1
关注中国自动化产业发展的先行者!
2024中国自动化产业年会
2023
2023年工业安全大会
OICT公益讲堂
当前位置:首页 >> 资讯 >> 行业资讯

资讯频道

工业企业系统集成技术
系统集成技术与信息化集成系统(下)
  • 作者:魏晓东
  • 点击数:55225     发布时间:2017-03-02 11:59:00
  • 分享到:
工业企业信息化集成系统对信息的集成以生产和制造过程紧密相关的底层信息为基础,围绕企业核心业务进行,它是系统的基础与根基,这与“工业4.0”的理念一致。
关键词:

2.3 工业企业信息化集成系统内涵

具体到工业企业之中,企业信息化集成系统是通过计算机硬件、软件,并综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术,将企业生产全过程中有关人、物资、技术和经营管理三要素及其信息流、物料流与资金流有机地集成并优化运行的一个复杂大系统。其核心是集成基础设施/集成平台,为企业提供基础的信息集成、应用集成、过程集成和商业集成服务。通过这些集成服务,企业不同单元的技术和系统协同运行,形成集成化的企业信息化系统,支持企业研发、生产和管理等业务活动的高效运行,实现人/组织、技术、资源和经营管理等企业要素的集成(如图2所示)。

工业企业信息化集成系统对信息的集成以生产和制造过程紧密相关的底层信息为基础,围绕企业核心业务进行,它是系统的基础与根基,这与“工业4.0”的理念一致。

信息化集成系统分为两大部分:控制系统(或称控制制造系统)与企业系统(或称企业信息化系统)。信息化集成系统则是这两大部分的综合与集成。

1.jpg

图2 信息化集成系统实现人/组织、技术、资源和经营管理等集成

2.3.1 控制(制造)系统

工业生产在其发展过程中,始终与信息技术的发展相伴随。每一次工业革命也都伴随一次信息技术进步。工业现场生产设备与设施、被自动控制系统控制实现自动化生产,构成了工业最基础的工业制造过程。同时整个工业生产的科学组织、调度指挥和经营管理也逐步由计算机信息化系统实现。工业自动化与企业信息化推动着工业现代化。

从自动控制系统应用的角度来看,工业可分为两大类:一大类是制造业,如飞机、汽车等制造工业。另一大类是过程工业,如石油、化工等。

制造业主要是将各类材料,通过生产加工线、加工成为一个个零件,零件又装配成为部件,部件在装配线上被装配成机器设备。制造业的自动控制系统,要求系统能够自动控制机械制造过程、自动控制机械装配过程;要求严格控制零件的各种参数达到一定精度;要求装配好的整机达到设计指标。这些要求通过各类数控机床、各类自动装配线组成的系统来实现。制造业的制造过程是一个离散过程,零件一个个加工出来,部件一个个组装起来,机器一台台装配成功,与此相应的自动控制系统主要解决对这些非连续对象的控制,称为离散控制。一般离散控制采用PLC控制系统。

另一大类是过程工业也称为流程工业,它是将原料经管道输送并通过物料处理装置变为产品的工业过程,或是介质在流动过程中转化能量生产出能源的工业过程。要保证这些工业过程的正常运行,安全稳定、源源不断地生产出合格产品,必须对整个流程进行自动控制,此类系统称作过程控制系统。过程控制系统进行的是对连续量的控制,称为连续控制,连续控制采用DCS分散型控制系统。

实际的工业应用,并不是制造业和过程工业严格分开,许多工业企业里,甚至同一条生产线上,都可能包含了两种类型的工业控制,涉及了DCS和PLC两类系统。工厂里的生产控制系统的层次模型,称为普渡模型,如图3所示。

2.jpg

图3 工厂生产控制系统层次模型

工业企业控制系统是对企业生产系统的控制,现代工业企业制造产品的过程完全是在控制系统控制下实现高效、高质量和智能化。从这个意义上讲,工业企业控制(制造)系统是现代工业的最基础系统。研究工业信息化集成系统的系统集成技术,应将生产自动化系统中的系统集成技术作为基础来研究。

