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2.3　工業(yè)企業(yè)信息化集成系統(tǒng)內(nèi)涵

具體到工業(yè)企業(yè)之中，企業(yè)信息化集成系統(tǒng)是通過計算機硬件、軟件，并綜合運用現(xiàn)代管理技術、制造技術、信息技術、自動化技術、系統(tǒng)工程技術，將企業(yè)生產(chǎn)全過程中有關人、物資、技術和經(jīng)營管理三要素及其信息流、物料流與資金流有機地集成并優(yōu)化運行的一個復雜大系統(tǒng)。其核心是集成基礎設施／集成平臺，為企業(yè)提供基礎的信息集成、應用集成、過程集成和商業(yè)集成服務。通過這些集成服務，企業(yè)不同單元的技術和系統(tǒng)協(xié)同運行，形成集成化的企業(yè)信息化系統(tǒng)，支持企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)和管理等業(yè)務活動的高效運行，實現(xiàn)人／組織、技術、資源和經(jīng)營管理等企業(yè)要素的集成（如圖2所示）。

工業(yè)企業(yè)信息化集成系統(tǒng)對信息的集成以生產(chǎn)和制造過程緊密相關的底層信息為基礎，圍繞企業(yè)核心業(yè)務進行，它是系統(tǒng)的基礎與根基，這與“工業(yè)4.0”的理念一致。

信息化集成系統(tǒng)分為兩大部分：控制系統(tǒng)（或稱控制制造系統(tǒng)）與企業(yè)系統(tǒng)（或稱企業(yè)信息化系統(tǒng)）。信息化集成系統(tǒng)則是這兩大部分的綜合與集成。

圖2 信息化集成系統(tǒng)實現(xiàn)人／組織、技術、資源和經(jīng)營管理等集成

2.3.1　控制（制造）系統(tǒng)

工業(yè)生產(chǎn)在其發(fā)展過程中，始終與信息技術的發(fā)展相伴隨。每一次工業(yè)革命也都伴隨一次信息技術進步。工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)設備與設施、被自動控制系統(tǒng)控制實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，構成了工業(yè)最基礎的工業(yè)制造過程。同時整個工業(yè)生產(chǎn)的科學組織、調度指揮和經(jīng)營管理也逐步由計算機信息化系統(tǒng)實現(xiàn)。工業(yè)自動化與企業(yè)信息化推動著工業(yè)現(xiàn)代化。

從自動控制系統(tǒng)應用的角度來看，工業(yè)可分為兩大類：一大類是制造業(yè)，如飛機、汽車等制造工業(yè)。另一大類是過程工業(yè)，如石油、化工等。

制造業(yè)主要是將各類材料，通過生產(chǎn)加工線、加工成為一個個零件，零件又裝配成為部件，部件在裝配線上被裝配成機器設備。制造業(yè)的自動控制系統(tǒng)，要求系統(tǒng)能夠自動控制機械制造過程、自動控制機械裝配過程；要求嚴格控制零件的各種參數(shù)達到一定精度；要求裝配好的整機達到設計指標。這些要求通過各類數(shù)控機床、各類自動裝配線組成的系統(tǒng)來實現(xiàn)。制造業(yè)的制造過程是一個離散過程，零件一個個加工出來，部件一個個組裝起來，機器一臺臺裝配成功，與此相應的自動控制系統(tǒng)主要解決對這些非連續(xù)對象的控制，稱為離散控制。一般離散控制采用PLC控制系統(tǒng)。

另一大類是過程工業(yè)也稱為流程工業(yè)，它是將原料經(jīng)管道輸送并通過物料處理裝置變?yōu)楫a(chǎn)品的工業(yè)過程，或是介質在流動過程中轉化能量生產(chǎn)出能源的工業(yè)過程。要保證這些工業(yè)過程的正常運行，安全穩(wěn)定、源源不斷地生產(chǎn)出合格產(chǎn)品，必須對整個流程進行自動控制，此類系統(tǒng)稱作過程控制系統(tǒng)。過程控制系統(tǒng)進行的是對連續(xù)量的控制，稱為連續(xù)控制，連續(xù)控制采用DCS分散型控制系統(tǒng)。

