當(dāng)前，世界已從工業(yè)化、機(jī)械化時(shí)代邁入信息化時(shí)代。人類社會(huì)在工業(yè)化的輪子還在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，啟動(dòng)了信息化的輪子。隨著Internet/Internet技術(shù)的普及應(yīng)用，世界正在邁向全面信息化時(shí)代。
信息化是指利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)來(lái)獲得、使用、管理各種信息。信息化是在計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)大行其道，對(duì)人類社會(huì)的方方面面產(chǎn)生深刻影響的背景下產(chǎn)生的。信息化是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果，它具有管理高效、調(diào)度科學(xué)的特點(diǎn)，能夠幫助我們對(duì)瞬息萬(wàn)變的客觀環(huán)境作出實(shí)時(shí)、有效的反應(yīng)，為科學(xué)決策提供可靠依據(jù)。
現(xiàn)在工業(yè)的發(fā)展推動(dòng)了信息技術(shù)與工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的結(jié)合，一個(gè)全新的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的概念已經(jīng)形成。它是以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶，融過(guò)程控制、生產(chǎn)管理、企業(yè)規(guī)劃等諸多功能于一體的多級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通常稱為現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)(CIMS/CIPS)。它的實(shí)施是基于計(jì)算機(jī)、信息、人工智能、自動(dòng)控制、系統(tǒng)工程和生產(chǎn)制造技術(shù)，是對(duì)傳統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)方式的革命性變革。
工業(yè)生產(chǎn)造就分工，信息生產(chǎn)從事融合，這是工業(yè)化社會(huì)走向信息化社會(huì)過(guò)程中非常明顯的變化，它是信息時(shí)代生產(chǎn)企業(yè)綜合自動(dòng)化發(fā)展的總方向。
全新的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是在已有自動(dòng)化技術(shù)基礎(chǔ)上，把工廠孤立的局部自動(dòng)化技術(shù)和子系統(tǒng)在新的管理模式與工藝指導(dǎo)下，綜合運(yùn)用信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)，并通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其支持軟件而有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的物質(zhì)流與管理過(guò)程的信息流以及決策流進(jìn)行有效的控制和協(xié)調(diào)，以期在新的競(jìng)爭(zhēng)模式下，按照市場(chǎng)對(duì)生產(chǎn)管理過(guò)程提出的高質(zhì)量、高速度、高靈活性和低成本的要求，構(gòu)成未來(lái)工廠的發(fā)展模式。
綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的核心是信息集成。人們?cè)谏a(chǎn)中獲得的工藝經(jīng)驗(yàn)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)；商務(wù)中的合同記錄、質(zhì)量數(shù)據(jù)；工作中的使用的傳遞指令、報(bào)告、結(jié)算數(shù)據(jù)等都是信息。信息集成就是以用戶的信息處理要求為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行綜合、聯(lián)系、統(tǒng)籌，系統(tǒng)地分析和設(shè)計(jì)，解決如何高效、合理地處理這些數(shù)據(jù)的技術(shù)和思路，把各種先進(jìn)技術(shù)和人的經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)綜合起來(lái)，形成整體技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
眾所周知，現(xiàn)代企業(yè)所追求的已不僅僅是某一個(gè)生產(chǎn)工序的自動(dòng)控制水平，而是企業(yè)整體的綜合自動(dòng)化水平。實(shí)現(xiàn)企業(yè)整體優(yōu)化，這就需要信息的集成、功能的集成、技術(shù)的集成以及人、技術(shù)和管理的集成。它包括企業(yè)各種生產(chǎn)技術(shù)的集成、企業(yè)部門(mén)組織間的集成和各類人員集成。而計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)各種集成的條件。通過(guò)信息集成實(shí)現(xiàn)信息共享，其中不僅有直接采集到的信息，也有通過(guò)信息系統(tǒng)采掘得到的有用信息，從而使信息真正成為資源，進(jìn)而完成信息流、物流和資金流的集成，以保證企業(yè)的運(yùn)行優(yōu)化，這些都是進(jìn)行管理決策、在線控制和指導(dǎo)生產(chǎn)等一系列活動(dòng)的依據(jù)。這種人在系統(tǒng)中的突出作用與關(guān)系，也是企業(yè)綜合自動(dòng)化與一般的自動(dòng)化的一個(gè)重要差別和優(yōu)勢(shì)。
