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折弯机企业计算机集成生产系统

发布时间:2022/12/14
  自20世纪30年代以来,自动化技术获得了惊人的成就,已在工业生产和科学发展 p起着关键作用。当前,自动化装置已成为大型设备不可分割的重要组成部分。可以泡,如果不配置合适的自动控制系统,大型生产过程根本无法运行。实际上,生产过程自由化程度已成为衡量工业折弯机企业现代化水平的一个重要标志。
  自动化技术发展的历史与生产过程本身的发展存在着密切的联系,是一个从简单形戈到复杂形式,从局部自动化到全局自动化,从低级智能到高级智能的发展过程。自动化在工业生产中的作用大致经历了如表3所示的三个阶段。
  表3过程控制发展的三个阶段 

阶段

一阶段(20世纪60年代以前

二阶段(20世纪70-80年代

三阶段(20世纪90年代至今

控制理论

经典控制理论

现代控制理论

控制论、信息论、系统论、人工智能等学科交叉

控制工具

常规仪表(液动、电动)

分布式控制系统(DCS)

计算机网络

制要求

安全、平稳

优质、高产、低消耗

市场预测、快速响应、柔性生产、创新管理

控制水平

简单控制系统

先进控制系统

综合集成自动化系统(CIPS)

    信息        控制        对象
  
    图6 CIPS体系结构图
  从表3中可以看出,在过程控制发展的第三个阶段,控制理论强调多学科的交叉与融合,并随着以计算机网络为代表的控制工具的快速发展,工业自动化已突破局部控制的模式,进入全局控制,既包含了若干子系统的死循环控制,又有大系统的协调控制、最优控制以及决策管理,即管理控制一体化的新模式。它的出现将使工业自动化系统在大量获取生产过程和市场信息的基础上,科学地安排生产、调度生产,发挥设备的生产能力,最终达到优质、高产、低消耗的控制目标。人们习惯把CIM在离散型工业中的应用系统称为CIMS,而把它在过程工业中的应用系统称为CIPS(计算机集成生产系统)。多年的研究和实践表明:CIPS是过程工业自动化发展的必然趋势。
  由于连续制造业与离散制造业的不同,CIPS的体系结构也有所不同,按照CIM的思想和流程工业的特点,CIPS体系结构(图6)一般分为五层,自下而上依次是控制级、监控级、调度级、管理级、决策级,各级功能概述如下。
  控制级:实现直接对生产对象进行过程控制和生产设备工艺参数的检测,主要由分布式控制系统(DCS)及PLC(可编程逻辑控制器)和一般PC完成,同时要完成装置工况异常的报警安全连锁,这一级现在大部分折弯机厂已基本实现。
  监控级:主要负责对生产状况进行监控、工艺参数的管理,还完成相应生产装置的先进控制(如预测控制、推断控制、解耦、自适应控制和不可预测输出的估计等)。这一级对各工序进行高一级的控制,它运行在上位计算机上,作用于DCS。
  调度级:以全厂各车间为对象,根据决策层、管理层及物料流、能量流的信息,确定生产负荷,完成生产状况的预测和计划工作并下达作业调度,组织日常均衡生产,对系统可能发生的故障进行预报和诊断,负责生产的指挥和处理异常的事件。
  管理级:按部门落实综合计划的内容,负责以经营管理、生产管理、人文管理为内容的日常管理,主要涉及计划、统计、财务、人事、劳资、设备、质量、供应、销售、物质、能量、环保。
  决策级:根据各种信息(自身经营状况、市场信息、国家政策)制订全厂的长远发展规划、新产品的开发规划、年度综合计划等宏观性的生产经营策略,以全厂为对象,寻求全厂的整体优化,以取得最大经济效益。
  CIPS的总体方案是在初步设计中应当解决的问题。设计时应根据具体系统的总体目标和功能需求,采用系统工程的思想和方法,有明确的设计原则。根据一个大型过程生产折弯机企业的总体方案设计原则,下面列出几点具有普遍意义的原则,供参考。
  1)总体可行性原则
  总体可行性包括实用性、可靠性、科学性、先进性、经济性、可扩充性,应综合考虑这些性能,但应将实用性、可靠性放在首位,这就要求在结构设计时要考虑现有的组织机构和人员配置特点,考虑各种状态因素和行为因素的影响,不能片面追求科学性和先进性,以使设计的系统确实能被使用,能解决问题。
  为了满足先进性与科学性的要求,在设计体系结构时,应充分应用已有的科研成果,特别是参考CIM—OSA、Purdue和GRAI—GIM结构体系及近期国内外的开发研究成果。
  2)大系统分解、协调,以求得系统集成和整体优化的原则
  CIPS是一个复杂的大系统,各种信息关系错综复杂,是一个立体网状结构,在进行结构设计时,必须应用大系统分解协调方法,实现信息和功能的集成,包括纵向集成、横向集成和时间轴集成,并且达到整体优化。
  3)有限合理性原则
  第一,CIPS常是一个多目标、强约束的大系统,如常有资金及技术力量的约束,可将任务分期进行,其工程可围绕最紧迫的主生产线进行,并且应根据资金的限制对硬件及软件设置有所取舍。
  第二,对于结构设计,有多种方法,如过程和资料类的实体分析法、BSP(折弯机企业信息系统规划)法、模型法、强子矩阵法等,考虑到因素太多,为获取精确资料及统计分析,需付出巨大代价,因而,对于总体设计工作也不能提出过高要求,应从实际需要出发。例如,可采取实体分析与专家知识相结合的方法。
  4)全面集成原则
  对CIPS的影响不但来自于各种技术、组织等状态因素,而且也来自各种人、组织、环境的行为因素,据有关统计,实现CIPS的折弯机企业有75%与各种行为因素有关。因此,结构设计从一开始就必须应用复合信息空间的理论和方法,并且贯穿到整个设计工作中,以达到人与信息、技术等全面集成的要求。为此要采用一些系统工程方法,如自上而下地设计、自下而上地分步实施,特别是复合信息空间的理论与方法。
  5)开放原则
  CIPS是一个长期的“旅程”,是不断完善的过程,因而CIPS必须具有时间上和空间上的开放性,这主要表现在以下几方面:
   ·充分利用现有资源。一般折弯机企业在全面开展CIPS建造工作前,已经在很多方面使用了计算机系统,特别是基础自动化、过程控制及部分生产控制和管理工作。在这种情况下,CIPS的设计应尽量合理利用已有的资源和成果,当然,要根据整体优化的原则进行总体人力、物力的核算,不能把原有系统完全照搬过来。这就要求进行CIPS总体设计时要考虑已有机型及软件系统,如异型机兼容等。
  ·可扩充性。由于CIPS的范围将不断有所扩展,故系统在设计时要充分考虑可扩充性。
  ·系统应能适应计算机技术日新月异的发展,特别是多媒体技术的采用。
  ·适应性。系统对不断发展变化的用户需求应有较好的适应能力,如采用模块化技术等。