英语原文共 12 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

附件C 模型讨论

在简介中所提到的这个标准,为公司整合工厂的操作单元使得产品在最低单位成本和总利润最大一直是工业系统工程师的目标。早期在这一领域的研究工作是以下面的工厂设计技术为基础:

（1）紧密耦合生产单位；

（2）使库存和正在进行的工作最小化；

（3）最大化地利用厂内的能源去供应工厂能源需求。

在最初的概念方面是极好的，因为缺乏这些技术步履维艰：

（1）单位协调；

（2）动态响应；

（3）市场敏感度。

以单位协调的缺乏来说，不可预测的工厂干扰和生产流程中的故障在时间和地点上是随机发生，因此对这样一体化和低库存的工厂的生产力造成破坏。不可预见的客户需求的变化,经常使制造系统僵化,这是缺乏动态响应的表现。市场敏感度的缺失表现在应对来自竞争、产品消耗清单（如能源和原材料）和管理的要求的变化时的受限制的弹性，任何一方面都会使得工厂设计的最优化标准失去价值。

最近，系统集成的发展趋势是在它广义上的应用（包括动态控制、日程调度和封闭信息循环）将工厂运营的所有方面集成包括关闭工厂内的信息循环。后一种趋势让工厂能抵消不可预见的供应中断和生产流程的故障所带来的损失，当顾客的需求与愿望改变时它也能让工厂更改产品和产率。要不间断地降低总的生产支出以此来适应工厂现在的处境必须顾及所有方面。因此我们为最初的设计规程要具备替代控制以及相应管理技术，以此来抵消使最初概念定义毫无意义的束缚，因而能继续完成原有的目标。

我们早就知道了要完成那些目标，这样的系统必须要实施哪些任务。自从有了先进的计算机技术,它的出现使得能处理实时参与执行这些函数时的巨大计算负荷,因此希望以此能消除所有影响工厂生产力和经济回报的因素。

目前的工艺正在提供技术上容量，极大地促进了自动化系统集成的发展。这些趋势包括：（1）基于微型计算机的数字分布式第一级动态控制系统；（2）标准的实时编程语言和可配置的编程系统；（3）标准的高速通讯；（4）相应的数据库管理技术的重大发展。这使得计算机系统能将工厂管理、工厂生产安排、存货清单管理、个人过程优化以及单位生产控制进行集成，将所有工厂操作单元视为一个整体。

然而，要完成这样大型系统的设计与开发，在整体设计和操作标准指导帮助下相应的系统模型正如前面介绍中指出的那样是极其必要的。

需求模型

一个模型能清晰地展示出所涉及的工厂在管理与控制系统的各个功能间的联系的主要特征。这些特征包含以下几点：

1、从属和聚合：哪一个功能是依赖于其他功能将其作为指导说明来完成分配的任务（a）；它们中又有哪些的主要功能是为其他功能提供必要信息来帮助完成其他分配的任务（b）？

一个从属的典型例子在条目（a）处是以下几点

a、客户订单处理

b、整体生产调度

c、详细生产日程

d、生产计划

e、生产过程控制单元

一个聚合的典型例子在条目（b）处是持久的数据采集，将过程控制操作数据取平均和进行平滑，为工厂和公司的整体运营管理提供管理所需的信息。

2、连通性和进展：在工厂生产系统中数据流向是怎样的？各个项目数据源自哪里，它流经什么样的中间功能模块，结果信息最终应用于哪里？

3、可自动化和创新：功能是否能通过电子设备实现自动化与机械化？功能是否能用数学化的语言描述？功能要成功实现最终成果是否需要来自人的创新？

4、泛型：为了说明企业集成研究的调度与控制系统，模型应是通用的。也就是如果可能的话，它能建立任何工厂与企业的控制系统模型。每一个在这里的模型在任何可能情况下都是通用的。

5、形式语义：用不同形式的语义与解释来描述模型的概念能被所有读者以相同的方式来理解，这是十分重要的。要实现这有一种非常有用的方法那就是使用对象模型来完成所需的概念定义。第7章中的规范化的说明就是有这个作用。

一个常用且有效的方式去解释上面模型的条目（a）那就是使用分层模型，条目（a）处的每一项在列表和模型里是从属的，处于它上层的低一级层次上。与此同时，条目（b）的聚合自然就是在相同层次样式上的。

可惜，在系统的图解表示法中展示所有必须的信息是不可能的。特别是将从属与聚合，以及连通性和（数据流）流向结合在一起是很困难的，因此两种不同的表现是十分必要的，将两种形式协调一致已经是困难的了。

附件D中表D-XII就给出了在普度参考模型中将两种模型协调起来。无论何时从不同的角度与观点来建立系统的模型，这样的呈现步骤是非常必要的。

可自动化与创新（即需要人力投入）的概念在普度参考模型中通过外部实体的概念得到解决。外部实体是这样的功能，他们并不包含在自动调度控制系统中却有完整的数据传输接口来提供支持。有这样的企业功能，它需要人力投入但不能作为模型的一部分，因为所涉及的功能并不能建立模型。然而它们能在工厂集成中起到作用，因为所有必须的通讯都建立起来了。

图C-1介绍说明了普度参考模型的概念。在图中虚线上面的所有的功能都要求人员参与，因此他们被认为是外部的但在普度参考模型中是起作用的实体。虚线以下的部分是能自动的管理与控制系统的一部分。

