信息化到底能為工業(yè)化做些什么

信息化到底能為工業(yè)化做些什么？（摘自www.XinXiH2005-10-15）

摘要：以分布式控制系統(tǒng)（DCS）為例介紹了信息化為提升工業(yè)化所能做的實(shí)際工作，并介紹了DCS的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)及第四代DCS系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：信息化；工業(yè)化；DCS；MACS

黨的十六大報(bào)告提出“走新型工業(yè)化道路，要堅(jiān)持以信息化帶動(dòng)工業(yè)化，以工業(yè)化促進(jìn)信息化”，為我們今后經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整和發(fā)展指明了方向，同時(shí)，也為我們從事信息產(chǎn)業(yè)的企業(yè)創(chuàng)造了一個(gè)巨大的市場(chǎng)空間。但是，我們必須明白信息化與工業(yè)化的主次關(guān)系，發(fā)展工業(yè)化是目的，信息化是手段。

我們已經(jīng)經(jīng)歷了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)泡沫時(shí)代。但是，我們今天仍然被太多的信息相關(guān)的概念所包圍和困惑。好像如果我們不知道“ERP”（Enterprise

Resource

Planning，企業(yè)資源計(jì)劃）、“CRM”（Customer

Relation

Management，客戶(hù)關(guān)系管理）、“SCM”（Supply

Chain

Management，供應(yīng)鏈管理）、“MES”（Manufacturing

Executive

System制造執(zhí)行系統(tǒng)），eBusiness等等，就不能做企業(yè)，或者說(shuō)不能領(lǐng)導(dǎo)一個(gè)當(dāng)代的企業(yè)。如果企業(yè)還沒(méi)有應(yīng)用這些“新技術(shù)”，就不可能活到明天。實(shí)話(huà)說(shuō)，這些日新月異的觀念不僅讓工業(yè)客戶(hù)無(wú)所適從，而且推廣這些概念的公司有多少真正理會(huì)這些概念的涵義也值得懷疑。更確切地說(shuō)，當(dāng)這些公司的推銷(xiāo)人員在向客戶(hù)兜售這些新概念產(chǎn)品或系統(tǒng)時(shí)，他真的認(rèn)為這些新系統(tǒng)能夠?yàn)橛脩?hù)創(chuàng)造價(jià)值嗎？我們中國(guó)還處于由農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)向工業(yè)化經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)變的時(shí)代，工業(yè)化還遠(yuǎn)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，作為一位信息技術(shù)工作者，我們是否要問(wèn)一下我們的信息技術(shù)到底能夠?yàn)楣I(yè)化作些什么？我們到底能否真正為工業(yè)用戶(hù)創(chuàng)造額外價(jià)值，還是在為用戶(hù)裝備這些承載新技術(shù)的新產(chǎn)品時(shí)我們更多的考慮了自己的利益，而提升客戶(hù)能力只是一個(gè)招牌？因?yàn)槭聦?shí)上，很多應(yīng)用信息化的企業(yè)并沒(méi)有真的提升企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力，相當(dāng)多情況下，用戶(hù)在廠家的鼓動(dòng)下，不顧自己企業(yè)的管理水平和人員素質(zhì)也不清楚自己的具體需求，只是為了一些新概念定購(gòu)一些高價(jià)、高性能而不能應(yīng)用的“先進(jìn)”系統(tǒng)，真可謂削足適履，結(jié)果事與愿違，非但沒(méi)有得到應(yīng)用的效果，反而影響了原來(lái)正常的運(yùn)營(yíng)和操作。他們應(yīng)用信息技術(shù)的信心因此受到很大的打擊。以上問(wèn)題困擾了筆者很長(zhǎng)時(shí)間，至今沒(méi)有得到明確答案。筆者只想在此匯報(bào)一些工作和學(xué)習(xí)體會(huì)，希望能夠起到拋磚引玉的作用，引發(fā)業(yè)界人士做一些實(shí)際思考。同時(shí)，筆者以分布式控制系統(tǒng)（DCS）為例介紹信息化為提升工業(yè)化所能做的實(shí)際工作。最后筆者通過(guò)在北京和利時(shí)系統(tǒng)工程股份有限公司的實(shí)踐談?wù)動(dòng)眯畔⒒龠M(jìn)工業(yè)化的一些具體工作體會(huì)。

一、

信息化能為工業(yè)化做些什么

1、

信息化不能代替經(jīng)營(yíng)決策而只能幫助決策

企業(yè)的經(jīng)營(yíng)決策永遠(yuǎn)是企業(yè)經(jīng)營(yíng)者的職責(zé)。信息化可能會(huì)幫助企業(yè)經(jīng)營(yíng)者決策提供信息，但是，決策的任務(wù)必須由經(jīng)營(yíng)決策者承擔(dān)。企業(yè)的經(jīng)營(yíng)決策者通過(guò)對(duì)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境分析，自己的資源優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)以及競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的系統(tǒng)分析之后制定經(jīng)營(yíng)決策。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)本身不能制定決策。企業(yè)經(jīng)營(yíng)決策過(guò)程本身是一個(gè)取舍過(guò)程，因?yàn)槲覀兛偸敲鎸?duì)很多的機(jī)遇，而我們的資源總是有限的，決策的過(guò)程同時(shí)也是一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)判斷過(guò)程。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為我們提供的信息越多，如果信息沒(méi)有經(jīng)過(guò)梳理，反而使得決策過(guò)程變得復(fù)雜。我們很多民營(yíng)企業(yè)經(jīng)營(yíng)者本身沒(méi)有很高的學(xué)歷，也不太懂信息系統(tǒng)，但是他們經(jīng)營(yíng)決策很果斷，有些取得了很大成就。而一些大型企業(yè)擁有很現(xiàn)代化的信息支持系統(tǒng)，也沒(méi)有產(chǎn)生相應(yīng)的效益。當(dāng)然，對(duì)大多數(shù)國(guó)內(nèi)企業(yè)而言，簡(jiǎn)單實(shí)用的信息管理系統(tǒng)的確可以輔助決策者防范風(fēng)險(xiǎn)，理性決策。