近年來(lái)國(guó)際上提出流程工業(yè)現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)框架，即ERP(企業(yè)資源規(guī)劃)/MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))/PCS(過(guò)程控制系統(tǒng))三層結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)結(jié)合了先進(jìn)的工藝制造技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)和以先進(jìn)控制為代表的信息技術(shù)，集成了企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理、生產(chǎn)過(guò)程控制、運(yùn)行和管理等各個(gè)方面，將其作為一個(gè)整體進(jìn)行控制與管理，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的優(yōu)化運(yùn)作、優(yōu)化控制和優(yōu)化管理，從而成為提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的重要的高技術(shù)。
隨著我國(guó)“十五”計(jì)劃“信息化帶動(dòng)工業(yè)化”思想的提出，信息化在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位更加突出，信息化是走新型工業(yè)化道路的必然選擇。隨著中國(guó)加入WTO，信息技術(shù)將是中國(guó)企業(yè)在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中得以生存并獲得發(fā)展的有力武器。如何以信息化帶動(dòng)工業(yè)化？這是新世紀(jì)工業(yè)經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)線中帶有緊迫性的戰(zhàn)略課題，而真正落實(shí)離不開(kāi)自動(dòng)化，即信息化只有通過(guò)自動(dòng)化才能帶動(dòng)工業(yè)化。由于工業(yè)儀表與控制裝置是工業(yè)自動(dòng)化的基礎(chǔ)和必備條件，它已應(yīng)用和滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)實(shí)現(xiàn)這些領(lǐng)域的自動(dòng)化和信息化起著關(guān)鍵和決定性作用，因此，在這樣的背景下，我們不得不深思：信息化時(shí)代工業(yè)儀表與控制裝置應(yīng)著重解決哪些技術(shù)問(wèn)題？下面就此作些簡(jiǎn)要介紹。
1、關(guān)于綜合自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)
近年來(lái)，為實(shí)現(xiàn)企業(yè)綜合自動(dòng)化而提出的ERP/MES/PCS三層結(jié)構(gòu)體系是當(dāng)今世界自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
ERP(企業(yè)資源管理系統(tǒng))是指建立在信息技術(shù)基礎(chǔ)上，以系統(tǒng)化的先進(jìn)管理思想為企業(yè)決策層及員工提供決策運(yùn)行手段的管理平臺(tái)。它是一個(gè)功能龐大的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，負(fù)責(zé)生產(chǎn)計(jì)劃的制定、庫(kù)存控制和財(cái)務(wù)管理，側(cè)重于企業(yè)的生產(chǎn)組織、生產(chǎn)管理、經(jīng)營(yíng)決策等方面的優(yōu)化。ERP的中心是管理，并在計(jì)劃中體現(xiàn)管理的本質(zhì)，在財(cái)務(wù)中體現(xiàn)管理的效率。
PCS(過(guò)程控制系統(tǒng))是對(duì)生產(chǎn)的工藝過(guò)程進(jìn)行有效的、高精度、高水平的自動(dòng)控制，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量、成本、交貨期，使之在市場(chǎng)有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。其主要完成設(shè)備對(duì)工藝過(guò)程的控制，包括過(guò)程檢測(cè)、儀表控制、電氣控制和執(zhí)行機(jī)構(gòu)(包括各種信號(hào)轉(zhuǎn)換、驅(qū)動(dòng)控制設(shè)備)。為此，需要不斷地優(yōu)化生產(chǎn)工藝參數(shù)來(lái)降低成本，提高質(zhì)量。
MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))是以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)綜合指標(biāo)的三優(yōu)，即優(yōu)化運(yùn)行、優(yōu)化控制、優(yōu)化管理為目標(biāo)的，具有承上啟下，下情上傳、運(yùn)籌調(diào)度的中樞作用的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度、物料跟蹤、生產(chǎn)過(guò)程資源配置管理、質(zhì)量管理、流程模擬以及生產(chǎn)過(guò)程系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集、模型計(jì)算及過(guò)程優(yōu)化等功能，亦即基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理平臺(tái)。
由此可見(jiàn)，只有通過(guò)這種互相交聯(lián)的PCS，MES及ERP三大系統(tǒng)組成的綜合自動(dòng)化體系結(jié)構(gòu)，在控制技術(shù)、計(jì)算技術(shù)和優(yōu)化技術(shù)的推進(jìn)下實(shí)現(xiàn)三大系統(tǒng)的綜合集成，才能真正完成信息的綜合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)管控一體化。一個(gè)完整的、能夠引導(dǎo)企業(yè)保持長(zhǎng)期的業(yè)務(wù)利益和價(jià)值的信息系統(tǒng)，必須是ERP，MES和PCS三者協(xié)同作用的整合。流程工業(yè)如此，斷續(xù)工業(yè)、離散工業(yè)過(guò)程也不例外。
