i f o r m a n c e 不仅可以采集来自控制系统的实时数据，还可以实现事 件信息、实验室数据和油品移动数据的集成，实现真正意义上的工厂管控一体化 信息管理平台。 1 3 本选题研究目标、内容及方法 1 3 1 研究目标 本选题以基于d c s 的流程型企业为研究对象，以集成论、并行工程思想为基 础，提出了流程型企业管控一体化建设的通用模型。然后从模型出发，研究管控 一体化建设中信息视图、过程和组织视图的具体任务、步骤、方法。 1 3 2 研究内容 研究内容大体上包括： 绪论：说明本选题的目的及意义；国内外相关理论、技术研究现状、存在问 题以及本选题研究目标、内容及方法。 第二章：分析管控一体化的信息处理方式、组成、特点及经济效益。 第三章：深入探讨管控一体化的传统层次推进弊端，然后结合集成论、并行 工程思想构建了先进的通用模型。 第四章：结合流程型企业管控一体化要求的功能，以“实时数据”的信息集 成为着眼点，探讨管控一体化信息集成方法和技术，设计实现了基于w e b 的集成 界面。 第五章：以a 市有色金属冶炼厂的实例，探讨管控一体化中，项目实施的组 织形态，并从系统运行的角度研究企业组织结构的合理配置，保障企业真正地长 期的实现集成化管理：探讨如何在管控一体化实施过程中的保证进度和质量以及 优化技术。 1 3 3 研究方法、技术路线 本选题拟采取规范研究与实证研究相结合、定性研究与定量研究相结合的方 第一章绪论 法。以系统论、集成论为基础，结合e r p 、b p r 、c e 等管理理论提出管控一体化通 用模型，然后运用实时数据库理论和基于d c s 的先进技术，进一步细化企业管控 一体化的步骤和实现。 第一二章管控一体化系统概述 第二章管控一体化系统概述 以m r p i i e r p 为代表的管理信息系统和以p l c d c s 为代表的自动化技术， 在流程型企业已经大规模应用，尽管这两类系统的推广取得了一定效果，但却忽 略了两者之间的有效配合，导致企业上层计划缺乏有效的实时信息支持、下层控 制环节缺乏优化的调度与协调。计划层与执行层无法进行良好的双向信息交互， 企业难以实时反应，也就是管理和控制脱节的矛盾越来越突出。如何妥善解决基 于d c s 的流程型企业面临着“信息孤岛”和“全局实时信息流”集成的两个难 点问题，是本文拟完成的课题，笔者将从管控一体化的角度来论述。 2 1 基于m e s 的信息处理方式 “制造执行系统( m e s ) ”是美国先进制造研究机构( a m r ) 提出的概念， 是位于上层计划管理系统与底层控制系统之间的面向车间层的管理信息系统，它 为操作人员、管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源( 人、设备、物料、 客户需求等) 的当l ； 状态。它利用实时准确的数据指导、响应并报告车间发生的 各项活动，对现场变化条件做出快速反应，努力减少非增值活动，最终达到高效 的车间操作与生产。 在面向过程的企业集成环境下，要求制造执行系统能够依托于产品的制造过 程。面向制造过程的车间生产管理与控制是面向过程的企业集成环境下制造执行 系统的灵魂。因此，车间的生产管理是制造执行系统的根本任务，而对底层控制 的支持则是m e s 的特色“1 。一方面m e s 可以对来自m r p 】i e r p 软件的生产管 理信息细化、分解，将操作指令传递给底层控制；另一方面还可以实时监控底层 设备的运行状态，采集设备的状态数据，经过分析、计算与处理，触发新的事件， 从而方便、可靠的将控制系统与信息系统联系在一起，为e r p 层和d c s 层架起 了座桥梁，填补了两者之间的空隙。它与其他系统的集成关系如图2 1 所示。 m e s 是近十年来在国际上迅速发展、面向车间层的生产管理技术与实时信 息系统结合的管理思想。它在逻辑上为我们解决管理与控制集成提供了理论基 础，我们在实施管控一体化时不一定要m e s 软件支撑，我们可以借助实时数据 库、o p c 技术等相关工具把e r p 与d c s 连接起来，实现管控的信息集成。本文 研究的管控一体化正是基于这种处理方式的信息化策略。 2 2 管控一体化系统的组成 管控一体化系统由上层计划系统，中间执行系统和下层自动化系统三个层次 第二二章管控一体化系统概述 构成。这种体系结构结合了过程控制技术与先进管理技术，为管控集成提供了完 整、畅通的信息通道。如图2 2 所示。 交互信息 b 删图纸工艺 衄p e r p 文件 l 一 交互信息 预测 生产资源 详细计 j 一 短期生产计划 成本计算 工厂日历 - - 夕生产调b d 一 - j 生产指令单r 一 l 底层控制 生产计划 库存状态过程管理 零件清单l 数据采集 过程定义 加工单 质量管理 生产分析报告 工序监控 订单处理 供应计划 资源管理 物料短缺报告 设备监控 人力监控 资源管理 生产跟踪 生产优化运行参数 物料监控 采购 订单完工状态维护管理 工序进展信息 工序捧序 销售 交付期状态 2 的功能或效益的倍增或新功能的涌现，并非是集成的唯一结果，集成同样存在三 种可能：绩优集成，b p l + l 2 ，功能或效益的非线性增长；平庸集成，b p i + i = 2 ， 功能或效益的简单加和；s t 集成，日p i + i ( 2 ，功能或效益耗损。