为这种标准所涉及计算机集成制造业(CIM)范畴，普度参考模型所有组成部分在这种规范的附件D中提出。

图C-1 制造业的普度参考模型（PRM）范畴

附件D 选取普度参考模型的元素

这一章节包含普度参考模型完整发行版本中的选定部分。在本附件中给出了对普度参考模型的一种简洁的描述。这一章节中包含的标准模型能更好地理解上下文中完整的工厂参考模型。一些不相关的章节和表已经被移除了。源文献中的参照已经用脚注来代替了。图片和表格已经按顺序编号了。

图D-4已经经过修整展示出生产调度与管理信息系统和在最初发表的控制计算与控制执行间的不同的层次划分。在第3层与第4层之间基于预定计划对普度模型的改变，用SP95分析后得到这种在图中所展示的层次划分，而不是最初的第2层与第3层之间所存在的这种关系。

通用宏功能列表

企业集成概念的全部适应性取决于一系列通用的任务，功能以及宏功能发展的大范围，用它来描述一个或任何企业的企业集成系统。针对CIM的普度参考模型延伸出两个这样的列表，一个是基于分层调度控制的观念，另一个是基于参考模型的数据流图观念。通过所使用的任务主体和每一种观点的应用要点间的交叉引用，能进一步展示两种明显不一样的列表之间的相互关系。处于完整性的考虑，在架构中有着重要关联的原料将进行再生产。

最重要的图解的表现中的一种那就是来层次调度控制的观点，它自前面所提及的参考模型。在图D-1中展示了这种层级观念，它将整个工厂或企业要实施的任务依据工业控制系统来分类。图D-2展示与图D-1相似的图，只是依据连续或离散制造业工厂的任务特点改变了功能的名称而已。图D-3进一步拓展了该图，将多工厂的公司企业包含在里面。

---------------------------

编者 Williams. T.J. 《计算机集成制造业参考模型，来自工业自动化观点的描述》， CIM参考模型委员会，工业计算机系统国际普度工作室，普渡大学西拉法叶校区，美国仪器协会（ISA），三角公园调查，在ISA上发表，完整的文档通过下面的网页链接可以获得：

http://www.pera.net/Pera/PeraReferenceModel/ ReferenceModel.html

图D-1针对大型复杂制造业（计算机集成制造业【CIM】）的假想的计算机分层控制架构

图D-2 针对工业工厂（像石油化工产品这样的连续生产过程）假想的计算机控制系统层级架构

图D-3针对（多车间生产）工业企业假想的计算机控制层级架构中第5层与改进后的第4层之间的关系

在车间层级中的通用任务的形式

任何大型现代化工业工厂的综合自动化控制不管有关工业所涉及的每一个需求，这些需求在表D-1中列出。

因此任何工业工厂的自动化变成了工厂信息系统的管理，以此保证必要信息被收集与使用，无论何地它在广义上能提高工厂操作-真信息系统技术。

另外一个重要因素应在这里应引起我们的注意，在前面我们时常看到，在工业工厂自动化中使用数字计算机控制系统一个最大的好处那就是它作为控制系统的执行器。在这个模型中起控制作用的电脑的主要任务之一就是始终保证控制系统设备执行工作，这个工作被设计出来就是为了保持所有的工厂生产系统单元工作在最佳（接近理想）工作状态。举例来说，维持理想工作点就是要确保连续化生产过程的工厂它的控制器不再是人工设定。同样动态控制的任务也是确保工厂生产调度被实施，即执行由生产调度功能设定的任务。

这些控制系统所执行的任务时常就想是一个熟练专心的操作员做的事。不同的是对执行的任务能长时间运行的专心致志的程度。

如前所说，在控制系统的设计与运行中所有因素都必须被考虑，这个控制系统将在工厂运行，满足最大化生产和最小化原材料与能源消耗的要求。基于能源和生产的所有需求变得越来越复杂精细，能胜任此需求的控制系统是十分必要的。

当以上任务列表在任何制造业工厂无论连续生产还是离散生产都能通用，那是十分必要的就是按顺序重新整合来产生更为紧凑的任务集合。

因此所需的就是一个适合任何制造业的整体系统，它应具有的表D-II中所展示性能。

依据表D-II中的第2项的观点，表D-III给出了针对连续与离散优化的过程改进技术（接近最优化）的不同言论。

由于日益扩大的权力范围的前三个要求，他们实际上变成了重叠控制结构能明显区分的层次，所谓重叠就是一个在另一个上面。同样根据在四个“任务”控制间有大量来回传送的信息的观点，以层次心事组织起来的分布式计算能力似乎就是所需的控制系统的逻辑结构。无论所涉及工业的是什么样的工厂它都应是准确的。

正如所提及的，基于计算机分布式控制系统的元素的层次安排是对描述的实施工业工厂自动化一种理想的安排。表D-1、D-2、D-3给出了针对所有工厂自动化的分布式分层计算机控制系统一种可能的形式。

在大型工业工厂或一个地方完整的工业公司的背景下，在层级的每一层上实施的详细的任务能很容易描述。这些任务很容易细分成与生产调度、控制执行、系统协调与报告、可靠保证相关的内容（表D-IV）。

表D-1所有信息集成与自动化系统的（功能性需求）职责通用列表