探討“智慧工廠”的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

摘要：隨著工業(yè)自動化、管理信息化的發(fā)展，“智慧工廠”的創(chuàng)建得到越來越多化工企業(yè)的關(guān)注，本文針對“智慧工廠”的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)做了全面分析，并闡述各層網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的系統(tǒng)及其主要功能。

關(guān)鍵詞：生產(chǎn)控制、生產(chǎn)管理、企業(yè)管理、DCS、LIMS、MES、ERP

隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，市場環(huán)境發(fā)生了根本性的變化。對于化工企業(yè)而言，市場競爭的要素涉及到生產(chǎn)、質(zhì)量、價格、服務(wù)和環(huán)境。面對嚴(yán)酷市場，企業(yè)的重要對策就是采用將制造技術(shù)與信息技術(shù)、自動化技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)和系統(tǒng)科學(xué)技術(shù)有機(jī)融合的新一代先進(jìn)制造技術(shù)，為整個工廠提供一個安全、可靠、高效的生產(chǎn)檢驗環(huán)境以及科學(xué)、便捷、全面的辦公管理平臺。

1“智慧工廠”的優(yōu)勢

“智慧工廠”需要對整個工廠進(jìn)行自動化、智能化、信息化的統(tǒng)一設(shè)計，消除系統(tǒng)內(nèi)“孤島”；建立標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)高速公路，使得所有數(shù)據(jù)在一個平臺上得到統(tǒng)一的應(yīng)用，保證所有數(shù)據(jù)不落地；統(tǒng)一規(guī)劃智能化弱電系統(tǒng)，在有效的系統(tǒng)復(fù)用基礎(chǔ)上，做到功能上的邏輯劃分，既有效保護(hù)投資又能合理經(jīng)濟(jì)地建設(shè)系統(tǒng)，以利于將來的系統(tǒng)擴(kuò)容及升級。

為此可以將整個工廠的網(wǎng)絡(luò)分為三層。第一層：獨(dú)立的生產(chǎn)控制網(wǎng)，運(yùn)行各過程控制系統(tǒng)（PCS），如DCS、PLC等；第二層：生產(chǎn)管理網(wǎng)，搭建數(shù)采系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)（如MES、LIMS）等；第三層：企業(yè)管理網(wǎng)，運(yùn)行企業(yè)管理系統(tǒng)，如ERP和OA等。第一層與第二層通過數(shù)采網(wǎng)關(guān)與生產(chǎn)控制系統(tǒng)隔離；第二層與第三層通過防火墻隔離。

2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2.1 生產(chǎn)控制網(wǎng)

在第一層網(wǎng)絡(luò)中，分散控制系統(tǒng)（Distributed Control System ，簡稱DCS），作為PCS系統(tǒng)中一名重要的成員，是一個以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶，由過程控制級與過程監(jiān)控級組成的多級計算機(jī)系統(tǒng)。[1]現(xiàn)場信號通過變送器從輸入通道進(jìn)入控制站，在控制站中進(jìn)行運(yùn)算處理，并將處理結(jié)果送到輸出通道控制現(xiàn)場設(shè)備。控制站同時與操作站互通信息，操作站顯示現(xiàn)場信號及設(shè)備狀態(tài)，控制站接受來自操作站的操作指令[2]，并將采集到的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的第二層網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行統(tǒng)計管理。

DCS系統(tǒng)注重過程控制，主要以 PLC（Programmable Logical Controller）或 I/O 模塊通過現(xiàn)場總線等方式對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行基本控制。同時，系統(tǒng)的參數(shù)顯示、操作畫面、報警提示、歷史數(shù)據(jù)及系統(tǒng)自診斷功能高度集中在 LCD 上顯示。

2.2 生產(chǎn)管理網(wǎng)

