流程工業(yè)信息化發(fā)展與展望清華大學(xué)自動(dòng)化系金以慧教授

1、1,工業(yè)信息化中的測(cè)控技術(shù)發(fā)展與展望清華大學(xué)自動(dòng)化系 金以慧,一、問(wèn)題的提出二、工業(yè)企業(yè)的信息化三、測(cè)控技術(shù)的發(fā)展四、測(cè)控技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)的要求五、結(jié)束語(yǔ),2,一、問(wèn)題的提出,,1、信息時(shí)代對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的激勵(lì) 信息時(shí)代所具有的巨大能力，使國(guó)民經(jīng)濟(jì)中生產(chǎn) 與貿(mào)易的方式發(fā)生了根本性的變化，信息科技與 提高附加值的其他技術(shù)產(chǎn)生了密切的交互作用， 這正是當(dāng)前我們所生存的時(shí)代特征 --來(lái)

2、自美國(guó)資料--,3,一、問(wèn)題的提出,,2、中共十六大的號(hào)召 繼續(xù)完成工業(yè)化是我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程中的艱巨的歷史性任務(wù)，大力推進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)信息化，是覆蓋現(xiàn)代化建設(shè)全局的戰(zhàn)略舉措。以信息化帶動(dòng)工業(yè)化、工業(yè)化促進(jìn)信息化，發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)社會(huì)生產(chǎn)力的跨越式發(fā)展,緊迫性,艱巨性,4,一、問(wèn)題的提出,3、面對(duì)進(jìn)入WTO的挑戰(zhàn)與機(jī)遇 本質(zhì)問(wèn)題是：,,市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力的挑戰(zhàn),5,迎接全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)挑戰(zhàn)的途徑,,1、工業(yè)化道路 工藝的創(chuàng)新－－

3、工藝路線的革命 設(shè)備的更新?lián)Q代－－擴(kuò)容和技術(shù)更新 產(chǎn)品的開發(fā)－－新產(chǎn)品的設(shè)計(jì),2、信息化建設(shè)道路 采用信息化－－挖掘設(shè)備潛力，達(dá)到設(shè)備運(yùn)行最優(yōu)化 觀念的改變－－通過(guò)實(shí)現(xiàn)信息化，促進(jìn)管理科學(xué)化,,6,二、工業(yè)信息化,,1、什么是信息化2、自動(dòng)化與信息化的關(guān)系3、國(guó)內(nèi)外信息化發(fā)展比較,7,1、什么是工業(yè)信息化,,1,工業(yè)信息化：在工業(yè)的生產(chǎn)、管理、經(jīng)營(yíng)過(guò)程中，通過(guò)信息基礎(chǔ)設(shè)施，在集成平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)信息的采集（傳感

4、器及儀器儀表）、信息的傳輸（通信）、信息的處理（計(jì)算機(jī)）以及信息的綜合應(yīng)用（自動(dòng)化、管理、經(jīng)營(yíng)等功能）等都是信息化的內(nèi)容。將信息技術(shù)用于企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、管理和銷售的全過(guò)程，以提高企業(yè)的市場(chǎng)應(yīng)變能力和競(jìng)爭(zhēng)能力，這是企業(yè)信息化的主要內(nèi)容和目標(biāo),8,1、什么是工業(yè)信息化,,,信息化的內(nèi)容歸納為： 數(shù)據(jù)采集 數(shù)據(jù)加工 信息傳輸 信息處理 信息綜合應(yīng)用,,,,,結(jié)論：信息化需要信息學(xué)、

5、測(cè)量學(xué)、控制理論、系統(tǒng)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、管理科學(xué)以及各種專業(yè)的學(xué)科交叉與融合才能實(shí)現(xiàn),9,2、信息化與自動(dòng)化的關(guān)系,,,廣義自動(dòng)化,廣義自動(dòng)化是指實(shí)現(xiàn)經(jīng)營(yíng)管理、計(jì)劃調(diào)度、成本核算、生產(chǎn)監(jiān)控、故障診斷、自動(dòng)控制等更大范圍內(nèi)的自動(dòng)化，又稱之為“綜合自動(dòng)化”或稱“流程工業(yè)CIMS”,自動(dòng)化往往是指包括檢測(cè)、控制和繼電保護(hù)等常規(guī)自動(dòng)化的概念,10,2、信息化與自動(dòng)化的關(guān)系,,,,,工業(yè)化,信息化,自動(dòng)化 （廣義）,,,,基礎(chǔ),促進(jìn),帶

