本文结合烟草制造业的行业特点和实际应用需求，提出了三层架构模式的烟草行业CIMS体系结构。同时，本文分析研究了卷烟配方辅助设计子系统，填补了行业产品设计领域信息化的空白，丰富了流程制造业CIMS体系的技术内涵和系统实现手段。

    0 引 言

    现代集成制造系统（Contemporary Integrated Manufacturing System，CIMS）概念，在广度和深度上拓展了传统的计算机集成制造CIM（Computer Integrated Manufacturing）的内涵。现代集成制造系统是将现代信息技术、现代管理技术与制造技术相结合，在全球化制造环境下集成产品全生命周期各阶段与企业内外部相关的活动和资源，以实现优化运行，使企业敏捷响应多变的市场，提高企业创新能力与综合竞争力技术的新技术。”如果说计算机集成制造系统的特征是集成，其使能技术是计算机技术，那么，现代集成制造系统的特征是集成和优化，其使能技术是计算机技术和系统技术“。概括地讲，现代集成制造系统是信息时代提高企业竞争力的技术，是涉及先进制造技术、先进信息技术和现代企业管理技术的多学科的综合性技术。

    现代信息技术的发展为企业的综合集团化发展提供了强大的支撑。利用这个技术优势，CIMS可以有效地整合企业资源，提高决策的正确性以及生产过程的敏捷性和柔性，从而提高企业的核心竞争力。从企业的生产工艺方面分，CIMS可大致分为三类：离散型制造业CIMS、流程型制造业CIMS、混合型制造业 CIMS，这种划分方法是根据生产过程中原材料是否连续被使用来进行分类。经过20多年的实践，离散型制造业的CIMS系统架构已经发展到比较成熟的阶段，与离散型制造行业CIMS系统发展相比，流程型制造行业的CIMS系统在实际实施过程中有很多制约因素，包括原料的来源不固定，原料的质量不能实现实时检测，还有产品的设计需要不断发展变化等。因此，在流程型制造业CIMS系统架构设计时要充分考虑这些环节的灵活性及可扩展性，并且尽量减少这些环节与其他相关环节的耦合性，以促进系统内各个组成部分的有效协调和合理关联。如何合理组织各环节的衔接是CIMS系统架构时需要考虑的首要问题，也是近年来流程型企业CIMS架构研究的热点，谭文安、陈俊等人提出了各自的见解。

    对于属于流程型制造行业的烟草制造业，其工业产品的科学设计和更新换代是企业在高度竞争的市场环境里保持优势的重要基础。如何提高产品设计的成功率、如何科学利用现有产品的经验数据等与产品设计相关的研究问题是该行业中的热点。另外，得到产品设计方案以后，如何将产品设计融人到整个企业CIMS系统中去，使其能在系统集成中更好地发挥作用，以提高整个企业的综合实力，这些是烟草行业CIMS系统集成时需要考虑的焦点问题。

    针对上述烟草行业CIMS系统集成时需要考虑的问题及这些问题的解决方案，本文将对烟草行业CIMS系统结构划分及各模块的系统集成进行

    研究，并提出自己的看法，并结合某卷烟厂的CIMS系统集成应用，进行了理论研究成果的实践应用。经过检验和测试，最后得到了良好的企业应用实践效果。

    1 CIMS三层架构设计

    企业CIMS系统集成的目标是全面实现企业生产经营管理的数字化。企业CIMS系统集成是个范围广、收益效果比较慢的综合性工程，首先要有整体性统筹和设计。在进行总体结构设计时，既要考虑两至三年的中长期目标及企业需要迫切解决的管理问题；也要综合了筋企业的管理现状和管理模式以及行业发展方向；还要认识到项目实施前对信息化已经做过的投资的保护和计算机、自动化等技术发展的需要。因此，系统体系设计原则的先后顺序应为：正确性、可扩展性、实用性、可靠性。在具体设计时从多个视角、多个方面综合考虑，权衡利弊，最终找出最优方案。