基于MES用戶的經(jīng)驗(yàn)，使用MES所帶來(lái)的效益是可觀的。相比于其他任何制造軟件，MES應(yīng)該是最具吸引力的：平均減少制造周期時(shí)間45%；一般減少數(shù)據(jù)輸入時(shí)間75%以上；平均減少半成品24%；平均減少為交班而準(zhǔn)備的紙面工作61%；平均減少引導(dǎo)時(shí)間27%；平均減少紙面工作和設(shè)計(jì)藍(lán)圖所帶來(lái)的損失56%；平均減少產(chǎn)品缺陷18%。
可惜的是，在人們認(rèn)識(shí)到ERP的重要作用的同時(shí)，并不曾給予MES足夠的重視，更何況上ERP項(xiàng)目動(dòng)輒要投資上千萬(wàn)，甚至上億元，一般中小企業(yè)難以承擔(dān)。從當(dāng)前的情況看，正確認(rèn)識(shí)MES的重要性非常關(guān)鍵。
專家們指出：①M(fèi)ES在整個(gè)企業(yè)信息集成系統(tǒng)中承上啟下，是生產(chǎn)活動(dòng)與管理活動(dòng)信息溝通的橋梁。不實(shí)現(xiàn)MES，管控一體化只是一句空話。對(duì)于面向制造加工工業(yè)和過(guò)程工業(yè)的ERP，脫離MES將無(wú)法根據(jù)市場(chǎng)需求去組織、管理和優(yōu)化生產(chǎn)；②MES技術(shù)在過(guò)去十年來(lái)已顯著地成熟。但MES的發(fā)展和應(yīng)用是一個(gè)過(guò)程，而不是一個(gè)事件，不可能想象成功的MES實(shí)施是可以一就而就的。MES軟件在改善維護(hù)、改善與其他信息管理軟件的接口等方面也有待于進(jìn)一步發(fā)展提高；③要使企業(yè)信息技術(shù)網(wǎng)絡(luò)的投資迅速取得回報(bào)，從MES入手是一種明智的選擇。
2、工廠軟件技術(shù)
在企業(yè)信息集成的技術(shù)原則指導(dǎo)下，基于當(dāng)前國(guó)際上最先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)和軟件技術(shù)平臺(tái)，應(yīng)運(yùn)而生了所謂“工廠軟件”(plant software,PS)。工廠軟件是工業(yè)企業(yè)信息化的重要組成部分，它在企業(yè)信息集成軟件技術(shù)鏈上位于常規(guī)意義的控制軟件(CS)和管理軟件(MS)之間，是以核心工業(yè)過(guò)程的優(yōu)化為目的的一系列應(yīng)用軟件。
工廠軟件是位于企業(yè)信息集成系統(tǒng)三層結(jié)構(gòu)的中間層的應(yīng)用軟件系統(tǒng)。工廠軟件包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)發(fā)布、數(shù)據(jù)挖掘、模型計(jì)算、過(guò)程仿真、配方設(shè)計(jì)、運(yùn)行優(yōu)化、參數(shù)檢測(cè)、偏差分析和故障診斷等內(nèi)容。企業(yè)的技術(shù)主管、專業(yè)工程師、專業(yè)策劃人員、部門(mén)和車(chē)間經(jīng)理等中層人員需要在其日常工作中使用這些工廠軟件。
工廠軟件是信息系統(tǒng)規(guī)則對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和運(yùn)用的軟件系統(tǒng)。工廠軟件的基本任務(wù)是將控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)歸類存儲(chǔ)，建立工廠數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)。工廠軟件向下可以為控制軟件提供有智能的決策，向上可以為管理軟件提供有價(jià)值的數(shù)據(jù)。為此，工廠軟件得以獨(dú)立發(fā)展，成為一種新出現(xiàn)的軟件門(mén)類，富有企業(yè)信息集成的創(chuàng)新意義。工廠軟件在化工、電力、冶金和公用事業(yè)等工業(yè)企業(yè)有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，正越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外使用單位和研發(fā)單位的重視。
近年來(lái)，人們所謂的現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)CIMS、數(shù)字工廠、智能企業(yè)等技術(shù)概念，都是以工廠軟件為主體技術(shù)，以區(qū)別于一般的自動(dòng)控制和信息管理技術(shù)內(nèi)容。上面這些技術(shù)概念的具體化，都是要落實(shí)到一系列工廠軟件中。人們認(rèn)為，企業(yè)信息集成的理想模式是：實(shí)現(xiàn)從底層設(shè)備到董事會(huì)桌面的企業(yè)信息一體化，其中工廠軟件的作用是不可替代的。
美國(guó)ISA學(xué)會(huì)(儀表、系統(tǒng)與自動(dòng)化學(xué)會(huì))歷來(lái)以傳統(tǒng)的工業(yè)儀表和自動(dòng)控制技術(shù)專業(yè)領(lǐng)導(dǎo)著世界潮流，每年以硬件技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù)為主體舉辦學(xué)術(shù)會(huì)議和展覽會(huì)。在ISA2001年會(huì)上緊跟信息集成技術(shù)的發(fā)展，在應(yīng)用軟件上有所創(chuàng)新和側(cè)重，推出了“工廠軟件技術(shù)”，值得我們關(guān)注和正確取向。在ISA-2001年會(huì)上歐美各大公司都推出了各種各樣工廠解決方案，以滿足客戶的迫切需求。如ABB公司的Industrial軟件體系，Honeywell公司的Plantscape混合控制的統(tǒng)一控制系統(tǒng)平臺(tái)，Rosemount公司的基于智能儀表及系統(tǒng)的PlantWeb解決方案。令人注意的是國(guó)際軟件業(yè)巨頭微軟公司這次也參加了，并推出所謂“制造業(yè)解決方案”，其用意明顯是要將Windows軟件技術(shù)平臺(tái)從商務(wù)和辦公級(jí)別提升到工業(yè)和系統(tǒng)服務(wù)級(jí)別，直接在新興的工廠軟件領(lǐng)域搶占絕對(duì)的統(tǒng)治地位。微軟公司的制造業(yè)解決方案要實(shí)現(xiàn)信息的可視化三項(xiàng)基本任務(wù)，以先進(jìn)成熟的企業(yè)級(jí)Windows服務(wù)器軟件和應(yīng)用軟件構(gòu)造工廠軟件的完整框架。