交易费用理论、 价值分析，可以作为集成管理有效性价值判断的方法和标准依据“”。 3 2 3 管控一体化中六个集成单元 综合考虑基于d c s 的企业所有资源，所需功能要求和实施步骤，按照集成的 理论，我们把企业管控一体化概括为包括六个集成单元的集成。这六个集成单元 构成了后面模型视图维的六个视图，同时这六个集成单元又是六个不同侧面的集 成体，他们相互独立又相互联系。下面给出这六个集成单元的定义。 功能：给出基于d c s 的流程型企业管控体化系统功能活动分解和功能活动 层次结构关系的描述； 组织：给出系统组织架构分解及各个层次组织单元之间权利与职责关系的描 述，同时给出与组织运行相关的人员情况的基本描述； 信息：构建管控集成系统的主体是实时信息流。它给出系统运转过程中各种 数据信息的流向、方法和技术； 资源：集成系统实际上以合理配置资源为目的，它给出了集成系统要成功运 行所需要的资源结构和资源配置情况的描述，包括物质资源、软资源、人力资源 的主要描述； 过程：前面讨论的四个集成单元是静态的，但是仅有各种静态结构信息并不 能反跌集成系统是如何实施的，因此需要一种能够反映系统实旌机制的描述，过 程体给出了反映整个系统开发的逻辑、时序、控制和关联特征。 经济：企业在做出管控一体化战略时是有目的性的，这种目的性直接影响管 控一体化产品的选择、组织模式的开发、资源的配置、功能的划分，因此还需要 关注集成系统的经济效益和预算控制。 集成单元之间的联系和融合形成了管控一体化的集成，6 个集成体( 单元) 在生命周期中，逐步完成集成，最后借助工具集映射为3 个集成单元。信息、组 织和过程，这三个集成单元是我们总体把握管控一体化集成的具体域，只有三个 集成体均衡实施，才可能取得管控一体化集成的成功。 3 3 基于并行工程的管控一体化建设过程 并行工程“”的定义有不同的说法，但目i j 人们普遍接受的是由美国防御分析 第三章管控一体化系统实施模型 研究所在r 一3 3 8 报告中提出的定义。该定义指出：“并行工程是对产品及其相关 的各种过程( 包括制造过程和支持过程) 进行并行、集成化设计的一种系统方法。 这种方法要求产品开发人员在设计一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形 成到产品报废处理的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求。” 并行工程不仅仅是制造商中的生产模式，更是一种系统化的方法。任何问题 的迅速解决都离不开一种系统化的、经过全局考虑的决策方法。因此，并行工程 的思想适合于管控一体化系统开发过程，而且必将推动集成系统的发展。 3 3 1 管控一体化并行工程策略 在系统集成中实施的并行工程即为系统集成并行工程，其本质是系统集成的 并行开发，主要目的是为了缩短系统开发周期，提高系统开发效率和质量。 前面研究的传统层次模型其实借用了软件开发中的瀑布模型。传统瀑布模型 式系统开发，是一个顺序化的开发过程，开发人员通常遵循生命周期“”。只有当 上一阶段的工作全部完成以后，才进入下一阶段的开发。当然，r o y c e 瀑布模型 也认识到不同开发阶段之间存在迭代( 即回溯修改) 。但是从瀑布模型可以清晰地 看到，早期的开发错误远比以后阶段的失误影响深远，从而导致了早期系统开发 中基于瀑布模型的阶段评审，且阶段不可逾越( 静态设防，企图将错误消灭在评 审中) 的开发规范。但随着系统规模不断增大，这种开发模型成功率极低。后来 发展了原型式开发，它按照规划、风险分析、原型( 或产品) 开发、用户评价4 个 阶段周而复始进行调整，它得到广泛支持，直至今日成为系统开发的主导方法。 原型主要是一种思想，没有统一的规范，但每个原型的开发却仍是大致遵循线性 模式。 在管控一体化集成系统开发中进行并行工程的实践，主要是在集成系统开发 生命周期中提高系统开发过程的并行度，即尽量将系统开发过程中各开发阶段组 织成以多功能团队为单位展开的多个子活动集，使各阶段交替并行地执行。整个 开发过程不再强调整体的阶段观念，前、后开发阶段通过全套文档的交接进行的 过渡将变为上、下开发子活动的衔接，从而： 1 ) 开发过程各阶段的开发人员可以及时沟通，尽早修正可能出现的错误； 2 ) 不需等待前一阶段的所有工作做完，只要有足够信息就可开始下一阶段的 开发子活动，以缩短整个信息系统开发周期。 3 3 2 管控一体化并行工程可行性 基于下述理由，我们认为进行并行化开发，即在系统开发中实施并行工程可 行。 i ) 管控一体化系统开发实质是一个“非完全求解”问题 第二章管控一体化系统实施模型 一方面，几乎不存在绝对正确和完整的需求( 即使满足用户目前需求的系统 已经开发出来，用户的需求还是可能不时地永远变动下去) ，所以，系统开发总 是一个需求未定的前提下的“非完全求解”过程。我们可以在开发的早期尽量逼 近理想需求，当然也可以在开发过程中尽量逼近理想需求。 2 ) 管控一体化系统自身的性质 用户需求既有高抽象级的( 粗) ，也有低抽象层的( 细) 内容；需