1 引 言

　　国外开展CIMS的研究与应用已有20多年历史，为提高企业的竞争能力，计算机集成制造系统受到发达国家的高度重视，欧美等国家将CIM技术列入其高技术研究发展战略计划，给予重点支持。

　　在CIM系统方法论方面，目前已经提出了多种CIMS参考体系结构和建模方法，例如：欧共体ESPRIT计划中的计算机集成制造开放体系结构(CIM-OSA)、和美国普渡大学的企业参考体系结构(PERA)等都各具特色。我国开展CIMS研究与应用已有10多年的历史。早期的CIMS主要应用于离散工业，但不久，在市场竞争压力下，流程型企业(如钢铁企业)也开始实施CIMS。

　　目前较具影响的流程工业体系结构是以财务分析、决策为核心的经营计划系统BPS;以优化管理、优化运行为核心的制造执行系统MES;以设备综合控制为核心的过程控制系统PCS。这三层扁平结构的提出使企业管理从金字塔模式向扁平模式转化，显然更适用于我国管理模式。然而中、小型钢铁企业有其独特的技术特点，因而在该类企业中实施CIMS工程要求其体系结构更具针对性。

　　2 基于EES/MIS/MES三层结构

　　1)中小型钢铁企业的特点

　　中小型钢铁企业的技术特点包括：

　　①稳定性产品相对简单，工艺路线相对固定;②集中性高生产紧紧围绕在生产线附近，以保证生产线正常生产为核心;③组织结构简单企业结构层次少，组织规章制度不一定十分健全，但作为一个企业，其生产经营的各种功能都应基本具备，与大企业有一定的附属关系;④资金和技术力量相对薄弱等;⑤自动化程度相对较高。

　　基于上述特点，PERA层次结构以及扁平式的BPS/MES/PCS结构并不适用于我国中小型钢铁企业。为此，本文提出了一个新型的简单的基于链式管理的三层结构。

　　2)新型层次结构的提出

　　由于钢铁企业其相对生产集中，其大部分的生产和经营活动都是与生产线密不可分的，且目前中小型钢铁企业的自动化程度比较高，已基本具备以PLC为站点，现场总线的控制网络的新型总线控制系统，实现对现场的实时监控，并建立了实时数据库，具备了与关系数据库直接进行数据交换的条件，因而提出包含总线控制系统的生产执行系统MES，它作为构建企业CIMS的信息起始链。

　　对于中小型企业由于其或依附于某大的集团，或只具有简单的组织结构，因而大而全的以产、供、销为核心的ERP系统，并不适用于它。为此提出了针对中小型企业特征的MIS系统，即只包含与生产活动相关的基本管理信息系统，构成简单的企业生产经营链，其生产基础数据全部来源于MES系统，溶入管理的相关信息，一方面为管理者提供决策依据，另一方面，将其分析结构回馈给ME5，实现对生产的优化和调整。它是构建企业CIMS的中间环节。

　　随IT业的迅猛发展,Internet和Intranet在企业的应用，将促进工作方式向科学化和合理化转变：通过企业e化，可以推动管理制度、工作方式、办事程序的改进，以先进的协同工作的技术来带动和建立相应的工作方式，从而使整个的生产经营管理水平进一步提高。同时位于顶端的EES系统将下层数据进行有选择提取，并通过设定权限，实现信息开放，使企业有了面向市场，面向世界，展现自我的窗口。

　　新型链式结构从CIMS的体系结构和功能实现的角度为中小型钢铁企业实现CIMS工程提供了一种新的简单的思路，同时更加形象地反映出CIMS工程实施的基础一信息共享、信息融合。

　　3 新型链式结构及其功能

　　基于EES/MIS/MES结构的中小型钢铁企业现代集成制造系统结构功能描述如图1所示。

　　图1 EES/MIS/MES链式结构

　　1)MES

　　生产执行系统是整个系统基石，在钢铁企业中保证生产的连续运行是生产经营者最为关心的问题，因而实现生产现场的实时监控，设备的故障报警，以及能源消耗的统计，生产的基础数据的上报，是必不可少的。故系统结合中小型钢铁企业特点提出了车间管理、设备管理、监测管理等3个功能模块。

