流程工業是指在我國國民經濟中占有重要經濟地位的石化


、煉油、化工
、冶金
、製藥
、建材、輕工、造紙、采礦、環保、電力等工業行業。這些行業普遍存在能耗大、產品質量差
、生產過程工藝落後
、自動化水平低、管理水平低、信息集成度低、綜合競爭力弱等現狀。流程工業綜合自動化係統是將先進的工藝裝備技術、現代管理技術和以先進控製與優化技術為代表的信息技術相結合，將企業的生產過程控製、優化、運行、計劃與管理作為一個整體進行控製與管理，提供整體解決方案
，以實現企業的優化運行、優化控製與優化管理，從而成為提高企業競爭力的核心高技術。

　　1 我國流程工業企業對綜合自動化技術的需求

　　流(liu)程(cheng)工(gong)業(ye)是(shi)一(yi)個(ge)非(fei)常(chang)巨(ju)大(da)的(de)產(chan)業(ye)，在(zai)產(chan)業(ye)中(zhong)占(zhan)據(ju)重(zhong)要(yao)的(de)地(di)位(wei)，是(shi)國(guo)民(min)經(jing)濟(ji)發(fa)展(zhan)中(zhong)極(ji)為(wei)重(zhong)要(yao)的(de)基(ji)礎(chu)支(zhi)柱(zhu)產(chan)業(ye)，是(shi)製(zhi)造(zao)業(ye)的(de)重(zhong)要(yao)組(zu)成(cheng)部(bu)分(fen)。其(qi)特(te)點(dian)是(shi)以(yi)處(chu)理(li)連(lian)續(xu)或(huo)間(jian)歇(xie)物(wu)料(liao)流(liu)
、能量流為主
，產品多以大批量的形式生產。流程工業的生產和加工方法主要有化學反應、分離、混合等等，這些都與離散製造工業有顯著不同。在知識經濟時代的21世紀
，作為傳統工業的流程工業將仍然是經濟發展的重要支柱產業。據1998年估計全球流程工業的年產值超過5萬億美元，其中僅化工和石油化工部分就超過1萬2千億美元。根據2000年中國統計年鑒，1999年按行業分國有及國有控股企業中，工業總產值35 571.18億元，工業增加值12 132.41億元。其中典型的流程工業工業總產值共計23 396.53億元
，占總產值的65.77％，工業增加值8 810.18億元
，占總量的72.62％。數據參閱表1［1］。

　　從我國2000年工業統計數據來看，工業總產值、工業增加值等主要經濟指標，石油和化學工業均居全國第1位，其實現利潤占全國工業利潤的25.45％；冶金工業居全國第2位；電力工業居第3位。我國22家骨幹企業中，流程工業企業約占1/3
；在71家重點企業中，流程工業企業約占1/2。在2000年全球500強的行業中，中國石油化工集團公司居58位、中國國家電力公司居83位
、中國化工進出口總公司居307位。由此可見，流程工業在我國國民經濟中的重要地位。

　　但所有這些流程工業均存在能耗高、成本高、勞動生產率低、資源利用率低的特點，能耗普遍比國外先進水平高出30％，勞動生產率隻及國外的20%～30％左右
，生產成本普遍高出國外1～2倍。美國60％的石化企業應用了先進控製技術（我國不到20％）
，在線優化的過程生產增加收益的典型值為裝置產值的3%～5％（我國不到1％）。又如有色金屬行業
，我國10種常用有色金屬年產量為650多萬t，居世界第2位，但由於總體過程自動化技術和裝備水平與國外相比還有較大的差距，使得我國有色金屬行業采選業資源利用率僅為35%
，發達國家為60％以上；硫利用率（環境汙染）我國為50％
，發達國家為95％以上。

　　據美國ARC公司調查，應用流程工業綜合自動化技術可獲得顯著的經濟效益，如產品質量提高19.2%，勞動生產率提高13.5％，產量提高11.5％。這正是流程工業綜合自動化技術的重要潛在市場。

　　2 綜合自動化技術國內外發展的現狀

　　20世紀80年代後期，隨著計算機技術和網絡技術的迅速發展
，流程工業控製中出現了多學科間的相互滲透與交叉，信號處理技術
、計算機技術、通訊技術及計算機網絡與自動控製技術的結合使過程控製開始突破自動化孤島模式，出現了集控製
、優化
、調度、管理
、經營於一體的綜合自動化新模式。

