現(xiàn)代企業(yè)發(fā)展與自動化系統(tǒng)

1、現(xiàn)代企業(yè)發(fā)展與自動化系統(tǒng) 作者：任德祥單位：寶鋼集團(tuán)自動化研究所 在面對激烈競爭的變化環(huán)境中，企業(yè)為要不斷取得競爭優(yōu)勢立于不敗之地，則須在信息化、網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)的IT策略方面要與企業(yè)經(jīng)營策略高度融合，而更本質(zhì)的是所建立的基于與信息系統(tǒng)融合的廣義自動化系統(tǒng)必須蘊涵現(xiàn)代型企業(yè)的基因所構(gòu)成的基因鏈。寶鋼集團(tuán)自動化研究所 任德祥任德祥（1941）男，教授級高工，歷任寶鋼自動化部副部長、自動化研究所所長及研究院顧問等職；主持領(lǐng)導(dǎo)過寶鋼一期、二期重大工程的自動化系統(tǒng)的設(shè)計等重大科研項目，現(xiàn)任中國自動化學(xué)會理事。1 現(xiàn)代企業(yè)發(fā)展對自動化系統(tǒng)的要求1.1 現(xiàn)代企業(yè)發(fā)展的特征與企業(yè)“基因”（1）特征在信息化、網(wǎng)絡(luò)化

2、的環(huán)境中，現(xiàn)代企業(yè)發(fā)展的主要特征為： 生產(chǎn)模式柔性化：以適應(yīng)市場上實際存在不同需求的模式； 供需能力國際化：以不斷滿足節(jié)省成本縮短交貨期的要求； 產(chǎn)品研發(fā)快速化：以能適應(yīng)產(chǎn)品生命周期日益縮短的趨勢； 競爭優(yōu)勢的聯(lián)盟化：以進(jìn)一步滿足客戶對服務(wù)品質(zhì)的要求。這種特征表明，傳統(tǒng)性企業(yè)必須要向現(xiàn)代型企業(yè)轉(zhuǎn)化。宏觀上，企業(yè)建立競爭優(yōu)勢，取決于經(jīng)營環(huán)境（即企業(yè)在業(yè)界具備重要特點的運作和如何組織成功競爭優(yōu)勢的環(huán)境）、企業(yè)環(huán)境（即企業(yè)自身，其主要特點，蹤跡記錄及強項和弱點）。IT環(huán)境（IT在建立競爭優(yōu)勢中，所扮演的角色和起到的作用）三個要素。微觀上，則取決于是否擁有作為現(xiàn)代型企業(yè)所必備的“基因”。（2） 現(xiàn)代型

3、企業(yè)的“基因”在面對激烈競爭的變化環(huán)境中，企業(yè)為要不斷取得競爭優(yōu)勢立于不敗之地，則須在信息化、網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)的IT策略方面要與企業(yè)經(jīng)營策略高度融合，而更本質(zhì)的是：所建立的基于與信息系統(tǒng)融合的廣義自動化系統(tǒng)必須蘊涵現(xiàn)代型企業(yè)的“基因”所構(gòu)成的基因鏈。現(xiàn)代型企業(yè)的“基因”包含四部分內(nèi)容：應(yīng)變基因、速度基因、學(xué)習(xí)基因及創(chuàng)新基因。1.2 現(xiàn)代型企業(yè)的發(fā)展對自動化系統(tǒng)的要求如把宏觀與微觀結(jié)合起來，就會形成一個現(xiàn)代型企業(yè)對廣義自動化系統(tǒng)要求的內(nèi)涵。即系統(tǒng)要為現(xiàn)代型企業(yè)的基因提供良好的生存與進(jìn)化環(huán)境。這樣，隨著外部環(huán)境的變化與時間的推移，企業(yè)具備通過自身調(diào)整而能不斷適應(yīng)與發(fā)展的功能。（1）應(yīng)變基因應(yīng)變是指系統(tǒng)對