實際的工業(yè)應用，并不是制造業(yè)和過程工業(yè)嚴格分開，許多工業(yè)企業(yè)里，甚至同一條生產(chǎn)線上，都可能包含了兩種類型的工業(yè)控制，涉及了DCS和PLC兩類系統(tǒng)。工廠里的生產(chǎn)控制系統(tǒng)的層次模型，稱為普渡模型，如圖3所示。

圖3 工廠生產(chǎn)控制系統(tǒng)層次模型

工業(yè)企業(yè)控制系統(tǒng)是對企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的控制，現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)制造產(chǎn)品的過程完全是在控制系統(tǒng)控制下實現(xiàn)高效、高質量和智能化。從這個意義上講，工業(yè)企業(yè)控制（制造）系統(tǒng)是現(xiàn)代工業(yè)的最基礎系統(tǒng)。研究工業(yè)信息化集成系統(tǒng)的系統(tǒng)集成技術，應將生產(chǎn)自動化系統(tǒng)中的系統(tǒng)集成技術作為基礎來研究。

工業(yè)控制系統(tǒng)（以連續(xù)控制系統(tǒng)為例）主要分為兩個層次：現(xiàn)場設備（生產(chǎn)單元）層；自動化系統(tǒng)控制層。現(xiàn)場設備層主要有各類傳感器、變送器、執(zhí)行器、促動器（actuator），它們采集工業(yè)現(xiàn)場各類與生產(chǎn)息息相關的信息傳送到控制系統(tǒng)，同時現(xiàn)場的執(zhí)行器、促動器按照來自控制系統(tǒng)的指令推動閥門、開關和驅動設備。

自動化系統(tǒng)控制層主要是由對工業(yè)生產(chǎn)過程中各類工藝參數(shù)進行控制的控制器、工業(yè)控制網(wǎng)絡以及操作員站、控制層數(shù)據(jù)服務器與生產(chǎn)應用服務器等組成。

在制造業(yè)自動控制中所涉及的被控參數(shù)主要是機械量和運動量，主要有轉速、線速度、加速度、位移量、長度、角度、力、力矩以及相關的電壓、電流、電功率、各種電參數(shù)等。制造業(yè)自動控制系統(tǒng)主要控制那些運動的驅動設備：電機、線性電機、液壓馬達、液壓油缸、氣動馬達、氣動缸等及其運動轉換裝置。主要的監(jiān)控點是開關量、數(shù)字輸入和數(shù)字輸出量。

過程控制的特點是必須嚴格控制原料在被處理過程中的過程參數(shù)也稱為工藝參數(shù)，只有工藝參數(shù)保證了，才能使工業(yè)過程源源不斷地生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。過程工業(yè)的工藝參數(shù)主要有所謂四大參數(shù)：溫度、壓力、流量和物位（液位）。不同的工業(yè)過程也還有其他不同的工藝參數(shù)。這些工藝參數(shù)大都是連續(xù)變化的，稱為模擬量，例如，溫度變化。對于模擬量的控制，從控制原理講，它與對離散量的控制有根本的不同，因此過程工業(yè)自動控制系統(tǒng)是以連續(xù)量控制為主的系統(tǒng)。

工業(yè)自動控制系統(tǒng)在實際運行時，必須具備特定的品質指標，通俗講，自動控制系統(tǒng)必須是穩(wěn)定的，必須穩(wěn)定地達到控制的要求值（系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)值），而且必須快速地達到這一要求值，即所謂穩(wěn)、準、快的要求。

工業(yè)控制系統(tǒng)的品質決定著工業(yè)產(chǎn)品的品質，工業(yè)控制系統(tǒng)是工業(yè)制造的靈魂。

工業(yè)控制（制造）系統(tǒng)隨著新工業(yè)革命的到來，必將適應智能產(chǎn)品的要求，適應智能生產(chǎn)線的需要，會發(fā)生巨大的進步與變化。