2、

信息化不能代替執(zhí)行卻可促進(jìn)并監(jiān)督執(zhí)行

盡管通過(guò)實(shí)施先進(jìn)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以替代生產(chǎn)過(guò)程的許多人工操作，而且控制的精度和效率可以顯著提高，然而在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中人的執(zhí)行能力仍然起決定作用。因?yàn)樾畔⑾到y(tǒng)和過(guò)程控制一旦投入運(yùn)行，該系統(tǒng)只能完成規(guī)定的功能，而市場(chǎng)的變化和生產(chǎn)過(guò)程的許多變化是非固定的。所以，信息系統(tǒng)本身不能代替生產(chǎn)過(guò)程中各級(jí)操作人員處理各種意外并自動(dòng)取得執(zhí)行結(jié)果。但是，一個(gè)好的信息系統(tǒng)（包括自動(dòng)化系統(tǒng)）通過(guò)信息流的暢通，信息的及時(shí)反饋，報(bào)警的處理和分析，操作指導(dǎo)等可以促進(jìn)提高人的執(zhí)行能力。此外，由于信息的通暢和操作歷史記錄的準(zhǔn)確性，信息系統(tǒng)可以監(jiān)督各級(jí)執(zhí)行人員是否完成職責(zé)。應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，公司可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上銷(xiāo)售。采用自動(dòng)化辦公系統(tǒng)，各級(jí)執(zhí)行人員可以提高信息傳遞的效率，特別是對(duì)于異地辦公的企業(yè)，一套實(shí)用的信息系統(tǒng)可以大大提高信息傳遞效率和執(zhí)行效率。

3、

信息化可以提高控制品質(zhì)，提高生產(chǎn)效率

信息系統(tǒng)，特別是自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)施可以真實(shí)地提高過(guò)程的控制品質(zhì)和裝置的生產(chǎn)效率。例如，人工的控制周期只能做到數(shù)秒鐘，操作的精度基本在1％~5％量級(jí)，同時(shí)操作的實(shí)際情況還要受到操作者熟練程度、精神狀態(tài)等因素的干擾。而計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可以做到毫秒級(jí)控制周期（這對(duì)大型快速設(shè)備如火電廠的汽輪機(jī)控制等極為重要），控制參數(shù)的精度可以做到0.1%~0.5%，對(duì)于特殊的回路，精度還可以更高，因此，可以大大提高產(chǎn)品的品質(zhì)。對(duì)于一些大型復(fù)雜的生產(chǎn)過(guò)程，操作工只能完成簡(jiǎn)單的單回路控制操作，而計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)則可以根據(jù)不同的生產(chǎn)狀況（原料的變化、環(huán)境的變化、目標(biāo)產(chǎn)品的變化）進(jìn)行優(yōu)化或準(zhǔn)優(yōu)化控制，顯著提高生產(chǎn)的效率。此外，當(dāng)代的企業(yè)信息與自動(dòng)化系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)到裝置、從單個(gè)裝置到車(chē)間，從車(chē)間到全廠，從全廠到整個(gè)公司的信息采集、整理，從而實(shí)現(xiàn)全廠的綜合監(jiān)控，提高整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的效率。通過(guò)合適的統(tǒng)計(jì)分析和處理，信息系統(tǒng)可以幫助發(fā)現(xiàn)企業(yè)的效率漏洞，找出成本的分布，從而為經(jīng)營(yíng)者解決問(wèn)題提供客觀依據(jù)。系統(tǒng)的設(shè)備管理功能可以幫助實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)維修，從而減少停車(chē)大修的次數(shù)和時(shí)間，提高生產(chǎn)率。先進(jìn)的批處理功能可以幫助操作人員在更換產(chǎn)品或改變裝置產(chǎn)量的時(shí)候自動(dòng)切換到合理的控制參數(shù)，提高效率。

4、

信息化可能增加風(fēng)險(xiǎn)

信息化在促進(jìn)和提升工業(yè)化的同時(shí)，也增加了風(fēng)險(xiǎn)因素。

(1)

信息的集中和經(jīng)營(yíng)決策對(duì)信息系統(tǒng)的依賴(lài)，使得經(jīng)營(yíng)危險(xiǎn)相對(duì)集中。如果信息系統(tǒng)遭到破壞，企業(yè)的經(jīng)營(yíng)可能會(huì)陷入癱瘓。

(2)

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)越來(lái)越多、越來(lái)越復(fù)雜的控制功能，使得操作工變成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的輔助，如果系統(tǒng)出現(xiàn)重大問(wèn)題，可能導(dǎo)致事故。

(3)

大型的開(kāi)放信息系統(tǒng)為工作帶來(lái)了方便，也提高了效率，但是企業(yè)的機(jī)密保護(hù)變得困難。

(4)

