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陳  虹，唐鴻儒，楊  鵬

1  企業信息化的目的
企業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，對基本需求品的需要在增加，能源、資源被消耗，這些問題的解決有賴于工業化的發展。現代工業的發展是當今許多國家繁榮的基礎，而工業界生產率的提高在此方面起著決定性作用。然而，要實現長期的繁榮和可持續發展，工業界必須采用新方法和新設備來改善生產過程的設計，提高產品質量，降低能源和原材料的單位消耗。對于這些，自動化技術的采用是成功的關鍵。為了使生產過程得到控制，需要更多有關生產過程的信息，使用這些信息可以對生產過程進行最佳控制，而更高程度的自動化將帶來資源的更大節約。并且，隨著自動化水平的提高，工業化批量生產滿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的運營效率。每個企業的業務都各有特點，它由許多生產過程組成，包括市場、設計、供應、制造、質量、銷售和批發，高效率的生產過程取決于無故障地獲取準確、及時、可靠的信息。在當今的商務活動中，信息是最寶貴的商品。管理、控制、運作和支配企業者，對信息的需求各不相同，但是他們一個共同的目標就是提高企業的生產率。
目的之三是在合適的時間提供合適的信息。信息技術首先意味著“采集數據”，這在現代化工業企業已經是最基本的一部分。但在很多企業中，數據來源于多個系統，各個系統的數據獨立，只有待這些數據相互聯系起來時，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、在適當的時間和適當的地點應用。只有數據沿著增值鏈接近全網絡化時，才能順利進行。增值鏈包括從定單接收、原材料物流、能源和原材料管理、生產控制和自動化到裝配、包裝、成品中間存儲和運輸各階段。
具體地講，企業信息化的目的就是：① 應用計算機技術、網絡技術、信息技術、智能技術和有關工藝技術，實現企業的經營決策、生產管理和過程控制信息的有機集成。② 通過應用軟件，實現經營管理科學化，生產計劃、生產調度、工藝操作和過程控制最優化。③ 確保安全生產，降低原材料和能源消耗，提高產量、質量和附加值，提高產品的適應能力，從而提高企業經濟效益和競爭能力。④ 提高對當前客戶的小批量、多要求、短工期等要求的響應能力。
2  企業信息化的內容
2.1  過程管理
生產過程管理包括生產過程監控和現場設備管理。生產過程監控包括對過程參數和狀態的監視，生產過程的控制和優化以及生產過程的遠程操作。
過程參數的監視包括通過流程圖、模擬圖、趨勢圖等方式對生產過程的狀態和參數進行描述和監視，并在此基礎上進行生產過程的診斷和優化等。生產過程的控制和優化是使用常規控制算法（如PID調節）及先進控制算法（如多變量控制、預測控制、智能控制等）對生產過程進行控制，并且采用神經網絡、遺傳算法等進行生產過程的優化控制和調度。生產過程遠程操作就是通過網絡異地監控生產過程。遠程操作的類型：一是針對生產過程的遠程操作。包括對生產過程現場運行參數和狀態的遠程瀏覽和監督，遠程操作生產過程設備，遠程調度生產過程，生產過程故障的遠程監視、診斷和處理，生產過程的遠程調試等。二是針對生產過程現場測控設備的遠程操作。包括遠程功能組態，遠程工作狀態監視、故障預測和故障診斷，遠程設備調試和工作參數整定等，這是屬于現場智能設備遠程維護管理方面的內容。
現場設備管理就是對完成生產過程測控功能的現場智能設備進行功能組態、故障診斷、故障預測、工作參數整定等工作，現場設備管理運用現場智能儀表所賦予的豐富的管理信息，直觀、全面地反映現場設備狀態，以便把傳統經驗型的、被動的維護管理模式，改變成主動的、可預測性的設備管理與維護模式。現場設備管理的目的是保證生產過程正常進行和避免非預計的事故停機。
2.2  生產和經營管理
生產管理包括生產進度安排、人員安排、原材料供應、原料和能源等的消耗統計、各產品生產時間統計、動態成本核算、倉庫管理和產品數據管理等。經營管理包括客戶管理、合同管理、定單管理、常規原料、元件采購競價咨詢、產品生產動態追蹤和生產信息的動態發布。基于網絡，企業可以通過網絡獲取定單，再把定單傳到最合適的工廠去生產。
3  企業信息化技術
3.1  企業信息網絡
目前的企業信息網絡一般通過現場控制網絡(Infranet)、企業內部網(Intranet)和Internet把分布于各局部現場、獨立完成特定功能的計算機互聯起來。它具有適應企業生產與經營的功能分布和地域分布的特點，可實現資源共享、協同工作、遠程監控、遠程管理的全分布式網絡系統。它是Internet技術、Web技術、數據庫技術、TCP/IP網絡通訊技術、瀏覽器技術發展的產物。圖1為基于Internet/Intranet/Infranet技術的企業信息網絡體系示意圖。
 