在工業(yè)革命4.0時代，基本問題依舊如上所述，但是，互聯(lián)網(wǎng)會直接深入到工業(yè)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場設備層，物聯(lián)網(wǎng)技術改變了傳統(tǒng)工業(yè)控制系統(tǒng)的結構與模式。工業(yè)4.0CPS系統(tǒng)可以直接將現(xiàn)場設備與工業(yè)管理決策層縱向集成起來，為智能制造的實現(xiàn)奠定了堅實基礎。

2.3.2　企業(yè)（信息化）系統(tǒng)

工業(yè)企業(yè)信息化集成系統(tǒng)的上層是企業(yè)（信息化）系統(tǒng)。從企業(yè)業(yè)務運行角度來分析，企業(yè)系統(tǒng)由管理分系統(tǒng)、工程設計分系統(tǒng)、制造分系統(tǒng)、質量保證分系統(tǒng)以及基礎支撐設施分系統(tǒng)5個部分組成，如圖4所示。

圖4 企業(yè)系統(tǒng)的組成：五個分系統(tǒng)的協(xié)同運行

管理分系統(tǒng)：包括市場預測、經(jīng)營決策、生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)技術準備、銷售、供應、財務、成本、設備、工具和人力資源等管理功能。工程設計分系統(tǒng)：工程設計分系統(tǒng)進行產(chǎn)品設計和分析，工程設計自動化分系統(tǒng)通常包括產(chǎn)品設計、性能分析、工藝設計、裝配規(guī)劃、設計文檔管理等功能。制造分系統(tǒng)：制造分系統(tǒng)由數(shù)控機床、加工中心、清洗機、測量機、運輸小車、立體倉庫、多級分布式控制（管理）等制造設備及相應支持資源組成。質量保證分系統(tǒng)：質量保證分系統(tǒng)包括質量決策、質量檢測與數(shù)據(jù)采集、質量評價、控制與跟蹤等功能。質量保證分系統(tǒng)對從產(chǎn)品設計、制造、檢測到后勤服務的整個過程的質量進行監(jiān)控，以達到產(chǎn)品的高質量、低成本、提高企業(yè)競爭力的目的。基礎支撐設施分系統(tǒng)：基礎支撐設施分系統(tǒng)是支持企業(yè)各個分系統(tǒng)運行的基礎環(huán)境。包括基本的廠房、通訊基礎設施、能源供應設施等。

企業(yè)信息化是指企業(yè)在生產(chǎn)和經(jīng)營、管理和決策、研究和開發(fā)、市場和銷售等各方面全面應用信息技術，建設信息網(wǎng)絡與信息系統(tǒng)，通過對信息和知識資源的高效開發(fā)與利用，調整或重組企業(yè)組織結構與業(yè)務模式，服務企業(yè)發(fā)展目標，提高企業(yè)競爭力。企業(yè)信息化系統(tǒng)是支持企業(yè)經(jīng)營管理大目標實現(xiàn)的各類計算機應用系統(tǒng)。企業(yè)信息化涉及到企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、服務、決策管理等多個業(yè)務環(huán)節(jié)和多項支持技術。同時，不同企業(yè)的專業(yè)特點和管理成熟度也直接影響企業(yè)信息化系統(tǒng)的實施和應用工作。企業(yè)信息化系統(tǒng)可以歸納為入口、商業(yè)決策、運作管理、產(chǎn)品研制、生產(chǎn)控制、商務協(xié)作和集成平臺幾個層次。每一個層次包含有若干個信息系統(tǒng)，這些信息系統(tǒng)分別滿足企業(yè)業(yè)務不同方面的需要。同時，它們之間又存在內(nèi)在的聯(lián)系。

