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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，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(yè)化的發(fā)展。現(xiàn)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決定性作用。然而，要實現(xiàn)長期的繁榮和可持續(xù)發(fā)展，工業(yè)界必須采用新方法和新設備來改善生產(chǎn)過程的設計，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，自動化技術的采用是成功的關鍵。為了使生產(chǎn)過程得到控制，需要更多有關生產(chǎn)過程的信息，使用這些信息可以對生產(chǎn)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(jié)約。并且，隨著自動化水平的提高，工業(yè)化批量生產(chǎn)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(yè)的運營效率。每個企業(yè)的業(yè)務都各有特點，它由許多生產(chǎn)過程組成，包括市場、設計、供應、制造、質(zhì)量、銷售和批發(fā)，高效率的生產(chǎn)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(yè)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(yè)的生產(chǎn)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(shù)據(jù)”，這在現(xiàn)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(shù)據(jù)來源于多個系統(tǒng)，各個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)獨立，只有待這些數(shù)據(jù)相互聯(lián)系起來時，才能顯示出數(shù)據(jù)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(zhàn)是使信息以適當?shù)慕Y構、對適當?shù)娜恕⒃谶m當?shù)臅r間和適當?shù)牡攸c應用。只有數(shù)據(jù)沿著增值鏈接近全網(wǎng)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(chǎn)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(yè)信息化的目的就是：① 應用計算機技術、網(wǎng)絡技術、信息技術、智能技術和有關工藝技術，實現(xiàn)企業(yè)的經(jīng)營決策、生產(chǎn)管理和過程控制信息的有機集成。② 通過應用軟件，實現(xiàn)經(jīng)營管理科學化，生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)調(diào)度、工藝操作和過程控制最優(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(nèi)容
2.1  過程管理
生產(chǎn)過程管理包括生產(chǎn)過程監(jiān)控和現(xiàn)場設備管理。生產(chǎn)過程監(jiān)控包括對過程參數(shù)和狀態(tài)的監(jiān)視，生產(chǎn)過程的控制和優(yōu)化以及生產(chǎn)過程的遠程操作。
過程參數(shù)的監(jiān)視包括通過流程圖、模擬圖、趨勢圖等方式對生產(chǎn)過程的狀態(tài)和參數(shù)進行描述和監(jiān)視，并在此基礎上進行生產(chǎn)過程的診斷和優(yōu)化等。生產(chǎn)過程的控制和優(yōu)化是使用常規(guī)控制算法（如PID調(diào)節(jié)）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(chǎn)過程進行控制，并且采用神經(jīng)網(wǎng)絡、遺傳算法等進行生產(chǎn)過程的優(yōu)化控制和調(diào)度。生產(chǎn)過程遠程操作就是通過網(wǎng)絡異地監(jiān)控生產(chǎn)過程。遠程操作的類型：一是針對生產(chǎn)過程的遠程操作。包括對生產(chǎn)過程現(xiàn)場運行參數(shù)和狀態(tài)的遠程瀏覽和監(jiān)督，遠程操作生產(chǎn)過程設備，遠程調(diào)度生產(chǎn)過程，生產(chǎn)過程故障的遠程監(jiān)視、診斷和處理，生產(chǎn)過程的遠程調(diào)試等。二是針對生產(chǎn)過程現(xiàn)場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(jiān)視、故障預測和故障診斷，遠程設備調(diào)試和工作參數(shù)整定等，這是屬于現(xiàn)場智能設備遠程維護管理方面的內(nèi)容。
現(xiàn)場設備管理就是對完成生產(chǎn)過程測控功能的現(xiàn)場智能設備進行功能組態(tài)、故障診斷、故障預測、工作參數(shù)整定等工作，現(xiàn)場設備管理運用現(xiàn)場智能儀表所賦予的豐富的管理信息，直觀、全面地反映現(xiàn)場設備狀態(tài)，以便把傳統(tǒng)經(jīng)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(xiàn)場設備管理的目的是保證生產(chǎn)過程正常進行和避免非預計的事故停機。
2.2  生產(chǎn)和經(jīng)營管理
生產(chǎn)管理包括生產(chǎn)進度安排、人員安排、原材料供應、原料和能源等的消耗統(tǒng)計、各產(chǎn)品生產(chǎn)時間統(tǒng)計、動態(tài)成本核算、倉庫管理和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等。經(jīng)營管理包括客戶管理、合同管理、定單管理、常規(guī)原料、元件采購競價咨詢、產(chǎn)品生產(chǎn)動態(tài)追蹤和生產(chǎn)信息的動態(tài)發(fā)布。基于網(wǎng)絡，企業(yè)可以通過網(wǎng)絡獲取定單，再把定單傳到最合適的工廠去生產(chǎn)。
3  企業(yè)信息化技術
3.1  企業(yè)信息網(wǎng)絡