圖1  基于Internet/Intranet/Infranet的企業信息網絡圖

3.2  企業信息模型 

圖2  企業信息模型

企業信息模型可以用圖2所示的層次來表示，最上層是企業資源計劃(ERP)系統，實現企業的生產和經營管理。最下層是生產過程管理，由開放控制系統(OCS)實現生產現場的數據采集和控制，由過程監控軟件和現場設備管理系統實現生產過程的監督、優化、調度管理和現場設備的實時管理。制造執行系統MES(Manufacturing Execution System)是連接ERP和過程管理系統的中間層軟件，MES從過程管理層獲得大量數據，經分析、計算得出少量數據，供ERP使用，同時，又將從ERP發來的少量定單信息生成大量的供生產過程管理層所需的信息，并對生產過程進行優化。
3.3  現場智能設備
它是企業信息化的源頭和終端執行機構。當今生產現場設備大多是高技術產品。很多設備裝有微處理器，設備本身可進行計算。可預測的維護和服務信息被直接集成進這些設備中，它們可存儲幾百到上千條參數信息，包括大量的與生產過程相關的信息和與設備本身工作狀態有關的非過程數據，這些數據是規劃和運作一個企業或公司的真正基礎。
目前，市場針對現場測量設備的應用有兩個迫切要求：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通信協議；二是要關注系統中的現場設備的制造工藝。
衡量現場設備智能化的指標：是否能進行雙向數字通信；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數據進行修改。
3.4 現場控制網絡技術
高性能的總線技術使真正意義上的分布式控制結構成為可能。獨立自動化目標的實現造成功能分散，這些功能以前集中在可編程邏輯控制器內，現在將在自動化體系結構的較低層（如在基于現場總線的現場智能裝置中）執行。當前現場控制網絡的發展呈現下列態勢。
(1)  多種現場總線共存 當前有十幾種主要的現場總線在不同的領域得到了廣泛應用。不同總線的技術側重面不同，各有特色，各有相應的應用領域。且就目前各種現場總線技術來看，沒有哪種現場總線能夠完全適用于所有的應用領域。因此，多種總線共存的狀況將在一個很長的時間內共存。各個公司順應這一情況，相繼推出能夠讓多種現場總線協同工作的控制系統。多種現場總線集成起來協同完成工廠測控任務，是目前自動化系統供應商搶奪市場的重要策略，只有這樣才能適應目前現場測控設備多態性和用戶需求多樣性的需要，最大限度地保護用戶的利益。
(2)  多系統集成 由于技術發展的連續性和繼承性，同樣也是由于不同系統研發投資和市場利益的驅使，現場總線控制系統(FCS)的出現，不會使其它系統很快消失。作為產品形態的DCS、PLC等已經具有大量的應用基礎，加之其自身的全數字化、網絡化等的改進，它們必將繼續存在一段時間。多種系統集成將是FCS與傳統控制系統(如DCS、PLC等)的集成和各種現場總線控制系統之間的集成。集成主要體現在現場通信協議的兼容，不同系統數據的交換以及組態、監控、操作界面的統一。
3.5  MES
MES層是一種新型工業自動化層，它將生產和經營管理信息的處理與工業過程自動化系統連接起來，這是邁向綜合自動化道路上的決定性一步。用戶訂單通過不同介質(如紙、電話、因特網)到達業務層。MES從收到的少量訂單相關信息中，自動產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還具有一項至關重要的任務，即對生產進行總體優化。另一方面，MES層根據從過程捕獲的大量信息計算出少量的信息，這些信息對有關生產、產品的狀態和質量是很重要的。因而，MES是電子商務必不可少的基礎。
電子商務意味著用戶可在因特網上訂購產品。用戶期望收到與其特定要求相符的產品，這些產品被批量生產（定制的批量產品)，并以正常市價出售。很顯然，只有當制造商的生產能夠針對用戶要求作出足夠靈活的反應時，才能將用戶要求自動轉換成相應產品。沒有MES層的鏈接和優化功能，這一目標無法實現。
3.6  ERP
有關ERP的具體內容，不再贅述。
當前時髦用語“e-制造”和“企業優化”將成為評估未來公司業務的一種標準，把生產過程整合到公司的營銷過程中去，將消除不同部門的障礙，進而使它們之間高度融合。這一過程以集成理論為核心，今后的自動化工程將依靠這種整合，把生產過程直接與銷售過程相連接，以迅速、高效地響應客戶的需求。
