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1、提提 纲纲 http:/ 1. 综合自动化的综合自动化的内涵内涵操操作作员员操操作作员员经经营营决决策策部部性能指标：性能指标：综合生产指标（产品质量、产量、成本和消耗）综合生产指标（产品质量、产量、成本和消耗）目标：目标：综合生产指标实际值进入目标范围综合生产指标实际值进入目标范围对象：对象：控制过程和管理过程控制过程和管理过程工具与平台：工具与平台：计算机控制系统、计算机管理系统、网络与计算机控制系统、计算机管理系统、网络与数据库等数据库等综合：综合：自动化技术、生产工艺技术、设备运行技术和生产自动化技术、生产工艺技术、设备运行技术和生产过程管理技术过程管理技术 工业过程综合自动化是采用自

2、动化技术，以工业过程综合自动化是采用自动化技术，以计算机和网络技术为手段计算机和网络技术为手段, ,将生产过程的生产工将生产过程的生产工艺技术、设备运行技术和生产过程管理技术进行艺技术、设备运行技术和生产过程管理技术进行集成，实现生产过程的控制、运行、管理的优化集成，实现生产过程的控制、运行、管理的优化集成，从而实现管理的扁平化和与产品质量、产集成，从而实现管理的扁平化和与产品质量、产量、成本、消耗相关的综合生产指标的优化量、成本、消耗相关的综合生产指标的优化q 金字塔型组织结构金字塔型组织结构生产制造过程董事会总经理生产副总生产班工人生产部生产厂生产车间实现企业生产管理扁平化实现企业生产管理

3、扁平化q 韩国浦项钢厂韩国浦项钢厂 浦项董事长认为： 21世纪信息管理将成为浦项生存与发展的关键，建立生产指挥中心: 生产和销售计划循环周期减少75%; 可靠的承诺时间(ATP)从2小时缩短为2.5秒; 及时发货率从82%提升为95%. 企业预算时间从110天缩到30天,整整减少80天; 月决算时间由6天缩短到1天； 标准成本计算时间由15天缩短到3天； 交货期由20-30天缩短到7天； 客户产品库存天数由30天缩短到24天以下； 库存原料周转率由8.7次增加到12次; 浦项每年生产2800万吨原钢,每年的销售额为106亿美元。2 2）实现企业综合生产指标优化控制）实现企业综合生产指标优化控制

4、 为了适应变化的经济环境，减少消耗，降低成本，为了适应变化的经济环境，减少消耗，降低成本，提高生产效率，提高运行安全性，必须对于控制、提高生产效率，提高运行安全性，必须对于控制、优化、计划与调度以及生产过程管理实现无缝集成优化、计划与调度以及生产过程管理实现无缝集成（HavlenaHavlena，IFAC semi-plenary, 2005IFAC semi-plenary, 2005）化工过程有效的厂级控制不仅能够通过优化操作、减化工过程有效的厂级控制不仅能够通过优化操作、减少设备停机次数、减少不合格产品数量带来显著的经少设备停机次数、减少不合格产品数量带来显著的经济效益，而且能够促进安全

5、生产和减少环境污染济效益，而且能够促进安全生产和减少环境污染在市场经济环境下，过程企业作为柔性供应链的一部在市场经济环境下，过程企业作为柔性供应链的一部分为了竞争不断追求准时制生产，因此紧迫需求过程分为了竞争不断追求准时制生产，因此紧迫需求过程的动态操作。的动态操作。 （BackxBackx，ADCHEM plenary lecture ADCHEM plenary lecture 20002000）在市场环境下，保证产品质量，成本最小化，仅仅依在市场环境下，保证产品质量，成本最小化，仅仅依靠管理人员和操作人员的经验是不够的，需要将过程靠管理人员和操作人员的经验是不够的，需要将过程控制和过程管

6、理集成的有效的敏捷操作。控制和过程管理集成的有效的敏捷操作。（Sebastian Sebastian EngelEngel， ,2007,2007） 从过程工程的角度看，自动反馈控制不仅仅是将被从过程工程的角度看，自动反馈控制不仅仅是将被控变量精确控制在其设定值或者跟踪动态设定值的控变量精确控制在其设定值或者跟踪动态设定值的变化，而是在多种干扰和不确定的情况下，利用可变化，而是在多种干扰和不确定的情况下，利用可测变量操作整个生产过程，使得经济效益最大。测变量操作整个生产过程，使得经济效益最大。（Sebastian EngelSebastian Engel，JPCJPC，20072007） 欧洲