越來(lái)越復(fù)雜的信息系統(tǒng)可能會(huì)遭到黑客或病毒的襲擊，使系統(tǒng)癱瘓。

5、

信息化如何為提升工業(yè)化服務(wù)

中國(guó)革命和建設(shè)的實(shí)踐反復(fù)證明了馬克思主義基本原理只有同中國(guó)實(shí)際相結(jié)合才能成功。同樣，信息化只有同工業(yè)化的實(shí)際水平相適應(yīng)才能取得效益。

(1)

企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)人是企業(yè)興衰的決定因素之一，信息化的水平必須適應(yīng)企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)人的水平，否則，信息化注定失敗。

(2)

企業(yè)的各級(jí)執(zhí)行人員（管理干部、技術(shù)專(zhuān)家、現(xiàn)場(chǎng)操作人員等）是企業(yè)經(jīng)營(yíng)決策的執(zhí)行者，也是信息系統(tǒng)（包括控制系統(tǒng)）的實(shí)際操作者，信息系統(tǒng)必須適應(yīng)他們的水平，除非企業(yè)可以換掉不適應(yīng)的人員。一定不要本末倒置，要所有的執(zhí)行人員來(lái)適應(yīng)信息系統(tǒng)。

(3)

各信息產(chǎn)品廠家在推銷(xiāo)與實(shí)施信息系統(tǒng)時(shí)，在給用戶(hù)的決策者和各級(jí)相關(guān)執(zhí)行人員充分培訓(xùn)之后，一定要明確該用戶(hù)的實(shí)際需求水平，然后根據(jù)實(shí)際的需求定制合適的信息系統(tǒng)。中國(guó)的工業(yè)企業(yè)水平可以從最小的作坊式制造到跨國(guó)大型現(xiàn)代化企業(yè)集團(tuán)，可以從十六、十七世紀(jì)工業(yè)水平跨越到二十一世紀(jì)水平，所以最好的信息系統(tǒng)方案也不能滿(mǎn)足所有中國(guó)用戶(hù)的需求。只有滿(mǎn)足適當(dāng)客戶(hù)的適當(dāng)方案，才是有效率的方案。

(4)

企業(yè)信息化要有成本意識(shí)。中國(guó)的國(guó)情決定我們最大的資源（與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中的比較優(yōu)勢(shì)）是擁有取之不盡、用之不竭的廉價(jià)勞動(dòng)生產(chǎn)力。所以，應(yīng)用信息化和自動(dòng)化時(shí)一定要核算計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)代替人所創(chuàng)造的價(jià)值。在相當(dāng)多的情況下，人工成本會(huì)大大低于信息化的成本。在這種情況下，企業(yè)最好利用人工，而信息系統(tǒng)作為管理支持系統(tǒng)和執(zhí)行監(jiān)控系統(tǒng)。

(5)中國(guó)在法制體系完善和銀行現(xiàn)代化實(shí)現(xiàn)之前，實(shí)施先進(jìn)的eBusiness可能性很小。最有效的信息化是工廠過(guò)程自動(dòng)化，財(cái)務(wù)管理，實(shí)用的辦公管理等系統(tǒng)。讓我們忘掉那些時(shí)髦的信息技術(shù)概念，走中國(guó)信息化與工業(yè)化相結(jié)合的道路。讓用戶(hù)在信息化方面花費(fèi)的每一筆投資都能創(chuàng)造價(jià)值，才能使由信息廠家推動(dòng)信息化的局面變成工業(yè)企業(yè)追逐信息化的局面。

2

世界DCS發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

在工業(yè)企業(yè)中，應(yīng)用效益最直接明顯的系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)是工業(yè)控制系統(tǒng)，特別是DCS（分布式控制系統(tǒng)）。盡管若干年以前，就有人判定DCS即將被FCS（現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)）所取代，然而，直至今日，DCS仍然具有相當(dāng)?shù)纳?。ARC咨詢(xún)機(jī)構(gòu)2003年發(fā)布了他們對(duì)世界DCS市場(chǎng)的預(yù)測(cè)報(bào)告。該報(bào)告預(yù)測(cè)世界DCS市場(chǎng)從2002年至2007年將保持2.5％的增長(zhǎng)速度，從2003年的91億美元增長(zhǎng)到103億美元。DCS的發(fā)展速度之所以不高主要原因是美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度減慢所造成的。而中國(guó)近幾年的DCS的增長(zhǎng)速度應(yīng)該在10％以上。

當(dāng)今的DCS與十年前的DCS相比，發(fā)生了根本性的變化。

1、

DCS已經(jīng)進(jìn)入第四代

受信息技術(shù)（網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、各種組態(tài)軟件技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等）發(fā)展的影響，以及用戶(hù)對(duì)先進(jìn)的控制功能與管理功能需求的增加，各DCS廠商（以Honeywell、Emerson、Foxboro、橫河、ABB為代表）紛紛提升其DCS系統(tǒng)的技術(shù)水平，并不斷豐富其內(nèi)容?？梢哉f(shuō)以Honeywell

公司最新推出的Experion

PKS（過(guò)程知識(shí)系統(tǒng)），Emerson公司的PlantWeb（Emerson

Process

Management），F(xiàn)oxboro公司的A2，橫河公司的R3（PRM－工廠資源管理系統(tǒng)），ABB公司的IndustrialIT系統(tǒng)為標(biāo)志的新一代DCS已經(jīng)形成。如果我們把當(dāng)年Foxboro公司的I/A