4、環(huán)境的變化保持敏銳的觀察，以便通過調(diào)整來適應(yīng)。包括對內(nèi)部業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)的重組，及實現(xiàn)柔性生產(chǎn)模式來保持企業(yè)的競爭優(yōu)勢。所以，洞察力的形成是必須的。企業(yè)需要識別機遇還是危機。現(xiàn)代企業(yè)通過高性能化的IT技術(shù)手段，得到的信息在飛躍遞增，其范圍也不斷擴大。迅速讀取來自各個方面信息的各種變化，并確立能判斷異常值的子系統(tǒng)，進(jìn)而把它融合到必要信息的認(rèn)識及比它更具有力度的知識變換的系統(tǒng)中去，這對于提高對市場的洞察力與應(yīng)對能力是有積極意義的。例如系統(tǒng)含有所需的分析、診斷手段，以判斷諸如基礎(chǔ)信息（表征企業(yè)運營“健康”的信息）、關(guān)鍵資源生產(chǎn)率信息（EVA對全因素生產(chǎn)率的評估）、核心技術(shù)狀態(tài)的信息、緊缺資源分配信息、戰(zhàn)略供

5、應(yīng)鏈運作信息、市場景氣狀況預(yù)測信息等，以便進(jìn)而作出的相應(yīng)的調(diào)整與控制?，F(xiàn)代企業(yè)的廣義自動化系統(tǒng)建立有遍布各觀測點的傳感檢測網(wǎng)。這對于形成洞察力是非常重要的基礎(chǔ)。反饋是控制的基礎(chǔ)，現(xiàn)代企業(yè)需要有價值的信息，需要經(jīng)過梳理的信息。而企業(yè)的P-D-C-A循環(huán)，通過ERP-MES-PCS的功能結(jié)構(gòu)宋實現(xiàn)。其中，控制則是動化系統(tǒng)的核心。包括實現(xiàn)資源的調(diào)配。當(dāng)然，系統(tǒng)也必須實施對危急事件的監(jiān)控。即對重點領(lǐng)域進(jìn)行的檢測、安全事件及現(xiàn)象的分析、分離和判斷，一旦發(fā)生就能應(yīng)對。這包括電力、通信、信息、交通、上下水、煤氣、地震及氣象等，以建立務(wù)使企業(yè)安全的自動化系統(tǒng)。而系統(tǒng)本身的安全也必須子以考慮。（2）速度基因速度

6、是獲得競爭優(yōu)勢的重要條件。無論是對用戶需求的快速響應(yīng)，還是實現(xiàn)生產(chǎn)的即時性、設(shè)計與制造過程的快周期、資金的快速周轉(zhuǎn)等。當(dāng)然，要取得速度，建立高速化、廣域化的網(wǎng)絡(luò)及實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無障礙整合是必要條件。網(wǎng)絡(luò)是企業(yè)感知和傳遞內(nèi)外信息及系統(tǒng)中樞指令的神經(jīng)傳導(dǎo)，通過針對企業(yè)結(jié)構(gòu)遍布企業(yè)各個角落，這些均包含在廣義的綜合自動化系統(tǒng)中。而為提升企業(yè)整體能力所建立的全局優(yōu)化的綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)則是充分條件。（3）學(xué)習(xí)基因?qū)W習(xí)基因的本質(zhì)是為不斷提高應(yīng)變的能力。通過系統(tǒng)自身具備的結(jié)構(gòu)機制，構(gòu)成的富有企業(yè)個性特色的學(xué)習(xí)鏈，從而使企業(yè)組織知識的獲得與發(fā)現(xiàn)充滿活力（包括建立共同的價值觀的企業(yè)文化），這是現(xiàn)代企業(yè)發(fā)展的重要支柱

7、。而建立各類數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)倉庫、知識庫、模型庫等是必要條件。另外，生產(chǎn)設(shè)備要素的智能化、成熟操作技能與知識的數(shù)字化、模型化以及建立跨學(xué)科領(lǐng)域知識的模型。包括通過實際運作的數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)來獲得模型結(jié)構(gòu)，又經(jīng)由模型參數(shù)的優(yōu)化來改善提高控制性能（如圖2所示）等。這些均是使系統(tǒng)逐步從靜態(tài)結(jié)構(gòu)過渡向動態(tài)控制結(jié)構(gòu)的橋梁。（4）創(chuàng)新基因創(chuàng)新足企業(yè)發(fā)展的靈魂。企業(yè)系統(tǒng)必須具備創(chuàng)新平臺，激活人的潛在創(chuàng)新意識。首要的是對需求和不足的本質(zhì)認(rèn)以與提煉，它是創(chuàng)新的源泉。系統(tǒng)要具備能使人們發(fā)現(xiàn)問題的窗口，在面對需求與不足時，能籍助于系統(tǒng)的有效工具，進(jìn)行深入的分析，而共處于系統(tǒng)創(chuàng)新平臺的團(tuán)隊成員的多樣性，使觀念匯集，并在質(zhì)疑與沖突

