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煤炭工业中的CIMS

煤炭工业中的CIMS

2006/5/1 14:41:00
【摘要】 本文论述的是CIMS在煤炭工业中应用,分析了煤矿综合自动化的体系结构,就体系结构中应用的现代管理理念及先进的自动化控制技术作了介绍,使大家对MRPII、ERP和MES等有所了解,并了解现场总线技术在煤矿中的应用。 【关键词】 CIMS 煤矿综合自动化 MRPII、ERP和MES 现场总线技术 1、 前言   煤炭作为重要能源之一,在工业生产和人们日常生活中有着举足轻重的影响。煤炭经济收入占我国国民经济总收入的很大份额。因此可以说,煤炭工业发展的优劣影响到了我国工业现代化的进程。我国煤矿多集中在山东、山西、内蒙古及甘肃等地,煤矿发展程度差异很大,煤矿的开采、运输以及洗煤工业自动化应用程度也差别很大。除了少数大型煤矿采用自动化井下作业及地面洗煤外,多数煤矿自动化程度很低,还有煤矿利用人力或畜力来工作,即便是采用自动化的煤矿,也是在某个工段上采用,各个环节彼此独立,形成了一个个自动化孤岛。以至于煤炭生产中资源浪费严重,工作效率低下,各职能部门彼此推诿责任,管理力度不够强,安全事故多。这些都阻碍了煤炭工业的发展。   针对煤炭工业中这些问题,国内外都在积极研究一种全新的煤炭工业发展模式。现在国外正研究把CIMS引入到煤矿生产中来,称为计算机综合煤矿综合自动化(CIMAS:Computer Integrated Coal Mine Automation System),并取得了一定的成绩。国际上CIMAS当前的发展动向有:通信网络的标准化,智能传感器与现场中线技术的应用及其标准化,专家系统的引入等。我国由于历史的原因,这方面的研究和应用刚刚起步,在煤炭工业还没有完全实现CIMS的应用。 2、CIMS 2.1.1 CIMS的基本概念 在谈CIMS概念前,先了解一下CIM的概念。   CIM是一种企业生产制造与生产管理进行优化的哲理。这种哲理首先是在1974年美国Joseph Harrington博士在其论文《Computer Integrated Manufacturing》中提出的。其基本观点是:这是针对企业所面临的激烈市场竞争形势而提出的组织企业生产的一种哲理。其基本思想是:①制造企业中的各个部分(即从市场分析、经营决策、工程设计、制造过程、质量控制、生产指挥到售后服务)是一个互相紧密相关的整体;②整个制造过程本质上可以抽象成一个数据的搜集、传递、加工和利用的过程,最终产品仅是数据的物化表现。前者体现了集成的思想,它将企业决策、经营管理、生产制造、销售及售后服务有机地结合在一起;后者就是信息制造观的思想。   CIMS(Computer Integrated Manufacturing System)直译为计算计综合自动化,是基于CIM哲理构成的新型生产实体, 是信息时代的一种新型生产制造模式。至今尚未有统一的定义,但对其基本看法是:CIMS是通过网络数据库支撑工具把计算机辅助设计、制造、管理等自动化孤岛有机地结合起来,清除其接口间障碍,解决市场上多变的自动化生产的问题。   从上面表述可以看出CIM哲理的关键点是集成,CIMS的关键点也是集成。即通过计算机网络技术、数据库技术等软硬件技术,把企业生产过程中经营管理、生产制造、售后服务等环节联系在一起,构成了一个能适应市场需求变化和生产环境变化的大系统。 CIMS不仅仅把技术系统和经营生产系统集成在一起,而且把人(人的思想、理念及智能)也集成在一起,使整个企业的工作流程、物流和信息流都保持通畅和相互有机联系,所以,CIMS是人、经营和技术三者集成的产物。 2.1.2 CIMS体系结构   CIMS体系结构是用来描述研究对象整个系统的各个部分和各个方面的相互关系和层次结构,从大系统理论角度研究,将整个研究对象分为几个子系统,各个子系统相对独立自治、分布存在、并发运行和驱动等。从功能层方面分析,CIMS可以由图1表示出其组成及分层情况。   第一层 生产/制造系统:这一层面向生产过程,包括了柔性制造单元FMS、装配设备、工业机器人及其他生产制造自动化技术,这一层以物流为中心,完成生产、加工、装配、包装等任务。
图1图1
