计划流程制造行业信息系统

1、流程制造行业信息系统架构一、流程制造业信息技术应用的重要性 经济全球化趋势差不多给各国经济进展带来越来越深刻的阻碍， 各国制造企业在世界市场上进行着日益激烈和残酷的竞争。 剧烈的和 不可测的市场环境变化，对制造企业的生存与进展提出了严峻的挑 战。在我国，制造业是国民经济的重要组成部分，工业增加值占 GDP 的 36，位居世界第四位，我国已成为世界制造大国，以石油化工、 冶金等行业为代表的流程制造业在我国制造业中占据了专门大的比 例，是重要的基础支柱产业。同时，流程制造工业是一个多品种、多 层次、服务面广、配套性强的产业， 与其他产业和消费市场关系紧密。 它又是资金密集和技术密集的产业， 对国家

2、经济进展及军事保障都至 关重要。然而长期以来， 我国制造业与发达国家相比还存在着较大的 差距，突出的现象确实是生产制造损失大、 能耗高，设备运转周期短、 维修费用高，环境污染严峻，能源利用效率比发达国家低近 10 个百 分点，要紧行业的产品能耗同国际先进水平相比，则高出 30左右， 那个问题在流程制造业表现得尤为突出。 面对经济全球化这一机遇和 挑战，我国企业必须利用信息技术、 治理技术和自动化技术加快改革 步伐，完全改变原有的治理模式，加强产品设计创新能力，提高产品质量，缩短交货期，降低成本和改善服务，不断提高自我适应能力。 因此，基于信息技术的先进治理体系与制造技术成为企业竞争的关键 所在

3、，流程制造业的信息技术应用差不多成为企业具备国内国际竞争 力的不可或缺的重要手段。二、我国流程制造业在信息化建设进程中存在的问题1、缺少有效的信息系统体系架构标准或规划设计 追溯我国流程企业的信息化进展历史能够看出， 其信息化建设从 20世纪 80年代就差不多开始了，而且随着信息技术的进展在不断地 进步，经历了从单机治理、 单元操作，到计算机集成制造系统 (CIMS) 的进展历程。但在此过程中信息系统的体系架构没有相对固定的标 准，传统的架构是五层架构(监控层、优化层、调度层、治理层、决 策层)，由于这种划分层次的方法造成许多信息系统功能的交叉和信 息的不畅， 甚至出现信息阻断， 因此给信息系

4、统的开发和实施带来许 多不便，阻碍了信息系统在企业进展过程中应起的重要作用。2、许多企业在治理和过程操纵方面都实施了相应的系统，但大部分是“信息孤岛”难以进行有效的集成由于流程行业的生产特点， 大部分流程企业都特不重视过程操纵 方面的系统建设，在重要的设备、装置上都实施了过程操纵系统 PCS(Process Cortrol System)，同时注重实时数据的采集、存储及整 理。随着 ERP( Enterprise Resources Planning)登陆中国市场和日渐普及，流程制造业中有许多企业也都实施了相应的ERP系统，在治理方面得到了优化和提高。目前，能够讲以MRPI、ERP为代表的治理

5、信息系统，以及以集散操纵系统(DCS、现场总线为代表的自 动化技术， 在流程制造行业差不多大规模应用。 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集成， 导致企业上层 打算缺乏有效的实时信息支持、下层操纵环节缺乏优化的调度与协 调。打算层与车间执行层无法进行良好的双向信息流交互， 企业难以 实时反应， 阻碍了各系统功能的正常发挥， 也无法体现出信息系统的 整体效益。3、制造执行系统没有得到高度的重视并清晰地体现在信息系统 中，不能作为综合信息系统的有机组成部分制造执行系统 MES(Manufacturing Execution System )是流程 工业综合自动化的核心

6、技术，其要紧功能是负责生产治理和调度执 行。在集成诸如质量操纵、 文档治理、生产调度等功能的基础上， MES 为操纵包括物料、 设备、人员、流程指令和设施在内的所有工厂资源， 提供了一个统一平台，对提高企业生产效率、提高产品质量、降低消 耗具有重要的作用。MES在十几年前就已诞生，目前在发达国家差不 多普遍推广。在我国，对MES的认识和应用还处于刚刚起步时期。随 着通信瓶颈的解决，ERP能够通过MES直接与操纵系统交换实时数据， 实现操作运行层与治理层的紧密集成。 这一趋势近年已在工业发达国 家凸现，要紧的工业自动化设备和系统供应商都在致力于开发MES的软件平台和系统支持服务。反观国内，ERP

7、系统与生产操纵系统之间一般还没有实现信息集成，问题的关键在于MES在国内尚未引起应有的重视。 因此，在流程制造业的信息化建设中必须注重制造执行 系统的应用，将其作为综合信息系统的有机组成部分。三、流程制造企业的特征及对信息化的核心需求 流程制造企业是指通过物理反应和化学反应使原材料增值的行 业，一般采纳面向库存的生产方式， 要紧依靠产品价格和质量开拓市 场。以石油炼化企业为例， 其生产过程具有如下的特点：生产过程连 续，加工能力强，物料和能量的供给要求连续、及时、可靠；生产工 艺复杂，生产过程涉及多种化学变化与物理变化， 生产操纵技术要求 高、信息量大，故障诊断和处理比较复杂；产品结构复杂，除