企業(yè)入口層：提供企業(yè)信息化應用系統(tǒng)的統(tǒng)一訪問入口；業(yè)務決策層：包括業(yè)務智能和決策分析系統(tǒng)。主要目的是采用大數(shù)據(jù)、云計算，通過數(shù)據(jù)挖掘、OLAP在線分析等手段，對下層應用系統(tǒng)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行綜合分析，在決策支持系統(tǒng)的輔助下，為企業(yè)決策和戰(zhàn)略管理提供技術手段和科學依據(jù)；運作管理層：主要包括ERP/SCM/CRM。管理企業(yè)內(nèi)外供應鏈及物流，以及管理計劃控制、客戶關系管理，為企業(yè)業(yè)務運作提供支持；產(chǎn)品研制層：包括CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM等系統(tǒng)，提供覆蓋產(chǎn)品生命周期的設計和制造技術，為企業(yè)其它業(yè)務系統(tǒng)提供基礎支持；生產(chǎn)控制層：包括MES和PCS系統(tǒng)，實現(xiàn)對制造設備、底層數(shù)據(jù)采集設備、控制設備的管理以及車間級的生產(chǎn)計劃與執(zhí)行過程控制；商務協(xié)作層：提供協(xié)同業(yè)務工作平臺，支持企業(yè)內(nèi)部（各個相關業(yè)務單元之間、企業(yè)各個分支機構之間）和企業(yè)間（企業(yè)與供應商、企業(yè)與客戶、企業(yè)與協(xié)同設計開發(fā)商之間）業(yè)務的協(xié)同工作。

經(jīng)過多年的發(fā)展，國內(nèi)許多公司開發(fā)了很多企業(yè)應用的單元軟件產(chǎn)品，信息化集成平臺為這些單元應用軟件系統(tǒng)的集成提供基礎支持功能，通過提供相應的標準化、規(guī)范化的集成組件，實現(xiàn)應用軟件系統(tǒng)互連的目標，并在企業(yè)進行信息化集成系統(tǒng)的應用實施。

企業(yè)信息化集成系統(tǒng)是將企業(yè)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)集成起來的大系統(tǒng)。這里關鍵在于集成。一方面，是將生產(chǎn)系統(tǒng)、企業(yè)系統(tǒng)中分散、異構的部件聯(lián)合在一起形成一個協(xié)同的整體，從而實現(xiàn)更強大的功能，完成各個部分獨自不能完成的任務：另一方面通過接口將全系統(tǒng)的各子系統(tǒng)集成在一起實現(xiàn)綜合、協(xié)同功能實現(xiàn)總體最優(yōu)的目的。這樣的集成是將控制系統(tǒng)的各層與企業(yè)系統(tǒng)的各層完全上下貫通，同時又將同一層次的各子系統(tǒng)信息橫向集成起來構成完整的信息化集成系統(tǒng)。在新的工業(yè)革命時代，信息化集成系統(tǒng)在互聯(lián)網(wǎng)的支持下，實現(xiàn)將工業(yè)控制（制造）系統(tǒng)與企業(yè)（信息化）的信息集成，實現(xiàn)智能工廠與智能生產(chǎn)，真正達到兩化融合的目標。

作者簡介：

魏曉東， 1967年畢業(yè)于天津大學精儀系。1984~1991任安徽工業(yè)大學自動化系副教授。1991出版《分散型控制系統(tǒng)》（上海科技文獻出版社）。2000~2012任北京和利時系統(tǒng)工程公司副總工、事業(yè)部總設計師，北京地鐵13號線、深圳地鐵一期工程、廣州地鐵3號線綜合監(jiān)控系統(tǒng)工程技術總負責人。2006、2010年出版《城市軌道交通自動化系統(tǒng)與技術》初版與第二版（電自工業(yè)出版社）；2010年主編國家標準《城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)工程設計規(guī)范》（GB50636-2010）《城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)施工與質量驗收規(guī)范》（GB /T50732-2011） ； 2010年主編關于兩化融合的國家標準《工業(yè)企業(yè)信息化集成系統(tǒng)規(guī)范》（GB/T26335-2010）。2013至今任清華同方數(shù)字城市工程中心技術專家，住建部城市軌道交通標注技術網(wǎng)Eu委員會委員，全國自動化系統(tǒng)與集成標準技術委員會委員。

摘自《自動化博覽》2017年2月刊