目前的企業(yè)信息網(wǎng)絡一般通過現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(Infranet)、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)(Intranet)和Internet把分布于各局部現(xiàn)場、獨立完成特定功能的計算機互聯(lián)起來。它具有適應企業(yè)生產(chǎn)與經(jīng)營的功能分布和地域分布的特點，可實現(xiàn)資源共享、協(xié)同工作、遠程監(jiān)控、遠程管理的全分布式網(wǎng)絡系統(tǒng)。它是Internet技術、Web技術、數(shù)據(jù)庫技術、TCP/IP網(wǎng)絡通訊技術、瀏覽器技術發(fā)展的產(chǎn)物。圖1為基于Internet/Intranet/Infranet技術的企業(yè)信息網(wǎng)絡體系示意圖。
 

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

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所示的層次來表示，最上層是企業(yè)資源計劃(ERP)系統(tǒng)，實現(xiàn)企業(yè)的生產(chǎn)和經(jīng)營管理。最下層是生產(chǎn)過程管理，由開放控制系統(tǒng)(OCS)實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集和控制，由過程監(jiān)控軟件和現(xiàn)場設備管理系統(tǒng)實現(xiàn)生產(chǎn)過程的監(jiān)督、優(yōu)化、調(diào)度管理和現(xiàn)場設備的實時管理。制造執(zhí)行系統(tǒng)MES(Manufacturing Execution System)是連接ERP和過程管理系統(tǒng)的中間層軟件，MES從過程管理層獲得大量數(shù)據(jù)，經(jīng)分析、計算得出少量數(shù)據(jù)，供ERP使用，同時，又將從ERP發(fā)來的少量定單信息生成大量的供生產(chǎn)過程管理層所需的信息，并對生產(chǎn)過程進行優(yōu)化。
3.3  現(xiàn)場智能設備
它是企業(yè)信息化的源頭和終端執(zhí)行機構。當今生產(chǎn)現(xiàn)場設備大多是高技術產(chǎn)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(shù)信息，包括大量的與生產(chǎn)過程相關的信息和與設備本身工作狀態(tài)有關的非過程數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是規(guī)劃和運作一個企業(yè)或公司的真正基礎。
目前，市場針對現(xiàn)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(xié)議；二是要關注系統(tǒng)中的現(xiàn)場設備的制造工藝。
衡量現(xiàn)場設備智能化的指標：是否能進行雙向數(shù)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(shù)據(jù)庫；是否能遠方對設備的組態(tài)數(shù)據(jù)進行修改。
3.4 現(xiàn)場控制網(wǎng)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(xiàn)造成功能分散，這些功能以前集中在可編程邏輯控制器內(nèi)，現(xiàn)在將在自動化體系結構的較低層（如在基于現(xiàn)場總線的現(xiàn)場智能裝置中）執(zhí)行。當前現(xiàn)場控制網(wǎng)絡的發(fā)展呈現(xiàn)下列態(tài)勢。
(1)  多種現(xiàn)場總線共存 當前有十幾種主要的現(xiàn)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(xiàn)場總線技術來看，沒有哪種現(xiàn)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(nèi)共存。各個公司順應這一情況，相繼推出能夠讓多種現(xiàn)場總線協(xié)同工作的控制系統(tǒng)。多種現(xiàn)場總線集成起來協(xié)同完成工廠測控任務，是目前自動化系統(tǒng)供應商搶奪市場的重要策略，只有這樣才能適應目前現(xiàn)場測控設備多態(tài)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(tǒng)集成 由于技術發(fā)展的連續(xù)性和繼承性，同樣也是由于不同系統(tǒng)研發(fā)投資和市場利益的驅(qū)使，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)的出現(xiàn)，不會使其它系統(tǒng)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(shù)字化、網(wǎng)絡化等的改進，它們必將繼續(xù)存在一段時間。多種系統(tǒng)集成將是FCS與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)(如DCS、PLC等)的集成和各種現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)之間的集成。集成主要體現(xiàn)在現(xiàn)場通信協(xié)議的兼容，不同系統(tǒng)數(shù)據(jù)的交換以及組態(tài)、監(jiān)控、操作界面的統(tǒng)一。
3.5  MES
MES層是一種新型工業(yè)自動化層，它將生產(chǎn)和經(jīng)營管理信息的處理與工業(yè)過程自動化系統(tǒng)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(zhì)(如紙、電話、因特網(wǎng))到達業(yè)務層。MES從收到的少量訂單相關信息中，自動產(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還具有一項至關重要的任務，即對生產(chǎn)進行總體優(yōu)化。另一方面，MES層根據(jù)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(chǎn)、產(chǎn)品的狀態(tài)和質(zhì)量是很重要的。因而，MES是電子商務必不可少的基礎。
電子商務意味著用戶可在因特網(wǎng)上訂購產(chǎn)品。用戶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)，并以正常市價出售。很顯然，只有當制造商的生產(chǎn)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(zhuǎn)換成相應產(chǎn)品。沒有MES層的鏈接和優(yōu)化功能，這一目標無法實現(xiàn)。