8、中，喚起新思路，協(xié)同合作，促使團(tuán)隊的創(chuàng)造力最大化。另外，系統(tǒng)還必須提供虛擬與實際相結(jié)合的環(huán)境，為提供創(chuàng)造力的驗證與轉(zhuǎn)化奠定基礎(chǔ)。將上述的要點匯總起來，就形成個現(xiàn)代型企業(yè)的基因所對應(yīng)的自動化系統(tǒng)內(nèi)涵要求。 應(yīng)變基因：統(tǒng)具備對各種變化的洞察與處理能力；系統(tǒng)支持對經(jīng)營業(yè)務(wù)的重構(gòu)能力；系統(tǒng)具備適應(yīng)柔性生產(chǎn)模式的能力；系統(tǒng)具備應(yīng)對市場需求及規(guī)避風(fēng)險的能力；系統(tǒng)具備自身安全及危急事件應(yīng)對的能力。 速度基因：系統(tǒng)具備對客戶需求響應(yīng)的快速性；系統(tǒng)具備信息無障礙整合的快速性；系統(tǒng)支持產(chǎn)品設(shè)計制造過程的快周期性；系統(tǒng)具備實現(xiàn)生產(chǎn)的即時性；系統(tǒng)具備對狀態(tài)把握及異常對策的快速性。 學(xué)習(xí)基因：系統(tǒng)具備建立和發(fā)展企業(yè)知識

9、庫的能力；系統(tǒng)具備對經(jīng)營業(yè)務(wù)的決策支持能力；系統(tǒng)具備學(xué)習(xí)與診斷的能力；系統(tǒng)具備對業(yè)務(wù)及過程狀態(tài)的預(yù)測能力。 創(chuàng)新基因：系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)可追溯性和問題發(fā)現(xiàn)的能力；系統(tǒng)具備企業(yè)核心技術(shù)的形成能力；系統(tǒng)設(shè)計與過程創(chuàng)新平臺具有綜合轉(zhuǎn)化力；系統(tǒng)具多種團(tuán)隊段協(xié)同創(chuàng)新的環(huán)境與能力。這樣，蘊涵現(xiàn)代企業(yè)基因的自動化系統(tǒng)的建立，構(gòu)成了與傳統(tǒng)企業(yè)的明顯對比。如表1所示。2 現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)自動化系統(tǒng)的概念與構(gòu)成2.1 概念產(chǎn)業(yè)自動化系統(tǒng)是由若干具有獨立功能的構(gòu)成要素，按同一自動化目的而有序組合并協(xié)同工作的整體（如圖3所示）。其中，主動構(gòu)成要素的集合為系統(tǒng)主體，被動構(gòu)成要素的集合為系統(tǒng)對象，系統(tǒng)主體與系統(tǒng)對象一起組成了系統(tǒng)。如圖

10、4所示。產(chǎn)業(yè)自動化系統(tǒng)與信息系統(tǒng)的融合即為廣義自動化系統(tǒng)。因此，關(guān)鍵在于如何把握系統(tǒng)對象的特征，并選擇、組合。系統(tǒng)主體的構(gòu)成要素，集成以達(dá)到系統(tǒng)目標(biāo)要求，并使技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)的綜合評價上，能相對的優(yōu)化。當(dāng)然，系統(tǒng)主體有許多構(gòu)成要素，而每個要素中又可由許多構(gòu)件組成，其門類繁多。在全球化經(jīng)濟的開放環(huán)境中，構(gòu)成要素已有大量商品化產(chǎn)品，因此如何規(guī)劃、設(shè)計系統(tǒng)方案，選擇、組合各構(gòu)成要素，并集成為功能完善、性能良好的可靠、安全、穩(wěn)定的自動化系統(tǒng)就變得十分重要。 2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示，虛線圓1表示控制技術(shù)由傳感、計算、執(zhí)行三基本要素組成。其中由控制器來完成的計算包括控制算法等內(nèi)容。它與控制對象與環(huán)境的關(guān)系