　　20世紀90年代
，隨著計算機技術的日新月異，計算機集成生產係統的研究已成為自動化領域的一個前沿課題。國外大型流程企業
、特別是石油化工企業均重視信息集成技術的應用，紛紛以極大的熱情和精力
，構架工廠級、公司級甚至超公司級的信息集成係統。1995年美國
、日本、西歐等國已有100多家煉油、化工企業在實施CIMS計劃，推動了流程工業綜合自動化技術在實際生產中的應用
，如日本三井石油化學工業公司
、美國德曹達公司、高爾公司等化工企業都相繼建立了綜合自動化係統。

　　意大利AGIP石(shi)油(you)公(gong)司(si)提(ti)出(chu)了(le)以(yi)數(shu)據(ju)模(mo)型(xing)為(wei)核(he)心(xin)的(de)工(gong)廠(chang)信(xin)息(xi)集(ji)成(cheng)係(xi)統(tong)的(de)方(fang)案(an)，信(xin)息(xi)采(cai)集(ji)從(cong)低(di)層(ceng)到(dao)上(shang)層(ceng)，從(cong)供(gong)應(ying)鏈(lian)的(de)源(yuan)頭(tou)到(dao)產(chan)品(pin)的(de)客(ke)戶(hu)。他(ta)以(yi)麵(mian)向(xiang)數(shu)據(ju)的(de)模(mo)型(xing)為(wei)核(he)心(xin)係(xi)統(tong)
，連(lian)接(jie)實(shi)時(shi)數(shu)據(ju)庫(ku)和(he)關(guan)係(xi)數(shu)據(ju)庫(ku)
，對(dui)生(sheng)產(chan)過(guo)程(cheng)進(jin)行(xing)過(guo)程(cheng)監(jian)視(shi)、控製和診斷，環境監測
，單元整合，模擬和優化。在管理決策層進行物料平衡、生產計劃
、調度
、排產
、企業資源計劃、離線在線模擬與優化等。目前國外實施綜合自動化技術的大型流程工業企業已占很大比例。

　　另一方麵，國外已有許多傳統的自動化儀器儀表廠家逐步向綜合自動化整體解決方案供應商轉化，如Honeywell

、ABB、Rockwell等著名公司。Rockwell公司提出e－ManufacturingTM解決方案；ABB公司提出基於MES（生產過程製造執行係統）的綜合自動化解決方案，開發相應的工業IT；AspenTech和Honeywellzheliangjiadagongsidouyibuzaijuxianyuguochengzidonghuaxitongyuruanjianlingyu

，ershizaiqizhongxiacengzidonghuaruanyingjianyoushidejichushangfenbietichulemianxiangqiyezhengtidejiejuefangan
，ruAspenTech公司推出的Aspen Engineering SuiteTM、Aspen Manufacturing SuiteTM和Aspen Supply Chain SuiteTM套件，以及提出了智能化工廠的概念PlantelligenceTM。Honeywell的子公司HiSpec Solutions推出麵向石油與天然氣
、製漿造紙
、化工、煉油工業的Unified ManufacturingTM Solutions for Business Optimization套件。例如：guochengyouhuashigongyeguochengzidonghuadehexinjishuzhiyi，tatongguoshengchanzhuangzhideanquanpingwenyunxingheyouhuacaozuoshishengchanjihuagaoxiaodishishi。weileshixianzheyimubiao，shouxianxuhuoquzhengquefanyingshengchanzhuangzhizhuangtaideyuanshishengchanshuju
，liyongshujuxiaozhengjishu
，fenxi、綜合出產品質量、裝置能力及狀況
、能源消耗、故障報警等信息，實現質量監控、故障診斷和安全管理，同時利用流程模擬技術模擬生產裝置狀況
，進行生產作業計劃的優化調度，以最少的能耗
、最zui高gao的de安an全quan性xing或huo最zui大da的de產chan品pin效xiao益yi
，確que定ding各ge個ge生sheng產chan裝zhuang置zhi的de負fu荷he並bing通tong過guo靜jing態tai實shi時shi優you化hua向xiang先xian進jin控kong製zhi層ceng提ti供gong最zui優you操cao作zuo條tiao件jian。因yin此ci，這zhe些xie大da公gong司si已yi逐zhu步bu形xing成cheng了le對dui流liu程cheng企qi業ye綜zong合he自zi動dong化hua軟ruan件jian和he係xi統tong產chan品pin的de壟long斷duan之zhi勢shi，軟ruan件jian及ji服fu務wu價jia格ge動dong輒zhe在zai幾ji十shi萬wan到dao幾ji百bai萬wan美mei元yuan，並bing已yi開kai始shi大da規gui模mo地di向xiang我wo國guo國guo內nei市shi場chang推tui銷xiao。

