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卷板機企業(yè)流程工業(yè)的智能制造技術(shù) |
| 發(fā)布時間：2022/12/14 |
流程工業(yè)是一類高度復(fù)雜的工業(yè)系統(tǒng)，不僅伴隨有物理、化學反應(yīng)過程和生化反應(yīng)過程，還有物質(zhì)與能量的傳遞、轉(zhuǎn)換過程，其過程特征多表現(xiàn)為大范圍連續(xù)性和不確定性、高度非線性和強耦合性，加上流程工業(yè)的卷板機企業(yè)決策、經(jīng)營銷售、計劃調(diào)度、物資供應(yīng)、庫存運輸、產(chǎn)品開發(fā)的鎖鏈關(guān)系，給流程工業(yè)實現(xiàn)卷板機企業(yè)綜合管理、調(diào)度、優(yōu)化和控制帶來了超大的難度，僅靠基于精確數(shù)學模型和解析數(shù)學方法的控制與優(yōu)化理論或某種孤立的自動化技術(shù)是不能解決好問題的，應(yīng)用智能制造技術(shù)和系統(tǒng)將是解決流程工業(yè)復(fù)雜綜合自動化的一種途徑。結(jié)合流程工業(yè)特點，我們認為設(shè)計CIPS應(yīng)該遵循以下指導(dǎo)思想。
1)內(nèi)容與途徑的研究要體現(xiàn)流程工業(yè)的特點并具有代表性和指導(dǎo)性
鑒于流程工業(yè)的特點，CIPS的設(shè)計不僅要考慮現(xiàn)有的組織機構(gòu)和人員配置的特點，而且要考慮各種狀態(tài)因素和行為因素的影響，從流程工業(yè)卷板機企業(yè)實際需要出發(fā)，抓住生產(chǎn)“瓶頸”，以經(jīng)濟效益為驅(qū)動，使其能夠符合現(xiàn)代生產(chǎn)、管理、控制和技術(shù)等方面的需要，并不斷推進CIPS工程的深人發(fā)展。因此，CIPS的研究必須結(jié)合流程工業(yè)的特點，體現(xiàn)流程工業(yè)自身的工業(yè)生產(chǎn)特征。同時，基于流程工業(yè)在技術(shù)、管理、經(jīng)濟以及工程方面獨特的特征，CIPS具有其自身的關(guān)鍵技術(shù)、問題及理論，其研究指導(dǎo)思想、設(shè)計方法、體系結(jié)構(gòu)與參考模型均與離散工業(yè)制造系統(tǒng)有差異，尤其表現(xiàn)在生產(chǎn)調(diào)度、監(jiān)控及應(yīng)用系統(tǒng)等方面。
同時，我們強調(diào)內(nèi)容和途徑的研究要具有代表性和指導(dǎo)性。例如，煉油卷板機企業(yè)作為典型的流程工業(yè)，它是以石油為原料，經(jīng)過各種復(fù)雜的化工和物理過程(如反應(yīng)、蒸餾、分離、傳熱、傳質(zhì)等)，生產(chǎn)各種油品和石化產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)，技術(shù)與資金密集、規(guī)模大、流程長、過程復(fù)雜是其基本特征。它的橫向生產(chǎn)過程是一個物流過程，包括原料進廠、存儲、生產(chǎn)、運輸，以及為之服務(wù)的公用工程與維護，廣義上講，包括了卷板機企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的各個環(huán)節(jié)和整個供應(yīng)鏈。縱向業(yè)務(wù)過程又體現(xiàn)了從生產(chǎn)、調(diào)度、計劃、管理到?jīng)Q策的整個過程。同時，從我國CIPS工程的研究與實施情況看，大部分是針對煉油與石化卷板機企業(yè)的。因此，以煉油卷板機企業(yè)為典型對象研究CIPS是具有代表性的，研究成果對其他流程工業(yè)卷板機企業(yè)同樣具有指導(dǎo)性。
2)實現(xiàn)體系結(jié)構(gòu)向ERP(卷板機企業(yè)資源計劃)／MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))／PCS(過程控制系統(tǒng))過渡，強調(diào)MES的重要性