11、見圖6。虛線圓2表示融合網(wǎng)絡(luò)、計算機、控制器等構(gòu)成要素的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)技術(shù)系統(tǒng)技術(shù)，它關(guān)系到所建立自動化系統(tǒng)的應(yīng)用架構(gòu)能達(dá)到的功能結(jié)構(gòu)與覆蓋面。目前，系統(tǒng)技術(shù)正處于一個重大變革的時代。無論是網(wǎng)絡(luò)（工業(yè)以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線）、控制器（PLC、DCS）、計算機它們本身的內(nèi)在結(jié)構(gòu)與功能都在不斷的發(fā)展與變化，而它們之間的結(jié)構(gòu)如何整合更合理?更由于控制技術(shù)與系統(tǒng)技術(shù)之間功能結(jié)構(gòu)的演變，與傳感器與執(zhí)行器的智能化發(fā)展有關(guān)，所以，未來的變數(shù)很大。圖5中虛線1和虛線2的相交處即控制器部分，它是系統(tǒng)主體中核心構(gòu)成要素。系統(tǒng)對象由兩方面組成：控制對象與環(huán)境。因此，狀態(tài)量的選擇，在考慮控制對象的同時，還必須注意所處的環(huán)境。系統(tǒng)

12、結(jié)構(gòu)體系及各組成要素選擇及自動化方式?jīng)Q定，與系統(tǒng)對象的能觀性與能控性以及對象模型的定位有關(guān)，如圖7、圖8所示。2.3 系統(tǒng)的功能與性能在規(guī)劃、設(shè)計較大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)自動化系統(tǒng)方案時，既要從大的方面來考察又要從具體的細(xì)則來審視系統(tǒng)的功能與性能，如表2所示。2.4 系統(tǒng)的能力規(guī)劃項目一個較大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)自動化系統(tǒng)的立，是嚴(yán)格分階段進(jìn)行的。它必須配合產(chǎn)業(yè)的建設(shè)發(fā)展規(guī)劃、總體設(shè)計的進(jìn)度而進(jìn)行。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計前，應(yīng)先進(jìn)行系統(tǒng)能力規(guī)劃，它包括有系統(tǒng)目標(biāo)、系統(tǒng)規(guī)模、服務(wù)水準(zhǔn)、業(yè)務(wù)量、資源配置及平衡、費用等等項目，每個項止中又有許多條目。如系統(tǒng)的服務(wù)管理項目包括功能、性能、方式、瓶頸、調(diào)整能力等，工作負(fù)荷管理項目包

13、括交易量、負(fù)荷率、業(yè)務(wù)量預(yù)測、資源與負(fù)荷等；資源管理項目包括服務(wù)器、計算機、網(wǎng)絡(luò)、控制器、人機界面、信息軟件、控制軟件、傳感器、執(zhí)行器、操作員、瓶頸等；成本管理項目包括購買、外包、運轉(zhuǎn)維持、維修、使用時間等；安全管理項目包括信息、功能、系統(tǒng)等。在進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃階段，要對經(jīng)過反復(fù)多次的討論與評議，這樣就為系統(tǒng)的設(shè)計討論與評價奠定了扎實的基礎(chǔ)。因為產(chǎn)業(yè)自動化系統(tǒng)的設(shè)計實質(zhì)上是系統(tǒng)集成設(shè)計。要做好這一點必需對企業(yè)的目標(biāo)需求有深刻領(lǐng)會的同時，還要對通過自動化系統(tǒng)的建立為提升企業(yè)競爭優(yōu)勢所起到的作用在每個細(xì)節(jié)上有所把握，還必須注意標(biāo)準(zhǔn)的選擇。只有這樣，才能做到有的放矢，事半功倍，達(dá)到預(yù)期的效果。3 結(jié)語隨著全球化經(jīng)濟激烈的競爭與發(fā)展，企業(yè)