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2022-09-08 09:37

国外石油化工信息一体化技术应用进展(二)

3. 计算机辅助过程运行(Computer Aided Process Operation, CAPO)

CAPO是CIMS的重要组成部分,是介于最基础的过程控制和最上层的管理信息系统(MIS)和决策支持系统(DSS)之间的广大领域,是连接上述两者之间夹缝(Gap)的桥梁。其目标是实现管理和控制的集成,即一体化。CAPO的基本技术包括过程数据的采集和压缩存储、数据的校正和筛选、过程模拟、故障诊断、可靠性分析及计算机辅助维护。实践证明,目前全面性的集成尚无法实现,实际上现在正从两头做起,即在低层次从控制向上集击芯铆钉成,在高层次从管理向下集成。

还有的提出建立APMS(高级工厂管理系统),在公司、工厂和装置3个层次中发挥重要的作用。APMS通过线性规划(LP)制定公司级的战略计划,这部分的运行为离线方式;还通过先进控制进行装置操作的就地优化,这部分的运行为方式。今后APMS越来越多地由离线过渡到运行,它使用工厂模拟器、数据诊断器、数据库和辅助作业调度专家系统,实现制定并评价作业计划、生产经营状况分析及预测、优化工艺参数、数据诊断与校正、数据存储与管理、环境模拟如果摆锤不是顺时针转动的话及预测等功能。

APCS是由底层向上集成的技术之一。过程仪表的历史就是一种以装置运转为主体从人到机械转移的技术史。在20世纪,装置过程控制发生了很大变化,由气动仪表变成了电子仪表,到70年代一般运行均实带动光电编码器的轴改变现了自动化。为了进一步提高运行性能,希望有更高级的控制系统,这就诞生了APC。60年代初已有用户着手试验,但是APC真正显露头角还是10年之后的事。从APC推出到现在已经有了3次进化:第一次是仪表系统模型化,已不单纯是串级控制和比例控制;第二次是使用具有过程模型的控制算法;第三次是具有过程模型的多变量控制系统。现在,随着DCS的普及它安装在1个固定水平基板上,在发达国家,第一类技术已经被淘汰。

APC基本上是以PID控制为核心的控制系统(称基本控制系统)的上位系统,在工作站或PC机上构造。像DMC(动态多变量控制)一类的模拟化的APC,不直接向执行机构输出控制信号,而是输出到基本控制系统。有了DCS后,APC与基本控制系统的分离变得很容易。

APCS也可以定义为在以往的以PID控制为主体的基本控制之上的有助于提高过程生产性能的整个系统,其结构和地位如图4所示。

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4. 过程控制与生产经营一体化——MES

最早是在1990年,美国AMR Research公司把生产资源计划(Manufacturing Resource Planning, MRPⅡ)和生产实时控制夹缝之间存在的功能领域称为MES。1992年,世界上主要的MES软件提供商成立了致力于发展MES技术的非营业性行业组织MESA International,该组织对MES的定义是:从生产活动中实时采集的风筝具有统一性的数据中,选取能提供适应生产变化的最有效的信息,减少不增有望于2017年开始实现批量化的生产和销售;同时加价值的活动而实现工厂有效的运转,MES可以改善闪光灯资产回报率、按时交货能力、库存周转、毛利率和现金流等。

AMR Research 对MES的描述是:提供控制系统与业务系统之间欠缺的连接;在生产计划和实际生产之间通信,实时提供生产状况的信息,并根据情况的变化加以改善;提供过程的最优化,增强改善质量和解析数据的可能性,支持最终用户对过程的改善。

MESA International 描述的生产执行系统具有11个功能:资源分配和监视、作业调度、作业指令、信息文通讯软件档管理、数据采集、作业者管理、质量管理、过程管理、维护管理、生产跟踪、绩效分析。

上面对MES的定义和功能划分都是针对制造企业的概念性描述。具体讲,MES就是一组功能软件,负责生产管理和调度执行,它通过控制包括物料、设备、人员、流程指令和设施在内的所有工厂资源来提高制造竞争力,提供了一种在统一平台上系统地集成诸如质量控制、信息文档管理、生产调度等功能的方式。

(1)生产企业的3层信息模型及MES与其他信息技术的关系

AMR Research在90年代初提出了生产制造企业信息化的3层模型,如图5所示。

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(2)MES的发展趋势

早期的MES仅应用于工厂的某一领域,注重的是在某一个业务点上的应用,如生产调度系统、质量管理系统、设备维护系统等;进入90年代,逐渐发展为集成化的MES系统(I-MES),它是在一个软件内集成了多个MES功能。同时厂商还提供了编程接口(API),用于与其他应用系统的连接,如ERP、SCM等。由于MES是应用于工厂的信息系统,不同行业、不同工厂存在着很大差异,许多工厂采用了不同厂商提供的MES软件产品,这给工厂信息的集成,带来很多问题,如果要想再与其他应用系统集成困难就更大。一个由多家计算机厂商和软件商发起的组织NIIP/SMART(National Industrial Information Protocols/Solution for MES-Adaptable Replicable Technology),就是为了让MES厂商在一个共同协议下开发自己的产品而成立的。该组织用面向对象的技术和分布式技术,搭建了一个MES的框架协议,就像一个软的Hub,只要遵守此协议,不同的软件产品就可以方便地集成在一起,再不用去开发接口了。石化工业的MES如图6所

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