6、動(dòng),保證,依賴,提升,11,,,國(guó)外企業(yè)信息化發(fā)展的三個(gè)階段：70年代以前 基礎(chǔ)信息化80年代中期開始 信息集成（企業(yè)內(nèi)部）90年代后期開始 全球信息化（電子商務(wù)）,國(guó)內(nèi)企業(yè)信息化的現(xiàn)狀：基礎(chǔ)信息化尚未完成少數(shù)企業(yè)實(shí)現(xiàn)了信息集成極少數(shù)企業(yè)策劃進(jìn)入全球信息化,3、國(guó)內(nèi)外信息化發(fā)展比較,12,三、測(cè)控技術(shù)的發(fā)展,,1、測(cè)量系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展 測(cè)量系統(tǒng)的組成：,13,傳統(tǒng),,不平衡電橋 放

7、大器交流載波器等等,測(cè)量值計(jì)算 非線性校正 熱電偶補(bǔ)償?shù)鹊?指示儀表記錄儀表等等,多路切換器,熱電偶電阻 電容 電感 電磁 壓電 節(jié)流元件 等,14,發(fā)展趨勢(shì),,,微波技術(shù) 激光與紅外技術(shù) 納米技術(shù) 超導(dǎo)技術(shù) 仿生技術(shù) 等等,15,發(fā)展趨勢(shì),敏敏感件,,,,,,,,敏感元件,調(diào)理元件,信

8、號(hào)處理元件,顯示元件,多路切換元件,,,,,,? MEMS ? 多功能傳感器 ? 敏感、信號(hào)處理、 顯示等元件集成化 ? 等等,16,,發(fā)展趨勢(shì),信號(hào)處理元件,多路切換元件,,,基于微處理器的智能儀表 具有自校正、自診斷、故障自定位、自修復(fù)、自適應(yīng)跟蹤環(huán)境等能力,17,發(fā)展趨勢(shì),,敏敏感件,,,,,,,,敏感元件,調(diào)理元件,信號(hào)處理元件,顯示元件,多路切換元件,,,,,,,基于PC的計(jì)算機(jī)測(cè)量?jī)x表又稱

9、 虛擬儀表集計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、圖 象處理技術(shù)等于一體，例如汽車發(fā) 動(dòng)機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)等,18,發(fā)展趨勢(shì),,敏敏感件,,,,,,,,敏感元件,調(diào)理元件,信號(hào)處理元件,顯示元件,多路切換元件,,,,,,,?網(wǎng)絡(luò)化儀表系統(tǒng) 在局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下將分布于網(wǎng)絡(luò)各端口的數(shù)據(jù)或信息在任何時(shí)間任何地點(diǎn)均能加以采集的測(cè)量系統(tǒng)例如：網(wǎng)絡(luò)化流量測(cè)量系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)化水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)化 環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，智能交通系統(tǒng)

10、、網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)等等,19,三、測(cè)控技術(shù)的發(fā)展,2、控制技術(shù)的發(fā)展,從一般控制技術(shù)向 綜合自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展 （廣義自動(dòng)化）,20,,,21,,集成支撐系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫(kù),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),經(jīng)營(yíng)計(jì)劃系統(tǒng)（BPS）,生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES）,生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)（PCS）,,,,,,,22,,PCS,,,,,基礎(chǔ)自動(dòng)化,過(guò)程自動(dòng)化,自動(dòng)控制,物料平衡分析,自動(dòng)整定,,,,,,先進(jìn)控制,實(shí)時(shí)監(jiān)控,,,,,采集數(shù)據(jù),,23,,相

11、對(duì)傳統(tǒng)的以溫度、壓力、液位等為目標(biāo)的單回路控制而言，先進(jìn)控制則是以質(zhì)量和工藝要求為指標(biāo)的多變量控制,先進(jìn)控制系統(tǒng)的本質(zhì)：,24,加熱爐的控制,,單回路控制系統(tǒng)有：,1、燃燒系統(tǒng)－燃料、送風(fēng)、負(fù)壓、含氧量等控制2、加熱系統(tǒng)－物流的溫度控制3、物流系統(tǒng)－流量、壓力等控制 各種控制回路之間存在著強(qiáng)耦合 系統(tǒng)具有非線性因素 各參數(shù)之間有互動(dòng)作用,,25,,,,結(jié)論：1、在耦合作用下各被控參數(shù)必然有很大波動(dòng)