    传统CIMS将制造业企业相关管理和控制的层面划分为决策、管理、调度、过程控制、设备控制等五个层面”J。根据流程型卷烟制造企业自身的生产自动化水平高、生产加工速度快、加工工艺路线相对稳定等特点，以及控制领域逐步成熟的“集中管理、分布控制”技术，本文经过研究分析将过程控制层和设备控制层合并通称为控制层，车间管理与生产调度合并进入生产执行层，从而得出了经过简化和合成的系统三层架构初步模型。这个模型综合考虑了烟草企业管理决策、生产自动化控制、物流分配等各主要部门之间的协作和互补，为下一步具体实施CIMS结构设计提供了参考和指导。

    从系统时间响应快慢的角度考虑，结合企业生产环境的调研情况，本文总结出不同企业部门具有不同的响应时间数据，例如控制层的数据是毫秒级的，生产执行层的数据处理频率是分钟级的，而管理经营层的数据是日级的。为了提高生产经营各环节的综合效率，快慢道分离，充分反应企业对不同需求的响应速度，这应该是系统结构架构时要考虑的出发点。另外，这些不同层次利用的技术和对人员的素质要求也有区分，管理经营层主要用到的是管理技术、信息化技术等；自动化生产控制层主要应用闭环控制、数据采集、现场总线等自动化技术；生产执行层主要任务是计划调度，生产反馈。所以生产执行层可以作为自动化技术与管理信息化技术的综合利用平台和联结桥梁，以达到整个系统的元缝连接和有效融合。

    综合上述考虑，根据企业生产管理信息传递规则的要求，按照尽量简化不同功能层次间耦合性的原则，以计算机信息技术作为提高管理效率的手段，本系统在 CIMS体系架构设计时采用三层模型，分别是以数字化产品设计、ERP为核心的企业经营管理层；以提高精准加工能力和柔性制造能力为核心的生产执行层；以提高劳动生产率为主要目标的自动化控制层。此三层结构可以加大各级的管理幅度，从而达到降低部门间相互协调的成本、提高企业管理的效率之目的。

    2 烟草行业CIMS中的产品设计系统

    在烟草行业中，产品及其配方的设计和更新是企业竞争力的主要支柱所在。如何高效地进行产品配方的研制和开发；如何将产品设计的功能融合到企业CIMS中去，这些都是烟草企业面临的主要问题。目前行业CIMS体系中尚没有相应的解决方案、系统或软件工具。随着智能技术的发展和人们对科学配方方法研究的进展，本文在进行CIMS体系研究中针对卷烟产品设计信息化进行了研究和尝试。

    传统意义上的卷烟配方维护和设计主要依靠配方师的经验，经反复实验来完成。配方师所需的数据信息获取不便，计算工作繁琐，设计维护工作量大，并且容易受环境、配方师身体状况等因素的影响，这些因素在一定程度上制约着产品的研发效率，影响着产品质量的稳定，也阻碍了企业产品质量的统一化和标准化。在卷烟配方设计的信息化方面，国内外尚未发现成熟的解决方案和可供借鉴的有效经验，本文把科学配方思想引入到烟草行业的产品设计中来，实现卷烟设计的数字化，丰富和完善CIMS体系中产品设计信息化内容。

    科学配方就是以计算机辅助设计（CAD）思想为指导，借助智能技术、数据分析技术对历史经验数据进行内在规律挖掘和知识提取，通过建立多种智能模型来模拟专家的设计行为，实现对配方设计的辅助质量评估以及产品研发，达到提高研发效率、维持质量稳定的目的。科学配方模式为烟草行业的产品设计提供了一个新思路。

    本文以科学配方的设计思想为基础，融合专家经验配方设计模式，设计了卷烟配方智能辅助设计系统（简称：配方CAD系统），为烟草行业CIMS体系的产品设计提供了有效的软件系统支撑和信息化解决方案，并为生产执行、经营管理提供了强大的产品数据支持。

    3 QD-CIMS系统设计

    在以上进行的理论研究分析的基础上，结合某卷烟厂的CIMS集成应用，对上述理论分析进行了CIMS应用设计，本文设计的系统简称为QD-CIMS（QD为系统代号）。

    在具体实施三层架构模式时，融合产品设计功能模块，QD—CIMS从横向上划分四个子系统来进行整个CIMS系统的设计和集成，如图1所示。四个子系统分别是卷烟配方智能辅助设计系统（CAD）、扩展企业资源计划系统（xERP）、生产执行系统（MES）、仓储及生产自动化系统（PCS）。为了便于管理，降低集成的操作难度，以上各子系统都采用统一的信息分类编码体系。