Series看作第三代DCS系統(tǒng)的里程碑，以上幾家的最新DCS可以劃為第四代。第四代DCS的最主要標(biāo)志是兩個(gè)“I”開(kāi)頭的單詞：Information（信息）和Integration（集成）。

2、

第四代DCS的體系結(jié)構(gòu)

第四代DCS的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。主要分為四層結(jié)構(gòu)：現(xiàn)場(chǎng)儀表層、控制裝置單元層、工廠（車(chē)間）層和企業(yè)管理層。一般DCS廠商主要提供下面的三層功能，而企業(yè)管理層則通過(guò)提供開(kāi)放的數(shù)據(jù)庫(kù)接口連接第三方的管理軟件平臺(tái)（ERP、CRM、SCM等）。所以說(shuō)當(dāng)今DCS主要提供工廠（車(chē)間）級(jí)的所有控制和管理功能，并集成全企業(yè)的信息管理功能。

3、

第四代DCS的技術(shù)特點(diǎn)

(1)

DCS充分體現(xiàn)信息化和集成化（Information

&

Integration）

信息和集成（Information

and

Integration）這兩個(gè)“I”開(kāi)頭的單詞基本描述了當(dāng)今DCS系統(tǒng)正在發(fā)生的變化。我們已經(jīng)可以采集整個(gè)工廠車(chē)間和過(guò)程的信息數(shù)據(jù)，但是用戶(hù)希望這些大量的數(shù)據(jù)能夠以合適的方式體現(xiàn)，并幫助決策過(guò)程，讓用戶(hù)以他明白的方式，在他方便的地方得到他真正需要的數(shù)據(jù)。

信息化體現(xiàn)在各DCS系統(tǒng)已經(jīng)不是一個(gè)以控制功能為主的控制系統(tǒng)，而是一個(gè)充分發(fā)揮信息管理功能的綜合平臺(tái)系統(tǒng)。DCS提供了從現(xiàn)場(chǎng)到設(shè)備，從設(shè)備到車(chē)間，從車(chē)間到工廠，從工廠到企業(yè)集團(tuán)整個(gè)信息通道。這些信息充分體現(xiàn)了全面性、準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性和系統(tǒng)性?；旧洗蟛糠諨CS提供了過(guò)去常規(guī)DCS功能、SCADA功能以及MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）的大部分功能。與ERP不同，MES匯集了車(chē)間中用以管理和優(yōu)化從下定單到產(chǎn)成品的生產(chǎn)活動(dòng)全過(guò)程的相關(guān)硬件或軟件組件，它控制和利用實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的制造信息來(lái)指導(dǎo)、傳授、響應(yīng)并報(bào)告車(chē)間發(fā)生的各項(xiàng)活動(dòng),同時(shí)向企業(yè)決策支持過(guò)程提供有關(guān)生產(chǎn)活動(dòng)的任務(wù)評(píng)價(jià)信息。MES的功能包括車(chē)間的資源分配、過(guò)程管理、質(zhì)量控制、維護(hù)管理、數(shù)據(jù)采集、性能分析及物料管理，與DCS相關(guān)的各功能模塊如圖2所示，其作用簡(jiǎn)述如下。

①

資源配置與狀態(tài)（Resource

Allocation

and

Status）：管理機(jī)器、工具、勞工技能、材料、設(shè)備和其它實(shí)體，使其在操作前按順序可得，同時(shí)提供資源的具體歷史信息，保證設(shè)備正確安裝并提供實(shí)時(shí)狀態(tài)。上面提到的所有DCS都以不同的軟件名稱(chēng)提供了類(lèi)似的功能如設(shè)備管理、知識(shí)管理、能源管理等。

②

派遣生產(chǎn)單元（Dispatching

Production

Units）：管理以工件、訂單、批量、時(shí)序等為形式的生產(chǎn)單元流程，提供派遣信息，并可改變預(yù)先的調(diào)度方案和通過(guò)緩沖區(qū)管理來(lái)控制加工數(shù)量。過(guò)去的連續(xù)過(guò)程生產(chǎn)裝置是按某種產(chǎn)品的生產(chǎn)能力進(jìn)行設(shè)計(jì)，物料平衡公式和設(shè)備的選型也是按該生產(chǎn)能力進(jìn)行（也許加上10％的富裕量），因此，我們經(jīng)常會(huì)聽(tīng)到車(chē)間主任或班組長(zhǎng)如何努力，而生產(chǎn)出超過(guò)裝置設(shè)計(jì)能力20％或25％時(shí)，如何興高采烈，并可能領(lǐng)取超額獎(jiǎng)金。極少有裝置生產(chǎn)能力小于設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力的情形。然而，如果該產(chǎn)品由于市場(chǎng)需求降低，從而要求生產(chǎn)量降低時(shí)，則該裝置的各種物理參數(shù)和控制參數(shù)很難適應(yīng)，不能保證產(chǎn)品的質(zhì)量。當(dāng)由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)、管制、或其它任何原因要停止該產(chǎn)品，而轉(zhuǎn)生產(chǎn)另一種產(chǎn)品時(shí)，通常我們不得不停止該裝置，或進(jìn)行大投資改裝。當(dāng)今，靈活滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，快速響應(yīng)市場(chǎng)已經(jīng)變成主要的經(jīng)營(yíng)驅(qū)動(dòng)力，我們的過(guò)程控制或生產(chǎn)控制必須適應(yīng)這種需求。儀器儀表協(xié)會(huì)也制定了批量控制的標(biāo)準(zhǔn)ANSI/ISA

