陳  虹，唐鴻儒，楊  鵬

1  企業(yè)信息化的目的
企業(yè)信息化的目的首先是為了提高資源的利用率。由于全球人口的不斷增長(cháng)，對基本需求品的需要在增加，能源、資源被消耗，這些問(wèn)題的解決有賴(lài)于工業(yè)化的發(fā)展?，F代工業(yè)的發(fā)展是當今許多國家繁榮的基礎，而工業(yè)界生產(chǎn)率的提高在此方面起著(zhù)決定性作用。然而，要實(shí)現長(cháng)期的繁榮和可持續發(fā)展，工業(yè)界必須采用新方法和新設備來(lái)改善生產(chǎn)過(guò)程的設計，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低能源和原材料的單位消耗。對于這些，自動(dòng)化技術(shù)的采用是成功的關(guān)鍵。為了使生產(chǎn)過(guò)程得到控制，需要更多有關(guān)生產(chǎn)過(guò)程的信息，使用這些信息可以對生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行最佳控制，而更高程度的自動(dòng)化將帶來(lái)資源的更大節約。并且，隨著(zhù)自動(dòng)化水平的提高，工業(yè)化批量生產(chǎn)滿(mǎn)足消費者的多種不同的需求將成為可能。
目的之二是提高企業(yè)的運營(yíng)效率。每個(gè)企業(yè)的業(yè)務(wù)都各有特點(diǎn)，它由許多生產(chǎn)過(guò)程組成，包括市場(chǎng)、設計、供應、制造、質(zhì)量、銷(xiāo)售和批發(fā)，高效率的生產(chǎn)過(guò)程取決于無(wú)故障地獲取準確、及時(shí)、可靠的信息。在當今的商務(wù)活動(dòng)中，信息是最寶貴的商品。管理、控制、運作和支配企業(yè)者，對信息的需求各不相同，但是他們一個(gè)共同的目標就是提高企業(yè)的生產(chǎn)率。
目的之三是在合適的時(shí)間提供合適的信息。信息技術(shù)首先意味著(zhù)“采集數據”，這在現代化工業(yè)企業(yè)已經(jīng)是最基本的一部分。但在很多企業(yè)中，數據來(lái)源于多個(gè)系統，各個(gè)系統的數據獨立，只有待這些數據相互聯(lián)系起來(lái)時(shí)，才能顯示出數據后面的意義，并得出真正有用的信息。因此，今天自動(dòng)化工程師面臨的挑戰是使信息以適當的結構、對適當的人、在適當的時(shí)間和適當的地點(diǎn)應用。只有數據沿著(zhù)增值鏈接近全網(wǎng)絡(luò )化時(shí)，才能順利進(jìn)行。增值鏈包括從定單接收、原材料物流、能源和原材料管理、生產(chǎn)控制和自動(dòng)化到裝配、包裝、成品中間存儲和運輸各階段。
具體地講，企業(yè)信息化的目的就是：① 應用計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、信息技術(shù)、智能技術(shù)和有關(guān)工藝技術(shù)，實(shí)現企業(yè)的經(jīng)營(yíng)決策、生產(chǎn)管理和過(guò)程控制信息的有機集成。② 通過(guò)應用軟件，實(shí)現經(jīng)營(yíng)管理科學(xué)化，生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)調度、工藝操作和過(guò)程控制最優(yōu)化。③ 確保安全生產(chǎn)，降低原材料和能源消耗，提高產(chǎn)量、質(zhì)量和附加值，提高產(chǎn)品的適應能力，從而提高企業(yè)經(jīng)濟效益和競爭能力。④ 提高對當前客戶(hù)的小批量、多要求、短工期等要求的響應能力。
2  企業(yè)信息化的內容
2.1  過(guò)程管理
生產(chǎn)過(guò)程管理包括生產(chǎn)過(guò)程監控和現場(chǎng)設備管理。生產(chǎn)過(guò)程監控包括對過(guò)程參數和狀態(tài)的監視，生產(chǎn)過(guò)程的控制和優(yōu)化以及生產(chǎn)過(guò)程的遠程操作。
