智能工廠高效生產組織管理相關技術研究與應用

1、課題任務書編號：2004BA204B08密級:國家科技攻關計劃課題任務書項目名稱：工業(yè)過程控制技術開發(fā)與應用課題名稱：智能工廠高效生產組織管理相關技術研究與應用項目組織單位：制造業(yè)信息化工程重大項目管理辦公室課題承擔單位：浙江中控科技集團有限公司課題負責人：蘇宏業(yè)起止 年限：2004年2月至2005年12月科學技術部二OO四年三月填寫說明1、本任務書系科技部為組織國家科技攻關計劃課題研究而設計， 任務書甲方為科技攻關計劃項目組織單位，乙方為課題承擔單位。2、本任務書一式八份，由項目組織單位與課題承擔單位簽訂，項 目組織單位兩份；課題承擔單位一份；課題承擔單位主管部門和所在 地方科技廳（科委）各

2、一份；科技部三份。3、任務書應用鋼筆填寫或計算機打印填報 （A4）,字跡要工整清楚4、課題任務書編號由科技部統(tǒng)一規(guī)定。5、課題密級由課題承擔單位提出建議，科技部項目主管司認定。一、課題的目標和主要研究內容（要解決的主要技術難點和問題，課題研究的創(chuàng)新點和內容等）課題的研究目標研究流程工業(yè)智能工廠高效生產組織管理模式與相關技術，重點研究流程工業(yè) 企業(yè)的綜合自動化標準和集成創(chuàng)新技術及數(shù)據綜合利用技術，提出流程工業(yè)企業(yè)典 型增效解決方案標準體系，完成具有完全自主知識產權和版權的數(shù)據綜合利用軟件 與綜合集成軟件平臺產品，針對石化、冶金、制藥和化工等重點流程工業(yè)行業(yè)進行 示范應用，逐步形成中國工控高端應用

3、軟件產業(yè)。使我國的流程工業(yè)自動控制技術 在未來35年內處于國際的前沿，并通過本項目的實施，培養(yǎng)一批優(yōu)秀的技術開發(fā) 和管理人才，大規(guī)模促進工控應用軟件的產業(yè)化，推進我國流程工業(yè)企業(yè)的節(jié)能、 降耗、增效，增強企業(yè)國際競爭力，為企業(yè)和國家?guī)盹@著的經濟效益和社會效益。要解決的主要技術難點和問題在計算機集散控制系統(tǒng)（DCS）、PLC多種現(xiàn)場總線白網絡控制系統(tǒng)（FCS）為主的 計算機控制系統(tǒng)和底層信息化系統(tǒng)的基礎上，流程工業(yè)智能工廠高效生產組織管理 技術是實現(xiàn)企業(yè)信息化和自動化的重要手段，它通過將企業(yè)的生產過程控制、優(yōu)化、 運行、計劃與管理等作為一個整體進行控制與管理，提供整體解決方案，以實現(xiàn)企 業(yè)生產

4、與經營的優(yōu)化運行、優(yōu)化控制與優(yōu)化管理，從而成為提高企業(yè)競爭力的核心 高技術。數(shù)據綜合利用技術與算法是促進流程工業(yè)企業(yè)信息化建設產生效益和技術 進步的核心；通用化、開放式綜合集成軟件平臺是智能工廠高效生產組織管理技術 得以成功應用的重要保證。流程工業(yè)智能工廠高效生產組織管理相關技術研究與應 用主要解決以下的關鍵技術難點和問題：流程工業(yè)企業(yè)的信息化基礎分析與評價技術；智能高效生產單元技術的分類與關聯(lián)性分析技術；智能工廠高效生產組織管理功能結構分析與綜合集成技術；多層分布式客戶機/服務器技術；分布式多任務處理技術；大規(guī)模推理優(yōu)化技術；企業(yè)物流數(shù)據模型的建模與分析技術；組件化技術；用戶及安全性技術;跨

5、平臺數(shù)據通訊中間件技術；多任務調度、管理技術；在線組態(tài)技術；數(shù)據訪問容器技術；圖形化人機交互技術；過程數(shù)據的描述技術；數(shù)據獲取和數(shù)據提煉技術；多目標情況下的任務分解技術；特征變量選擇技術；大規(guī)模非線性優(yōu)化算法；關聯(lián)規(guī)則提取與分類技術；課題研究的創(chuàng)新點；流程工業(yè)企業(yè)典型增效解決方案標準體系。企業(yè)增效解決方案的標準體系可以系統(tǒng)地指導和規(guī)范流程工業(yè)企業(yè)綜合自動化 系統(tǒng)的設計，使得企業(yè)最大化地獲取信息化建設的整體效益，提高流程工業(yè)企業(yè)的 綜合競爭力。針對流程工業(yè)企業(yè)的特點，深入研究企業(yè)功能結構、管理層次和業(yè)務 流程的關聯(lián)與運行模式，進行縱向劃分和橫向對比分析與歸類，分別從企業(yè)內的生 產裝置、整個生產線