專家們認(rèn)為：在控制軟件和管理軟件已經(jīng)擁有固定模式和覆蓋面的今天，新興的工廠軟件技術(shù)正處在企業(yè)信息集成的核心地位，新概念、新模型和新算法層出不窮，具有很大的應(yīng)用檔次提升空間。只要我們緊跟技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，以應(yīng)用效益為主導(dǎo)，加大人力、物力的投入，就有可能創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成套工廠軟件系統(tǒng)。
3、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)
隨著信息技術(shù)急速向工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域全面滲透，工業(yè)以太網(wǎng)異軍突起，并迅速向工業(yè)控制的各級(jí)擴(kuò)展，從而導(dǎo)致工業(yè)網(wǎng)絡(luò)之爭(zhēng)由通信協(xié)議的低層轉(zhuǎn)向高層。
眾所周知，工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)傳遞信息以引起物質(zhì)或能量的運(yùn)動(dòng)為最終目的，用于測(cè)量和控制的數(shù)據(jù)通信是要求允許對(duì)事件進(jìn)行實(shí)時(shí)響應(yīng)的事件驅(qū)動(dòng)通信，必須有很高可用性和數(shù)據(jù)完整性。其中，對(duì)實(shí)時(shí)性和通信的準(zhǔn)確性要求比較苛刻，響應(yīng)時(shí)間通常為0.01~0.1s。
最近幾年，隨著工業(yè)以太網(wǎng)的快速發(fā)展和關(guān)鍵技術(shù)的突破，使得工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域控制級(jí)以上的通信網(wǎng)絡(luò)正在統(tǒng)一到工業(yè)以太網(wǎng)，并正在向下逐漸延伸。
在工業(yè)控制領(lǐng)域，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域不可能脫離原來(lái)的DCS，PLC和FCS控制與管理系統(tǒng)基礎(chǔ)。國(guó)外各個(gè)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)公司為保護(hù)已有的投資利益和擴(kuò)大本公司產(chǎn)品的應(yīng)用范圍，紛紛提出了工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)方案，從而出現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)總線在轉(zhuǎn)向工業(yè)以太網(wǎng)的同時(shí)，又將現(xiàn)場(chǎng)總線之爭(zhēng)讓路給工業(yè)以太網(wǎng)的局面。目前，工業(yè)以太網(wǎng)的4個(gè)主要競(jìng)爭(zhēng)者是歐洲分散自動(dòng)化集團(tuán)IDA工業(yè)以太網(wǎng)(2001年)、美國(guó)ODVA Ethernet/IP工業(yè)以太網(wǎng)(2002年3月)、美國(guó)FF HSE工業(yè)以太網(wǎng)(1998年)及德國(guó)PROFlnet工業(yè)以太網(wǎng)(2001年8月)。
近來(lái)隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，用戶的需求也日益迫切，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織正在積極工作，以建立一個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用協(xié)議。工業(yè)自動(dòng)化開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟(IAONA)協(xié)同ODVA和分散自動(dòng)化集團(tuán)IDA共同開(kāi)展工作，并對(duì)推進(jìn)基于Etherent TCP/IP工業(yè)以太網(wǎng)的通信技術(shù)達(dá)成共識(shí)，由IAONA負(fù)責(zé)定義工業(yè)以太網(wǎng)公共的功能和互操作性。我們相信不久的將來(lái)，迫于市場(chǎng)的壓力，各國(guó)對(duì)推進(jìn)工業(yè)以太網(wǎng)通信技術(shù)基本達(dá)成共識(shí)，一個(gè)具有互操作性的工業(yè)以太網(wǎng)是可以實(shí)現(xiàn)的。
4、工業(yè)儀表的智能技術(shù)
“工欲善其事，必先利其器”。這是中國(guó)的老話，人們很早就知道了工具的重要性。隨著以知識(shí)經(jīng)濟(jì)為特征的信息時(shí)代的到來(lái)，人們對(duì)儀器儀表的認(rèn)識(shí)已經(jīng)超越一般工具的范疇，進(jìn)而發(fā)生著明顯的觀念更新。作為工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)工具的工業(yè)儀表與裝置，在高新技術(shù)的推動(dòng)下，正跨入真正的數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的時(shí)代，其技術(shù)發(fā)展的主流趨勢(shì)表現(xiàn)在：測(cè)量信息數(shù)字化、檢測(cè)控制智能化、管理控制集成化。