工业控制系统(以连续控制系统为例)主要分为两个层次:现场设备(生产单元)层;自动化系统控制层。现场设备层主要有各类传感器、变送器、执行器、促动器(actuator),它们采集工业现场各类与生产息息相关的信息传送到控制系统,同时现场的执行器、促动器按照来自控制系统的指令推动阀门、开关和驱动设备。

自动化系统控制层主要是由对工业生产过程中各类工艺参数进行控制的控制器、工业控制网络以及操作员站、控制层数据服务器与生产应用服务器等组成。

在制造业自动控制中所涉及的被控参数主要是机械量和运动量,主要有转速、线速度、加速度、位移量、长度、角度、力、力矩以及相关的电压、电流、电功率、各种电参数等。制造业自动控制系统主要控制那些运动的驱动设备:电机、线性电机、液压马达、液压油缸、气动马达、气动缸等及其运动转换装置。主要的监控点是开关量、数字输入和数字输出量。

过程控制的特点是必须严格控制原料在被处理过程中的过程参数也称为工艺参数,只有工艺参数保证了,才能使工业过程源源不断地生产出合格的产品。过程工业的工艺参数主要有所谓四大参数:温度、压力、流量和物位(液位)。不同的工业过程也还有其他不同的工艺参数。这些工艺参数大都是连续变化的,称为模拟量,例如,温度变化。对于模拟量的控制,从控制原理讲,它与对离散量的控制有根本的不同,因此过程工业自动控制系统是以连续量控制为主的系统。

工业自动控制系统在实际运行时,必须具备特定的品质指标,通俗讲,自动控制系统必须是稳定的,必须稳定地达到控制的要求值(系统的稳态值),而且必须快速地达到这一要求值,即所谓稳、准、快的要求。

工业控制系统的品质决定着工业产品的品质,工业控制系统是工业制造的灵魂。

工业控制(制造)系统随着新工业革命的到来,必将适应智能产品的要求,适应智能生产线的需要,会发生巨大的进步与变化。

在工业革命4.0时代,基本问题依旧如上所述,但是,互联网会直接深入到工业控制系统的现场设备层,物联网技术改变了传统工业控制系统的结构与模式。工业4.0CPS系统可以直接将现场设备与工业管理决策层纵向集成起来,为智能制造的实现奠定了坚实基础。

2.3.2 企业(信息化)系统

工业企业信息化集成系统的上层是企业(信息化)系统。从企业业务运行角度来分析,企业系统由管理分系统、工程设计分系统、制造分系统、质量保证分系统以及基础支撑设施分系统5个部分组成,如图4所示。

3.JPG

图4 企业系统的组成:五个分系统的协同运行

管理分系统:包括市场预测、经营决策、生产计划、生产技术准备、销售、供应、财务、成本、设备、工具和人力资源等管理功能。工程设计分系统:工程设计分系统进行产品设计和分析,工程设计自动化分系统通常包括产品设计、性能分析、工艺设计、装配规划、设计文档管理等功能。制造分系统:制造分系统由数控机床、加工中心、清洗机、测量机、运输小车、立体仓库、多级分布式控制(管理)等制造设备及相应支持资源组成。质量保证分系统:质量保证分系统包括质量决策、质量检测与数据采集、质量评价、控制与跟踪等功能。质量保证分系统对从产品设计、制造、检测到后勤服务的整个过程的质量进行监控,以达到产品的高质量、低成本、提高企业竞争力的目的。基础支撑设施分系统:基础支撑设施分系统是支持企业各个分系统运行的基础环境。包括基本的厂房、通讯基础设施、能源供应设施等。