S88.01

Batch

Models

and

Terminology，為我們開(kāi)發(fā)和應(yīng)用批量控制提供了很好的指導(dǎo)。第四代的DCS基本都提供了自主的或集成的批處理功能軟件。他們把批量控制（BATCH-CONTROL）加入DCS系統(tǒng)，變成一種類(lèi)似先進(jìn)控制算法模塊的組件。

③

文檔控制（Document

Control）：控制與生產(chǎn)單元相關(guān)的記錄，具有編輯和指令下達(dá)等功能。第四代DCS基本都能自動(dòng)生成各種操作記錄、日志以及各種檔案文件。

④

數(shù)據(jù)收集/獲?。―ata

Collection/Acquisition）：提供獲取內(nèi)部數(shù)據(jù)的接口，構(gòu)成相應(yīng)的表格和記錄，數(shù)據(jù)的收集可以是自動(dòng)或手動(dòng)方式。

⑤

勞工管理（Labor

Management）：提供職員有關(guān)狀態(tài)，并與資源配置關(guān)聯(lián)來(lái)決定最優(yōu)分配，值得一提的是，在現(xiàn)代生產(chǎn)過(guò)程中，人和設(shè)備越來(lái)越變成有機(jī)配合的整體。

⑥

質(zhì)量管理（Quality

Management）：提供度量的實(shí)時(shí)分析來(lái)保證產(chǎn)品質(zhì)量控制并鑒定需注意的問(wèn)題，建議更正的建議，也包括SPC/SQC的跟蹤和離線檢查操作的管理以及LIMS的分析等。

⑦

維護(hù)管理（Maintenance

Management）：跟蹤和指導(dǎo)設(shè)備和工具維護(hù)的活動(dòng)來(lái)保證生產(chǎn)和調(diào)度的進(jìn)程，也提供緊急問(wèn)題的反應(yīng)，如報(bào)警，并維護(hù)歷史信息來(lái)支持問(wèn)題的診斷。例如，Emerson聲稱(chēng)通過(guò)其設(shè)備管理功能，用戶(hù)可以在正確的時(shí)間、以正確的方式維護(hù)正確的設(shè)備，節(jié)省掉大部分的例行大修時(shí)間并排除非計(jì)劃停車(chē)時(shí)間。

⑧

產(chǎn)品跟蹤和系譜（Product

Tracking）：提供工作的可見(jiàn)度和相關(guān)的狀態(tài)信息，在線跟蹤功能可產(chǎn)生歷史記錄。

⑨

性能分析（Performance

Analysis）：通過(guò)分析不同功能的匯總信息，提供實(shí)際生產(chǎn)操作與歷史記錄和期望結(jié)果的報(bào)告。

DCS的集成性則體現(xiàn)在兩個(gè)方面：功能的集成（如上面所述）和產(chǎn)品的集成。過(guò)去的DCS廠商基本上是以自主開(kāi)發(fā)為主，提供的系統(tǒng)也是自己的系統(tǒng)。當(dāng)今的DCS

廠商更強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的集成性和解決方案能力，DCS中除保留傳統(tǒng)DCS所實(shí)現(xiàn)的過(guò)程控制功能之外，還集成了PLC（Programmable

Logic

Controller，可編程邏輯控制器），RTU（Remote

Terminal

Unit，遠(yuǎn)程終端設(shè)備），F(xiàn)CS（Fieldbus

Control

System，現(xiàn)場(chǎng)總線），各種多回路調(diào)節(jié)器，各種智能采集或控制單元等。此外各DCS廠商不再把開(kāi)發(fā)組態(tài)軟件或制造各種硬件單元視為核心技術(shù)，而是紛紛把DCS的各個(gè)組成部分采用第三方集成方式或OEM方式。例如，多數(shù)DCS廠商自己不再開(kāi)發(fā)組態(tài)軟件平臺(tái)，而轉(zhuǎn)入采用兄弟公司（如Foxboro

用Wonderware軟件為基礎(chǔ)）的通用組態(tài)軟件平臺(tái),

或其它公司提供的軟件平臺(tái)（Emerson

用Intellution的軟件平臺(tái)做基礎(chǔ)）。此外，許多DCS廠家甚至I/O組件也采用OEM方式（Foxboro采用Eurothem的I/O模塊，橫河的R3采用富士電機(jī)的Processio作為I/O單元基礎(chǔ),

Honeywell公司的PKS系統(tǒng)則采用Rockwell公司的PLC單元）作為現(xiàn)場(chǎng)控制站。

(2)

DCS變成真正的混合控制系統(tǒng)

