大型冶炼企业现代集成制造系统的开发与实施

大型冶炼企业现代集成制造系统的开发与实施摘要:本文对大型铝冶炼联合企业现代集成制造系统的开发背景、技术路线、总体结构、分系统设计、数据库设计、关键技术和特点进行了分析和介绍。关键词:冶炼企业,集成,制造系统,开发一、PGL-CIMS系统开发背景中国铝业股份有限公司广西分公司（原平果铝业公司）是一个具有国际先进水平的特大型现代化铝冶炼联合生产企业，设计规模为年产65万吨精矿、30万吨氧化铝、10万吨电解铝，第一期工程投资42.56亿元，是中国有色金属工业以及广西建国以来一次性投资最大的建设项目。平果铝作为我国新兴的现代化铝冶炼企业，引进法国、德国、美国、瑞典、荷兰、丹麦、日本等七个工业发达国家的先进技术和设备，同时拥有我国铝工业的最新科研成果，是我国有色金属行业走向世界的重要基地。1995年9月企业投产后，为了适应公司长期的战略发展需要，解决生产经营与企业管理过程中的信息瓶颈问题，面对生产经营的复杂性与管理手段的落后性之间的矛盾日益尖锐，公司决策层提出了采用CIMS技术，实现企业信息化的目标。为此，成立了以公司领导亲自挂帅的CIMS工作领导小组，制定了以“总体规划、重点突破、分步实施、全面集成”方针，开发与应用大型铝冶炼联合企业现代集成制造系统（PGL-CIMS）的实施策略。在系统规划之初，企业与开发单位紧密合作，进行广泛的调查研究，获得了大量国内外CIMS工程建设的经验和教训，编制了《PGL-CIMS初步设计报告》和《PGL-CIMS可行性分析报告》，1998年3月报告通过国家CIMS专家组的评审。1998年7月PGL-CIMS一期工程正式启动，2000年4月经营管理分系统、设备能源管理分系统和档案管理子系统投入运行。同年1月通过国家863/CIMS专题组的验收，平果铝业公司获得95期间国家863/CIMS应用示范企业称号。2000年5月PGL-CIMS二期工程开始实施，2001年6月办公自动化与信息服务系统投入运行。同年7月生产与技术管理分系统开始使用，同时实现了工控系统与MIS系统的集成。整个系统于2002年3月全面投入运行。二、PGL-CIMS的总体结构1．系统总体层次结构PGL-CIMS由硬件设备（计算机、工作站、网络设备）、网络通讯系统（网络操作系统、网络通讯协议）、数据库管理系统、开发支持平台和应用软件构成。系统结构如图1：应用软件层分4级递阶结构，即公司级、分厂级、过程控制级和设备控制级。公司级含决策支持分系统、经营管理分系统、生产与技术管理分系统、设备管理分系统；分厂级主要有分厂管理子系统；过程控制级主要为工业自动化分系统；在设备控制级包括DCS、PLC、仪表控制子系统。办公与信息服务分系统适用于公司级和分厂级。1）硬件支撑层网络线路PGL-CIMS主干网采用光纤网，覆盖整个厂区，各部门组建局域网，通过光纤线路进行数据通讯。从总体结构上来看，企业主干网属于星形网络。主干网采用IBM公司的ATM交换技术。DCS系统的网络通过防火墙与主干网相联接。防火墙从DCS的数据服务器上提取数据转换存到SQLServer数据库中，供主干网使用。因此，此防火墙起到了数据泵的作用。网络划分PGL-CIMS网络划分为23个IP子网，各部门也相应的划分为23个局域网。厂区内各大单位自然地形成局域网，以此划分为相应的IP子网。合理地划分子网使得同一个部门内部的数据不需上到主干网就可以在部门的交换机上完成交换，减轻了主交换机的压力。上网计算机PGL-CIMS上网计算机包括20台IBM服务器和456台工作站。系统以两台互为热备份的IBMH50小型机作为公司CIMS网络的公共数据库服务器，6台私有数据库服务器和数台网络管理服务器、EMAIL服务器、DDN代理服务器、WWW服务器和视频服务器。这些服务器以100M快速以太网连入公司网络。上网工作站分布在公司技术、生产、经营、和管理等部门。卫星网卫星接收设备及计算机设备安装在公司信息大楼，采用金中讯行情接收应用系统，专用于接受期货、股市行情及金融资讯。卫星接收系统实现了与公司主干网的通讯。2）系统软件PGL-CIMS网络主要采用WindowsNT操作系统，以微软的域模型来管理整个网络的计算机和用户。提供DDN上网、电子邮件、网页发布以及系统管理等服务。工控计算机采用UNIX操作系统，管理上相对独立。3）数据库系统PGL-CIMS数据库系统由私有数据库、共用数据库、过程控制数据库、市场信息库等相对独立的数据库组成。各数据库的信息通过数据接口进行数据交换与集成。私有数据库由6台IBM服务器构成，该数据库采用ORACLE8.0forNT数据库管理平台，分别存放经营管理分系统、设备管理分系统、生产与技术管理分系统产生的私有实时数据和历史数据。共用数据库使用两台互为冗余的IBMH50小型机，采用ORACLE8.0forAIX数据库管理平台。存放各分系统产生的基础数据和公用数据。过程控制数据库采用SQLServer数据库管理平台中，通过数据泵从生产过程控制服务器上读取数据，适时传送到过程控制数据库中。市场信息库通过卫星接收站，实时接收由金中讯公司发送的股市行情、各大国际市场的产品与材料价格、期货和货币情报。