e.多功能综合管理系统的开发
此项技术涉及控制、生产、计划、经营等多个环节，要实现技术系统、管理系统与人三者的有效集成。例如采用多媒体技术，充分发挥人在管理系统中的作用，利用可视辅助决策、高速信息网技术，使各功能层次上的人与自动化系统互相协调、密切配合，真正体现人在系统中的创造性。
8.3.2典型企业案例
（1）企业概况
沧州化肥厂是国家一级企业，主要产品为尿素，基本原料是油田天然气。主要生产装置是从美国引进的年产量为30万吨的合成氨装置和从荷兰引进的年产量为48万吨的尿素装置，此外，还有大、小双氧水装置各一套，以及合成人造革、三聚氰胺、硝酸脂肪胺等装置。多年来一直按典型的计划经济模式运行，随着改革开放的深入和发展，已经在向市场经济转化。原有的运行机制和生产模式在市场经济的形势下受到极大的压力，这是企业信息化的主要动力。
沧州化肥厂有5套DCS，分为CENTUM-A、B、μXL及TDC-3000LCN等几种不同型号。多年来，企业在计算机方面有局部应用，这是企业信息化的基础。
（2）系统目标
化工生产企业信息化工程的根本目标是提高企业的经济效益，增强企业在市场上的竞争能力。化工生产企业大多数都具有高温、高压、易燃、易爆、有毒等特点，因此，行业管理中提出“安、稳、长、优、满”的五字方针。信息化工程的目标应在这个五字方针的指导下制定。沧州化肥厂的策略是：
a.建立全厂生产部门的先进控制、优化操作和调度管理的综合自动化系统，重点是在节能降耗上取得效益，全系统建立后，可降低综合能耗1%～2%。
b.延长长周期开车时间，减少大修支出，科学地进行设备管理和保护。通过实现关键设备的动态管理对全厂大检修工作实施全面管理，从传统的一年一修过渡到两年一修，可以节约大量开支，产生重大经济效益。
c.以压缩库存、减少流动资金占有为目标，建立全面的物资管理系统。了解后备物资的使用、采购、数量和储备时间，可压缩库存20%～30%。
此外，还要建立包括财务、办公自动化在内的信息管理系统，提高办事效率，将广大管理人员从繁琐的事务性管理中解放出来，让他们发挥更大的作用。
（3）系统总体结构
系统总体上采用客户/服务器结构。
主干网与4个子网连接，其中生产子网连接各个生产车间，再通过通信模块与各自的DCS连接；另外3个子网分别连接财务管理系统、物资管理系统、综合办公系统。生产子网支持5级结构中下面3级的功能。一些先进控制系统的工作主要由DCS内部组态完成，操作优化软件则在上位机内运行。在系统的下层数据传送频率较高，可以达到1min一个周期，总点数在4000点～5000点，在系统内经过应用软件的处理，选出有用的数据送到主服务器供其他用户使用。
（4）工作重点
沧州化肥厂采用典型的化工企业CIMS结构。下面3级直接与装置生产情况相关联，是CIMS工程能否取得实效的关键。沧州化肥厂成功地解决了这些问题，取得了良好的效果。
a.基础控制级
在已有的DCS基础上开发先进控制系统，例如对尿素装置的DCS开发了尿素负荷控制、尿素合成塔液面控制、尿素氨碳比控制、尿素塔氧含量控制等复杂控制系统，取得了很好的投运效果。在DCS方面，进一步开展了智能化连锁系统的改造工作。由于原始设计的生产保护连锁系统是单独考虑的，而在实际工艺生产中各类参数是互相关联的，有必要结合信息化工程加以改造。智能化连锁系统从全局出发，充分利用局部保护技术，尽量避免和减少全局停车现象。具体做法是：充分利用DCS的顺控功能，而且在参数变化时既考虑参数绝对值越限，又考虑参数变化速率，并根据生产实际经验，建立了近百条生产保护规则，将原来的以单因素保护为主改变为结合双因素、多因素的逻辑关系。该系统投入运行后，大大提高了企业长周期运行时间。
b.操作优化级
实现了合成氨和尿素操作优化控制，包括合成氨装置和尿素装置的操作优化，以及管理级优化。
合成氨系统优化是建立在机理模型的基础上，采用系统数学模型的在线修正，并运用大系统分解-协调算法和输出逻辑处理方法，确保安全、有效，最后实现了在线闭环操作优化控制，获得了令人满意的效果。