過(guò)去我們區(qū)分DCS和PLC

主要通過(guò)被控對(duì)象的特點(diǎn)（過(guò)程控制和邏輯控制）來(lái)進(jìn)行劃分。但是，第四代的DCS已經(jīng)將這種劃分模糊化了。幾乎所有的第四代DCS都包容了過(guò)程控制、邏輯控制和批處理控制，實(shí)現(xiàn)了混合控制。這也是為了適應(yīng)用戶(hù)的真正控制需求。因?yàn)椋鄶?shù)的工業(yè)企業(yè)絕不能簡(jiǎn)單地劃分為單一的過(guò)程控制和邏輯控制需求，而是由過(guò)程控制為主或邏輯控制為主的分過(guò)程組成的。我們要實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化，提高整個(gè)工廠的效率，就必須把整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程納入統(tǒng)一的分布式集成信息系統(tǒng)。例如，典型的冶金系統(tǒng)、造紙過(guò)程、水泥生產(chǎn)過(guò)程、制藥生產(chǎn)過(guò)程和食品加工過(guò)程、發(fā)電過(guò)程，大部分的化工生產(chǎn)過(guò)程都是由部分的連續(xù)調(diào)節(jié)控制和部分的邏輯聯(lián)鎖控制構(gòu)成。第四代的各DCS系統(tǒng)幾乎全部采用IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行組態(tài)軟件設(shè)計(jì)。而該標(biāo)準(zhǔn)原為PLC語(yǔ)言設(shè)計(jì)提供的標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)一些DCS（如Honeywell公司的PKS）還直接采用成熟的PLC作為控制站。多數(shù)的第四代DCS都可以集成中小型PLC作為底層控制單元。今天的小型和微型PLC不僅具備了過(guò)去大型PLC的所有基本邏輯運(yùn)算功能，而且高級(jí)運(yùn)算、通信以及運(yùn)動(dòng)控制也能實(shí)現(xiàn)。

(3)

DCS包含F(xiàn)CS功能并進(jìn)一步分散化

過(guò)去一段時(shí)間，一些學(xué)者和廠商把DCS和FCS（現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)）對(duì)立起來(lái)。其實(shí)，真正推動(dòng)FCS進(jìn)步的仍然是世界主要幾家DCS廠商。所以，筆者以前也曾說(shuō)過(guò)DCS不會(huì)被FCS所代替，而是DCS會(huì)包容FCS，實(shí)現(xiàn)真正的DCS。如今，這一預(yù)測(cè)正在被現(xiàn)實(shí)所驗(yàn)證。所有的第四代DCS都包含了各種形式的現(xiàn)場(chǎng)總線接口，可以支持多種標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。此外，各DCS還改變了原來(lái)機(jī)柜架式安裝I/O模件、相對(duì)集中的控制站結(jié)構(gòu)，取而代之的是進(jìn)一步分散的I/O模塊（導(dǎo)軌安裝），或小型化的I/O組件（可以現(xiàn)場(chǎng)安裝）或中小型的PLC。分布式控制的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是邏輯分割，工程師可以方便地把不同設(shè)備的控制功能按設(shè)備分配到不同的合適控制單元上，這樣，操作工可以根據(jù)需要對(duì)單個(gè)控制單元進(jìn)行模塊化的功能修改，下裝和調(diào)試。另外的優(yōu)點(diǎn)是各個(gè)控制單元分布安裝在被控設(shè)備附近，既節(jié)省電纜，又可以提高該設(shè)備的控制速度。一些DCS還包括分布式HMI就地操作站，人和機(jī)器將有機(jī)地融合在一起，共同完成一個(gè)智能化工廠的各種操作。

例如，Emerson的DeltaV，F(xiàn)oxboro的A2中的小模塊結(jié)構(gòu)，Ovation的分散模塊結(jié)構(gòu)等。可以說(shuō)現(xiàn)在的DCS廠商已經(jīng)越過(guò)炒作概念的誤區(qū)，而是突出實(shí)用性。一套DCS可以適應(yīng)多種現(xiàn)場(chǎng)安裝模式：或用現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表、或采用現(xiàn)場(chǎng)I/O智能模塊就地安裝（既節(jié)省信號(hào)電纜，又不用昂貴的智能儀表）或采用柜式集中安裝（特別適合改造現(xiàn)場(chǎng)）。一切由用戶(hù)的現(xiàn)場(chǎng)條件決定，充分體現(xiàn)為用戶(hù)設(shè)想的理念。

(4)

DCS已經(jīng)走過(guò)高技術(shù)產(chǎn)品時(shí)代，進(jìn)入低成本時(shí)代。配置靈活，適應(yīng)各種系統(tǒng)應(yīng)用

DCS在八十年代，甚至九十年代還是技術(shù)含量高、應(yīng)用相對(duì)復(fù)雜、價(jià)格也相當(dāng)昂貴的工業(yè)控制系統(tǒng)。隨著應(yīng)用的普及，大家對(duì)信息技術(shù)的理解，DCS已經(jīng)走出高貴的神秘塔，變成大家熟悉的，價(jià)格合理的常規(guī)控制產(chǎn)品。第四代DCS的另一個(gè)顯著特征就是各系統(tǒng)紛紛采用現(xiàn)成的軟件技術(shù)和硬件（I/O處理）技術(shù)，采用靈活的規(guī)模配置，大大降低系統(tǒng)的成本與價(jià)格。可以說(shuō)現(xiàn)在采用先進(jìn)的DCS實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化控制比原來(lái)采用常規(guī)的儀器儀表進(jìn)行簡(jiǎn)單控制，用戶(hù)投資增加不多，但是實(shí)現(xiàn)的功能確大大加強(qiáng)。就控制站而言，原來(lái)一個(gè)物理信號(hào)處理平均1500元（人民幣），而現(xiàn)在已經(jīng)降到800元左右。過(guò)去國(guó)外DCS一般只適合于大中型的系統(tǒng)應(yīng)用，在小型應(yīng)用中成本很高，但第四代DCS都采用靈活的配置，不僅經(jīng)濟(jì)地應(yīng)用于大中型系統(tǒng)，而且應(yīng)用于小系統(tǒng)也很合適。

(5)