　　①车间管理：以提高工作效率为基本出发点，建立数据仓库，量化考核指标，提取生产数据，监视能源消耗，从而实现车间、班组、个人的成本考核，优化生产，并将这些基层数据传送到管理层，供其进行信息的分析、汇总，最终为企业领导者制订经营决策提供依据;②设备管理：根据RCM理论对每个设备进行分类汇总(面)，建立设备岗位(点)，以点面结合的形式实现对设备详尽描述，制定设备卡片表、信息工作单和RCM逻辑决断分析单。以一线技术人员的经验为专家知识，以现场实时监测数据为依据，结合现场点检信息，建立各设备的故障诊断模型和维护周期模型，通过自学习的方法，不断修正专家系统中的模型参数，采用故障树分析法和正向推理机制，对设备进行故漳实时诊断，同时，根据逻辑决断分析单，决定对设备实施何种预防性维修，并根据设备P-F间隔确定设备的维护周期，自动生成点检计划、小修、中修和大修计划，在故障发生前就对设备采取一定的预防性维修策略，从而实现对设备全程跟踪，从根本上避免了故障的发生，真正做到防患于未然，同时可根据设备故障率和实际工作寿命提出设备的备品备件计划，提交给上层管理信息系统(MIS)，从而改变了盲目备件，占用大量流动资金的局面;③监测管理：以现场总线网络为基础，采用工业组态软件对现场设备进行实时状态监测，对企业全部生产过程进行监控管理，包括关键设备状态监测、设备故障报警和实时诊断：按照故障的严重程度将报警分级，以确定处理顺序、生产状态在线监控：对企业底层生产过程进行在线控制管理、能源监测管理：对企业的煤、电、气耗量等进行自动监测。

　　2)MIS

　　由于产品单一，组织结构简单，所以中小型钢铁企业的供应、销售等环节十分薄弱，所以提出了弱化该环节，将其并入相关模块，提出与企业生产和成本核算直接相关的部分。财务管理和生产计划管理是缩减生产成本，提高企业效益的核心环节。生产计划调度模块实现计划调度、生产统计计划分析、主产报表等功能，是管控一体化的桥梁;财务管理：根据底层的生产信息、能源信息、钢坯信息等所有与成本有关的信息进行分析核算，为企业经营者提供技术依据，为生产者提供导向，实现与生产计划/调度之间的数据交融，进而优化整个生产;劳资管理包含考勤管理、奖金管理、档案管理、培训管理、合同管理、退休管理等;固定资产管理：固定资产初始建帐、固定资产增减、固定资产变动处理、固定资产折旧等;备品备件管理对采购的物资进行登记造册、领用记录和库存的管理;质量管理包含质量检验数据管理和质量文件管理。

　　3)EES

　　企业e化系统(EES)以提高企业信息综合能力为核心，完成企业内、外部网络服务，对外服务主要以网站为主，侧重于企业形象的展示，着眼于企业形象的宣传，另一方面，可以使领导者在任何地方通过Internet，查阅企业的生产日报、月报以及事故报表等，从而及时了解企业生产的经营情况，是企业与外界沟通的窗口。对企业内网络服务实现包括NAT，MAIL，FTP，DNS和Web服务，在内部网站的实现，侧重于实用、丰富的原则，除了向职工展示企业形象，企业经营、生产、发展动态等全面、准确的信息外，通过网上办公系统，可以对网上的公文处理、生产信息、厂内新闻、职工信息、会议等各类信息根据用户登录的角色进行访问，可以让企业中不同角色的人了解和查询到所需的经营、管理和生产的准确、实时的信息。从实现功能上分为4个部分：辅助决策，管理文档，管理人员子系统和管理公共信息。

　　4 关键技术及支撑系统

　　CIMS是集经营管理、生产管理、生产制造及信息系统为一体的一项跨多学科的高技术应用工程，在这项大型复杂的应用工程中，其关键技术是集成，而集成的关键在网络技术和数据库技术支持下的信息集成。信息集成的难点在于人的集成。因此，数据库系统设计中，首先确定系统设计的信息范围，减少人的随意性，保证CIMS全局数据的正确性、一致性、有效性的角度对数据进行分类、抽象、组织，即各类数据的源头只有一个，由据源(数据提供者)收集、管理数据，其他人申请操作权限的原则统一组织数据，使CIMS全局共享数据库满足各类数据的集成要求，既满足各分系统内部信息纵向集成的要求，同时又能满足各分系统间信息横向集成的要求。

　　在EES，MIS，MES三层信息集成中采用了Web服务技术和中间件技术。在EES和MIS信息集成中采用了W eb服务技术，利用Web服务技术对EES和MIS之间的业务逻辑进行封装，以Web应用通过访问Web服务实现EES和MIS数据的沟通。在MES和MIS信息集成中采用了中间件技术，利用中间件技术对MES和MIS之间业务逻辑进行封装，以数据库前端应用通过访间数据中间件来完成MES和MIS数据的交互，增加了数据的安全性，降低了网络的流量。