4）应用软件系统PGL-CIMS应用软件由办公与综合信息服务分系统、经营管理分系统、生产与技术管理分系统、设备管理分系统、过程控制分系统组成。办公与综合信息服务分系统包括：办公自动化子系统、综合信息服务子系统和档案管理子系统。经营管理分系统包括：财务管理子系统、价格管理子系统、成本核算子系统、物资管理子系统、运输管理子系统、营销管理子系统和人事管理子系统。生产与技术管理分系统包括：计划统计子系统、生产总调子系统、计控管理子系统、安环管理子系统、理化管理子系统、质量管理子系统、技术管理子系统、分厂管理子系统。设备管理分系统包括：设备台帐管理子系统、特种设备管理子系统、设备运行状况管理子系统、备件管理子系统、设备维护管理子系统、技改管理子系统。过程控制分系统包括：选矿监控子系统、氧化铝厂DCS控制子系统、电解铝厂DCS控制子系统、碳素阳极生产监控子系统、动力厂电网监控子系统、热电厂DCS控制子系统。三、PGL-CIMS实施的技术路线按照“效益驱动，总体规划，分布实施，重点突破”的方针和PGL-CIMS工程建设目标，在系统设计与实施中主要采用以下技术路线：遵循CIMS的理念，通过企业业务流程重组，合理的规划与构建先进的体系结构。以企业MIS与过程控制系统的集成为中心进行总体规划。按业务流程和部门性质，合理划分系统层次，确定分系统和子系统功能范围，明确系统阶段目标与实施步骤。从企业实际情况出发，精心选择“突破口”，搞好分布实施。充分利用企业现有的资源，不断完善和提高企业信息化基础。四、PGL-CIMS关键技术与特点CIMS的核心技术是集成，集成的重点是信息集成。通过抓好数据的关联分析和数据库的设计、构建数据接口等措施，我们较好的解决了这个问题。系统中还采用了基于指标体系的统计分析动态生成、浮动报表构件、设备动态点检和设备故障分析等关键技术，形成了自己的特色。系统信息集成技术：PGL-CIMS系统中包括三种完全不同的数据存贮机制，即MIS系统中的关系数据库、工控系统中的实时数据库和办公自动化系统中的文件系统，数据库的关联和集成处理不会好将严重影响信息共享。根据企业特点，系统采用以生产调度为主线，以生产经营指标体系为核心，自下而上的DCS工控数据与生产技术管理体系的信息集成技术。在此基础上，通过指标体系统计分析动态生成和化验分析数据的集成技术，实时指导生产，有效地解决了大型铝冶炼联合企业生产流程长、工艺复杂、数据量大，难以协调运作的问题，较好地实现了信息集成以及整个系统高效运转协同的工作。DCS工控数据与生产与技术管理分系统无缝集成：DCS系统的生产数据与生产与技术管理分系统的集成涉及到数据接口问题，要解决这些问题，牵涉到DCS控制系统技术、跨平台数据交换技术、数据库技术等。我们利用FOXBORO公司的DDE接口，开发了一个实时数据传输软件，把I/A’S系统中的实时生产数据传输到生产与技术管理分系统数据库中。DCS系统生产数据采集过程是由模拟信息转化成数字信号的过程，在数据采集的过程中，判断数据的合理性尤为重要。为此我们定义了数据正确性判断标准，在数据采集过程中自动按标准进行处理。采用这些技术，较好的实现了DCS工控数据与生产与技术管理分系统的无缝自动集成。基于指标体系的动态生成的统计方法：PGL-CIMS系统建立了一套指标体系，它包括生产计划、产品产量、工艺技术、物资消耗等指标信息。针对指标统计方法存在可变性的特点，系统采用了基于指标体系定义计算公式、动态生成统计方法的技术，适用了灵活多变的统计需求。浮动报表构件的实现：在PGL-CIMS系统中，包含格式各异、数量庞大的报表，如计划报表、财务报表、生产报表、业务单据、销售报表，以及各类统计分析报表。为了提高开发效率，满足用户能定义、修改、调整报表的特殊要求，我们采用浮动报表技术，开发出能进行模版定义和生成、浏览、打印、维护报表的浮动报表构件。构件帮助用户定义报表，方便的从数据库中提取数据，快速地从数据源中得到所需要的结果。用户还可以把Excel报表拷贝、粘贴到报表定义模版中，根据需要灵活地进行修改，用户也可以把构件制作的报表另存为Excel、HTML等格式的文件，满足编制其他报表的需求。设备动态点检技术和设备故障分析技术：根据企业生产设备特点，系统采用设备动态点检技术和设备故障分析技术，对保证设备安全高效运行，起到了较好的作用。五．结束语《大型铝冶炼联合企业现代集成制造系统（PGL-CIMS）》工程的建设与实施总投资达2560万元。经150余位技术和管理人员，历时四年多卓有成效的艰辛努力和创造性的工作开发而成。目前直接使用该系统的人员达400余人。系统投入使用后，提高了企业职工的技术素质，企业的核心竞争力得到了切实的增强。企业生产经营活动进一步规范化、标准化，管理水平大大提高。公司的整体工作效率、经营决策能力和市场竞争能力明显增强。通过使用该系统，降低了企业生产成本，增加了产量，提高了产品质量和服务质量。经初步测算，每年为企业创造效益达1000余万元，经济效益显著。PGL-CIMS工程建设，为联合型铝冶炼生产企业提供了开发现代集成系统的成功经验，对促进我国铝冶炼联合行业的企业技术进步有较好的示范作用。