DCS平臺(tái)開(kāi)放性與應(yīng)用服務(wù)專(zhuān)業(yè)化

二十年來(lái)，工業(yè)自動(dòng)化界討論非常多的一個(gè)概念就是開(kāi)放性。過(guò)去，由于通信技術(shù)的相對(duì)落后，開(kāi)放性是困擾用戶(hù)的一個(gè)重要問(wèn)題。為了解決該問(wèn)題，人們?cè)O(shè)想了多種方案，其中包括CIMS（Computer

Integrated

Manufacturing

System，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）系統(tǒng)概念中的開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)（MAP

7層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議平臺(tái)）。然而，有心栽樹(shù)樹(shù)不活，MAP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議并沒(méi)有得到真正的推廣應(yīng)用。而當(dāng)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、軟件技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展為開(kāi)放系統(tǒng)提供了可能。各DCS廠家競(jìng)爭(zhēng)的加劇，促進(jìn)了細(xì)化分工與合作，各廠家放棄了原來(lái)自己獨(dú)立開(kāi)發(fā)的工作模式，變成集成與合作的開(kāi)發(fā)模式，所以開(kāi)放性自動(dòng)實(shí)現(xiàn)了。第四代DCS全部支持某種程度的開(kāi)放性。開(kāi)放性體現(xiàn)在DCS可以從三個(gè)不同層面與第三方產(chǎn)品相互連接：在企業(yè)管理層支持各種管理軟件平臺(tái)連接；在工廠車(chē)間層支持第三方先進(jìn)控制產(chǎn)品、SCADA平臺(tái)、MES產(chǎn)品、BATCH處理軟件、同時(shí)支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（以以太網(wǎng)為主）；在裝置控制層可以支持多種DCS單元（系統(tǒng)）、PLC、RTU、各種智能控制單元等以及各種標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線儀表與執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

值得注意的是開(kāi)放性的確有很多好處，但是在考慮開(kāi)放性的同時(shí)，首先要充分考慮系統(tǒng)的安全性和可靠性，因?yàn)?，生產(chǎn)過(guò)程的故障停車(chē)或事故造成的損失可能比開(kāi)放性選擇產(chǎn)品所節(jié)省的成本要高得多。同時(shí)需注意，在選擇系統(tǒng)設(shè)備時(shí)，先要確定系統(tǒng)的需求，然后根據(jù)需求選擇必要的設(shè)備。盡量不要裝備一些不必要的功能，特別是網(wǎng)絡(luò)功能和外設(shè)的選擇一定要慎重。例如，我們?cè)谶x擇開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，遭到病毒或黑客襲擊的可能就會(huì)加大；我們選擇豐富的外設(shè)如光驅(qū)或軟驅(qū)，就給操作人員提供了裝載無(wú)關(guān)軟件（如游戲等）的機(jī)會(huì)等等。這些都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓或其它致命故障。

隨著開(kāi)放系統(tǒng)和平臺(tái)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品的選擇更加靈活，軟件組態(tài)功能越來(lái)越強(qiáng)大并靈活，但是，每一個(gè)特定的應(yīng)用都需要一個(gè)獨(dú)特的解決方案，所以專(zhuān)業(yè)化的應(yīng)用知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)是當(dāng)今工業(yè)自動(dòng)化廠商或系統(tǒng)集成商成功的關(guān)鍵因素。各DCS廠家在努力宣傳各自DCS技術(shù)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，更是努力宣傳自己的行業(yè)方案設(shè)計(jì)與實(shí)施能力。為不同的用戶(hù)提供專(zhuān)業(yè)化的解決方案并實(shí)施專(zhuān)業(yè)化的服務(wù)將是今后各DCS廠家和系統(tǒng)集成商競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)，同時(shí)也是各廠家盈利的主要來(lái)源。

3

工作實(shí)踐

１、國(guó)產(chǎn)DCS簡(jiǎn)介

中國(guó)自動(dòng)化界的仁人志士經(jīng)歷了不懈的努力致力于發(fā)展自己的DCS產(chǎn)業(yè)。目前以和利時(shí)、浙大中控、上海新華為代表的國(guó)內(nèi)DCS廠家經(jīng)過(guò)十年的努力，各自推出自己的DCS系統(tǒng)：和利時(shí)推出HOLLiAS第四代DCS系統(tǒng)，浙大中控推出Webfield（ECS）系統(tǒng)，新華推出XDPF－400系統(tǒng)。三家積極努力，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)成功地將自主系統(tǒng)應(yīng)用于各種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，正在逐步取得用戶(hù)的認(rèn)可。例如新華公司在火力發(fā)電方面取得顯著成績(jī)，浙大中控在化工控制等方面業(yè)績(jī)突出，和利時(shí)公司在核電、熱電、化工、水泥、制藥以及造紙等方面取得了一定的業(yè)績(jī)。和利時(shí)公司僅2002年就在各行業(yè)取得500多個(gè)合同。此外，和利時(shí)公司把DCS結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓展，應(yīng)用到大型軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)和管網(wǎng)SCADA系統(tǒng)。通過(guò)激烈競(jìng)爭(zhēng)，和利時(shí)公司成功地實(shí)現(xiàn)了秦山核電站60萬(wàn)千瓦核電站綜合計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和常規(guī)島控制系統(tǒng)，并與國(guó)內(nèi)外公司競(jìng)爭(zhēng)獲得了秦山一期30萬(wàn)千瓦核電站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)改造，大亞灣核電站等各個(gè)核電站部分計(jì)算機(jī)系統(tǒng)合同。公司承擔(dān)的北京輕軌和深圳地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用分布式數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離（十幾個(gè)車(chē)站，幾十公里）、大數(shù)據(jù)量（物理點(diǎn)幾萬(wàn)個(gè)）、通信信息復(fù)雜（城域網(wǎng)、局域網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)、無(wú)限通信網(wǎng)等）、多樣化（電力電器控制、環(huán)境控制、RTU、部分機(jī)車(chē)運(yùn)行信號(hào)、車(chē)站信息等）綜合功能。該系統(tǒng)的成功應(yīng)用為我國(guó)城鐵和地鐵發(fā)展提高了綜合監(jiān)控能力，并降低了成本，該方案已經(jīng)成為事實(shí)上的綜合監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)。