12、 2、人們關(guān)心的控制指標(biāo)：燃燒效率、尾氣含 氧量、影響安全因素（水位、負(fù)壓）等 3、必需將加熱爐作一整體來(lái)考慮－多變量系統(tǒng),26,制藥工業(yè)中的典型設(shè)備－發(fā)酵罐的自動(dòng)控制,27,多變量魯棒預(yù)測(cè)控制器結(jié)構(gòu),? 快速、平穩(wěn)地控制整套裝置、可提高生產(chǎn)過(guò)程的處理能力? 增加高附加值的產(chǎn)品率,? 采用預(yù)測(cè)原理，可克服過(guò)程大滯后現(xiàn)象和外部干擾，達(dá)到“卡邊”生產(chǎn)的目標(biāo),28,29,

13、,,銷售服務(wù)管理,供應(yīng)鏈管理,作業(yè)調(diào)度,資源分配,企業(yè)資源計(jì)劃,車間管理系統(tǒng),生產(chǎn)過(guò)程管理,物料跟蹤,生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化,設(shè)備維修管理,生產(chǎn)運(yùn)行優(yōu)化,生產(chǎn)狀況分析,動(dòng)態(tài)成本控制,質(zhì)量管理,過(guò)程控制層,產(chǎn)品與工藝設(shè)計(jì),MES,MES層,30,,,31,★ PCS級(jí) 以產(chǎn)品質(zhì)量和工藝要求為目標(biāo)的先進(jìn)控制技術(shù)（多變量預(yù)測(cè)控制）,,★ MES級(jí) 以生產(chǎn)綜合指標(biāo)為目標(biāo)的生產(chǎn)過(guò)程 優(yōu)化控制、優(yōu)化操作與

14、優(yōu)化管理技術(shù),★ BPS級(jí) 以財(cái)務(wù)分析決策為核心的整體資源 優(yōu)化技術(shù),★ 基于知識(shí)鏈的BPS/MES/PCS三級(jí)結(jié)構(gòu)流程工業(yè) 現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)集成技術(shù),32,33,國(guó)外信息化建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益分析,,,,一般生產(chǎn)規(guī)模下可達(dá)1000萬(wàn)－3000萬(wàn)美元的效益,34,四、測(cè)控技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)的要求,,1、硬件 ? 高速率、高精度、多功能、大容量數(shù)采系統(tǒng) ? 抗干擾性強(qiáng)、高穩(wěn)定性的控制系統(tǒng) ? 高可靠性、高可

15、用性、高可維護(hù)性、高可擴(kuò) 展性的測(cè)控系統(tǒng)平臺(tái) 例如，國(guó)產(chǎn)的 新型數(shù)采系統(tǒng)，國(guó)產(chǎn)的DCS、 PLC、FCS 等,35,四、測(cè)控技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)的要求,2、軟件 ? 各類系統(tǒng)的組態(tài)軟件及其開發(fā)工具 ? 針對(duì)不同行業(yè)需求的應(yīng)用軟件 （例如，軟測(cè)量軟件、先進(jìn)控制軟件、操作 優(yōu)化軟件、計(jì)劃調(diào)度軟件、動(dòng)態(tài)成本分析 軟件、ERP 軟件等等） ? 基于互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線上控制軟 件、相

16、應(yīng)的通訊協(xié)議、負(fù)荷分配等網(wǎng)絡(luò)控 制軟件 ? 其他軟件,36,四、測(cè)控技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)的要求,3、集成系統(tǒng) 基于現(xiàn)場(chǎng)總線、局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的綜合自 動(dòng)化系統(tǒng) 例如：大型油田的自動(dòng)開采系統(tǒng)、遠(yuǎn)程診斷 治療系統(tǒng)等,37,五、結(jié)束語(yǔ),,? 測(cè)控技術(shù)在當(dāng)前信息技術(shù)突飛猛進(jìn)的時(shí)代已成為主攻的關(guān)鍵技術(shù)之一目前，已經(jīng)出現(xiàn)了微小化、集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的基于計(jì)算機(jī)的測(cè)控新系統(tǒng) 隨著光、機(jī)、電、算、生、化、醫(yī)、材料等新