“智能化”是工業(yè)控制與自動(dòng)化當(dāng)前和今后的發(fā)展動(dòng)向之一，已經(jīng)成為測(cè)量控制領(lǐng)域的各種新技術(shù)、新方法、新產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)和顯著標(biāo)志。“智能化”應(yīng)當(dāng)有兩方面的含義。
信息化是指利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)來(lái)獲得、使用、管理各種信息。信息化是在計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)大行其道，對(duì)人類社會(huì)的方方面面產(chǎn)生深刻影響的背景下產(chǎn)生的。信息化是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果，它具有管理高效、調(diào)度科學(xué)的特點(diǎn)，能夠幫助我們對(duì)瞬息萬(wàn)變的客觀環(huán)境作出實(shí)時(shí)、有效的反應(yīng)，為科學(xué)決策提供可靠依據(jù)。
現(xiàn)在工業(yè)的發(fā)展推動(dòng)了信息技術(shù)與工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的結(jié)合，一個(gè)全新的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的概念已經(jīng)形成。它是以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶，融過(guò)程控制、生產(chǎn)管理、企業(yè)規(guī)劃等諸多功能于一體的多級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通常稱為現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)(CIMS/CIPS)。它的實(shí)施是基于計(jì)算機(jī)、信息、人工智能、自動(dòng)控制、系統(tǒng)工程和生產(chǎn)制造技術(shù)，是對(duì)傳統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)方式的革命性變革。
工業(yè)生產(chǎn)造就分工，信息生產(chǎn)從事融合，這是工業(yè)化社會(huì)走向信息化社會(huì)過(guò)程中非常明顯的變化，它是信息時(shí)代生產(chǎn)企業(yè)綜合自動(dòng)化發(fā)展的總方向。
全新的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是在已有自動(dòng)化技術(shù)基礎(chǔ)上，把工廠孤立的局部自動(dòng)化技術(shù)和子系統(tǒng)在新的管理模式與工藝指導(dǎo)下，綜合運(yùn)用信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)，并通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其支持軟件而有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的物質(zhì)流與管理過(guò)程的信息流以及決策流進(jìn)行有效的控制和協(xié)調(diào)，以期在新的競(jìng)爭(zhēng)模式下，按照市場(chǎng)對(duì)生產(chǎn)管理過(guò)程提出的高質(zhì)量、高速度、高靈活性和低成本的要求，構(gòu)成未來(lái)工廠的發(fā)展模式。
綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的核心是信息集成。人們?cè)谏a(chǎn)中獲得的工藝經(jīng)驗(yàn)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)；商務(wù)中的合同記錄、質(zhì)量數(shù)據(jù)；工作中的使用的傳遞指令、報(bào)告、結(jié)算數(shù)據(jù)等都是信息。信息集成就是以用戶的信息處理要求為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行綜合、聯(lián)系、統(tǒng)籌，系統(tǒng)地分析和設(shè)計(jì)，解決如何高效、合理地處理這些數(shù)據(jù)的技術(shù)和思路，把各種先進(jìn)技術(shù)和人的經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)綜合起來(lái)，形成整體技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
眾所周知，現(xiàn)代企業(yè)所追求的已不僅僅是某一個(gè)生產(chǎn)工序的自動(dòng)控制水平，而是企業(yè)整體的綜合自動(dòng)化水平。實(shí)現(xiàn)企業(yè)整體優(yōu)化，這就需要信息的集成、功能的集成、技術(shù)的集成以及人、技術(shù)和管理的集成。它包括企業(yè)各種生產(chǎn)技術(shù)的集成、企業(yè)部門(mén)組織間的集成和各類人員集成。而計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)各種集成的條件。通過(guò)信息集成實(shí)現(xiàn)信息共享，其中不僅有直接采集到的信息，也有通過(guò)信息系統(tǒng)采掘得到的有用信息，從而使信息真正成為資源，進(jìn)而完成信息流、物流和資金流的集成，以保證企業(yè)的運(yùn)行優(yōu)化，這些都是進(jìn)行管理決策、在線控制和指導(dǎo)生產(chǎn)等一系列活動(dòng)的依據(jù)。這種人在系統(tǒng)中的突出作用與關(guān)系，也是企業(yè)綜合自動(dòng)化與一般的自動(dòng)化的一個(gè)重要差別和優(yōu)勢(shì)。
