探討“智慧工廠”的網絡架構

摘要：隨著工業自動化、管理信息化的發展，“智慧工廠”的創建得到越來越多化工企業的關注，本文針對“智慧工廠”的網絡結構做了全面分析，并闡述各層網絡中應用的系統及其主要功能。

關鍵詞：生產控制、生產管理、企業管理、DCS、LIMS、MES、ERP

隨著信息技術的迅速發展，市場環境發生了根本性的變化。對于化工企業而言，市場競爭的要素涉及到生產、質量、價格、服務和環境。面對嚴酷市場，企業的重要對策就是采用將制造技術與信息技術、自動化技術、現代管理技術和系統科學技術有機融合的新一代先進制造技術，為整個工廠提供一個安全、可靠、高效的生產檢驗環境以及科學、便捷、全面的辦公管理平臺。

1“智慧工廠”的優勢

“智慧工廠”需要對整個工廠進行自動化、智能化、信息化的統一設計，消除系統內“孤島”；建立標準數據高速公路，使得所有數據在一個平臺上得到統一的應用，保證所有數據不落地；統一規劃智能化弱電系統，在有效的系統復用基礎上，做到功能上的邏輯劃分，既有效保護投資又能合理經濟地建設系統，以利于將來的系統擴容及升級。

為此可以將整個工廠的網絡分為三層。第一層：獨立的生產控制網，運行各過程控制系統（PCS），如DCS、PLC等；第二層：生產管理網，搭建數采系統、生產管理系統（如MES、LIMS）等；第三層：企業管理網，運行企業管理系統，如ERP和OA等。第一層與第二層通過數采網關與生產控制系統隔離；第二層與第三層通過防火墻隔離。

2 網絡結構

2.1 生產控制網

在第一層網絡中，分散控制系統（Distributed Control System ，簡稱DCS），作為PCS系統中一名重要的成員，是一個以通信網絡為紐帶，由過程控制級與過程監控級組成的多級計算機系統。[1]現場信號通過變送器從輸入通道進入控制站，在控制站中進行運算處理，并將處理結果送到輸出通道控制現場設備。控制站同時與操作站互通信息，操作站顯示現場信號及設備狀態，控制站接受來自操作站的操作指令[2]，并將采集到的數據傳送到相應的第二層網絡中進行統計管理。

DCS系統注重過程控制，主要以 PLC（Programmable Logical Controller）或 I/O 模塊通過現場總線等方式對現場設備進行基本控制。同時，系統的參數顯示、操作畫面、報警提示、歷史數據及系統自診斷功能高度集中在 LCD 上顯示。

2.2 生產管理網

在第二層網絡中，制造企業生產過程執行管理系統（Manufacturing Execution System，簡稱MES）是近10年來在國際上迅速發展的實時信息系統，作為企業資源計劃系統（第三層）與過程控制系統（第一層）的橋梁，實現了實時數據庫和關系性數據庫的數據整合、消除了兩者之間的數據斷層；基于統一的企業核心生產數據模型，全面優化集成生產管理數據。為用戶提供一個快速反應、有彈性、精細化的制造業環境，幫助企業降低成本、挖潛增效、提高產品質量和提升服務品質。MES涵蓋了作業計劃調整、資源分配和狀態管理、過程管理、勞動力管理、質量管理、文檔控制、產品追蹤和產品清單管理、性能分析等生產管理的方方面面。其采用當前精準數據，對生產活動進行初始化，及時引導、響應和報告工廠的活動，對隨時可能發生變化的生產狀態和條件作出快速反應。如果想從根本上提高生產線上的勞動生產率，需要從MES系統著手，加快生產線運作流程。化工企業作為典型的流程工業，裝置設備的自動化水平較高，生產要求“安、穩、長、滿、優”，其MES的建設也具有顯著的行業特色，生產管理的重點是生產調度、生產監控、物料移動、質量管理等，生產單元的分配和勞動力管理相對較弱。先進的化工企業通過實施集成的MES系統，全面支持生產運行管理與優化，從而改善生產執行層的信息交流以及工作效率，快速地應對市場的變化和各種困境。

對產品進行質量分析及檢驗是化工企業生產品控的重要環節，因此，可以通過運行實驗室信息管理系統 （Laboratory Information Management System，簡稱LIMS）來實現。該應用系統通過對實驗室的各種信息進行管理，采用科學的管理思想和先進的數據庫技術，針對實驗室的整體環境而設計，實現實驗室人（人員）、機（儀器）、料（樣品、材料）、法（方法、質量）、環（環境、通訊）全面資源規劃，是一套完整的實驗室綜合管理和產品質量監控體系，既能滿足日常管理要求，又保證實驗室分析數據的嚴格管理和控制。完成 LIMS 與實時數據庫、MES的信息整合，并傳送到第三層網絡進行分享，通過質量信息的及時傳遞，為企業的質量控制和生產優化提供及時可靠的支持。

2.3 企業管理網

在第三層網絡中，通過企業資源計劃系統（Enterprise Resource Planning，簡稱ERP）的建設，集成生產、銷售、采購、倉庫、財務、成本核算、通用報表等功能，幫助企業實現產供銷一體化管理。而辦公自動化（Office Automation，簡稱OA）是將現代化辦公和計算機網絡功能結合起來的一種新型辦公方式。該系統提供多層組織在縱向與橫向之間的各類公文的流轉審批。同時又與個人的工作平臺相聯系，實現待審批任務的通知功能。企業中存在大量常用的需公司領導審批的業務流程，利用可配置化的流程設計器和標準通用的表單，以實現審批事務的網上申請、網上審批、網上監管功能。

3“智慧工廠”展望

“智慧工廠”通過構建自動化信息網絡，連接廠區各功能區、中控室以及企業內外辦公點，對各類信息進行綜合分析、歸類、處理和判斷。在該系統網絡的有效運轉中，工廠的生產調度部門控制生產流程、質量檢查部門采集分析數據、管理部門及時發現解決問題。銷售與生產實現信息交換、有效管理提升行業競爭力。“智慧工廠”致力于實現生產自動化、決策科學化、辦公無紙化，全面提高企業的生產管理水平。

參考文獻

[1] 馮人為，陽憲惠.從信息集成看現場總線技術的發展 [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現[J].電力系統自動化， 2004，28（20）： 80-83

作者簡介：夏煜琳（1986.02 -），女，上海人，大學本科，工程師