　　非常重要的一點是國外著名大公司及研究機構已針對綜合自動化技術與係統提出了2個重要的概念：一是提出解決方案，二是發展工業信息技術（工業IT）。這對發展我國的綜合自動化技術及相應的軟硬件產業提供了很好的思路［2］。

　　我國經過20年的研究和攻關，在流程工業綜合自動化領域已積累了大量的科研成果
，特別是在“九五”計劃期間，產生了大批具有產業化前景的高技術成果和產品，如集散控製係統（DCS)、現場總線技術、先進控製軟件、實時優化軟件
、過程管理與優化軟件、企業管理和生產調度係統軟件等。已縮短了與國際先進水平的差距
，部分成果達到國際先進水平
，並廣泛應用於國內眾多石化、化工
、醫藥
、冶金
、建材／輕工等流程企業，產生了巨大的經濟效益和社會效益。在以信息化帶動工業化的進程中發揮了重要的作用。

　　但(dan)總(zong)體(ti)而(er)言(yan)，我(wo)國(guo)在(zai)流(liu)程(cheng)工(gong)業(ye)綜(zong)合(he)自(zi)動(dong)化(hua)技(ji)術(shu)與(yu)係(xi)統(tong)的(de)研(yan)究(jiu)與(yu)產(chan)業(ye)化(hua)過(guo)程(cheng)中(zhong)同(tong)國(guo)外(wai)先(xian)進(jin)技(ji)術(shu)相(xiang)比(bi)還(hai)存(cun)在(zai)很(hen)大(da)的(de)差(cha)距(ju)，主(zhu)要(yao)體(ti)現(xian)在(zai)技(ji)術(shu)深(shen)度(du)上(shang)不(bu)夠(gou)、應用基礎研究不夠


、相關領域技術借用不夠、係統化程度不夠、集成能力不夠、產品化程度不夠、產業化能力不強等諸多方麵。

　　近5年來
，通過“九五”科技攻關和863高技術計劃CIMS主題的大力支持
，在以下幾方麵取得了重大突破：(1)研製開發成功了集散控製係統（DCS），並實現了產業化，目前在國內市場占有率達到35％左右；(2)研製開發成功基於現場總線FF
、HART、Profibus等技術的現場設備與控製係統；(3)在以MES為核心的ERP/MES/PCS綜合自動化體係結構中，形成了一批MES的功能化模塊及軟件；(4)研製開發了一批先進的控製軟件及優化管理技術
、方法的軟件，並取得了初步的應用；(5)通過“九五”攻關和863計劃CIMS主題的支持，已初步建設了一批典型的示範工程，並在相關基礎研究方麵取得了一係列重要成果。

　　國內雖有許多高等院校和科研院所參與開發和攻關，但真正在原創性、產品化和產業化方麵取得突破的關鍵技術還遠遠滿足不了市場的巨大需求。近10年(nian)來(lai)，許(xu)多(duo)科(ke)研(yan)人(ren)員(yuan)參(can)與(yu)技(ji)術(shu)和(he)產(chan)品(pin)開(kai)發(fa)並(bing)進(jin)行(xing)創(chuang)業(ye)活(huo)動(dong)
，整(zheng)體(ti)上(shang)取(qu)得(de)了(le)巨(ju)大(da)的(de)成(cheng)功(gong)，擁(yong)有(you)了(le)一(yi)批(pi)具(ju)有(you)自(zi)主(zhu)知(zhi)識(shi)產(chan)權(quan)的(de)技(ji)術(shu)和(he)產(chan)品(pin)，並(bing)有(you)一(yi)定(ding)的(de)市(shi)場(chang)份(fen)額(e)
，為(wei)今(jin)後(hou)大(da)規(gui)模(mo)產(chan)業(ye)化(hua)和(he)資(zi)產(chan)重(zhong)組(zu)奠(dian)定(ding)了(le)良(liang)好(hao)的(de)基(ji)礎(chu)。

　　3 流程工業綜合自動化技術的主要內容

　　一般而言，流程工業企業對綜合自動化技術的需求主要關注4方麵的問題。(1)安全：即需要用高可靠性的控製係統、檢測和執行機構對設備與裝置的運行提供保證
，進而對關鍵裝置進行故障診斷與健康維護。(2)低成本：通過先進的工藝及工藝參數以降低能耗和原料消耗
，以及通過先進的建模技術、控製技術和實時優化技術來提高產品的合格率和轉化率。(3)高效率：通過先進的計劃調度與排產技術和流程模擬技術來提高設備利用率和勞動生產率。（4）提高競爭力：通過數據和信息的綜合集成
，如先進的管理技術（包括ERP、CRM
、SCM等）
、電子商務
、價值鏈分析技術等，以促進企業價值的增值，最終提高企業的綜合競爭力。

　　根據國內外綜合自動化技術的發展趨勢和網絡技術的發展現狀，流程工業綜合自動化技術的總體結構可以分成3層結構。

　　a.以PCS（過程控製係統）為代表的基礎自動化層。主要內容包括先進控製軟件、軟測量技術、實時數據庫技術、可靠性技術
、數據融合與數據處理技術、集散控製係統(DCS)
、現場控製係統（FCS）、多總線網絡化控製係統
、基於高速以太網和無線技術的現場控製設備、傳感器技術

、特種執行機構等等。

　　b.以MES（生產過程製造執行係統）為代表的生產過程運行優化層。主要內容包括先進建模與流程模擬技術（AMT：Advanced Modeling Technologies）
、先進計劃與調度技術（APS：Advanced Planning and Scheduling）、實時優化技術（RTO：Real-time Optimization）、故障診斷與健康維護技術
、數據挖掘與數據校正技術、動態質量控製與管理技術、動態成本控製與管理技術等等。

　　c.以ERP（企業資源管理）為代表的企業生產經營優化層。主要內容包括企業資源管理（ERP）、供應鏈管理（SCM）、客戶關係管理（CRM)
、產品質量數據管理（PqDM)

、數據倉庫技術
、設備資源管理、企業電子商務平台等等。

　　通過研究生產過程製造執行係統（MES）及相關技術
，可以實現在線成本的預測、控製和反饋校正，以形成生產成本控製中心，保證生產過程的優化運行；可以實施生產全過程的優化調度

、統一指揮，以形成生產指揮中心，保證生產過程的優化控製；可以實現生產過程的質量跟蹤、安全監控
，以形成質量管理體係和設備健康保障體係，保證生產過程的優化管理。

　　4 我國發展綜合自動化技術的機會與挑戰

　　近20年來，我國國民經濟平均以8％左zuo右you的de速su度du增zeng長chang
，為wei我wo國guo產chan業ye結jie構gou的de調tiao整zheng和he技ji術shu進jin步bu奠dian定ding了le良liang好hao的de基ji礎chu和he條tiao件jian。同tong時shi我wo國guo經jing濟ji增zeng長chang的de潛qian力li已yi受shou製zhi於yu產chan品pin創chuang新xin和he應ying用yong新xin技ji術shu。特te別bie是shi用yong高gao新xin技ji術shu改gai造zao傳chuan統tong產chan業ye
，用yong信xin息xi化hua帶dai動dong工gong業ye化hua是shi我wo國guo經jing濟ji繼ji續xu騰teng飛fei的de關guan鍵jian。因yin此ci對dui於yu在zai國guo民min經jing濟ji中zhong占zhan有you重zhong要yao地di位wei的de流liu程cheng工gong業ye全quan麵mian應ying用yong綜zong合he自zi動dong化hua技ji術shu，從cong而er全quan麵mian提ti升sheng企qi業ye綜zong合he競jing爭zheng力li已yi成cheng為wei基ji本ben共gong識shi。

　　隨著我國市場經濟體製的不斷完善和加入WTO
，工業企業通過技術改造增加產品競爭力的願望越來越迫切
，需要大量以生產過程製造執行係統（MES）為主的綜合自動化技術、軟件和服務
，這是重要的“天時”。國外軟件商對我國市場十分重視，在石化、鋼鐵、煉油、電力等行業，傾銷其優化軟件
，但由於這些軟件對我國工業企業的適應性不夠
、工程服務和維護費用過高等因素
，進口軟件產品並非都取得了預期的效益，這也為我們自行開發適合我國工業企業特點的、具有較高性能價格比的MES各功能軟件，並提供及時、周到、價格適宜的現場工程服務帶來機遇，這是我們的“地利與人和”。

　　麵臨即將到來的21世紀，我國企業的經營管理人員在麵臨市場全球化機遇的同時正麵臨著更大的挑戰，高效率、高質量、低消耗、danxingshengchandequanqiushichangxuqiuzhengzaigeiwoguoqiyeshengchanjingyingguanlirenyuandailaijudadeyali。suizheqiyeguimodekuodaheguanlishuipingdetigao
，qiyeyuelaiyuepoqiexuyaojuyoudaxingfenbushishujukuheshishishujukudezonghejichengruanjianpingtaijixiangyingdegezhongyingyongruanjian。

　　以流程工業供應鏈為例說明為企業提供整體解決方案的益處［4，5］。企業供應鏈環節所涉及的成本占企業總成本的60％～80％
，因此

，高效的供應鏈管理可以使總成本下降 10％，相當於節省總銷售額的3%～6％。這種效益是從以下一些方麵取得的：(1)生產製造成本下降15％
；(2)運輸費用下降10%
；(3)按時交貨改進下降15％；(4)定單完成時間減少25%～35%；(5)倉庫庫存下降50%～80%；(6)現金—至—現金周期比一般公司好40%～65%；(7)客戶需求預測和管理明顯改進。

　　由上可見對流程工業而言
，除了工藝和裝備的革新與進步外，最重要的技術手段就是靠綜合自動化技術。

　　5 產學研結合促進我國綜合自動化技術與應用的發展

　　近20年來
，我國工業控製領域在靜態優化、質量控製
、故障診斷、shujuxiaozhengdengfangmianjinxinglexuduolilunyanjiuheyingyongkaifa，danjunweixingchengyouyingxiangdeshangpinhuaruanjian
，ligaojishuchanyehuagengyoujiaodadejuli。jiuqiyuanyinzhuyaoyouyixiajidian。

　　a.從算法到算法
，從理論到理論。大多數的先進控製與優化軟件的研究開發人員均來自高等院校和研究院所
，其出發點是“推銷”他們的研究成果，如各種最新的控製算法(非線性控製、神經元網絡控製、同時鎮定等等），研究人員並未深究企業的具體需求，很少能做到“急人所急”。

　　b.尚未找到發展綜合自動化軟件產業的運行模式。雖然許多高等學校、研究院所興辦了不少所謂的高科技公司

，但仍未擺脫“科研”的烙印，IBM公司和CISCO公司等均在企業內部提出“不盲目崇拜技術”的理念
，因此我們“必須停止崇拜單純的技術，開始注重技術對於客戶的真正價值”。

　　c.綜合自動化技術的理論與工程應用研究水平有待提高。必須盡快提高基於PCS/MES/ERP結構的綜合自動化理論與技術水平，努力提高或改善用戶企業的基礎自動化程度

、管理模式和經營理念，否則會嚴重限製綜合自動化技術產業的市場空間。

　　d.缺少客戶（市場）diyidezhengtijiejuefangan。lilunyuyingyongdejiehebenshizidonghualingyudejibenchufadian，danshijishangwomenqueshaoduiqiyexuqiuzhengtidefenxi，yinciyejiuhennantichuzhengtijiejuefangan，lingyifangmianyequeshaoxitongjichengdenengli。

　　以石化工業綜合自動化技術發展為例，其發展戰略是結合國內外市場激烈競爭的需求及生產經營的特點，從生產裝置控製、優化操作到計劃調度，從信息集成到企業管理和經營決策等各個層次提高信息技術應用水平，力爭5年內在過程控製和生產經營方麵達到國外大型石化企業的先進水平。

　　zongshangsuoshu，jiaqiangduiliuchenggongyezonghezidonghuajishuyanjiuyuyingyongdetouru，bingzhuzhongcongqiyejishichangdexuqiuchufa
，jiehegaodengxuexiaohekeyanyuansuodeliliang，yichanyehuaweimubiao，jiaqiangchanxueyanxiangjiehe，jiasucujinxiangyinggaojishuchanyedefazhan。

　　因此，流程工業綜合自動化係統與技術的總體發展戰略應是：以提高流程工業企業經濟效益、jiangdishengchanchengbenhezengqiangqiyezonghejingzhengliweizhuyaomubiao，fazhanwoguoguochengzidonghuazhuangbeigongyehexiangguanderuanjianchanye
，xingchengyipijuyouzizhuzhishichanquanhebiaozhixingdezonghezidonghuaruanjianheyingjianjishuchanpin。tongguozhongdadianxingshifangongchengdetuidong，quanmiantigaowoguoliuchenggongyejingjixiaoyihezonghejingzhengli，cujinwoguoguochengzidonghuaruanyingjianchanyedekuayueshifazhan。