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2.3　工業企業信息化集成系統內涵

具體到工業企業之中，企業信息化集成系統是通過計算機硬件、軟件，并綜合運用現代管理技術、制造技術、信息技術、自動化技術、系統工程技術，將企業生產全過程中有關人、物資、技術和經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化運行的一個復雜大系統。其核心是集成基礎設施／集成平臺，為企業提供基礎的信息集成、應用集成、過程集成和商業集成服務。通過這些集成服務，企業不同單元的技術和系統協同運行，形成集成化的企業信息化系統，支持企業研發、生產和管理等業務活動的高效運行，實現人／組織、技術、資源和經營管理等企業要素的集成（如圖2所示）。

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

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

圖2 信息化集成系統實現人／組織、技術、資源和經營管理等集成

2.3.1　控制（制造）系統

工業生產在其發展過程中，始終與信息技術的發展相伴隨。每一次工業革命也都伴隨一次信息技術進步。工業現場生產設備與設施、被自動控制系統控制實現自動化生產，構成了工業最基礎的工業制造過程。同時整個工業生產的科學組織、調度指揮和經營管理也逐步由計算機信息化系統實現。工業自動化與企業信息化推動著工業現代化。

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

制造業主要是將各類材料，通過生產加工線、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。制造業的自動控制系統，要求系統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控機床、各類自動裝配線組成的系統來實現。制造業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主要解決對這些非連續對象的控制，稱為離散控制。一般離散控制采用PLC控制系統。

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

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

圖3 工廠生產控制系統層次模型

工業企業控制系統是對企業生產系統的控制，現代工業企業制造產品的過程完全是在控制系統控制下實現高效、高質量和智能化。從這個意義上講，工業企業控制（制造）系統是現代工業的最基礎系統。研究工業信息化集成系統的系統集成技術，應將生產自動化系統中的系統集成技術作為基礎來研究。

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

自動化系統控制層主要是由對工業生產過程中各類工藝參數進行控制的控制器、工業控制網絡以及操作員站、控制層數據服務器與生產應用服務器等組成。

在制造業自動控制中所涉及的被控參數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、各種電參數等。制造業自動控制系統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。主要的監控點是開關量、數字輸入和數字輸出量。

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也稱為工藝參數，只有工藝參數保證了，才能使工業過程源源不斷地生產出合格的產品。過程工業的工藝參數主要有所謂四大參數：溫度、壓力、流量和物位（液位）。不同的工業過程也還有其他不同的工藝參數。這些工藝參數大都是連續變化的，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，因此過程工業自動控制系統是以連續量控制為主的系統。

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

工業控制系統的品質決定著工業產品的品質，工業控制系統是工業制造的靈魂。

工業控制（制造）系統隨著新工業革命的到來，必將適應智能產品的要求，適應智能生產線的需要，會發生巨大的進步與變化。

在工業革命4.0時代，基本問題依舊如上所述，但是，互聯網會直接深入到工業控制系統的現場設備層，物聯網技術改變了傳統工業控制系統的結構與模式。工業4.0CPS系統可以直接將現場設備與工業管理決策層縱向集成起來，為智能制造的實現奠定了堅實基礎。

2.3.2　企業（信息化）系統

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

圖4 企業系統的組成：五個分系統的協同運行

管理分系統：包括市場預測、經營決策、生產計劃、生產技術準備、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：工程設計分系統進行產品設計和分析，工程設計自動化分系統通常包括產品設計、性能分析、工藝設計、裝配規劃、設計文檔管理等功能。制造分系統：制造分系統由數控機床、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：質量保證分系統包括質量決策、質量檢測與數據采集、質量評價、控制與跟蹤等功能。質量保證分系統對從產品設計、制造、檢測到后勤服務的整個過程的質量進行監控，以達到產品的高質量、低成本、提高企業競爭力的目的。基礎支撐設施分系統：基礎支撐設施分系統是支持企業各個分系統運行的基礎環境。包括基本的廠房、通訊基礎設施、能源供應設施等。

企業信息化是指企業在生產和經營、管理和決策、研究和開發、市場和銷售等各方面全面應用信息技術，建設信息網絡與信息系統，通過對信息和知識資源的高效開發與利用，調整或重組企業組織結構與業務模式，服務企業發展目標，提高企業競爭力。企業信息化系統是支持企業經營管理大目標實現的各類計算機應用系統。企業信息化涉及到企業研發、生產、銷售、服務、決策管理等多個業務環節和多項支持技術。同時，不同企業的專業特點和管理成熟度也直接影響企業信息化系統的實施和應用工作。企業信息化系統可以歸納為入口、商業決策、運作管理、產品研制、生產控制、商務協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，這些信息系統分別滿足企業業務不同方面的需要。同時，它們之間又存在內在的聯系。

企業入口層：提供企業信息化應用系統的統一訪問入口；業務決策層：包括業務智能和決策分析系統。主要目的是采用大數據、云計算，通過數據挖掘、OLAP在線分析等手段，對下層應用系統所產生的數據進行綜合分析，在決策支持系統的輔助下，為企業決策和戰略管理提供技術手段和科學依據；運作管理層：主要包括ERP/SCM/CRM。管理企業內外供應鏈及物流，以及管理計劃控制、客戶關系管理，為企業業務運作提供支持；產品研制層：包括CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM等系統，提供覆蓋產品生命周期的設計和制造技術，為企業其它業務系統提供基礎支持；生產控制層：包括MES和PCS系統，實現對制造設備、底層數據采集設備、控制設備的管理以及車間級的生產計劃與執行過程控制；商務協作層：提供協同業務工作平臺，支持企業內部（各個相關業務單元之間、企業各個分支機構之間）和企業間（企業與供應商、企業與客戶、企業與協同設計開發商之間）業務的協同工作。

經過多年的發展，國內許多公司開發了很多企業應用的單元軟件產品，信息化集成平臺為這些單元應用軟件系統的集成提供基礎支持功能，通過提供相應的標準化、規范化的集成組件，實現應用軟件系統互連的目標，并在企業進行信息化集成系統的應用實施。

企業信息化集成系統是將企業系統與控制系統集成起來的大系統。這里關鍵在于集成。一方面，是將生產系統、企業系統中分散、異構的部件聯合在一起形成一個協同的整體，從而實現更強大的功能，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的各子系統集成在一起實現綜合、協同功能實現總體最優的目的。這樣的集成是將控制系統的各層與企業系統的各層完全上下貫通，同時又將同一層次的各子系統信息橫向集成起來構成完整的信息化集成系統。在新的工業革命時代，信息化集成系統在互聯網的支持下，實現將工業控制（制造）系統與企業（信息化）的信息集成，實現智能工廠與智能生產，真正達到兩化融合的目標。

作者簡介：

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

摘自《自動化博覽》2017年2月刊