尿素装置的优化目标是在保持装置平稳操作的前提下，实时地根据工况选择最佳工作点，使尿素生产中全装置氨耗最低。尿素氨耗是考核化肥企业管理水平的综合性指标，不仅能反映原料消耗的高低，而且能直观地反映出一个装置工艺条件及设备运行状况的好坏。本系统的对象是二氧化碳气提法生产尿素，其低压循环吸收系统（包括水解部分）的工况是影响氨耗的重要因素。但是，低压循环系统与高压系统是有机联系的整体，要实现低压系统的优化操作，必须在高压区达到高的转化率与气提效率。为此，要加强对全系统关键工艺操作参数实现优化控制，并长期保持动态最佳工况。
本系统充分利用DCS可以在线采集数据的优势，在实时数据库的基础上，为用户提供十分丰富的管理决策支持服务。除了通常的仪表画面、趋势图、流程图的显示和各类报表的生成打印外，还可以根据管理人员的要求显示和输出生产状态的其他信息，例如有关对象的物料平衡、能量平衡情况和关键对象的有效能分布，以利于负责生产的技术人员和有关领导分析生产现状。另一方面，鉴于车间层的操作优化中，作为在线闭环优化的实际情况，只能对一些主要的决策变量进行在线闭环调整，而另外一些操作变量随着负荷变化也应做适当调整，为此，系统提供了当前操作情况与历史最好情况的同负荷关键参数对比和全部操作参数对比。这样，对一些即使没有闭环控制回路的参数，也可以根据这种对照，为操作人员提供手动操作的参考信息。
8.4冶金企业
8.4.1冶金企业的信息化工程
（1）冶金企业的特点
冶金是国民经济重要的基础产业，是技术和资金密集的产业。从生产过程的角度来看，冶金企业属于连续或者半连续流程制造业。生产设备相对集中，制造过程较快，占用资金较多，能源消耗较高。大型冶金企业具有高水平的装备，主要工序例如烧结、焦化、冶炼、轧钢等所配套的单元自动化技术已经日臻完善，从检测仪表、驱动装置、PLC控制到DCS，逐级的成套控制系统运用已经成熟，其技术水平已经发展到相当高度。相比之下，管理的信息化水平不高，与底层设备的自动化不相适应。大部分冶金企业仅仅在设备管理上开发了MIS（管理信息系统），管理的整体信息集成以及管理和底层自动控制系统的集成还很不够。这是冶金企业信息化第一步工作的重点。
（2）冶金企业的功能结构
冶金企业的功能结构可以分为管理层和控制层两层。如果按照国际标准化组织对于企业自动化系统的建模报告提出的意见，也可以进一步细化为6级。上面3级包括企业的管理功能，主要有企业的长期生产经营方向、投资和发展的决策规划、企业的中短期生产计划，以及相应的各种业务管理、技术管理、车间生产管理和在线作业调度等。下面3级实现企业生产的控制功能，包括生产工艺过程的各种优化控制、生产工艺装备的设备控制、生产工艺参数检测和控制装置驱动等。在企业信息化中，如果仅仅实现了一部分功能的计算机管理或者控制，我们称之为实现了信息化的单元技术应用；如果将6级自动化系统的全部功能都用计算机管理或者控制，并且彼此的信息集成在一起，支持企业的生产和管理达到全局优化，则认为实现了企业级信息化，也就是实现了现代集成制造系统（CIMS）。
冶金企业规模一般都比较大，实现CIMS往往需要很大的投资和较强的技术力量，花费较长的时间。我国许多企业不具备这样的条件，于是提出现代低成本自动化（LCA）的发展途经。实施LCA的重点在于自动化系统分级结构的第1级和第2级，包括主要工艺参数的检测、各控制装置的驱动和主要生产设备的自动控制，这两级自动化对企业的产品质量和数量起到最直接、最关键的保障作用。在第3级，实现关键生产机组LCA，可以取得优化生产、保障安全等显着的技术和经济效益。对于第4、5级的管理功能，要结合企业的具体情况，选择管理上的瓶颈问题进行突破。第6级建立决策支持系统困难较大，可以先实现总经理信息查询系统。
（3）信息系统的基本模式
CIMS强调的是整个自动化系统的集成，也就是将6级自动化系统全部集成起来。根据冶金企业的特点，并结合信息技术及企业现实管理的需要，可以把冶金企业的CIMS大致分为5个层次。各层次上下协调、分工合作，以网络数据库为基础实现信息集成。