7、钢铁工业技术发展指南指出：欧洲钢铁工业技术发展指南指出：“对于降低生产对于降低生产成本、提高产品质量、减少环境污染和资源消耗只成本、提高产品质量、减少环境污染和资源消耗只能通过全流程自动控制系统的优化设计来实现能通过全流程自动控制系统的优化设计来实现”。( (Charbonnier Charbonnier et al.et al.欧洲钢铁工业发展指南，欧洲钢铁工业发展指南，1999)1999)提高企业知识生产力提高企业知识生产力 现代管理之父杜拉克指出现代管理之父杜拉克指出:“知识生产力将日益成为一知识生产力将日益成为一个国家、一个产业、一家公司的竞争实力的决定性因个国家、一个产业、一家公司的

8、竞争实力的决定性因素素”，“无论什么传统产业，之所以能发展壮大，就是无论什么传统产业，之所以能发展壮大，就是因为它们围绕知识和信息进行了重组因为它们围绕知识和信息进行了重组” 。 采用自动化技术，围绕着产品、工艺的设计和产品采用自动化技术，围绕着产品、工艺的设计和产品的生产制造过程的信息和知识，对产品设计、制造等全的生产制造过程的信息和知识，对产品设计、制造等全过程进行重组，将优秀的设计、制造、管理等方面的经过程进行重组，将优秀的设计、制造、管理等方面的经验、专有技术和知识提炼和融合到综合自动化系统中，验、专有技术和知识提炼和融合到综合自动化系统中，提高企业知识生产力。提高企业知识生产力。2.

9、1 2.1 过程控制技术过程控制技术2.2 2.2 生产过程管理技术生产过程管理技术2.3 2.3 优化控制技术优化控制技术1)1)优化控制的内涵优化控制的内涵q 生产工序过程优化控制生产工序过程优化控制性能指标：性能指标：工艺指标产品在工序加工过程中的质量、效率工艺指标产品在工序加工过程中的质量、效率目标：目标：使实际工艺指标进入目标范围内使实际工艺指标进入目标范围内q 生产全流程优化控制生产全流程优化控制性能指标：性能指标：综合生产指标产品质量、产量、成本和消耗综合生产指标产品质量、产量、成本和消耗目标目标：使实际综合生产指标进入目标范围内：使实际综合生产指标进入目标范围内q 石化行业石化

10、行业 基于模型预测控制的在线基于模型预测控制的在线 动态优动态优化控制方法化控制方法（Nath，Comp. Chem. Engr., 2000）RTO + MPC（S. Engell，JPC, 2007）采用生产调度、实时优化、模型预采用生产调度、实时优化、模型预测控制和测控制和SISOSISO控制器四层结构控制器四层结构（N.L. Ricker, J. Lee, Comp. Chem. Engr. 1995，M. Mercangoz, F. J. Doyle，JPC，2007） 过程工业企业全局优化计算模型与算法过程工业企业全局优化计算模型与算法(宾夕法尼亚州基础宾夕法尼亚州基础技术联盟的资

11、助技术联盟的资助(2005.7.1-2007.6.30) ) 组成组成： 5位教授，位教授， 7名博士生名博士生 卡内基梅隆大学卡内基梅隆大学Larry Biegler, Ignacio Grossmann, John Hooker 里海大学里海大学Jeff Linderoth 匹兹堡大学匹兹堡大学Andrew Schaeffer 合作企业合作企业 ABB、Air Products and Chemicals、BP America、Dow Chemical、ExxonMobil、NOVA Chemicals等等6家化工企业家化工企业 研究计划、调度、实时优化和库存控制的集成研究计划、调度、实时

12、优化和库存控制的集成 连续过程和批次过程的计划与调度及其优化连续过程和批次过程的计划与调度及其优化 企业全局优化和供应链管理企业全局优化和供应链管理 过程控制和参数估计的优化策略过程控制和参数估计的优化策略 自适应控制和在线参数估计自适应控制和在线参数估计 控制系统软件和操作程序的验证控制系统软件和操作程序的验证 q 过程控制、过程优化、生产过程控制、过程优化、生产调度、企业管理和经济决策调度、企业管理和经济决策五五层结构的综合自动化系统层结构的综合自动化系统 (Theodore J. Williams,1989)经营决策经营决策企业管理企业管理生产调度生产调度过程优化过程优化过程控制过程控制