在中國(guó)的DCS市場(chǎng)上，三家國(guó)內(nèi)廠商已經(jīng)具備了相當(dāng)?shù)母?jìng)爭(zhēng)能力。例如通過(guò)新華公司與和利時(shí)公司在火電站控制領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)以及和利時(shí)公司與浙大中控在化工等領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)，使得國(guó)外的DCS紛紛降價(jià)?？梢哉f(shuō)三家公司最大的貢獻(xiàn)是把國(guó)外的DCS價(jià)格降到了原來(lái)40％以下，為DCS在國(guó)內(nèi)工業(yè)企業(yè)的普及應(yīng)用，特別是在中小型企業(yè)中的應(yīng)用做出了貢獻(xiàn)。

2、

和利時(shí)公司第四代DCS簡(jiǎn)介

和利時(shí)公司的前身是電子部六所自動(dòng)化工程事業(yè)部，

1992年開(kāi)發(fā)出第一代DCS系統(tǒng)HS-DCS-1000系統(tǒng)，95年推出HS2000系統(tǒng)（采用智能I/O結(jié)構(gòu)、部分實(shí)現(xiàn)IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)功能），1999年推出MACS系統(tǒng)，應(yīng)用于秦山核電站控制系統(tǒng)和數(shù)百套電站、化工、水泥等控制。和利時(shí)公司在總結(jié)多年用戶(hù)需求的基礎(chǔ)上，綜合了國(guó)際技術(shù)成果，集中其核心技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)技術(shù)，2002年初推出第四代DCS-HOLLiAS（智能過(guò)程系統(tǒng)）。

與上述五家國(guó)際知名企業(yè)推出的第四代DCS相比，HOLLiAS仍有些地方還存在差距，例如，管理軟件功能不夠強(qiáng)大，有些國(guó)外產(chǎn)品集成SAP的ERP系統(tǒng)，但是HOLLiAS的管理功能可能更適合中國(guó)大部分企業(yè)的現(xiàn)狀。HOLLiAS的現(xiàn)場(chǎng)總線功能也還不完全，提供的先進(jìn)控制算法不豐富，但目前國(guó)內(nèi)大部分裝置很難應(yīng)用先進(jìn)控制。今后，隨著國(guó)內(nèi)用戶(hù)水平的提高，和利時(shí)正在不斷豐富HOLLiAS的先進(jìn)控制功能。HOLLiAS與國(guó)外系統(tǒng)相比差距最大的是外觀結(jié)構(gòu)，和利時(shí)公司將投資徹底改變此狀況。但是HOLLiAS在本質(zhì)特征上已具備第四代DCS特點(diǎn)，同時(shí)，HOLLiAS的軟件平臺(tái)和I/O模塊已經(jīng)經(jīng)過(guò)幾百個(gè)各類(lèi)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的考驗(yàn)，正在走向成熟。

MACS還在進(jìn)一步豐富和完善中，但是已經(jīng)具備了第四代DCS的基本框架結(jié)構(gòu)和特征。

(1)

充分體現(xiàn)信息管理功能和集成化

HOLLiAS系統(tǒng)采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（在地鐵應(yīng)用中采用四層網(wǎng)絡(luò)：包括一個(gè)連接車(chē)站的城域網(wǎng)）。其中，高層網(wǎng)絡(luò)以服務(wù)器為中心，可以支持各種管理功能，并且，和利時(shí)自己也開(kāi)發(fā)了一些適合中小型企業(yè)的管理軟件平臺(tái)。

HS2000ERP、進(jìn)銷(xiāo)存平臺(tái)、RealMIS平臺(tái)、Web服務(wù)能源管理（應(yīng)用于冶金企業(yè)）等。其中RealMIS已取得廣泛應(yīng)用。此外，該系統(tǒng)支持開(kāi)放數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，支持OPC、ODBC、DDE、COM/DCOM、OLE、TCP/IP等協(xié)議，可以非常方便地聯(lián)接第三方的管理軟件。

集成化體現(xiàn)在和利時(shí)公司與德國(guó)公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)完全符合IEC61131-3全部功能的控制組態(tài)軟件。公司的HMI既可以采用和利時(shí)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的FOCS軟件平臺(tái)，也可以采用通用的如CITECT等軟件平臺(tái)。系統(tǒng)的硬件更是集成化的，除了I/O單元由和利時(shí)自己開(kāi)發(fā)制造外，其他PLC、RTU、FCS接口、無(wú)線通信，變電站數(shù)據(jù)采取與保護(hù)、車(chē)站微機(jī)聯(lián)鎖等，以及各種智能裝置均采用集成方式。在一套地鐵監(jiān)控系統(tǒng)中，集成的各種智能設(shè)備多達(dá)幾十種。

(2)

HOLLiAS系統(tǒng)是一套標(biāo)準(zhǔn)的混合