a.程序控制层：以自动化设备为基础的现场生产和操作，是生产情况、产品质量、工艺参数等现场数据的来源。
b.过程监控层：以计算机、检测驱动装置（例如智能仪表、PLC、DCS等）为基础的现场管理。
c.作业监控层：将企业内部分散的生产和控制设备集成为全厂自动化系统，提供作业调度、物流跟踪和信息交换。
d.生产管理层：安排生产计划、设备管理、物资供应管理、质量管理等。
e.经营管理层：从全局出发对企业的生产经营活动进行管理，制定生产经营目标，进行生产经营决策和财务、营销等的分析。
8.4.2典型企业案例
（1）企业概况
江苏沙钢集团是以废钢铁为主要原料的钢材加工企业。企业生产工艺采用炼钢、连铸、连轧紧密连接的短流程生产线。集团由核心厂、永新公司、润忠公司和北区经济开发带等4个主体分厂组成，其中包含10余条钢材生产线。
沙钢集团的生产经营特点是：
a.按照对市场需求的分析，库存与定单相结合的生产类型，一般以月为单位安排生产计划，并视销售情况进行调整。
b.设备的品种多、数量大，档次不一，自动化程度差异很大。
c.生产工艺相对简单，炼钢及锭、坯、材生产一条龙，配套性强。
d.原料品种少，产品品种多；生产提前期短，标准化批量生产。
e.生产过程兼有流程和离散的双重特性，其中炼钢部分具有流程生产的特点，轧钢部分具有离散型重复制造的特点。
f.各分厂的生产、财务活动相对独立，而计划、采购、销售、库存等经营活动倾向于统一管理。
g.BOM和工艺路线紧密结合在一起。
（2）需求分析和系统目标
沙钢集团公司是1975年用45万元自筹资金创办起来的一家市属大集体企业，经过20年的发展，到1995年开始考虑CIMS工程时，已经在全国500家销售额最大的工业企业中排名第161位。在首批全国500家优秀民营企业中名列第28位。但是，随着企业的不断发展，也感受到巨大的压力和运行中的种种不协调，迫切希望管理改革和引进新的管理思想。
当时，沙钢集团公司在管理方面主要存在以下问题：
a.管理手段落后，不适应信息社会的要求。主要表现在生产计划、物料计划的盲目性，管理中产生的大量数据使管理人员不堪重负，来不及处理，部门之间信息难以交流，严重影响了企业的市场竞争能力。
b.现有的管理信息系统（MIS）不能满足企业经营和生产的要求。到1995年，企业开发了若干孤立的MIS，由于缺乏统一规划和技术水平的限制，没有形成集成化的信息系统。
c.仓库管理落后。各种事务处理都是以手工台账为基础，不能准确、及时地提供物料库存信息，造成物资积压、呆滞、短缺，不仅占用资金量大，有时还影响正常生产。
d.现代化设备与传统管理模式存在矛盾。1993年开始全套引进具有90年代国际先进水平的高速高效生产线，但是，现有的管理模式不能对这套先进设备进行有效管理，妨碍其效率的发挥。
这些问题促使企业决心通过信息化来提高管理水平，跟上时代的步伐。根据企业发展的战略目标，在CIM哲理的指导下，运用系统工程的整体优化方法，建立了信息化工程的目标。其总目标和一期工程目标为：
a.系统总目标：按照实现沙钢集团公司信息集成的方向，建立覆盖沙钢各部门、各分厂的计算机支撑环境；逐步改造、扩充、完善和提高管理信息系统；加强计划、调度和管理的功能；对底层设备逐步进行技术改造，建立具有国际先进水平的计算机集成制造系统。以全面提高人员素质、降低制造成本、提高产品质量为目标，实现企业的管理现代化、生产自动化、产品多样化和质量水平国际化。
b.一期工程目标：功能上实施以生产计划为核心的MIS，包括财务管理、生产管理、销售管理、物资供应管理、仓库管理、质量管理等；以润忠公司为突破口建立车间制造自动化系统，实现与短流程配套的工序、质量及过程监控；技术上实现MIS与润忠公司DCS的集成。
（3）系统总体设计
沙钢CIMS（简称SG-CIMS）的递阶控制结构分为4层，即集团公司层、分厂层、工段层和设备层。
各层具有不同的功能，但又相互联系，把管理信息与现场监控信息、操作信息集成在一起。