MES將生產(chǎn)活動和管理活動的信息集成并集中于MES，諸如汽車、半導(dǎo)體、電子、航空等行業(yè)。MES是處于計劃層和控制層之間的執(zhí)行層，主要負責生產(chǎn)管理和調(diào)度執(zhí)行。 MES注重知識的提取和相關(guān)信息的集成，目的是縮短生產(chǎn)周期、改善產(chǎn)品質(zhì)量、縮短 WIP(work—in—progress)、減少或消除移動中的紙上工作、縮短訂貨至交貨的時間、提高操作人員能力，從而提高卷板機企業(yè)效益和競爭力?？梢哉f，CIPS發(fā)展的關(guān)鍵就是MES。目前， ERP／MES／PCS已成為國外CIPS理論和產(chǎn)品的主流框架，大有替代Purdue五層結(jié)構(gòu)(決策一管理一調(diào)度一監(jiān)控一直接控制)的趨勢。CIPS中，PCS層的信息集成技術(shù)已相當成熟，ERP層的理論與技術(shù)與離散工業(yè)大同小異，下層生產(chǎn)過程的實時信息和上層卷板機企業(yè)資源管理等的各類信息都在MES層中融合與貫通，并通過信息集成形成優(yōu)化控制、優(yōu)化調(diào)度和優(yōu)化決策等的判斷或指令。可以說，流程卷板機企業(yè)生產(chǎn)過程的安全、穩(wěn)定、均衡、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗和少污染目標的實現(xiàn)，卷板機企業(yè)內(nèi)部物流的控制與管理、生產(chǎn)過程成本的控制與管理等生產(chǎn)管理活動都在MES層完成，因此MES層的信息集成至關(guān)重要，它是CIPS研究與發(fā)展的關(guān)鍵，而實施MES的關(guān)鍵又在于體系結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)的解決。另外，必須調(diào)知識的重要性，MES應(yīng)該以知識為主線，體現(xiàn)知識驅(qū)動。
3)體現(xiàn)生命周期和集成平臺的設(shè)計思想
一個大型復(fù)雜的自動化系統(tǒng)由立項到建成，需要經(jīng)歷生命周期的各個階段，如可行論證、需求分析、初步設(shè)計、詳細設(shè)計、開發(fā)實施、運行維護等。在各個階段中，既要完本階段的特定任務(wù)，又要相互銜接，前一階段為后一階段準備必要的信息，后一階段比一階段更為具體，考慮更多的現(xiàn)實條件。因此，應(yīng)當把整個生命周期的各個階段聯(lián)系來，建立全過程體系結(jié)構(gòu)，而不是孤立地用最終實現(xiàn)的“應(yīng)用系統(tǒng)”的結(jié)構(gòu)來代替全過的體系結(jié)構(gòu)，這一思想近年來已被國內(nèi)外研究體系結(jié)構(gòu)的學術(shù)團體普遍接受。按照生周期觀點建立起來的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)比單純的最終系統(tǒng)結(jié)構(gòu)能更全面地指導(dǎo)系統(tǒng)的分、設(shè)計、實施及運行的全過程。
系統(tǒng)集成的實現(xiàn)，對于各種不同的應(yīng)用軟件的接口，采用逐級支持的方式：計算機一絡(luò)一分布式數(shù)據(jù)庫一應(yīng)用集成一應(yīng)用軟件。為了減少集成的復(fù)雜程序，應(yīng)付系統(tǒng)變更擴充，促進標準化，人們已不再采用一個個應(yīng)用軟件及相互間接口的獨立開發(fā)方法，而：引入CIPS體系結(jié)構(gòu)的基本思想，提出軟件開發(fā)平臺的概念。“集成平臺”某種意義上：一個軟件平臺，當然也離不開硬件平臺的支撐，對下支持異構(gòu)的信息環(huán)境，對上實現(xiàn)應(yīng) f軟件的集成，即各種應(yīng)用軟件可方便地引入，以有效地實現(xiàn)信息集成和功能集成。