8、了主产 品外，还会产生大量副产品和中间产品， 产品与产品之间的关联性较 大，一套生产装置单股进料能够有多个出料；基础自动化水平较高， 对自动化的依靠性比较强， 绝大部分的物料变量依靠仪表进行测量或 通过分析仪表间接获得， 少量人工计量； 生产以安全、稳定、长周期、 满负荷、优质、均衡、高产、低耗和减少污染为要紧目标，通过打算 调度、优化操作、 先进操纵等手段使过程实现优化生产，以获得最大 的经济效益。针对炼化企业的以上生产特点， 其对信息化的核心需求体现在各个层 面上：在生产打算方面，需要依照装置的生产能力和产品需求，采纳 过程结构和配方进行物料需求打算。在调度治理方面，要考虑配方、产品混合、

9、物料平衡、污染防 治等问题，需要进行主产品、副产品、协产品、废品、成品、半成品 和回流物的治理。热蒸汽、 冷却水、压缩空气以及水电等动力能源辅 助系统的治理也对流程企业的运行效益具有重要的意义。 生产过程的 柔性是靠改变各装置间的物流分配和生产装置的工作点来实现的， 必 须由先进的在线优化操纵技术来保证。 质量治理与生产过程监控系统 紧密相关，产品检验以采样方式为主，采纳统计质量操纵。因此，产 品检验必须与生产治理及过程操纵系统紧密配合。在信息处理方面，流程工业要求实时在线采集大量的生产过程 数据、工艺质量数据和设备状态数据等， 要及时处理大量的动态数据， 并以图表、图形的形式予以表示。在安全

10、可靠性方面，流程企业需要保证生产的高效、安全和稳 定运行，才能猎取最大的经济效益，因此，安全可靠生产是流程企业 的首要任务。在经营决策方面，流程企业要紧通过稳产、高产、提高产品产 量和质量、降低能耗和原料、 减少污染来提高生产率， 增加经济效益。 流程企业生产过程的资本投入大， 因而更注重生产过程中的资金流的 治理。在人的作用方面，过程企业由于生产的连续性，生产加工过程 自动化程度较高， 人的作用要紧是监视生产装置的运行、 调节运行参 数等，一般不需要直接参与加工。四、流程制造业信息系统体系架构a)流程制造业信息系统体系架构针对目前我国在流程行业信息化建设方面存在的问题，依照流程制造业的生产特

11、点及对信息化的核心需求，流程制造业的信息系统 体系架构应该由“ ERP(EIS) ME PCS三层架构组成，见下图1 所示:Fl茫耍列厂隹心经背诀策扯晨散0斗生产衣族 完盛匡卡采姻、再坊赴詁、兰产计忠.财势竇 哩贺期曲鱼挽刑撼第功能生4巳业计划.卫厘加_1出驾/毎、 逋行制51资涼分配無，貳曬牛主产11幢迸仃函 从豪本上解抉盪穆行业生产边程 罰茶变性和不宣性问题生鼻第决设备的自幼強制间矗便生产赛扶禺 理懲備：疯吐产映鋅BOhilliivtpr Ik Hrn<jumiR Pl util 嘴iSYhMjFftchii"Fnt抽“凸口 Cortiwl图1 :流程制造业的信息系统体系架

12、构三层构构的优势：(1)更适合于扁平化的现代企业结构过去，制造企业一般采纳传统的五层 CIM结构，尽管这种体系 框架在制造业信息化进展进程中起过专门大的推动作用，但随着研究与开发的深入，在综合信息系统的设计和应用实践中遇到了较大问 题。在流程制造业的生产经营活动中， 除了底层的过程操纵和顶层的 治理决策外，中间层次是专门难将生产行为与治理行为截然分开的。 因此，在牵涉到大量既有生产性质又有治理性质的信息时，依照五层 结构就专门难明确应该归于哪一层次， 造成了企业综合信息系统在开 发过程中标准的难以统一和概念的混乱。相比于传统的五层结构， PCS-MES-ERPEIS）构成的三层结构更符合现代企

13、业生产治理结构的 “扁平化”思想， 促使治理以职能为中心向以过程为中心的转变，更 易于集成和实现， 进而解决信息系统在经营层和生产层之间脱节的现 状。（ 2）信息流通畅 这种结构信息流形式清晰，操纵信息自顶向下，反馈信息自底 向上。各层的操纵模块同时进行信息处理，能够处理大量的信息，满 足实时操纵需求。（3）适用范围广 这一结构将企业综合信息系统分为考虑生产过程问题的过程操 纵系统PCS考虑企业经营治理问题的企业资源打算 ERP以及考虑 生产与治理结合问题的中间层制造执行系统 MES使企业综合信息系 统中原本难以处理的具有生产与治理双重性质的信息问题得到解决。（ 4）适应性强 这种结构具有专门

14、强的模块性，相对比较独立，功能模块之间 界面分明，能够分时期实施，也能够并行开发缩短实施周期。同时， 这种结构具有较好的可修正性和扩展性， 当生产环境或目标发生变化 时，能够进行局部修正的扩展。（5）开发成本低MES广泛采纳分布式技术和重构技术，逻辑严谨，形式规范，容易建立和被操作人员迅速掌握。目前许多软件供应商支持MES软件，而且提供了相应的接口或接口标准，MEST商在开发MES软件时也比较注重与其他应用系统的集成问题，因此在 MES与治理系统ERP 的集成时，开发费用较低。对石油炼制企业来讲，对应于三层架构的信息系统体系架构如 下图2所示：U UiNJftmr i；艸人沖<wrvi|户 H 4HHMU!映：、? jX+i!t：nrtz门i 11川(ITS)IUCNJUC| PLC <电 'T图2 :石油炼