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流程工業(yè)綜合自動化技術(shù)發(fā)展的思考(二)


 3 流程工業(yè)綜合自動化技術(shù)的主要內(nèi)容
    一般而言,流程工業(yè)企業(yè)對綜合自動化技術(shù)的需求主要關(guān)注4方面的問題。(1)安全:即需要用高可靠性的控制系統(tǒng)、檢測和執(zhí)行機構(gòu)對設(shè)備與裝置的運行提供保證,進而對關(guān)鍵裝置進行故障診斷與健康維護。(2)低成本:通過先進的工藝及工藝參數(shù)以降低能耗和原料消耗,以及通過先進的建模技術(shù)、控制技術(shù)和實時優(yōu)化技術(shù)來提高產(chǎn)品的合格率和轉(zhuǎn)化率。(3)高效率:通過先進的計劃調(diào)度與排產(chǎn)技術(shù)和流程模擬技術(shù)來提高設(shè)備利用率和勞動生產(chǎn)率。(4)提高競爭力:通過數(shù)據(jù)和信息的綜合集成,如先進的管理技術(shù)(包括ERP、CRM、SCM等)、電子商務(wù)、價值鏈分析技術(shù)等,以促進企業(yè)價值的增值,最終提高企業(yè)的綜合競爭力。
根據(jù)國內(nèi)外綜合自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,流程工業(yè)綜合自動化技術(shù)的總體結(jié)構(gòu)可以分成3層結(jié)構(gòu)。 
    a.以PCS(過程控制系統(tǒng))為代表的基礎(chǔ)自動化層。主要內(nèi)容包括先進控制軟件、軟測量技術(shù)、實時數(shù)據(jù)庫技術(shù)、可靠性技術(shù)、數(shù)據(jù)融合與數(shù)據(jù)處理技術(shù)、集散控制系統(tǒng)(DCS)、現(xiàn)場控制系統(tǒng)(FCS)、多總線網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)、基于高速以太網(wǎng)和無線技術(shù)的現(xiàn)場控制設(shè)備、傳感器技術(shù)、特種執(zhí)行機構(gòu)等等。
    b.以MES(生產(chǎn)過程制造執(zhí)行系統(tǒng))為代表的生產(chǎn)過程運行優(yōu)化層。主要內(nèi)容包括先進建模與流程模擬技術(shù)(AMT:Advanced Modeling Technologies)、先進計劃與調(diào)度技術(shù)(APS:Advanced Planning and Scheduling)、實時優(yōu)化技術(shù)(RTO:Real-time Optimization)、故障診斷與健康維護技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘與數(shù)據(jù)校正技術(shù)、動態(tài)質(zhì)量控制與管理技術(shù)、動態(tài)成本控制與管理技術(shù)等等。
    c.以ERP(企業(yè)資源管理)為代表的企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營優(yōu)化層。主要內(nèi)容包括企業(yè)資源管理(ERP)、供應(yīng)鏈管理(SCM)、客戶關(guān)系管理(CRM)、產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)管理(PqDM)、數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)、設(shè)備資源管理、企業(yè)電子商務(wù)平臺等等。
    通過研究生產(chǎn)過程制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)及相關(guān)技術(shù),可以實現(xiàn)在線成本的預(yù)測、控制和反饋校正,以形成生產(chǎn)成本控制中心,保證生產(chǎn)過程的優(yōu)化運行;可以實施生產(chǎn)全過程的優(yōu)化調(diào)度、統(tǒng)一指揮,以形成生產(chǎn)指揮中心,保證生產(chǎn)過程的優(yōu)化控制;可以實現(xiàn)生產(chǎn)過程的質(zhì)量跟蹤、安全監(jiān)控,以形成質(zhì)量管理體系和設(shè)備健康保障體系,保證生產(chǎn)過程的優(yōu)化管理。
    4 我國發(fā)展綜合自動化技術(shù)的機會與挑戰(zhàn)
近20年來,我國國民經(jīng)濟平均以8%左右的速度增長,為我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和技術(shù)進步奠定了良好的基礎(chǔ)和條件。同時我國經(jīng)濟增長的潛力已受制于產(chǎn)品創(chuàng)新和應(yīng)用新技術(shù)。特別是用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè),用信息化帶動工業(yè)化是我國經(jīng)濟繼續(xù)騰飛的關(guān)鍵。因此對于在國民經(jīng)濟中占有重要地位的流程工業(yè)全面應(yīng)用綜合自動化技術(shù),從而全面提升企業(yè)綜合競爭力已成為基本共識。
    隨著我國市場經(jīng)濟體制的不斷完善和加入WTO,工業(yè)企業(yè)通過技術(shù)改造增加產(chǎn)品競爭力的愿望越來越迫切,需要大量以生產(chǎn)過程制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)為主的綜合自動化技術(shù)、軟件和服務(wù),這是重要的“天時”。國外軟件商對我國市場十分重視,在石化、鋼鐵、煉油、電力等行業(yè),傾銷其優(yōu)化軟件,但由于這些軟件對我國工業(yè)企業(yè)的適應(yīng)性不夠、工程服務(wù)和維護費用過高等因素,進口軟件產(chǎn)品并非都取得了預(yù)期的效益,這也為我們自行開發(fā)適合我國工業(yè)企業(yè)特點的、具有較高性能價格比的MES各功能軟件,并提供及時、周到、價格適宜的現(xiàn)場工程服務(wù)帶來機遇,這是我們的“地利與人和”。