3.6  ERP
有關ERP的具體內(nèi)容，不再贅述。
當前時髦用語“e-制造”和“企業(yè)優(yōu)化”將成為評估未來公司業(yè)務的一種標準，把生產(chǎn)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(chǎn)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(yè)按照定單能夠靈活地處理全球范圍內(nèi)的生產(chǎn)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(wǎng)獲得定單并驗證它的有效性，隨后再通過因特網(wǎng)把這份定單傳到最適宜生產(chǎn)的工廠去。客戶可通過因特網(wǎng)隨時檢查定單的生產(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)出來的產(chǎn)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(tǒng)，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(chǎn)過程技術一直是自動化技術的重要研究內(nèi)容。實現(xiàn)遠程監(jiān)視、遠程控制、遠程設備故障診斷、遠程調(diào)試、遠程管理等，不但可以提高企業(yè)自動化水平，提高企業(yè)生產(chǎn)設備的維護管理水平，實現(xiàn)無人值守，而且可以為企業(yè)合理配置人力資源奠定基礎。基于網(wǎng)絡，一個具有某種特長的專業(yè)技術人員可以同時服務于一個企業(yè)內(nèi)部的若干個崗位，也可以被全球范圍內(nèi)的若干個企業(yè)雇傭，而無論他居住在何處。基于網(wǎng)絡，當設備發(fā)生故障時，能夠集中世界范圍內(nèi)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(wǎng)絡，在調(diào)試生產(chǎn)過程時，可以聘請全球的此領域一流的專家協(xié)同分析生產(chǎn)過程狀況，給出調(diào)試指導，以使生產(chǎn)過程處于最佳狀態(tài)。這種可以改變企業(yè)生產(chǎn)運營方式的技術正日益沖擊著人們傳統(tǒng)的思維方式并逐步走向?qū)嵱谩Ｈ欢獙崿F(xiàn)遠程操作，必須解決下述問題帶來的不利影響：① 網(wǎng)絡傳輸存在不確定性，有可能丟失某些關鍵的信息。② 網(wǎng)絡傳輸存在延時。③ 網(wǎng)絡存在許多不安全因素。
4  企業(yè)信息化的趨勢
4.1 現(xiàn)場監(jiān)控層
(1)  異構系統(tǒng)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(yè)信息化追求的目標。從工廠自動化的角度看，其未來發(fā)展會越來越透明，將產(chǎn)生大量的知識財富。在通信上打破傳統(tǒng)的屏障，集成公司的不同部門在未來是極為重要的。以太網(wǎng)將作為首選網(wǎng)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(wǎng)絡會逐漸退出。除了目前為世界公司所采用的TCP/IP網(wǎng)絡以外，繼續(xù)研究通用通信網(wǎng)關之上和之外的協(xié)議層（應用層）的標準化方法，才會出現(xiàn)更好的網(wǎng)絡標準。
(2)  現(xiàn)場級集成自動化 現(xiàn)場設備將能夠直接嵌入到網(wǎng)絡中，并且具有集成式的網(wǎng)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(xiàn)場設備的特征。現(xiàn)場設備將會對自身進行診斷，出現(xiàn)錯誤時，能對系統(tǒng)提出詳細的狀態(tài)信息報告，并將出現(xiàn)標準程序。
(3)  過程與離散系統(tǒng)之間界限模糊 過程與離散系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(fā)。
4.2  基于網(wǎng)絡的一體化解決方案
不同總線的集成，異構數(shù)據(jù)庫、異構網(wǎng)絡的集成等，將是當前發(fā)展的主題。用戶對綜合自動化系統(tǒng)的需求和企業(yè)信息化進程的深入推進，將需要企業(yè)信息化系統(tǒng)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(yè)并購潮，將集中優(yōu)勢資源推動這一進程。
4.3  軟件占主導地位
現(xiàn)場測控設備、網(wǎng)絡設備等硬件的發(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。將來構造一個系統(tǒng)的主要工作將是軟件的開發(fā)和軟件系統(tǒng)的集成。對生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的挖掘和再利用，以達到企業(yè)優(yōu)化的目的，將是自動化系統(tǒng)的重要發(fā)展方向，這些工作都是由軟件來實現(xiàn)的。
4.4  標準化是系統(tǒng)的生命
只有那些技術開放、標準的系統(tǒng)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程中發(fā)揮支柱性作用，這是在世界范圍內(nèi)推動企業(yè)優(yōu)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(fā)展帶來了許多便利和機遇。但與此同時，當今的系統(tǒng)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(tǒng)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(yè)增效是實現(xiàn)企業(yè)信息化的原動力，企業(yè)信息化內(nèi)容復雜、系統(tǒng)龐大、整體性強。只有針對企業(yè)的特點，在工廠建模、工廠維護、資產(chǎn)管理和優(yōu)化、高級控制等方面進行深入研究，充分了解企業(yè)信息化技術發(fā)展趨勢，制定發(fā)展戰(zhàn)略，采用先進、開放、標準的技術和手段，在企業(yè)整體信息化的基礎上，實現(xiàn)設備和人力資源優(yōu)化，大力挖潛，降低企業(yè)的運營成本，提高生產(chǎn)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(fā)展。尤其是我國剛剛加入WTO，企業(yè)的市場應變能力和客戶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。