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卷板機(jī)企業(yè)流程工業(yè)的智能制造技術(shù) |
| 發(fā)布時(shí)間：2022/12/14 |
流程工業(yè)是一類(lèi)高度復(fù)雜的工業(yè)系統(tǒng)，不僅伴隨有物理、化學(xué)反應(yīng)過(guò)程和生化反應(yīng)過(guò)程，還有物質(zhì)與能量的傳遞、轉(zhuǎn)換過(guò)程，其過(guò)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(qiáng)耦合性，加上流程工業(yè)的卷板機(jī)企業(yè)決策、經(jīng)營(yíng)銷(xiāo)售、計(jì)劃調(diào)度、物資供應(yīng)、庫(kù)存運(yùn)輸、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的鎖鏈關(guān)系，給流程工業(yè)實(shí)現(xiàn)卷板機(jī)企業(yè)綜合管理、調(diào)度、優(yōu)化和控制帶來(lái)了超大的難度，僅靠基于精確數(shù)學(xué)模型和解析數(shù)學(xué)方法的控制與優(yōu)化理論或某種孤立的自動(dòng)化技術(shù)是不能解決好問(wèn)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(dòng)化的一種途徑。結(jié)合流程工業(yè)特點(diǎn)，我們認(rèn)為設(shè)計(jì)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(diǎn)并具有代表性和指導(dǎo)性
鑒于流程工業(yè)的特點(diǎn)，CIPS的設(shè)計(jì)不僅要考慮現(xiàn)有的組織機(jī)構(gòu)和人員配置的特點(diǎn)，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(jī)企業(yè)實(shí)際需要出發(fā)，抓住生產(chǎn)“瓶頸”，以經(jīng)濟(jì)效益為驅(qū)動(dòng)，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(jìn)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(diǎn)，體現(xiàn)流程工業(yè)自身的工業(yè)生產(chǎn)特征。同時(shí)，基于流程工業(yè)在技術(shù)、管理、經(jīng)濟(jì)以及工程方面獨(dú)特的特征，CIPS具有其自身的關(guān)鍵技術(shù)、問(wèn)題及理論，其研究指導(dǎo)思想、設(shè)計(jì)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(shí)，我們強(qiáng)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(jī)企業(yè)作為典型的流程工業(yè)，它是以石油為原料，經(jīng)過(guò)各種復(fù)雜的化工和物理過(guò)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(zhǎng)、過(guò)程復(fù)雜是其基本特征。它的橫向生產(chǎn)過(guò)程是一個(gè)物流過(guò)程，包括原料進(jìn)廠、存儲(chǔ)、生產(chǎn)、運(yùn)輸，以及為之服務(wù)的公用工程與維護(hù)，廣義上講，包括了卷板機(jī)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的各個(gè)環(huán)節(jié)和整個(gè)供應(yīng)鏈?？v向業(yè)務(wù)過(guò)程又體現(xiàn)了從生產(chǎn)、調(diào)度、計(jì)劃、管理到?jīng)Q策的整個(gè)過(guò)程。同時(shí)，從我國(guó)CIPS工程的研究與實(shí)施情況看，大部分是針對(duì)煉油與石化卷板機(jī)企業(yè)的。因此，以煉油卷板機(jī)企業(yè)為典型對(duì)象研究CIPS是具有代表性的，研究成果對(duì)其他流程工業(yè)卷板機(jī)企業(yè)同樣具有指導(dǎo)性。
2)實(shí)現(xiàn)體系結(jié)構(gòu)向ERP(卷板機(jī)企業(yè)資源計(jì)劃)／MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))／PCS(過(guò)程控制系統(tǒng))過(guò)渡，強(qiáng)調(diào)MES的重要性
MES將生產(chǎn)活動(dòng)和管理活動(dòng)的信息集成并集中于MES，諸如汽車(chē)、半導(dǎo)體、電子、航空等行業(yè)。MES是處于計(jì)劃層和控制層之間的執(zhí)行層，主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)管理和調(diào)度執(zhí)行。 MES注重知識(shí)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(dòng)中的紙上工作、縮短訂貨至交貨的時(shí)間、提高操作人員能力，從而提高卷板機(jī)企業(yè)效益和競(jìng)爭(zhēng)力?？梢哉f(shuō)，CIPS發(fā)展的關(guān)鍵就是MES。目前， ERP／MES／PCS已成為國(guó)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(shì)。CIPS中，PCS層的信息集成技術(shù)已相當(dāng)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(guò)程的實(shí)時(shí)信息和上層卷板機(jī)企業(yè)資源管理等的各類(lèi)信息都在MES層中融合與貫通，并通過(guò)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?？梢哉f(shuō)，流程卷板機(jī)企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的安全、穩(wěn)定、均衡、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗和少污染目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，卷板機(jī)企業(yè)內(nèi)部物流的控制與管理、生產(chǎn)過(guò)程成本的控制與管理等生產(chǎn)管理活動(dòng)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(shí)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(shí)的重要性，MES應(yīng)該以知識(shí)為主線，體現(xiàn)知識(shí)驅(qū)動(dòng)。
3)體現(xiàn)生命周期和集成平臺(tái)的設(shè)計(jì)思想