13、q 过程稳定化、过程优化、过程稳定化、过程优化、过程管理三层结构组成的过程管理三层结构组成的选矿生产过程自动化系统选矿生产过程自动化系统 (Houseman, et al. 2001) 过程管理过程管理过程优化过程优化过程稳定化过程稳定化q基于企业资源计划（基于企业资源计划（ERPERP）/ /制造执行系统（制造执行系统（MESMES）/ /过程控制系统（过程控制系统（PCSPCS）三）三层结构的金矿企业综合自层结构的金矿企业综合自动化系统动化系统 (柴天佑、金以柴天佑、金以 慧等慧等, 2003) ERP(Enterprise Resource Planning)PCS(Process Co

14、ntrol System)MES (Manufacturing Execution System) 集成支集成支撑撑系统系统数据库计算机网络生产过程管理生产过程管理生产过程控制生产过程控制系统系统综合综合生产生产指标指标优化优化系统系统q由生产过程管理系统、过程控制系统、综合生产指由生产过程管理系统、过程控制系统、综合生产指标优化系统组成的选矿过程智能综合自动化系统标优化系统组成的选矿过程智能综合自动化系统 (柴天佑柴天佑, 2006，Journal of Measurement and Control) 经理经理生产制造过程生产制造过程以生产控制指挥中心为实以生产控制指挥中心为实现方式的综合

15、自动化系统现方式的综合自动化系统q控制层控制层智能过程控制技术（智能过程控制技术（解决解决PIDPID控制器不能投入运行的复杂工业过程的控制器不能投入运行的复杂工业过程的控制难题）控制难题）q监控层监控层适合具有综合复杂性工业过程的模型预测控制技术适合具有综合复杂性工业过程的模型预测控制技术工艺指标优化控制技术工艺指标优化控制技术q全流程控制全流程控制全流程优化控制技术全流程优化控制技术生产过程健康维护与安全运行技术生产过程健康维护与安全运行技术q生产过程管理生产过程管理以生产计划调度为主线，价值链为核心的一体化以生产计划调度为主线，价值链为核心的一体化技术技术协同化、绿色化、标准化协同化、绿

16、色化、标准化MESMESq系统结构系统结构实现综合生产指标优化和管理扁平化的综合自动化系统的体系实现综合生产指标优化和管理扁平化的综合自动化系统的体系架构和设计技术架构和设计技术将用户需求、合同和特殊技术要求转化为工业生产过程自动控制系统工艺细节的技术，以保证达到所要求的产品的微观组织和最终性能符合客户需求（欧洲钢铁工业技术发展指南，1999）q 以综合生产指标为目标的执行层和控制层的不同尺度闭环控制技术以综合生产指标为目标的执行层和控制层的不同尺度闭环控制技术MRP：物料需求计划系统物料需求计划系统MRP：MRP车间报表管理系统、采购系统等车间报表管理系统、采购系统等 ERP：企业资源计划企

17、业资源计划DRP：配置资源计划系统配置资源计划系统 SCMSCM：供应链管理：供应链管理SCADA: SCADA: 过程监控和数据采集系统过程监控和数据采集系统 q 国际国际MESMES的发展趋势的发展趋势MESMES作为协同制造的必要组成部分，朝协同的方向发展作为协同制造的必要组成部分，朝协同的方向发展 以以MESMES为核心，向制造业中各个系统之间的经营过程延伸的制造为核心，向制造业中各个系统之间的经营过程延伸的制造企业整体解决方案正在形成。因此，企业整体解决方案正在形成。因此，MESAMESA改名为制造企业解决方改名为制造企业解决方案协会案协会MESMES向标准化发展，如向标准化发展，如

18、ISAISA发布的发布的SP95SP95系列标准系列标准实现以敏捷制造和企业全局优化为目标的智能化实现以敏捷制造和企业全局优化为目标的智能化MESMES将成为将成为MESMES新新的发展方向的发展方向q 我国我国MESMES的发展趋势的发展趋势以实现节能降耗为目标的流程工业以实现节能降耗为目标的流程工业MESMES以实现设计、制造、管理一体化的集成制造为目标的离散制造业以实现设计、制造、管理一体化的集成制造为目标的离散制造业MESMESq 生产计划与调度一体化系统体系结构与设计方法生产计划与调度一体化系统体系结构与设计方法q 预测与反馈相结合的计划与调度智能优化技术预测与反馈相结合的计划与调度智能优化技术q 以降低资源消耗为目标