6、、車間、科室與業(yè)務管理部門、經營管理與決策部門到上下游 企業(yè)等有關的信息化建設需求各個方面進行研究，研究個體的技術改造與信息化建 設需求與相互間的支撐與制約關系，提出流程工業(yè)企業(yè)基于增效目標的典型解決方 案，通過應用實踐和產業(yè)化實施，逐步形成典型的標準體系，為流程工業(yè)企業(yè)提供 綜合自動化設計規(guī)范，通過應用實踐進行逐步完善。進而通過緊密結合物料流、信 息流、資金流的生產過程控制、優(yōu)化、管理和經營決策等的綜合集成和整體優(yōu)化， 為用戶帶來最大的經濟效益。這是本項目與以往科研項目的重要創(chuàng)新點。數(shù)據綜合利用技術流程工業(yè)過程數(shù)據綜合利用技術利用集散控制系統(tǒng)DCS PlC、工業(yè)控制計算機 系統(tǒng)、現(xiàn)場總線控制

7、系統(tǒng)等，從生產現(xiàn)場采集到的生產過程海量數(shù)據，通過數(shù)據分析、數(shù)據融合、數(shù)據挖掘、知識發(fā)現(xiàn)(DMKD)人工智能、統(tǒng)計分析等多種技術，找出有價值的隱藏關系及對數(shù)據歸納出有用的結構信息，并加以分析研究，從而可以 對流程工業(yè)企業(yè)的數(shù)據進行建模和研究，進而提煉出一些有用信息和知識，為企業(yè) 各級管理層提供生產與經營決策支持，將這些發(fā)現(xiàn)了的知識用于流程工業(yè)生產過程 的信息管理、查詢優(yōu)化、決策支持、過程優(yōu)化控制、成本核算與控制、效益管理等， 還可以用于數(shù)據自身的維護。進一步按軟件工程要求和ISO9001質量標準體系，把部分數(shù)據綜合利用技術研究結果進行軟件開發(fā)，逐步實現(xiàn)數(shù)據綜合利用軟件的通用 化、商品化，形成高端

8、的工控軟件產品。與以往的算法技術研究相比，這是本項目 的較大創(chuàng)新點。綜合集成軟件平臺針對當前流程工業(yè)企業(yè)生產組織管理軟件在開放性、通用性和兼容性及所采用 的開發(fā)技術等方面差異顯著，異構系統(tǒng)大量存在，集成困難等現(xiàn)狀（今后很長一段時間內亦將如此），將這些管理軟件系統(tǒng)進行有效集成，實現(xiàn)它們之間的信息共享，是 實現(xiàn)工業(yè)企業(yè)綜合自動化的關鍵。根據這些特點，綜合集成軟件平臺將重點研究管 理軟件系統(tǒng)的集成技術，以關系數(shù)據庫、Internet、數(shù)據倉庫等技術為核心，采用 分層、分布式的組件結構設計技術，能支持大用戶量及計算量應用。同時，借助于 分布式技術，使軟件系統(tǒng)更合理、靈活、具有擴展性?；谶@些技術開發(fā)的

9、通用綜 合集成軟件平臺，在各種生產組織管理軟件系統(tǒng)之間架起信息橋梁。通過這一商品 化的軟件平臺，用戶可以實現(xiàn)各種生產組織管理軟件系統(tǒng)的集成，并可在該平臺支 撐下進行生產信息的二次開發(fā)和利用。與以往管理軟件系統(tǒng)集成相比，這也是本項 目的一大創(chuàng)新。課題的研究內容流程工業(yè)企業(yè)典型增效解決方案標準體系；數(shù)據綜合利用技術； 綜合集成軟件平臺； 將研究成果在石油化工、鋼鐵、能源等行業(yè)中具有代表性流程工業(yè)企業(yè)進行 工程應用。二、課題的考核指標包括主要技術指標：如形成的專利、新技術、新產品、新裝置、論文專著等數(shù)量、指標及其 水平等；主要經濟指標：如技術及產品應用所形成的市場規(guī)模、效益等；項目實施中形成的 示范