    面臨即將到來的21世紀,我國企業(yè)的經(jīng)營管理人員在面臨市場全球化機遇的同時正面臨著更大的挑戰(zhàn),高效率、高質(zhì)量、低消耗、彈性生產(chǎn)的全球市場需求正在給我國企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營管理人員帶來巨大的壓力。隨著企業(yè)規(guī)模的擴大和管理水平的提高,企業(yè)越來越迫切需要具有大型分布式數(shù)據(jù)庫和實時數(shù)據(jù)庫的綜合集成軟件平臺及相應(yīng)的各種應(yīng)用軟件。
    以流程工業(yè)供應(yīng)鏈為例說明為企業(yè)提供整體解決方案的益處[4,5]。企業(yè)供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)所涉及的成本占企業(yè)總成本的60%~80%,因此,高效的供應(yīng)鏈管理可以使總成本下降 10%,相當(dāng)于節(jié)省總銷售額的3%~6%。這種效益是從以下一些方面取得的:(1)生產(chǎn)制造成本下降15%;(2)運輸費用下降10%;(3)按時交貨改進下降15%;(4)定單完成時間減少25%~35%;(5)倉庫庫存下降50%~80%;(6)現(xiàn)金—至—現(xiàn)金周期比一般公司好40%~65%;(7)客戶需求預(yù)測和管理明顯改進。
    由上可見對流程工業(yè)而言,除了工藝和裝備的革新與進步外,最重要的技術(shù)手段就是靠綜合自動化技術(shù)。
    5 產(chǎn)學(xué)研結(jié)合促進我國綜合自動化技術(shù)與應(yīng)用的發(fā)展
    近20年來,我國工業(yè)控制領(lǐng)域在靜態(tài)優(yōu)化、質(zhì)量控制、故障診斷、數(shù)據(jù)校正等方面進行了許多理論研究和應(yīng)用開發(fā),但均未形成有影響的商品化軟件,離高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化更有較大的距離。究其原因主要有以下幾點。
    a.從算法到算法,從理論到理論。大多數(shù)的先進控制與優(yōu)化軟件的研究開發(fā)人員均來自高等院校和研究院所,其出發(fā)點是“推銷”他們的研究成果,如各種最新的控制算法(非線性控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制、同時鎮(zhèn)定等等),研究人員并未深究企業(yè)的具體需求,很少能做到“急人所急”。
    b.尚未找到發(fā)展綜合自動化軟件產(chǎn)業(yè)的運行模式。雖然許多高等學(xué)校、研究院所興辦了不少所謂的高科技公司,但仍未擺脫“科研”的烙印,IBM公司和CISCO公司等均在企業(yè)內(nèi)部提出“不盲目崇拜技術(shù)”的理念,因此我們“必須停止崇拜單純的技術(shù),開始注重技術(shù)對于客戶的真正價值”。
    c.綜合自動化技術(shù)的理論與工程應(yīng)用研究水平有待提高。必須盡快提高基于PCS/MES/ERP結(jié)構(gòu)的綜合自動化理論與技術(shù)水平,努力提高或改善用戶企業(yè)的基礎(chǔ)自動化程度、管理模式和經(jīng)營理念,否則會嚴重限制綜合自動化技術(shù)產(chǎn)業(yè)的市場空間。
    d.缺少客戶(市場)第一的整體解決方案。理論與應(yīng)用的結(jié)合本是自動化領(lǐng)域的基本出發(fā)點,但實際上我們?nèi)鄙賹ζ髽I(yè)需求整體的分析,因此也就很難提出整體解決方案,另一方面也缺少系統(tǒng)集成的能力。
以石化工業(yè)綜合自動化技術(shù)發(fā)展為例,其發(fā)展戰(zhàn)略是結(jié)合國內(nèi)外市場激烈競爭的需求及生產(chǎn)經(jīng)營的特點,從生產(chǎn)裝置控制、優(yōu)化操作到計劃調(diào)度,從信息集成到企業(yè)管理和經(jīng)營決策等各個層次提高信息技術(shù)應(yīng)用水平,力爭5年內(nèi)在過程控制和生產(chǎn)經(jīng)營方面達到國外大型石化企業(yè)的先進水平。
    綜上所述,加強對流程工業(yè)綜合自動化技術(shù)研究與應(yīng)用的投入,并注重從企業(yè)及市場的需求出發(fā),結(jié)合高等學(xué)校和科研院所的力量,以產(chǎn)業(yè)化為目標(biāo),加強產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合,加速促進相應(yīng)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
因此,流程工業(yè)綜合自動化系統(tǒng)與技術(shù)的總體發(fā)展戰(zhàn)略應(yīng)是:以提高流程工業(yè)企業(yè)經(jīng)濟效益、降低生產(chǎn)成本和增強企業(yè)綜合競爭力為主要目標(biāo),發(fā)展我國過程自動化裝備工業(yè)和相關(guān)的軟件產(chǎn)業(yè),形成一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)和標(biāo)志性的綜合自動化軟件和硬件技術(shù)產(chǎn)品。通過重大典型示范工程的推動,全面提高我國流程工業(yè)經(jīng)濟效益和綜合競爭力,促進我國過程自動化軟硬件產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展。
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