   在这四个应用子系统的设计中，比较关键的是CAD子系统、xERP子系统、MES子系统，本文将对这三个子系统的设计进行分析。对于仓储及生产自动化子系统，相关研究较多，本文不再对其作详细介绍。

    3.1 卷烟产品设计子系统（CAD）

    产品设计领域的配方CAD系统为流程制造业产品设计提供了全新的、切实可行的信息化解决方案，也是首次在国内外烟草行业中得到实践应用。QD-CIMS中的配方CAD系统主要解决企业在原料品质管理与分析、配方数据管理、辅助配方设计等方面的关键技术问题，以改变传统卷烟配方设计开发模式，实现经验配方与科学配方的有机结合，缩短产品开发周期、降低技术成本，提升企业数字化产品分析与设计工作能力，促进企业信息化工作向高端迈进，提高企业的整体技术水平和科研创新能力。

    如图2所示，QD.CIMS的配方CAD系统总体上主要以原料管理子系统、配方管理子系统、产品智能辅助研发子系统、预警分析子系统、烟叶评吸管理子系统、数据分析平台等七个系统组成。整个系统可归纳概括为数据管理、数据分析、辅助设计三大业务逻辑。系统从原料、配方、工艺以及外部系统接口等各个环节实行全面的数字化、标准化、智能化管理，形成功能强大、灵活便捷的卷烟配方智能辅助设计系统。同时，CAD系统还实现与ERP、MES等系统的集成，完成了多系统之间的交互和数据共享，为整个CIMS系统起到了良好的支撑。

    配方CAD系统以信息技术和人工智能技术为基础，融合行业先进的制造、设计等技术，实现对产品感官质量的计算机辅助品评和计算机智能配方设计，推动卷烟配方设计由经验配方向科学配方的转变。CAD系统建立的虚拟研发管理实验平台，实现了配方研发与质量控制、成本分析、原料平衡、工艺设计的有机集成，提高配方设计的系统性与完整性。另外，通过与CIMS相关系统的集成和融合，CAD系统构建的集成统一的研发管理模式以及灵活的协同工作机制和接口管理，为多部门联合配方研发、实现跨区域集团化产品管理和均质化研发生产搭建了良好的信息支撑平台。

    3.2 扩展企业资源计划子系统的设计

    在传统企业资源计划（ERP）基础上，本文提出了扩展企业资源分系统（xEP,P）的设计思路。它将当今管理领域的新学科和管理应用软件的新发展蕴涵在 xERP中，例如基于数据仓库、数据挖掘和多维分析技术为基础的实践应用。扩展企业资源计划分系统包括商务智能（BW）、办公自动化（OA）、供应链管理 （SCM）、客户关系管理（CRM）和基础ERP等，它是整个CIMS体系中核心和基础的部分。该系统侧重于企业内部的信息收集和处理，提供的信息全面丰富。

    另外，商务智能模块提供了对领导决策的支持和相关的数据分析，客户关系管理模块强调以客户为中心的管理思想和信息的综合分析与利用。因此xERP在实际应用中具有很强的适应性与可扩展性，它为企业的可持续发展提供了一个整体解决方案。企业的营销信息化是通过客户关系管理系统及数字化通信产品工程系统的研发来实现。企业的决策中心需要全面了解企业内部、行业内部以及整个经济大环境的信息，所以在所有系统之上规划了商务智能系统，以体现QD-CIMS在系统集成时对企业决策的支持。

    3.3 生产执行子系统的设计

    从整个烟草行业来看，卷烟厂的管理模式是一个集供、产、销为一体的独立的经营者，从发展的眼光来看，卷烟厂仅仅是集团企业下的一个具有生产能力的加工成本中心。在QD-CIMS总体结构设计时，参照ISA-95标准模型，将生产执行系统从传统的企业资源计划系统中分离出来，作为一个独立的分系统出现。