在第二層網(wǎng)絡(luò)中，制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行管理系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，簡稱MES）是近10年來在國際上迅速發(fā)展的實(shí)時信息系統(tǒng)，作為企業(yè)資源計劃系統(tǒng)（第三層）與過程控制系統(tǒng)（第一層）的橋梁，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時數(shù)據(jù)庫和關(guān)系性數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)整合、消除了兩者之間的數(shù)據(jù)斷層；基于統(tǒng)一的企業(yè)核心生產(chǎn)數(shù)據(jù)模型，全面優(yōu)化集成生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)。為用戶提供一個快速反應(yīng)、有彈性、精細(xì)化的制造業(yè)環(huán)境，幫助企業(yè)降低成本、挖潛增效、提高產(chǎn)品質(zhì)量和提升服務(wù)品質(zhì)。MES涵蓋了作業(yè)計劃調(diào)整、資源分配和狀態(tài)管理、過程管理、勞動力管理、質(zhì)量管理、文檔控制、產(chǎn)品追蹤和產(chǎn)品清單管理、性能分析等生產(chǎn)管理的方方面面。其采用當(dāng)前精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，對生產(chǎn)活動進(jìn)行初始化，及時引導(dǎo)、響應(yīng)和報告工廠的活動，對隨時可能發(fā)生變化的生產(chǎn)狀態(tài)和條件作出快速反應(yīng)。如果想從根本上提高生產(chǎn)線上的勞動生產(chǎn)率，需要從MES系統(tǒng)著手，加快生產(chǎn)線運(yùn)作流程。化工企業(yè)作為典型的流程工業(yè)，裝置設(shè)備的自動化水平較高，生產(chǎn)要求“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”，其MES的建設(shè)也具有顯著的行業(yè)特色，生產(chǎn)管理的重點(diǎn)是生產(chǎn)調(diào)度、生產(chǎn)監(jiān)控、物料移動、質(zhì)量管理等，生產(chǎn)單元的分配和勞動力管理相對較弱。先進(jìn)的化工企業(yè)通過實(shí)施集成的MES系統(tǒng)，全面支持生產(chǎn)運(yùn)行管理與優(yōu)化，從而改善生產(chǎn)執(zhí)行層的信息交流以及工作效率，快速地應(yīng)對市場的變化和各種困境。

對產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量分析及檢驗是化工企業(yè)生產(chǎn)品控的重要環(huán)節(jié)，因此，可以通過運(yùn)行實(shí)驗室信息管理系統(tǒng) （Laboratory Information Management System，簡稱LIMS）來實(shí)現(xiàn)。該應(yīng)用系統(tǒng)通過對實(shí)驗室的各種信息進(jìn)行管理，采用科學(xué)的管理思想和先進(jìn)的數(shù)據(jù)庫技術(shù)，針對實(shí)驗室的整體環(huán)境而設(shè)計，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗室人（人員）、機(jī)（儀器）、料（樣品、材料）、法（方法、質(zhì)量）、環(huán)（環(huán)境、通訊）全面資源規(guī)劃，是一套完整的實(shí)驗室綜合管理和產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控體系，既能滿足日常管理要求，又保證實(shí)驗室分析數(shù)據(jù)的嚴(yán)格管理和控制。完成 LIMS 與實(shí)時數(shù)據(jù)庫、MES的信息整合，并傳送到第三層網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分享，通過質(zhì)量信息的及時傳遞，為企業(yè)的質(zhì)量控制和生產(chǎn)優(yōu)化提供及時可靠的支持。

2.3 企業(yè)管理網(wǎng)

在第三層網(wǎng)絡(luò)中，通過企業(yè)資源計劃系統(tǒng)（Enterprise Resource Planning，簡稱ERP）的建設(shè)，集成生產(chǎn)、銷售、采購、倉庫、財務(wù)、成本核算、通用報表等功能，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)供銷一體化管理。而辦公自動化（Office Automation，簡稱OA）是將現(xiàn)代化辦公和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)功能結(jié)合起來的一種新型辦公方式。該系統(tǒng)提供多層組織在縱向與橫向之間的各類公文的流轉(zhuǎn)審批。同時又與個人的工作平臺相聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)待審批任務(wù)的通知功能。企業(yè)中存在大量常用的需公司領(lǐng)導(dǎo)審批的業(yè)務(wù)流程，利用可配置化的流程設(shè)計器和標(biāo)準(zhǔn)通用的表單，以實(shí)現(xiàn)審批事務(wù)的網(wǎng)上申請、網(wǎng)上審批、網(wǎng)上監(jiān)管功能。

3“智慧工廠”展望

“智慧工廠”通過構(gòu)建自動化信息網(wǎng)絡(luò)，連接廠區(qū)各功能區(qū)、中控室以及企業(yè)內(nèi)外辦公點(diǎn)，對各類信息進(jìn)行綜合分析、歸類、處理和判斷。在該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的有效運(yùn)轉(zhuǎn)中，工廠的生產(chǎn)調(diào)度部門控制生產(chǎn)流程、質(zhì)量檢查部門采集分析數(shù)據(jù)、管理部門及時發(fā)現(xiàn)解決問題。銷售與生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)信息交換、有效管理提升行業(yè)競爭力。“智慧工廠”致力于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化、決策科學(xué)化、辦公無紙化，全面提高企業(yè)的生產(chǎn)管理水平。

參考文獻(xiàn)

[1] 馮人為，陽憲惠.從信息集成看現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展 [J].冶金自動化. 2001（6）：22-27

[2] 李若明，王行愚，徐順喜.電廠信息綜合自動化的實(shí)現(xiàn)[J].電力系統(tǒng)自動化， 2004，28（20）： 80-83

作者簡介：夏煜琳（1986.02 -），女，上海人，大學(xué)本科，工程師