10、基地、中試線、生產線及其規(guī)模等；其它應考核的指標主要技術指標(1)流程工業(yè)企業(yè)典型增效解決方案標準體系用于系統(tǒng)地指導和規(guī)范流程工業(yè)企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)的設計，使得企業(yè)最大化地獲取信息化建設的整體效益，提高流程工業(yè)企業(yè)的綜合競爭力。提出緊密結合流程工業(yè)企業(yè)功能結構與需求的兩級數(shù)據庫平臺、三層單元技術應用模式和高效綜合集成方式的典型增效解決方案標準體系。提出智能工廠企業(yè)級生產物流模型的建立和分析技術：在研究原料進廠、物料流動、庫存容量、產品出廠等過程的物流、能耗平衡模型的基礎上，提出建立企業(yè)物流模型的方法。通過數(shù)據的物流連續(xù)跟蹤記錄，實現(xiàn)全廠生產過程的物料平衡計算。(2)數(shù)據綜合利用技術用于對生產現(xiàn)

11、場和管理軟件系統(tǒng)等采集到的海量數(shù)據信息進行處理，提煉出一些有用信息和知識，為企業(yè)提供生產與經營決策支持。主要具有以下技術指標和特點：數(shù)據預處理模塊：包括多目標情況下的任務分解、樣本分類信息預定義(可手工或通過規(guī)則自動完成)、野值剔除及濾波、數(shù)據標準化處理等。數(shù)據探索分析模塊：在進行正式的數(shù)據處理前對預處理后數(shù)據進行初步評估，以確定數(shù)據是否包含足夠信息，并提供后續(xù)分析的方法選擇建議。試驗設計模塊：通過采用面向多變量的試驗設計方法， 在歷史數(shù)據不足的操作區(qū)進行試驗，將對象的在線試驗次數(shù)減至最低程度，以得到對象的真正最優(yōu)結果。數(shù)據挖掘模塊：數(shù)據挖掘模塊是一個聯(lián)機分析挖掘軟件， 能夠完成多種數(shù)據挖掘任

12、務，包括概念描述、關聯(lián)規(guī)則提取、分類、預測和聚類等。通過Microsoft AnalysisServices的支持可用于在大型關系數(shù)據庫牛交互地挖掘多層次的知識與信息。(3)綜合集成軟件平臺用于智能工廠生產組織管理軟件系統(tǒng)的集成，并可在該平臺支撐下進行生產信息的二次開發(fā)和利用。主要具有以下技術指標和特點：工廠數(shù)據模型：綜合集成軟件平臺的核心為工廠的數(shù)據模型，這一模型把實際的流程工業(yè)企業(yè)物理模型，如裝置、罐區(qū)、裝置與裝置之間的連接、裝置與罐區(qū)之間的罐與罐之間的連接、儀表的安裝以及采樣點的分布等信息用數(shù)據庫的形式表示 出來。它包括了對流程工業(yè)企業(yè)內所有的設備及業(yè)務規(guī)則以一種合理的形式進行定 義，并

13、為生產操作與管理人員提供生產過程的相關信息。工廠數(shù)據模型可以存儲在任 何與SQL(StructuredQuery Language)兼容的關系型數(shù)據庫中。支撐環(huán)境：定義接口規(guī)范并提供數(shù)據交換引擎， 方便各種應用系統(tǒng)之間實現(xiàn)數(shù)據 交換，保證系統(tǒng)的各個應用子系統(tǒng)的數(shù)據一致性和數(shù)據的完整性， 并且為集成其它的 應用系統(tǒng)提供必要的數(shù)據接口。業(yè)務處理：實現(xiàn)客戶的主要業(yè)務邏輯。包括客戶現(xiàn)有的應用子系統(tǒng)和新增的應用 子系統(tǒng)，都可以方便地集成到綜合集成軟件平臺中來。用戶界面：采用J2EE、XM由先進軟彳技術，B/S模式設計，采用HTMLC檔的 形式表現(xiàn)，提供信息瀏覽，服務定位等。主要是實現(xiàn)用戶界面的友好性、統(tǒng)

14、一性。主要考核與經濟指標申請獲得8個以上軟件產品登記和版權注冊；利用流程工業(yè)企業(yè)典型增效解決方案標準體系指導和規(guī)范流程工業(yè)企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)的設計3個以上；在典型流程工業(yè)企業(yè)中應用數(shù)據挖掘軟件和綜合集成軟件平臺7套以上；項目成果在示范企業(yè)中的成功應用， 將取得顯著的經濟效益和社會效益， 項目執(zhí)行期內累計產值達到3500萬元，主要考核指標總結如下表:項目2004年度預測2005年度預測總計軟件產品登記和版權注冊3個5個8個應用流程工業(yè)企業(yè)典型增效 解決方案標準體系指導設計1個2個3個應用數(shù)據挖掘軟件和綜合集 成軟件平臺3套4套7套產 值1300力兀2200力兀3500力兀三、課題的年度計劃及年度