    生产执行子系统的目标是实现企业生产过程、组织、管理的最优化，使计划、生产、调度、资源分配等管理更加科学、准确。在系统集成时需要考虑以下两个问题，首先能够提高企业在生产过程中快速反应与敏捷制造的能力，使该系统最终与生产自动化系统集成；其次还要考虑工厂生产自动化、连续化均衡生产，以及实现企业生产过程中的产品生产交货期的精确计划，使该系统最终能与企业资源计划系统相集成。

    在QD-CIMS中，生产执行系统主要功能包括产品全生产过程可视化、物料跟踪、设备维护、生产过程质量监控、生产调度、生产指标优化等。该系统利用模型驱动技术，设定了多种工艺加工路线，将现有的产品配方、加工工艺路线及工艺参数等进行细分，按设定的不同生产方式，通过模型组织生产，来实现生产过程的协调管理与加工过程的柔性化管理。

    3.4 各子系统之间的集成

    随着用户对系统扩展性、安全性、维护性等要求的不断提高，将安全性、集成性等系统级的公共服务提取出来，由中间件模块来完成CIMS系统集成是个比较好的选择。

    通过研究，在QD-CIMS系统集成中采用了中间件技术，中间件作为基础层次的支撑主要包括以下三种类型：

    （1）集成服务中间件：访问门户中间件、异步业务流程集成的消息中间件、工作流中间件、数据集成的同步复制中间件、批处理的数据清洗转换加载中间件等。

    （2）分布式服务中间件：提供事务处理、负载平衡、Web服务、对象访问、业务对象容器等功能。

    （3）安全服务中间件：包括最终用户身份认证、节点连接的安全认证、应用程序的安全认证、管理界面的访问权限控制、数据加密／解密功能、安全事件报警等功能。

    由于中间件在QD-CIMS系统中所处的关键地位，直接使用成熟的商用中间件产品是非常必要的。大量统计结果表明，使用中间件技术可以减少开发工作量和开发费用、缩短开发周期、降低系统维护量、提高开发质量、提高系统的开放性、总体降低企业投资。从系统可扩展性、可维护性、便于并行分工合作等多个方面进行综合平衡，QD.CIMS系统使用的中间件技术成功实施了整体架构内部的组件互联，为系统的顺利进展提供了保障。

    4 结束语

    本文围绕烟草工业中企业生产和管理的需求，在企业总体规划的基础上，综合运用了现代管理、自动化、信息、智能等技术，来分析构建能够满足企业发展要求的计算机信息支撑平台。结合烟草制造行业的实际应用需求和信息化基础，提出了烟草行业CIMS三层模型架构，并在某烟厂得到了成功实践和应用，促进了企业由计算机集成制造系统向现代集成制造系统的升级，同时实现了信息集成、过程集成、企业间集成和企业级的管控一体化。

    本文提出的三层架构CIMS具有很高的信息集成度，实用性强，运行可靠，在实际企业应用过程中产生了明显的经济效益。QD—CIMS体系中的配方CAD系统在得到良好应用的同时，也为流程型制造业的CIMS产品辅助设计领域提供了可供借鉴的信息化建设思路，丰富和完善了流程工业CIMS体系的技术内容和内涵。CIMS体系庞大，实施难度大，本文下一步将在CIMS中各子系统交互成本的控制及优化方面进行深入研究，为CIMS的实施提供更加经济的实现模式。

免责声明：本网站（http://www.ciotimes.com/）内容主要来自原创、合作媒体供稿和第三方投稿，凡在本网站出现的信息，均仅供参考。本网站将尽力确保所提供信息的准确性及可靠性，但不保证有关资料的准确性及可靠性，读者在使用前请进一步核实，并对任何自主决定的行为负责。本网站对有关资料所引致的错误、不确或遗漏，概不负任何法律责任。
本网站刊载的所有内容（包括但不仅限文字、图片、LOGO、音频、视频、软件、程序等）版权归原作者所有。任何单位或个人认为本网站中的内容可能涉嫌侵犯其知识产权或存在不实内容时，请及时通知本站，予以删除。