過(guò)程參數的監視包括通過(guò)流程圖、模擬圖、趨勢圖等方式對生產(chǎn)過(guò)程的狀態(tài)和參數進(jìn)行描述和監視，并在此基礎上進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程的診斷和優(yōu)化等。生產(chǎn)過(guò)程的控制和優(yōu)化是使用常規控制算法（如PID調節）及先進(jìn)控制算法（如多變量控制、預測控制、智能控制等）對生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制，并且采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )、遺傳算法等進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化控制和調度。生產(chǎn)過(guò)程遠程操作就是通過(guò)網(wǎng)絡(luò )異地監控生產(chǎn)過(guò)程。遠程操作的類(lèi)型：一是針對生產(chǎn)過(guò)程的遠程操作。包括對生產(chǎn)過(guò)程現場(chǎng)運行參數和狀態(tài)的遠程瀏覽和監督，遠程操作生產(chǎn)過(guò)程設備，遠程調度生產(chǎn)過(guò)程，生產(chǎn)過(guò)程故障的遠程監視、診斷和處理，生產(chǎn)過(guò)程的遠程調試等。二是針對生產(chǎn)過(guò)程現場(chǎng)測控設備的遠程操作。包括遠程功能組態(tài)，遠程工作狀態(tài)監視、故障預測和故障診斷，遠程設備調試和工作參數整定等，這是屬于現場(chǎng)智能設備遠程維護管理方面的內容。
現場(chǎng)設備管理就是對完成生產(chǎn)過(guò)程測控功能的現場(chǎng)智能設備進(jìn)行功能組態(tài)、故障診斷、故障預測、工作參數整定等工作，現場(chǎng)設備管理運用現場(chǎng)智能儀表所賦予的豐富的管理信息，直觀(guān)、全面地反映現場(chǎng)設備狀態(tài)，以便把傳統經(jīng)驗型的、被動(dòng)的維護管理模式，改變成主動(dòng)的、可預測性的設備管理與維護模式?，F場(chǎng)設備管理的目的是保證生產(chǎn)過(guò)程正常進(jìn)行和避免非預計的事故停機。
2.2  生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)管理
生產(chǎn)管理包括生產(chǎn)進(jìn)度安排、人員安排、原材料供應、原料和能源等的消耗統計、各產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)間統計、動(dòng)態(tài)成本核算、倉庫管理和產(chǎn)品數據管理等。經(jīng)營(yíng)管理包括客戶(hù)管理、合同管理、定單管理、常規原料、元件采購競價(jià)咨詢(xún)、產(chǎn)品生產(chǎn)動(dòng)態(tài)追蹤和生產(chǎn)信息的動(dòng)態(tài)發(fā)布?；诰W(wǎng)絡(luò )，企業(yè)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )獲取定單，再把定單傳到最合適的工廠(chǎng)去生產(chǎn)。
3  企業(yè)信息化技術(shù)
3.1  企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò )
目前的企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò )一般通過(guò)現場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò )(Infranet)、企業(yè)內部網(wǎng)(Intranet)和Internet把分布于各局部現場(chǎng)、獨立完成特定功能的計算機互聯(lián)起來(lái)。它具有適應企業(yè)生產(chǎn)與經(jīng)營(yíng)的功能分布和地域分布的特點(diǎn)，可實(shí)現資源共享、協(xié)同工作、遠程監控、遠程管理的全分布式網(wǎng)絡(luò )系統。它是Internet技術(shù)、Web技術(shù)、數據庫技術(shù)、TCP/IP網(wǎng)絡(luò )通訊技術(shù)、瀏覽器技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物。圖1為基于Internet/Intranet/Infranet技術(shù)的企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò )體系示意圖。
 

圖1  基于Internet/Intranet/Infranet的企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò )圖

3.2  企業(yè)信息模型 

圖2  企業(yè)信息模型