自動化的結果將使企業按照定單能夠靈活地處理全球范圍內的生產計劃和銷售渠道，從而獲得利潤。典型的例子就是通過因特網獲得定單并驗證它的有效性，隨后再通過因特網把這份定單傳到最適宜生產的工廠去。客戶可通過因特網隨時檢查定單的生產情況，從而可以對配送計劃中的變化作出迅速反應。生產出來的產品通過速遞公司進行配送。顧客信息隨后被存入客戶關系管理(CRM)系統，以便用于今后的營銷活動。
3.7  遠程操作技術
遠程操縱生產過程技術一直是自動化技術的重要研究內容。實現遠程監視、遠程控制、遠程設備故障診斷、遠程調試、遠程管理等，不但可以提高企業自動化水平，提高企業生產設備的維護管理水平，實現無人值守，而且可以為企業合理配置人力資源奠定基礎。基于網絡，一個具有某種特長的專業技術人員可以同時服務于一個企業內部的若干個崗位，也可以被全球范圍內的若干個企業雇傭，而無論他居住在何處。基于網絡，當設備發生故障時，能夠集中世界范圍內的研究機構、專家、設備制造廠家對故障設備進行在線遠程診斷，而不受地域的限制。基于網絡，在調試生產過程時，可以聘請全球的此領域一流的專家協同分析生產過程狀況，給出調試指導，以使生產過程處于最佳狀態。這種可以改變企業生產運營方式的技術正日益沖擊著人們傳統的思維方式并逐步走向實用。然而要實現遠程操作，必須解決下述問題帶來的不利影響：① 網絡傳輸存在不確定性，有可能丟失某些關鍵的信息。② 網絡傳輸存在延時。③ 網絡存在許多不安全因素。
4  企業信息化的趨勢
4.1 現場監控層
(1)  異構系統通信不再有障礙 在任何時間，世界任何一個角落的過程信息都觸手可及，這是企業信息化追求的目標。從工廠自動化的角度看，其未來發展會越來越透明，將產生大量的知識財富。在通信上打破傳統的屏障，集成公司的不同部門在未來是極為重要的。以太網將作為首選網絡標準在工廠自動化中起到重要作用，那些依賴于特殊硬件的網絡會逐漸退出。除了目前為世界公司所采用的TCP/IP網絡以外，繼續研究通用通信網關之上和之外的協議層（應用層）的標準化方法，才會出現更好的網絡標準。
(2)  現場級集成自動化 現場設備將能夠直接嵌入到網絡中，并且具有集成式的網絡互連部件，用戶可以在任何時間訪問所需信息。另外，關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設備的特征。現場設備將會對自身進行診斷，出現錯誤時，能對系統提出詳細的狀態信息報告，并將出現標準程序。
(3)  過程與離散系統之間界限模糊 過程與離散系統的核心技術有驚人的相似之處，硬件部分通常包括相同的標準部件，如Intel微處理器。控制系統的最大差別在于使用的軟件不同。為過程和離散應用提供自動化系統的廠商開始拓展其它的競爭領域，提供不同解決方案的供應商也在進行跨學科的開發。
4.2  基于網絡的一體化解決方案
不同總線的集成，異構數據庫、異構網絡的集成等，將是當前發展的主題。用戶對綜合自動化系統的需求和企業信息化進程的深入推進，將需要企業信息化系統的完整的解決方案。目前自動化廠商、集團公司也正進行深入研究和采取各種措施來滿足這一需求，席卷全球的企業并購潮，將集中優勢資源推動這一進程。
4.3  軟件占主導地位
現場測控設備、網絡設備等硬件的發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。將來構造一個系統的主要工作將是軟件的開發和軟件系統的集成。對生產過程數據的挖掘和再利用，以達到企業優化的目的，將是自動化系統的重要發展方向，這些工作都是由軟件來實現的。
4.4  標準化是系統的生命
只有那些技術開放、標準的系統才能在今后扮演決定性的角色，因特網的應用將在公司的全球化進程中發揮支柱性作用，這是在世界范圍內推動企業優化的力量。尤其是當今芯片技術、微處理器技術、計算機技術、通信技術、軟件技術的飛速發展帶來了許多便利和機遇。但與此同時，當今的系統越做越大，越來越復雜，任何公司、集團都不能提供一個用戶要求的所有設備和服務，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域相對落后情況下，遵守標準顯得極其重要。
5  結語
企業增效是實現企業信息化的原動力，企業信息化內容復雜、系統龐大、整體性強。只有針對企業的特點，在工廠建模、工廠維護、資產管理和優化、高級控制等方面進行深入研究，充分了解企業信息化技術發展趨勢，制定發展戰略，采用先進、開放、標準的技術和手段，在企業整體信息化的基礎上，實現設備和人力資源優化，大力挖潛，降低企業的運營成本，提高生產效率，提高工廠維護管理水平，才能在日趨激烈的競爭中立足和發展。尤其是我國剛剛加入WTO，企業的市場應變能力和客戶需求響應能力的提高是企業參與國際競爭的必要條件，而企業信息化是這一切的基礎。