　　在企业e化系统中引入具有实用性和先进性的工作流技术，更加注重信息在群体中的相互沟通合作的工作方式，强调协同工作，提高了办公效率。工作流的实现技术主要采用基于数据库的应用，使工作流和应用系统紧密结合，并将基于角色的访问控制策略运用到工作流中，不同的角色具有不同的权限，与具体的人员分开，通过加强工作流执行者的身份认证和工作流实例运行中的访问控制来保证工作流的安全。

　　实现了面向Web日志挖掘的智能站点，使用OLAP服务器完成对访问用户的访问表现进行跟踪，对用户的访问响应后对站点的内容进行从新排序，以适应用户的访问需求。在得到了访问信息后需要根据用户的访问信息对用户的再次访问进行站点内容排序，从而达到对用户访问信息进行定制排序的功能，为网站用户提供个性化服务。

　　采用VLAN技术实现企业网络系统的管理。在企业网络系统划分VLAN的方法是利用私有网络地址和子网掩码的规划来实现，根据每个主机的网络层地址或协议类型划分，与网络层的路由无关，根据生成树算法进行桥交换。主要解决企业网两个问题：虚拟局域网的合理使用，能减少网络对路由器的依赖，有效地控制局域网内的广播流量;减少由于网络站点的增加、移动和更改而造成的网络维护的麻烦。

　　1)数据库系统

　　以数据库系统为基础的中小型轧钢企业的信息基础平台，包括应用在过程控制层的实时数据库系统和应用于管理层的关系型数据库系统。实时数据库系统支撑着基于大型工控软件的生产过程监控系统;关系型数据库系统是管理软件系统的数据支撑平台。它们之间的沟通是单间的——实时数据库系统到关系型数据库系统，即把毫秒级或秒级瞬时数据的累计(如煤气、电等消耗数据)和特征瞬时数据(电气设备的电流波动值、轧机载荷波动值、炉温波动值等)送到关系型数据库系统，用于生产统计分析和生产优化。以过程控制层为基石的三层CIMS的数据库系统重心是关系型数据库系统。数据设计使用了实体-关系(ER)模型实现逻辑数据模型，采用了分层技术实现数据的物理配置。

　　2)网络系统

　　网络支撑系统是中小型轧钢企业CIMS的信息基础设施，是实现企业E化系统(EES)、管理信息系统(MIS)、生产执行系统(MES)集成的关键基础设施，实现将中小型轧钢企业生产中信息流通的生产管理层、过程监控层和现场控制层3个层次的连通。

　　为了采集实时数据，采用网桥分隔生产管理层的管理网络和过程监控层的控制网络，搭建数据采集服务器以保证实时数据库和关系数据库之间的数据传输。网络支撑系统除作为CIMS各系统的通信功能外，还与Internet相连，实现企业内外网的信息交流。因此，网络支撑系统完成如下通讯功能：各系统内部的信息交流;各系统之间的信息交流;不同企业局域网之间的信息交流;与Internet的信息交流。

　　网络支撑系统选用基于交换的快速以太网作为中小型轧钢企业CIMS内部网络系统的主干网络，采用星型拓扑结构。为了保证网络支撑系统的安全，在网络规划和实施中采用地址转换技术(NAT)和虚拟局域网技术(ULAN)，将不同职能的科室的计算机隔离，通过Mail和Web中的服务传递信息。

　　5 结 语

　　我国钢铁工业正面临着3个转变：经济体制的转变、供求关系的转变和市场格局的转变。这种严酷的现实要求企业必须具有很强的市场应变力和竞争力，才能在未来全球化市场竞争中站稳脚跟，实现可持续发展战略。开发CIMS以成为企业内外环境、经营目标的需要。

　　基于EES/MIS/MES的链式结构，清晰的反映出信息集成的概念，从中小型钢铁企业的特点出发，以解决企业的根本问题为着眼点，简化系统的结构模型，为中小型钢铁企业实现CIMS提出了切实可行的方案。MES实现了现场控制与生产线车间管理的统一，从根本上解决了自动化的信息孤岛问题，将生产问题及时暴露出来迅速调整。MIS改变了以往片面重视大而全的ERP系统，针对中小型企业实际情况，提出最具代表性的部分，从而实现对全局的掌控。EES紧随时代的发展，更新了传统的管理模式，不仅实现企业内部的e化，同时为领导者在异地及时了解企业的生产经营情况提供了新的途径，打开了企业与世界接轨的窗口。

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