  第二层 硬事务处理系统:这一层是生产/制造监控系统,通过计算机网络对第一层的设备进行综合控制与操作,实现对生产制造的监控。包含狭义的CAM、CAQ及CAT等。   第三层 技术设计系统:这一层包含CAD(计算机辅助设计)、CAPP(计算机辅助工艺),为生产制造系统产生信息。CAD用于产品设计、开发,它提供的是如何做的信息,而CAPP是依据CAD提供的信息指导如何作。   第四层 软事务处理系统:这一层主要通过计算机网络实时地处理各种软事务,譬如,财务、供销、售后服务等方面的管理,实现电子化记账。   第五层 信息服务系统:以狭义的MIS为主,主要对前面各层的信息进行收集、存储、加工、传输、使用、查询,为各级管理者与下层提供数据。   第六层 决策管理系统:这一层是企业经营管理规划的决策层,主要有MRP-II(制造资源计划) 、ERP(企业资源计划) 、决策支持系统DSS、专家系统ES、系统模拟系统等组成。他根据企业总体路线、企业内部条件、市场信息等因素,产生生产经营活动的计划与方案、各种资源的需求计划,包括人、物、资金的需求计划。 2.1.3 CIMS的功能结构还可以用图2来理解 (1) 规划系统是企业综合管理系统, 包括了体系结构中 第六层,也涉及到第四、第五层的内容。依靠现代企业经管理技术,对整个企业经营总体经营战略规划,制定一整套的企业产、销 、营的管理体系,做到物流、信息流和资金流和谐运作,使其成为一个无缝的过程。这一层依据的现代管理技术,主要有ERP 、MRPII来规划企业发展道路、制定战略战术。
图2图2
  Ⅰ、ERP(Enterprise Resource Planning)即企业资源计划。它的基本思想是将制造业的制造流程看作是一个紧密连结的供应链,供应链中包括了供应商、制造工厂、分销网络和客户,ERP强调对完整供应链整体管理,是制造过程以更加有效的方式运行,使企业流程更加紧密地集成在一起。ERP是一种制造战略,是以生产计划为主线,以本企业利润为中心,将于本企业供、产、销活动有关的一切资源进行统筹安排的单一企业的管理模式,均为企业所运用。   Ⅱ、MRPII(Manufacturing Resource Planning)是制造资源计划,是当今世界制造业普遍采用的,以企业整体与控制为主体的计算及辅助管理模式。MRPII的中心思想基于把制造业的物料流程看作一个“供给链”,即
图3图3
  该链表示了采购、生产到销售是一条密切联系、相互影响和不可分割的链条结构,并从企业内部沿两个方向延展到企业外部。MRPII以产品结构为基础,生成物料清单,并同时间、规定的地点、按照规定的数量,得到真正需要的物件。从而实现按时交货,消除短缺,合理利用资源,减少库存,消除浪费,降低成本,达到提高企业竞争力的目的。 Ⅲ、ERP和MRPII的比较   从上面对ERP和MRPII概念的表述上可看出,二者都强调了一个供给链的问题,强调了生产制造和销售紧密连结,这是二者的基本思想。但具体来说,ERP和MRPII也存在差别,即ERP是一种基于“供需链”的管理思想,其核心是MRPⅡ,它在MRPⅡ的基础上扩展了管理范围,把客户需求和企业内部的制造活动、以及供应商的制造资源整合在一起,体现了完全按用户需求制造的思想。由于ERP实施的是以客户为中心的经营战略,故ERP的基本思想应该是将企业的业务流程看作是包括供应商、制造工厂、分销网络和客户等在内的紧密连接的供需链;将企业内部划分成几个相互协同作业的支持子系统,如财务、市场营销、生产制造、质量控制、服务维护、工程技术等,还包括对竞争对手的监视管理。ERP是一种面向企业供需链的管理思想,可对供需链上的所有环节有效地进行管理,从管理范围的深度上为企业提供了更丰富的功能和工具,可以实施全球范围内的多工厂、多地点的跨国经营运作。同时,在形式上,企业的目标是追求利润,而其内涵则是追求资源的合理高效利用。为此,在管理技术上,ERP在对整个供需链的管理过程中更加强调和加强了对资金流和信息流的控制,这就将对供需链的管理上升到对价值链的控制。其相应的组织结构应该是:   同样,在管理应用的广度方面,ERP也超越了MRPⅡ的应用范围。ERP能很好地支持和管理混合制造环境,满足企业这种多角化经营的需求;其次,ERP已打破了MRPⅡ只局限在传制造业的格局,并把它的触角伸向各行各业,如金融业、高科技产业、通信业、零售业等,从而使ERP的应用范围大大扩展。
图4图4 ERP组织结构图
  因此,为了为企业提供更新更好的管理模式和管理工具,ERP还在不断地吸收先进的管理技术和IT技术,如人工智能、精良生产、并行工程、Internet/Intranet、数据仓库等等。其最大的成功就在于它很好地应用了C/S这种最新网络技术。   (2)协调管理层是介于决策规划层和生产制造控制层(车间层),起到上传下达的作用。车间为制造业的物化中心,它不仅是制造计划的具体执行者,也是制造信息的反馈者,更是大量制造实施的集散地,因此车间层的资源管理、车间管理与控制系统的敏捷性在一定程度上决定着整个企业的敏捷性。为适应敏捷的制造环境,近十几年来逐步形成并发展了制造执行系统MES(Manufacturing Execution System)。   MES是位于企业上层生产计划(MRPII/ERP)和底层工业控制之间,面向车间层的生产管理技术与实时信息系统,MES强调制造计划的执行,它在计划管理<
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