采『集成平臺給CIPS的實現(xiàn)帶來很大好處：一是可減少集成的復(fù)雜程度，作為應(yīng)用系統(tǒng)， l僅要求任務(wù)與平臺發(fā)生聯(lián)系，而不必知道任務(wù)與其他應(yīng)用系統(tǒng)的聯(lián)系；二是平臺的適：性和通用性強，能適應(yīng)用戶不斷變化的要求，將來自應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)關(guān)系、交互機制、信息形式、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、通信協(xié)議的信息傳送并放人集成基礎(chǔ)設(shè)施中，使系統(tǒng)便于修改；三：可促進標準化，在平臺與應(yīng)用系統(tǒng)之間建立一個一致性接口，使之成為一個系統(tǒng)的標!模塊。
4)強調(diào)基于模型的結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法
基于模型驅(qū)動的信息集成方法可用于建立卷板機企業(yè)重構(gòu)信息集成模型，其主導(dǎo)思想是在先進制造哲理思想的指導(dǎo)下，首先建立卷板機企業(yè)制造系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)模型，然后根據(jù)一般；參考模型，并結(jié)合卷板機企業(yè)的具體情況，建立卷板機公司的各個域中的各個層次模型；再利用合適的建成平臺，對各種可行方案進行仿真，并最終確定卷板機企業(yè)的集成方案。實現(xiàn)基于模型驅(qū)動的信息集成方法需要有一個工作平臺，它不僅包括一系列工具，如建模工具(由實體到模型，由具體到抽象)和仿真工具，支持在不同層次上的仿真，從高層的戰(zhàn)略計劃到底層的皇細設(shè)計與實施的模型仿真；而且包括評估準則，對每套方案進行仿真時，在不同層次上面應(yīng)當有相應(yīng)的評判標準，以考評系統(tǒng)的表現(xiàn)。因此，模型驅(qū)動的體系結(jié)構(gòu)實質(zhì)上就是 E一個建造好的工作平臺上進行以下幾項工作。首先利用各種工具建造好現(xiàn)有系統(tǒng)的多個不同層次的模型，其次參照典型的卷板機企業(yè)概念模型在卷板機企業(yè)高層的參與下設(shè)計出理想的￡者說是期望的卷板機企業(yè)模型，最后按各生命在各階段的一致性、準確性，而且要盡量減少工作量，同時應(yīng)選取不同的解決方案。
5)強調(diào)人的作用
如果不充分考慮人的行為因素，不但CIPS的初級階段，就是優(yōu)化調(diào)度等局部系統(tǒng)也很難取得成功，必須從一開始就充分重視人、組織、環(huán)境等行為因素的影響；而且一個 CIPS或其子系統(tǒng)必須包括計算機軟硬件系統(tǒng)、人一機交互系統(tǒng)和工具以及用戶三部分的集成。
6)融合生產(chǎn)全流程的大數(shù)據(jù)信息，提供智能決策
在原有自動化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，充分融合人的知識，應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計算、(移動)網(wǎng)絡(luò)通信和人一機交互的知識型工作自動化以及虛擬制造等現(xiàn)代信息技術(shù)，從生產(chǎn)、管理以及營銷全過程優(yōu)化出發(fā)，推進以高效化、綠色化和智能化為目標的流程工業(yè)智能優(yōu)化制造系統(tǒng)，不僅要實現(xiàn)制造過程的裝備智能化，而且制造流程、操作方式、管理模式也實現(xiàn)自適應(yīng)智能優(yōu)化，使得卷板機企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益最大化。
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