近年來(lái)國(guó)際上提出流程工業(yè)現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)框架，即ERP(企業(yè)資源規(guī)劃)/MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))/PCS(過(guò)程控制系統(tǒng))三層結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)結(jié)合了先進(jìn)的工藝制造技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)和以先進(jìn)控制為代表的信息技術(shù)，集成了企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理、生產(chǎn)過(guò)程控制、運(yùn)行和管理等各個(gè)方面，將其作為一個(gè)整體進(jìn)行控制與管理，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的優(yōu)化運(yùn)作、優(yōu)化控制和優(yōu)化管理，從而成為提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的重要的高技術(shù)。
隨著我國(guó)“十五”計(jì)劃“信息化帶動(dòng)工業(yè)化”思想的提出，信息化在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位更加突出，信息化是走新型工業(yè)化道路的必然選擇。隨著中國(guó)加入WTO，信息技術(shù)將是中國(guó)企業(yè)在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中得以生存并獲得發(fā)展的有力武器。如何以信息化帶動(dòng)工業(yè)化？這是新世紀(jì)工業(yè)經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)線中帶有緊迫性的戰(zhàn)略課題，而真正落實(shí)離不開(kāi)自動(dòng)化，即信息化只有通過(guò)自動(dòng)化才能帶動(dòng)工業(yè)化。由于工業(yè)儀表與控制裝置是工業(yè)自動(dòng)化的基礎(chǔ)和必備條件，它已應(yīng)用和滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)實(shí)現(xiàn)這些領(lǐng)域的自動(dòng)化和信息化起著關(guān)鍵和決定性作用，因此，在這樣的背景下，我們不得不深思：信息化時(shí)代工業(yè)儀表與控制裝置應(yīng)著重解決哪些技術(shù)問(wèn)題？下面就此作些簡(jiǎn)要介紹。
1、關(guān)于綜合自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)
近年來(lái)，為實(shí)現(xiàn)企業(yè)綜合自動(dòng)化而提出的ERP/MES/PCS三層結(jié)構(gòu)體系是當(dāng)今世界自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
ERP(企業(yè)資源管理系統(tǒng))是指建立在信息技術(shù)基礎(chǔ)上，以系統(tǒng)化的先進(jìn)管理思想為企業(yè)決策層及員工提供決策運(yùn)行手段的管理平臺(tái)。它是一個(gè)功能龐大的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，負(fù)責(zé)生產(chǎn)計(jì)劃的制定、庫(kù)存控制和財(cái)務(wù)管理，側(cè)重于企業(yè)的生產(chǎn)組織、生產(chǎn)管理、經(jīng)營(yíng)決策等方面的優(yōu)化。ERP的中心是管理，并在計(jì)劃中體現(xiàn)管理的本質(zhì)，在財(cái)務(wù)中體現(xiàn)管理的效率。
PCS(過(guò)程控制系統(tǒng))是對(duì)生產(chǎn)的工藝過(guò)程進(jìn)行有效的、高精度、高水平的自動(dòng)控制，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量、成本、交貨期，使之在市場(chǎng)有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。其主要完成設(shè)備對(duì)工藝過(guò)程的控制，包括過(guò)程檢測(cè)、儀表控制、電氣控制和執(zhí)行機(jī)構(gòu)(包括各種信號(hào)轉(zhuǎn)換、驅(qū)動(dòng)控制設(shè)備)。為此，需要不斷地優(yōu)化生產(chǎn)工藝參數(shù)來(lái)降低成本，提高質(zhì)量。
MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))是以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)綜合指標(biāo)的三優(yōu)，即優(yōu)化運(yùn)行、優(yōu)化控制、優(yōu)化管理為目標(biāo)的，具有承上啟下，下情上傳、運(yùn)籌調(diào)度的中樞作用的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度、物料跟蹤、生產(chǎn)過(guò)程資源配置管理、質(zhì)量管理、流程模擬以及生產(chǎn)過(guò)程系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集、模型計(jì)算及過(guò)程優(yōu)化等功能，亦即基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理平臺(tái)。
由此可見(jiàn)，只有通過(guò)這種互相交聯(lián)的PCS，MES及ERP三大系統(tǒng)組成的綜合自動(dòng)化體系結(jié)構(gòu)，在控制技術(shù)、計(jì)算技術(shù)和優(yōu)化技術(shù)的推進(jìn)下實(shí)現(xiàn)三大系統(tǒng)的綜合集成，才能真正完成信息的綜合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)管控一體化。一個(gè)完整的、能夠引導(dǎo)企業(yè)保持長(zhǎng)期的業(yè)務(wù)利益和價(jià)值的信息系統(tǒng)，必須是ERP，MES和PCS三者協(xié)同作用的整合。流程工業(yè)如此，斷續(xù)工業(yè)、離散工業(yè)過(guò)程也不例外。