企業(yè)信息模型可以用圖2所示的層次來(lái)表示，最上層是企業(yè)資源計劃(ERP)系統，實(shí)現企業(yè)的生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)管理。最下層是生產(chǎn)過(guò)程管理，由開(kāi)放控制系統(OCS)實(shí)現生產(chǎn)現場(chǎng)的數據采集和控制，由過(guò)程監控軟件和現場(chǎng)設備管理系統實(shí)現生產(chǎn)過(guò)程的監督、優(yōu)化、調度管理和現場(chǎng)設備的實(shí)時(shí)管理。制造執行系統MES(Manufacturing Execution System)是連接ERP和過(guò)程管理系統的中間層軟件，MES從過(guò)程管理層獲得大量數據，經(jīng)分析、計算得出少量數據，供ERP使用，同時(shí)，又將從ERP發(fā)來(lái)的少量定單信息生成大量的供生產(chǎn)過(guò)程管理層所需的信息，并對生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化。
3.3  現場(chǎng)智能設備
它是企業(yè)信息化的源頭和終端執行機構。當今生產(chǎn)現場(chǎng)設備大多是高技術(shù)產(chǎn)品。很多設備裝有微處理器，設備本身可進(jìn)行計算?？深A測的維護和服務(wù)信息被直接集成進(jìn)這些設備中，它們可存儲幾百到上千條參數信息，包括大量的與生產(chǎn)過(guò)程相關(guān)的信息和與設備本身工作狀態(tài)有關(guān)的非過(guò)程數據，這些數據是規劃和運作一個(gè)企業(yè)或公司的真正基礎。
目前，市場(chǎng)針對現場(chǎng)測量設備的應用有兩個(gè)迫切要求：一是要在公認的標準的基礎上使用設備，這不僅針對機械連接標準，也針對如HART、Profibus和Foundation Fieldbus通信協(xié)議；二是要關(guān)注系統中的現場(chǎng)設備的制造工藝。
衡量現場(chǎng)設備智能化的指標：是否能進(jìn)行雙向數字通信；是否具備自診斷能力；是否具備反映設備本身特性的數據庫；是否能遠方對設備的組態(tài)數據進(jìn)行修改。
3.4 現場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò )技術(shù)
高性能的總線(xiàn)技術(shù)使真正意義上的分布式控制結構成為可能。獨立自動(dòng)化目標的實(shí)現造成功能分散，這些功能以前集中在可編程邏輯控制器內，現在將在自動(dòng)化體系結構的較低層（如在基于現場(chǎng)總線(xiàn)的現場(chǎng)智能裝置中）執行。當前現場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展呈現下列態(tài)勢。
(1)  多種現場(chǎng)總線(xiàn)共存 當前有十幾種主要的現場(chǎng)總線(xiàn)在不同的領(lǐng)域得到了廣泛應用。不同總線(xiàn)的技術(shù)側重面不同，各有特色，各有相應的應用領(lǐng)域。且就目前各種現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)來(lái)看，沒(méi)有哪種現場(chǎng)總線(xiàn)能夠完全適用于所有的應用領(lǐng)域。因此，多種總線(xiàn)共存的狀況將在一個(gè)很長(cháng)的時(shí)間內共存。各個(gè)公司順應這一情況，相繼推出能夠讓多種現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)同工作的控制系統。多種現場(chǎng)總線(xiàn)集成起來(lái)協(xié)同完成工廠(chǎng)測控任務(wù)，是目前自動(dòng)化系統供應商搶奪市場(chǎng)的重要策略，只有這樣才能適應目前現場(chǎng)測控設備多態(tài)性和用戶(hù)需求多樣性的需要，最大限度地保護用戶(hù)的利益。
(2)  多系統集成 由于技術(shù)發(fā)展的連續性和繼承性，同樣也是由于不同系統研發(fā)投資和市場(chǎng)利益的驅使，現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(FCS)的出現，不會(huì )使其它系統很快消失。作為產(chǎn)品形態(tài)的DCS、PLC等已經(jīng)具有大量的應用基礎，加之其自身的全數字化、網(wǎng)絡(luò )化等的改進(jìn)，它們必將繼續存在一段時(shí)間。多種系統集成將是FCS與傳統控制系統(如DCS、PLC等)的集成和各種現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統之間的集成。集成主要體現在現場(chǎng)通信協(xié)議的兼容，不同系統數據的交換以及組態(tài)、監控、操作界面的統一。
3.5  MES