企业信息化是指企业在生产和经营、管理和决策、研究和开发、市场和销售等各方面全面应用信息技术,建设信息网络与信息系统,通过对信息和知识资源的高效开发与利用,调整或重组企业组织结构与业务模式,服务企业发展目标,提高企业竞争力。企业信息化系统是支持企业经营管理大目标实现的各类计算机应用系统。企业信息化涉及到企业研发、生产、销售、服务、决策管理等多个业务环节和多项支持技术。同时,不同企业的专业特点和管理成熟度也直接影响企业信息化系统的实施和应用工作。企业信息化系统可以归纳为入口、商业决策、运作管理、产品研制、生产控制、商务协作和集成平台几个层次。每一个层次包含有若干个信息系统,这些信息系统分别满足企业业务不同方面的需要。同时,它们之间又存在内在的联系。

企业入口层:提供企业信息化应用系统的统一访问入口;业务决策层:包括业务智能和决策分析系统。主要目的是采用大数据、云计算,通过数据挖掘、OLAP在线分析等手段,对下层应用系统所产生的数据进行综合分析,在决策支持系统的辅助下,为企业决策和战略管理提供技术手段和科学依据;运作管理层:主要包括ERP/SCM/CRM。管理企业内外供应链及物流,以及管理计划控制、客户关系管理,为企业业务运作提供支持;产品研制层:包括CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM等系统,提供覆盖产品生命周期的设计和制造技术,为企业其它业务系统提供基础支持;生产控制层:包括MES和PCS系统,实现对制造设备、底层数据采集设备、控制设备的管理以及车间级的生产计划与执行过程控制;商务协作层:提供协同业务工作平台,支持企业内部(各个相关业务单元之间、企业各个分支机构之间)和企业间(企业与供应商、企业与客户、企业与协同设计开发商之间)业务的协同工作。

经过多年的发展,国内许多公司开发了很多企业应用的单元软件产品,信息化集成平台为这些单元应用软件系统的集成提供基础支持功能,通过提供相应的标准化、规范化的集成组件,实现应用软件系统互连的目标,并在企业进行信息化集成系统的应用实施。

企业信息化集成系统是将企业系统与控制系统集成起来的大系统。这里关键在于集成。一方面,是将生产系统、企业系统中分散、异构的部件联合在一起形成一个协同的整体,从而实现更强大的功能,完成各个部分独自不能完成的任务:另一方面通过接口将全系统的各子系统集成在一起实现综合、协同功能实现总体最优的目的。这样的集成是将控制系统的各层与企业系统的各层完全上下贯通,同时又将同一层次的各子系统信息横向集成起来构成完整的信息化集成系统。在新的工业革命时代,信息化集成系统在互联网的支持下,实现将工业控制(制造)系统与企业(信息化)的信息集成,实现智能工厂与智能生产,真正达到两化融合的目标。

作者简介:

魏晓东, 1967年毕业于天津大学精仪系。1984~1991任安徽工业大学自动化系副教授。1991出版《分散型控制系统》(上海科技文献出版社)。2000~2012任北京和利时系统工程公司副总工、事业部总设计师,北京地铁13号线、深圳地铁一期工程、广州地铁3号线综合监控系统工程技术总负责人。2006、2010年出版《城市轨道交通自动化系统与技术》初版与第二版(电自工业出版社);2010年主编国家标准《城市轨道交通综合监控系统工程设计规范》(GB50636-2010)《城市轨道交通综合监控系统施工与质量验收规范》(GB /T50732-2011) ; 2010年主编关于两化融合的国家标准《工业企业信息化集成系统规范》(GB/T26335-2010)。2013至今任清华同方数字城市工程中心技术专家,住建部城市轨道交通标注技术网Eu委员会委员,全国自动化系统与集成标准技术委员会委员。

摘自《自动化博览》2017年2月刊

热点新闻

推荐产品

x
  • 在线反馈
1.我有以下需求:



2.详细的需求:
姓名:
单位:
电话:
邮件: