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1、第四章第四章 CIPSCIPS系统及其设计、实施方法系统及其设计、实施方法4.1 CIPS4.1 CIPS系统在流程工业过程中的兴起和发展系统在流程工业过程中的兴起和发展1. 基础条件2. 客观需求3. CIM技术的示范作用4.2 CIPS4.2 CIPS的的定义定义定义4.1(战略性的CIP定义)：CIP是流程型企业经营与生产的一种战略理 念。它是在信息共享的基础上(在正确的时间，将正确的信息，传 到正确的地方，以正确的形式，交给正确的用户)，通过把生产过 程中的多种技术(主要是信息技术和生产技术)、人力资源以及企业 的各种生产与经营活动有机、高效地粘合起来，保证企业协调有 效地运转起来，达
2、到其特定的战略目标，创造最高的经济与社会 效益。 Date1CIMS和CIPS技术与应用4.2 CIPS4.2 CIPS的定义的定义( (续续) )定义4.2(战术性的CIP定义)：在流程生产过程中，CIP是多种技术、人力资源以及企业经营活动的交汇处。人们依靠计算机网络作为承担 集成所需要的多种技术的主要技术载体(计算机同作为其应用领域 和应用载体的企业各生产过程有机地联合在一起)，通过信息、交联、接口技术实现的集成，将呈层次结构的企业各层信息采集、 通信和处理集成一体。在功能上，将生产过程的监控、优化、调度与决策、生产安全保障、产品质量保证、经营等活动集成；在 技术上，将系统科学，计算机技术
3、，自动化技术等多种技术集成 ；在人员组织结构上，使得各层人员在集成系统中协调工作，发 挥积极作用。 CIPS(Computer Integrated Production System )是按照CIP的哲理在流程工业过程中所构造的计算机集成生产系统的物理实体 或技术的总称。 定义4.3Date2CIMS和CIPS技术与应用4.3 CIPS4.3 CIPS的规划设计与实施的规划设计与实施1. 大型流程工业过程CIPS体系结构文献表明，对CIPS体系结构的研究方法，一般采用对现有CIM体系 结构的成果进行综合的方法进行的，通过吸取CIM-OSA,GRAI_GIM、普 渡等体系结构研究成果，开发符合
4、流程工业生产过程的CIPS体系结构。 2. 一种CIPS体系结构大型复杂过程生产的综合自动化系统由立项到建成系统这一生命周期，一般会有以下几个阶段：可行性论证 需求分析 初步设计 详细设计开发实施 运行维护直至系统废弃。 CIPS体系结构竖向推导过程应分为：需求定义、功能设计、详 细设计、实施、系统运行与维护五个阶段。 竖向轴(推导轴)分析Date3CIMS和CIPS技术与应用CIPS体系结构的横向轴(内涵轴)分析(1)从体系结构的每一层次的横向联系看，每一层都可以看成是一个广义的控制系统，都具备控制论观点的三要素：信息、控制决策、对象。 Date4CIMS和CIPS技术与应用在CIPS 体系
5、结构中，将体系结构横向分为信息、控制、人与组织、 过程对象四个方面描述大型过程的生产活动全貌。 CIPS体系结构的横向轴(内涵轴)分析(2)Date5CIMS和CIPS技术与应用CIPS体系结构多层支持平台(1) 定义多层支持平台中对开发CIPS项目由通用结构到部分通用结构最后到 专用结构抽取过程的支持。多层支持平台依赖并体现了实施CIPS所能利用的 资源状况。 在分析阶段，硬件环境可分散于各不同设计工作组中，项目各成员在统 一规范的分析设计层软件平台的支持下进行工作，软件平台为设计人员提供 分析、设计所需的设计工具、图形工具以及由通用结构至专用结构进行抽取 工作的有关数据库、模型库、参照结构
6、等支持。 在开发实施阶段，根据设计阶段完成资源配置设计工作，硬件资源安装 调试工作以及操作系统、网络、数据库等系统软件构成软件平台的基本资源 配置工作将逐步完成，为提高开发效率，软件平台出了基本资源配置外还包 括完成特定任务、功能的专用软件开发工具平台部分(如信息采集与处理、工 艺对象建模及优化支持、控制系统设计平台、故障诊断与事故预报、调度决 策支持系统工具平台、通信支持平台、系统仿真平台、人员培训工具等等)Date6CIMS和CIPS技术与应用CIPS体系结构多层支持平台(2) 在系统运行维护阶段，硬件资源安装调试全面完成，由信息服务器、 设备前端服务器、应用服务器等多种功能服务器构成的集
7、成器，提供集成 化操作平台。信息服务器提供分布式条件下信息的透明访问、适时更新、 保密及维护等服务；设备前端服务器提供统一接口方式同下层设备（如 DCS、PLC等）进行数据信息的采集、处理、通讯等作业。通过这两种服 务器，使得高层应用程序与实际设备隔离，在实际设备发生变化时（例如 升档、改变型号）可以方便地将应用程序应用于变化后系统，另一方面， 高层应用程序开发成员可以不必对物理存储和通讯细节化费过多的注意力 与精力而进行上层开发工作。应用服务器应是全系统有机运行的调度者， 负责各功能活动间的协调联系，通过这种服务实现信息集成、资源集成和 功能集成，实现过程生产全系统整体优化。 Date7CI
8、MS和CIPS技术与应用流程工业过程的全过程参考体系结构 Date8CIMS和CIPS技术与应用3. CIPS的方法体系 (1) CIPS系统的参考模型 a) CIPS企业概念模型 b) CIPS的递阶控制结构 c) 信息视图 d) 对象视图 描述信息的各种属性、信息的存储结构以及信息间的相互关联。(2) 建模工具 Date9CIMS和CIPS技术与应用4. 结构化的工程规划与实施方法 自顶向下的总体规划q 各个阶段相互衔接，承上启下，完成其自身的特定任务 q 上层的设计与具体实现环境关联性较少，具有更普遍的通用性，更 能利用通用性的方法来进行工作 q 从系统的整个生命周期来进行CIPS系统的
9、主规划，而不是孤立、片面 地以最终实现的物理应用系统结构刻画CIPS系统 自下而上的工程实施q 效益驱动，总体规划，重点突破，分步实施，推广应用 q 各子系统开放性、可扩展性，系统的“再集成” q 充分利用现有成熟技术成果及资源 Date10CIMS和CIPS技术与应用结 构 化 设 计 实 施 方 法Date11CIMS和CIPS技术与应用CIPS企业概念模型Date12CIMS和CIPS技术与应用CIPS的递阶控制结构 信息的知识 含量、智能精度、信息处理实 时性要求智能是按照随精度逆 向递增的原理分布的 SaridisDate13CIMS和CIPS技术与应用对象视图 底层控制对象各种化工
10、装置的动态特性通常用传递函数描述优化级装置的数学模型， 通常用线性回归模型或非线性模型表达，对 于复杂化工过程，可能需要经验模型甚至用定性形式的模型表 达。对于优化级的事故监督预测来说，对象又用故障判断模型 来表达调度级对象是与全厂的主要工艺流程相联系的物料平衡及能量平衡方 程，设备特性及主要控制参数 管理级对象是资金、物料的流通和分配过程，固定资产折旧和成本核 算摊派过程经营决策层对象是市场需求的动态变化及预测，全厂的投入产出和各种构 成效益为中心的主要限制与约束条件。Date14CIMS和CIPS技术与应用经营决策企业管理生产调度过程优化过程控制Purdue 模型BPS（包括ERP） (Business Planning System)PCS (Process Control System)MES(Manufacturing Execution System)BPS/MES/PCS三层结构Date15CIMS和CIPS技术与应用集成支撑系统数据库计算机网络经营计划系统（BPS）生产执行系统（MES）生产过程控制系统（PCS）Date16CIMS和CIPS技术与应用PCS基础自动化过程自动化自动控制物料平衡分析自动整定先进控制实时监控采集数据Date17CIMS和CIPS技术与应用Date18CIMS和CIPS技术与应用