基于MES用戶的經(jīng)驗(yàn)，使用MES所帶來(lái)的效益是可觀的。相比于其他任何制造軟件，MES應(yīng)該是最具吸引力的：平均減少制造周期時(shí)間45%；一般減少數(shù)據(jù)輸入時(shí)間75%以上；平均減少半成品24%；平均減少為交班而準(zhǔn)備的紙面工作61%；平均減少引導(dǎo)時(shí)間27%；平均減少紙面工作和設(shè)計(jì)藍(lán)圖所帶來(lái)的損失56%；平均減少產(chǎn)品缺陷18%。
可惜的是，在人們認(rèn)識(shí)到ERP的重要作用的同時(shí)，并不曾給予MES足夠的重視，更何況上ERP項(xiàng)目動(dòng)輒要投資上千萬(wàn)，甚至上億元，一般中小企業(yè)難以承擔(dān)。從當(dāng)前的情況看，正確認(rèn)識(shí)MES的重要性非常關(guān)鍵。
專家們指出：①M(fèi)ES在整個(gè)企業(yè)信息集成系統(tǒng)中承上啟下，是生產(chǎn)活動(dòng)與管理活動(dòng)信息溝通的橋梁。不實(shí)現(xiàn)MES，管控一體化只是一句空話。對(duì)于面向制造加工工業(yè)和過(guò)程工業(yè)的ERP，脫離MES將無(wú)法根據(jù)市場(chǎng)需求去組織、管理和優(yōu)化生產(chǎn)；②MES技術(shù)在過(guò)去十年來(lái)已顯著地成熟。但MES的發(fā)展和應(yīng)用是一個(gè)過(guò)程，而不是一個(gè)事件，不可能想象成功的MES實(shí)施是可以一就而就的。MES軟件在改善維護(hù)、改善與其他信息管理軟件的接口等方面也有待于進(jìn)一步發(fā)展提高；③要使企業(yè)信息技術(shù)網(wǎng)絡(luò)的投資迅速取得回報(bào)，從MES入手是一種明智的選擇。
2、工廠軟件技術(shù)
在企業(yè)信息集成的技術(shù)原則指導(dǎo)下，基于當(dāng)前國(guó)際上最先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)和軟件技術(shù)平臺(tái)，應(yīng)運(yùn)而生了所謂“工廠軟件”(plant software,PS)。工廠軟件是工業(yè)企業(yè)信息化的重要組成部分，它在企業(yè)信息集成軟件技術(shù)鏈上位于常規(guī)意義的控制軟件(CS)和管理軟件(MS)之間，是以核心工業(yè)過(guò)程的優(yōu)化為目的的一系列應(yīng)用軟件。
工廠軟件是位于企業(yè)信息集成系統(tǒng)三層結(jié)構(gòu)的中間層的應(yīng)用軟件系統(tǒng)。工廠軟件包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)發(fā)布、數(shù)據(jù)挖掘、模型計(jì)算、過(guò)程仿真、配方設(shè)計(jì)、運(yùn)行優(yōu)化、參數(shù)檢測(cè)、偏差分析和故障診斷等內(nèi)容。企業(yè)的技術(shù)主管、專業(yè)工程師、專業(yè)策劃人員、部門(mén)和車(chē)間經(jīng)理等中層人員需要在其日常工作中使用這些工廠軟件。
工廠軟件是信息系統(tǒng)規(guī)則對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和運(yùn)用的軟件系統(tǒng)。工廠軟件的基本任務(wù)是將控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)歸類存儲(chǔ)，建立工廠數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)。工廠軟件向下可以為控制軟件提供有智能的決策，向上可以為管理軟件提供有價(jià)值的數(shù)據(jù)。為此，工廠軟件得以獨(dú)立發(fā)展，成為一種新出現(xiàn)的軟件門(mén)類，富有企業(yè)信息集成的創(chuàng)新意義。工廠軟件在化工、電力、冶金和公用事業(yè)等工業(yè)企業(yè)有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，正越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外使用單位和研發(fā)單位的重視。
近年來(lái)，人們所謂的現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)CIMS、數(shù)字工廠、智能企業(yè)等技術(shù)概念，都是以工廠軟件為主體技術(shù)，以區(qū)別于一般的自動(dòng)控制和信息管理技術(shù)內(nèi)容。上面這些技術(shù)概念的具體化，都是要落實(shí)到一系列工廠軟件中。人們認(rèn)為，企業(yè)信息集成的理想模式是：實(shí)現(xiàn)從底層設(shè)備到董事會(huì)桌面的企業(yè)信息一體化，其中工廠軟件的作用是不可替代的。
美國(guó)ISA學(xué)會(huì)(儀表、系統(tǒng)與自動(dòng)化學(xué)會(huì))歷來(lái)以傳統(tǒng)的工業(yè)儀表和自動(dòng)控制技術(shù)專業(yè)領(lǐng)導(dǎo)著世界潮流，每年以硬件技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù)為主體舉辦學(xué)術(shù)會(huì)議和展覽會(huì)。在ISA2001年會(huì)上緊跟信息集成技術(shù)的發(fā)展，在應(yīng)用軟件上有所創(chuàng)新和側(cè)重，推出了“工廠軟件技術(shù)”，值得我們關(guān)注和正確取向。在ISA-2001年會(huì)上歐美各大公司都推出了各種各樣工廠解決方案，以滿足客戶的迫切需求。如ABB公司的Industrial軟件體系，Honeywell公司的Plantscape混合控制的統(tǒng)一控制系統(tǒng)平臺(tái)，Rosemount公司的基于智能儀表及系統(tǒng)的PlantWeb解決方案。令人注意的是國(guó)際軟件業(yè)巨頭微軟公司這次也參加了，并推出所謂“制造業(yè)解決方案”，其用意明顯是要將Windows軟件技術(shù)平臺(tái)從商務(wù)和辦公級(jí)別提升到工業(yè)和系統(tǒng)服務(wù)級(jí)別，直接在新興的工廠軟件領(lǐng)域搶占絕對(duì)的統(tǒng)治地位。微軟公司的制造業(yè)解決方案要實(shí)現(xiàn)信息的可視化三項(xiàng)基本任務(wù)，以先進(jìn)成熟的企業(yè)級(jí)Windows服務(wù)器軟件和應(yīng)用軟件構(gòu)造工廠軟件的完整框架。