MES層是一種新型工業(yè)自動(dòng)化層，它將生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)管理信息的處理與工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化系統連接起來(lái)，這是邁向綜合自動(dòng)化道路上的決定性一步。用戶(hù)訂單通過(guò)不同介質(zhì)(如紙、電話(huà)、因特網(wǎng))到達業(yè)務(wù)層。MES從收到的少量訂單相關(guān)信息中，自動(dòng)產(chǎn)生控制層所需的大量信息，以便對所有訂單作出響應。因此，MES還具有一項至關(guān)重要的任務(wù)，即對生產(chǎn)進(jìn)行總體優(yōu)化。另一方面，MES層根據從過(guò)程捕獲的大量信息計算出少量的信息，這些信息對有關(guān)生產(chǎn)、產(chǎn)品的狀態(tài)和質(zhì)量是很重要的。因而，MES是電子商務(wù)必不可少的基礎。
電子商務(wù)意味著(zhù)用戶(hù)可在因特網(wǎng)上訂購產(chǎn)品。用戶(hù)期望收到與其特定要求相符的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品被批量生產(chǎn)（定制的批量產(chǎn)品)，并以正常市價(jià)出售。很顯然，只有當制造商的生產(chǎn)能夠針對用戶(hù)要求作出足夠靈活的反應時(shí)，才能將用戶(hù)要求自動(dòng)轉換成相應產(chǎn)品。沒(méi)有MES層的鏈接和優(yōu)化功能，這一目標無(wú)法實(shí)現。
3.6  ERP
有關(guān)ERP的具體內容，不再贅述。
當前時(shí)髦用語(yǔ)“e-制造”和“企業(yè)優(yōu)化”將成為評估未來(lái)公司業(yè)務(wù)的一種標準，把生產(chǎn)過(guò)程整合到公司的營(yíng)銷(xiāo)過(guò)程中去，將消除不同部門(mén)的障礙，進(jìn)而使它們之間高度融合。這一過(guò)程以集成理論為核心，今后的自動(dòng)化工程將依靠這種整合，把生產(chǎn)過(guò)程直接與銷(xiāo)售過(guò)程相連接，以迅速、高效地響應客戶(hù)的需求。
自動(dòng)化的結果將使企業(yè)按照定單能夠靈活地處理全球范圍內的生產(chǎn)計劃和銷(xiāo)售渠道，從而獲得利潤。典型的例子就是通過(guò)因特網(wǎng)獲得定單并驗證它的有效性，隨后再通過(guò)因特網(wǎng)把這份定單傳到最適宜生產(chǎn)的工廠(chǎng)去?？蛻?hù)可通過(guò)因特網(wǎng)隨時(shí)檢查定單的生產(chǎn)情況，從而可以對配送計劃中的變化作出迅速反應。生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品通過(guò)速遞公司進(jìn)行配送。顧客信息隨后被存入客戶(hù)關(guān)系管理(CRM)系統，以便用于今后的營(yíng)銷(xiāo)活動(dòng)。
3.7  遠程操作技術(shù)
遠程操縱生產(chǎn)過(guò)程技術(shù)一直是自動(dòng)化技術(shù)的重要研究?jì)热?。?shí)現遠程監視、遠程控制、遠程設備故障診斷、遠程調試、遠程管理等，不但可以提高企業(yè)自動(dòng)化水平，提高企業(yè)生產(chǎn)設備的維護管理水平，實(shí)現無(wú)人值守，而且可以為企業(yè)合理配置人力資源奠定基礎?；诰W(wǎng)絡(luò )，一個(gè)具有某種特長(cháng)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員可以同時(shí)服務(wù)于一個(gè)企業(yè)內部的若干個(gè)崗位，也可以被全球范圍內的若干個(gè)企業(yè)雇傭，而無(wú)論他居住在何處?；诰W(wǎng)絡(luò )，當設備發(fā)生故障時(shí)，能夠集中世界范圍內的研究機構、專(zhuān)家、設備制造廠(chǎng)家對故障設備進(jìn)行在線(xiàn)遠程診斷，而不受地域的限制?；诰W(wǎng)絡(luò )，在調試生產(chǎn)過(guò)程時(shí)，可以聘請全球的此領(lǐng)域一流的專(zhuān)家協(xié)同分析生產(chǎn)過(guò)程狀況，給出調試指導，以使生產(chǎn)過(guò)程處于最佳狀態(tài)。這種可以改變企業(yè)生產(chǎn)運營(yíng)方式的技術(shù)正日益沖擊著(zhù)人們傳統的思維方式并逐步走向實(shí)用。然而要實(shí)現遠程操作，必須解決下述問(wèn)題帶來(lái)的不利影響：① 網(wǎng)絡(luò )傳輸存在不確定性，有可能丟失某些關(guān)鍵的信息。② 網(wǎng)絡(luò )傳輸存在延時(shí)。③ 網(wǎng)絡(luò )存在許多不安全因素。
4  企業(yè)信息化的趨勢
4.1 現場(chǎng)監控層