一個(gè)大型復(fù)雜的自動(dòng)化系統(tǒng)由立項(xiàng)到建成，需要經(jīng)歷生命周期的各個(gè)階段，如可行論證、需求分析、初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)實(shí)施、運(yùn)行維護(hù)等。在各個(gè)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(zhǔn)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(shí)條件。因此，應(yīng)當(dāng)把整個(gè)生命周期的各個(gè)階段聯(lián)系來(lái)，建立全過(guò)程體系結(jié)構(gòu)，而不是孤立地用最終實(shí)現(xiàn)的“應(yīng)用系統(tǒng)”的結(jié)構(gòu)來(lái)代替全過(guò)的體系結(jié)構(gòu)，這一思想近年來(lái)已被國(guó)內(nèi)外研究體系結(jié)構(gòu)的學(xué)術(shù)團(tuán)體普遍接受。按照生周期觀點(diǎn)建立起來(lái)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(jì)、實(shí)施及運(yùn)行的全過(guò)程。
系統(tǒng)集成的實(shí)現(xiàn)，對(duì)于各種不同的應(yīng)用軟件的接口，采用逐級(jí)支持的方式：計(jì)算機(jī)一絡(luò)一分布式數(shù)據(jù)庫(kù)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(kuò)充，促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化，人們已不再采用一個(gè)個(gè)應(yīng)用軟件及相互間接口的獨(dú)立開(kāi)發(fā)方法，而：引入CIPS體系結(jié)構(gòu)的基本思想，提出軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)的概念。“集成平臺(tái)”某種意義上：一個(gè)軟件平臺(tái)，當(dāng)然也離不開(kāi)硬件平臺(tái)的支撐，對(duì)下支持異構(gòu)的信息環(huán)境，對(duì)上實(shí)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(shí)現(xiàn)信息集成和功能集成。采『集成平臺(tái)給CIPS的實(shí)現(xiàn)帶來(lái)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(tái)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(tái)的適：性和通用性強(qiáng)，能適應(yīng)用戶不斷變化的要求，將來(lái)自應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)關(guān)系、交互機(jī)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(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化，在平臺(tái)與應(yīng)用系統(tǒng)之間建立一個(gè)一致性接口，使之成為一個(gè)系統(tǒng)的標(biāo)!模塊。
4)強(qiáng)調(diào)基于模型的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法
基于模型驅(qū)動(dòng)的信息集成方法可用于建立卷板機(jī)企業(yè)重構(gòu)信息集成模型，其主導(dǎo)思想是在先進(jìn)制造哲理思想的指導(dǎo)下，首先建立卷板機(jī)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(jī)企業(yè)的具體情況，建立卷板機(jī)公司的各個(gè)域中的各個(gè)層次模型；再利用合適的建成平臺(tái)，對(duì)各種可行方案進(jìn)行仿真，并最終確定卷板機(jī)企業(yè)的集成方案。實(shí)現(xiàn)基于模型驅(qū)動(dòng)的信息集成方法需要有一個(gè)工作平臺(tái)，它不僅包括一系列工具，如建模工具(由實(shí)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(jì)劃到底層的皇細(xì)設(shè)計(jì)與實(shí)施的模型仿真；而且包括評(píng)估準(zhǔn)則，對(duì)每套方案進(jìn)行仿真時(shí)，在不同層次上面應(yīng)當(dāng)有相應(yīng)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，以考評(píng)系統(tǒng)的表現(xiàn)。因此，模型驅(qū)動(dòng)的體系結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上就是 E一個(gè)建造好的工作平臺(tái)上進(jìn)行以下幾項(xiàng)工作。首先利用各種工具建造好現(xiàn)有系統(tǒng)的多個(gè)不同層次的模型，其次參照典型的卷板機(jī)企業(yè)概念模型在卷板機(jī)企業(yè)高層的參與下設(shè)計(jì)出理想的￡者說(shuō)是期望的卷板機(jī)企業(yè)模型，最后按各生命在各階段的一致性、準(zhǔn)確性，而且要盡量減少工作量，同時(shí)應(yīng)選取不同的解決方案。
5)強(qiáng)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(jí)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(kāi)始就充分重視人、組織、環(huán)境等行為因素的影響；而且一個(gè) CIPS或其子系統(tǒng)必須包括計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)、人一機(jī)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(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，充分融合人的知識(shí)，應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、(移動(dòng))網(wǎng)絡(luò)通信和人一機(jī)交互的知識(shí)型工作自動(dòng)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(yíng)銷(xiāo)全過(guò)程優(yōu)化出發(fā)，推進(jìn)以高效化、綠色化和智能化為目標(biāo)的流程工業(yè)智能優(yōu)化制造系統(tǒng)，不僅要實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程的裝備智能化，而且制造流程、操作方式、管理模式也實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)智能優(yōu)化，使得卷板機(jī)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益最大化。
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