專家們認(rèn)為：在控制軟件和管理軟件已經(jīng)擁有固定模式和覆蓋面的今天，新興的工廠軟件技術(shù)正處在企業(yè)信息集成的核心地位，新概念、新模型和新算法層出不窮，具有很大的應(yīng)用檔次提升空間。只要我們緊跟技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，以應(yīng)用效益為主導(dǎo)，加大人力、物力的投入，就有可能創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成套工廠軟件系統(tǒng)。
3、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)
隨著信息技術(shù)急速向工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域全面滲透，工業(yè)以太網(wǎng)異軍突起，并迅速向工業(yè)控制的各級(jí)擴(kuò)展，從而導(dǎo)致工業(yè)網(wǎng)絡(luò)之爭(zhēng)由通信協(xié)議的低層轉(zhuǎn)向高層。
眾所周知，工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)傳遞信息以引起物質(zhì)或能量的運(yùn)動(dòng)為最終目的，用于測(cè)量和控制的數(shù)據(jù)通信是要求允許對(duì)事件進(jìn)行實(shí)時(shí)響應(yīng)的事件驅(qū)動(dòng)通信，必須有很高可用性和數(shù)據(jù)完整性。其中，對(duì)實(shí)時(shí)性和通信的準(zhǔn)確性要求比較苛刻，響應(yīng)時(shí)間通常為0.01~0.1s。
最近幾年，隨著工業(yè)以太網(wǎng)的快速發(fā)展和關(guān)鍵技術(shù)的突破，使得工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域控制級(jí)以上的通信網(wǎng)絡(luò)正在統(tǒng)一到工業(yè)以太網(wǎng)，并正在向下逐漸延伸。
在工業(yè)控制領(lǐng)域，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域不可能脫離原來(lái)的DCS，PLC和FCS控制與管理系統(tǒng)基礎(chǔ)。國(guó)外各個(gè)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)公司為保護(hù)已有的投資利益和擴(kuò)大本公司產(chǎn)品的應(yīng)用范圍，紛紛提出了工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)方案，從而出現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)總線在轉(zhuǎn)向工業(yè)以太網(wǎng)的同時(shí)，又將現(xiàn)場(chǎng)總線之爭(zhēng)讓路給工業(yè)以太網(wǎng)的局面。目前，工業(yè)以太網(wǎng)的4個(gè)主要競(jìng)爭(zhēng)者是歐洲分散自動(dòng)化集團(tuán)IDA工業(yè)以太網(wǎng)(2001年)、美國(guó)ODVA Ethernet/IP工業(yè)以太網(wǎng)(2002年3月)、美國(guó)FF HSE工業(yè)以太網(wǎng)(1998年)及德國(guó)PROFlnet工業(yè)以太網(wǎng)(2001年8月)。
近來(lái)隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，用戶的需求也日益迫切，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織正在積極工作，以建立一個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用協(xié)議。工業(yè)自動(dòng)化開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟(IAONA)協(xié)同ODVA和分散自動(dòng)化集團(tuán)IDA共同開(kāi)展工作，并對(duì)推進(jìn)基于Etherent TCP/IP工業(yè)以太網(wǎng)的通信技術(shù)達(dá)成共識(shí)，由IAONA負(fù)責(zé)定義工業(yè)以太網(wǎng)公共的功能和互操作性。我們相信不久的將來(lái)，迫于市場(chǎng)的壓力，各國(guó)對(duì)推進(jìn)工業(yè)以太網(wǎng)通信技術(shù)基本達(dá)成共識(shí)，一個(gè)具有互操作性的工業(yè)以太網(wǎng)是可以實(shí)現(xiàn)的。
4、工業(yè)儀表的智能技術(shù)
“工欲善其事，必先利其器”。這是中國(guó)的老話，人們很早就知道了工具的重要性。隨著以知識(shí)經(jīng)濟(jì)為特征的信息時(shí)代的到來(lái)，人們對(duì)儀器儀表的認(rèn)識(shí)已經(jīng)超越一般工具的范疇，進(jìn)而發(fā)生著明顯的觀念更新。作為工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)工具的工業(yè)儀表與裝置，在高新技術(shù)的推動(dòng)下，正跨入真正的數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的時(shí)代，其技術(shù)發(fā)展的主流趨勢(shì)表現(xiàn)在：測(cè)量信息數(shù)字化、檢測(cè)控制智能化、管理控制集成化。
“智能化”是工業(yè)控制與自動(dòng)化當(dāng)前和今后的發(fā)展動(dòng)向之一，已經(jīng)成為測(cè)量控制領(lǐng)域的各種新技術(shù)、新方法、新產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)和顯著標(biāo)志。“智能化”應(yīng)當(dāng)有兩方面的含義。