(1)  異構系統通信不再有障礙 在任何時(shí)間，世界任何一個(gè)角落的過(guò)程信息都觸手可及，這是企業(yè)信息化追求的目標。從工廠(chǎng)自動(dòng)化的角度看，其未來(lái)發(fā)展會(huì )越來(lái)越透明，將產(chǎn)生大量的知識財富。在通信上打破傳統的屏障，集成公司的不同部門(mén)在未來(lái)是極為重要的。以太網(wǎng)將作為首選網(wǎng)絡(luò )標準在工廠(chǎng)自動(dòng)化中起到重要作用，那些依賴(lài)于特殊硬件的網(wǎng)絡(luò )會(huì )逐漸退出。除了目前為世界公司所采用的TCP/IP網(wǎng)絡(luò )以外，繼續研究通用通信網(wǎng)關(guān)之上和之外的協(xié)議層（應用層）的標準化方法，才會(huì )出現更好的網(wǎng)絡(luò )標準。
(2)  現場(chǎng)級集成自動(dòng)化 現場(chǎng)設備將能夠直接嵌入到網(wǎng)絡(luò )中，并且具有集成式的網(wǎng)絡(luò )互連部件，用戶(hù)可以在任何時(shí)間訪(fǎng)問(wèn)所需信息。另外，關(guān)于分布式智能的討論正趨于前沿，人們確信本地控制功能和對給定變量的處理能力將成為現場(chǎng)設備的特征?，F場(chǎng)設備將會(huì )對自身進(jìn)行診斷，出現錯誤時(shí)，能對系統提出詳細的狀態(tài)信息報告，并將出現標準程序。
(3)  過(guò)程與離散系統之間界限模糊 過(guò)程與離散系統的核心技術(shù)有驚人的相似之處，硬件部分通常包括相同的標準部件，如Intel微處理器?？刂葡到y的最大差別在于使用的軟件不同。為過(guò)程和離散應用提供自動(dòng)化系統的廠(chǎng)商開(kāi)始拓展其它的競爭領(lǐng)域，提供不同解決方案的供應商也在進(jìn)行跨學(xué)科的開(kāi)發(fā)。
4.2  基于網(wǎng)絡(luò )的一體化解決方案
不同總線(xiàn)的集成，異構數據庫、異構網(wǎng)絡(luò )的集成等，將是當前發(fā)展的主題。用戶(hù)對綜合自動(dòng)化系統的需求和企業(yè)信息化進(jìn)程的深入推進(jìn)，將需要企業(yè)信息化系統的完整的解決方案。目前自動(dòng)化廠(chǎng)商、集團公司也正進(jìn)行深入研究和采取各種措施來(lái)滿(mǎn)足這一需求，席卷全球的企業(yè)并購潮，將集中優(yōu)勢資源推動(dòng)這一進(jìn)程。
4.3  軟件占主導地位
現場(chǎng)測控設備、網(wǎng)絡(luò )設備等硬件的發(fā)展趨勢是通用化和標準化，基于相同硬件和不同軟件的設備的功能不同。將來(lái)構造一個(gè)系統的主要工作將是軟件的開(kāi)發(fā)和軟件系統的集成。對生產(chǎn)過(guò)程數據的挖掘和再利用，以達到企業(yè)優(yōu)化的目的，將是自動(dòng)化系統的重要發(fā)展方向，這些工作都是由軟件來(lái)實(shí)現的。
4.4  標準化是系統的生命
只有那些技術(shù)開(kāi)放、標準的系統才能在今后扮演決定性的角色，因特網(wǎng)的應用將在公司的全球化進(jìn)程中發(fā)揮支柱性作用，這是在世界范圍內推動(dòng)企業(yè)優(yōu)化的力量。尤其是當今芯片技術(shù)、微處理器技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)、軟件技術(shù)的飛速發(fā)展帶來(lái)了許多便利和機遇。但與此同時(shí)，當今的系統越做越大，越來(lái)越復雜，任何公司、集團都不能提供一個(gè)用戶(hù)要求的所有設備和服務(wù)，只有遵守共同的標準，研究的成果才有出路，才可能融入到大系統中去。尤其是我國在這一領(lǐng)域相對落后情況下，遵守標準顯得極其重要。
5  結語(yǔ)
企業(yè)增效是實(shí)現企業(yè)信息化的原動(dòng)力，企業(yè)信息化內容復雜、系統龐大、整體性強。只有針對企業(yè)的特點(diǎn)，在工廠(chǎng)建模、工廠(chǎng)維護、資產(chǎn)管理和優(yōu)化、高級控制等方面進(jìn)行深入研究，充分了解企業(yè)信息化技術(shù)發(fā)展趨勢，制定發(fā)展戰略，采用先進(jìn)、開(kāi)放、標準的技術(shù)和手段，在企業(yè)整體信息化的基礎上，實(shí)現設備和人力資源優(yōu)化，大力挖潛，降低企業(yè)的運營(yíng)成本，提高生產(chǎn)效率，提高工廠(chǎng)維護管理水平，才能在日趨激烈的競爭中立足和發(fā)展。尤其是我國剛剛加入WTO，企業(yè)的市場(chǎng)應變能力和客戶(hù)需求響應能力的提高是企業(yè)參與國際競爭的必要條件，而企業(yè)信息化是這一切的基礎。