15、目標年度課題的年度計劃及年度目標年度計劃：2004年4月底完成項目立項以及課題立項的工作，組織技術人員，成 立攻關項目、課題組。購買試驗設備和軟件，完成基礎研究設施建設2004年10月底完成流程工業(yè)企業(yè)典型增效解決方案標準體系。進行指導和規(guī)范流程工業(yè)企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)設計的應用工作2004年11月底開發(fā)完成數(shù)據綜合利用技術研究和軟件， 并進行應用與 推廣年度目標：申請獲得3個以上軟件產品登記和版權注冊；應用流程工業(yè)企業(yè)典型增效解決方案標準體系指導和規(guī)范流程工業(yè)企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)的設計1個以上；應用數(shù)據挖掘軟件和綜合集成軟件平臺 3套以上；年產值達1300萬元以上年度計劃：2005年4月底完成綜

16、合集成軟件平臺開發(fā)工作，并進行應用與推廣2005年6月底，全面完成攻關項目各個課題的關鍵技術的研究，完善 數(shù)據挖掘軟件和綜合集成軟件平臺。二2005年10月底，完成典型工程示范應用，并通過鑒定。q2005年12月底，完成項目各項工作的結題整理工作， 進行驗收、鑒定五 年度目標：年申請獲得5個以上軟件產品登記和版權注冊；應用流程工業(yè)企業(yè)典型增效解決方案標準體系指導和規(guī)范流程工業(yè)企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)的設計2個以上；應用數(shù)據挖掘軟件和綜合集成軟件平臺 4套以上；年產值達2200萬元以上；四、項目的承擔單位、參加單位及主要研究人員課題承擔單位：浙江中控科技集團有限公司主要參加單位：浙江大學、浙江中控軟件

17、技術有限公司、中國石油天然氣股份有限公司煉油與銷售分公司、南開大學、海軍大連艦艇學院、江南大學課題負責人姓名性 別年 齡職務職稱業(yè)務專業(yè)為本項目工作時間(%)所在單位蘇宏業(yè)男34博士、教授 總工程師工業(yè)自動化80%浙江中控科技集團有限公司浙 江大學先進控制研究所榮岡男42博士、教授 總工程師工業(yè)自動化90%浙江中控軟件技術有限公司浙 江大學先進控制研究所李鴻學男48處長局級 工程師工業(yè)自動化40%中國石油天然氣股份有限公司 煉油與銷售分公司主要研究人員王樹青男64技術顧問教授工業(yè)自動化30%浙江大學先進控制研究所李鴻亮男29副總經理 高級工程師工業(yè)自動化100 %浙江中控軟件技術有限公司浙 江

18、大學先進控制研究所男32副總工程師 高級工程師工業(yè)自動化90%浙江中控軟件技術有限公司徐巍華女28博士工業(yè)自動化90%浙江大學先進控制研究所袁著祉男53教授工業(yè)自動化80%南開入學劉傳文男37技術開發(fā)部經 理、高級 工程師工業(yè)自動化100 %浙江中控軟件技術有限公司浙 江大學先進控制研究所金曉明男33工程部副經理 高級工程師工業(yè)自動化80%浙江中控軟件技術有限公司潘紅華男38博士副教授工業(yè)自動化70%海軍大連艦艇學院劉飛男37教授工業(yè)自動化90%江用大學吳建國男49教授工業(yè)自動化70%南通工學院鄒驍男26開發(fā)部經理工業(yè)自動化100 %浙江中控科技集團有限公司張泉靈男31工程部副經理 高級工程師

19、工業(yè)自動化80%浙江中控軟件技術有限公司浙 江大學先進控制研究所毛維杰男33博士教授工業(yè)自動化60%浙江大學先進控制研究所王長明男38高級項目經 理，高級 工程師工業(yè)自動化100 %浙江中控科技集團有限公司吳維敏男29高級工程 師博士工業(yè)自動化100 %浙江大學先進控制研究所董利達男32高級工程師博 士工業(yè)自動化100%浙江中控軟件技術有限公司賈濤男28工程師博士工業(yè)自動化100%浙江中控科技集團有限公司朱永剛男28項目經理工程 師工業(yè)自動化100%浙江中控科技集團有限公司王建新男29項目經理工程 師工業(yè)自動化100 %浙江中控科技集團有限公司吳俊男36博士 教授工業(yè)自動化60%浙江中控軟件技術有限公司侯衛(wèi)峰男29高級工程師博 士工業(yè)自動化100 %浙江中控科技集團有限公司章鵬男27