从CIMS到供应链的动态优化.doc

从CIMS到供应链的动态优化 1973年美国人J.Harrington提出了计算机集成制造系统(CIMS)的概念。20多年来,CIMS已经取得了令人瞩目的发展。但也正是在这段时间里,从科学技术到社会http：/www.lunwen1。net/jingjilunwen/ target=_blank class=infotextkey经济均发生了翻天覆地的变革.这些变革一方面对过程制造业提出了一系列挑战，另一方面也涌现出了许多新的科技成果,使以前难以想像的事情成为可能。在我们进入21世纪知识http：/ target=_blank class=infotextkey经济时代之际,不能不审视一下CIMS的框架是否能适应新时代的要求?是否应该顺应新时代的发展构筑新的框架? 21世纪知识社会对过程制造业提出了什么样的挑战呢？简要地说可归结为以下几方面: 生产力要素结构发生了根本变化； 产品制造模式发生根本变化; 组织http：/ target=_blank class=infotextkey管理发生巨大变革; 生产经营由封闭性、地区性向开放性全球化转变； 可持续发展要求自从1992年在联合国环境与发展大会上获得一百多个国家认同后，逐步变成21世纪共同遵守的宪章。这就要求过程工业这个产生最大污染源的部门变成环境友好的清洁生产工业. 从另一方面看,信息技术的长足进展又为过程工业迎接挑战提供了有力手段及广泛可能性。计算机性能基本上遵循摩尔定律(18个月翻一番)，Internet上的信息流量每6个月就翻一番. 在上述发展形势下，那种以计算机（C)为核心，以制造系统(M)为对象的CIMS显然已不能适应发展需要，将让位给以网络为核心,以整个供应链为对象的优化集成系统。麻省理工学院查尔斯法恩在其新著时钟速度中强调”在今天拼比竞争力的战场上,一家企业最根本、最核心的竞争力在于对供应链的设计. 供应链http:/www。lunwen1。net/guanlilunwen/ target=_blank class=infotextkey管理的概念 供应链涉及范围从新产品的研发、工程设计放大、工厂投运、原料采购、生产制造、储存 target=_blank class=infotextkey管理、发配运输和履行订单直到客户服务及市场需求预测这样一个全过程，既可以指所有组成部分均在同一地区的单一独立企业,也可以指由分散在不同地区的许多企业组成的大型公司.这样一个大系统的子系统可以是一个装置、一个车间、一个分厂乃至一个公司. 在传统的供方驱动生产模式中，生产指标是定死的,生产工厂集中注意在高度自治的工艺过程操作上，并假定厂内的工艺过程操作与工厂环境及外部供应链子系统脱钩,只把它当成外部干扰来考虑，并由工厂控制系统进行补偿处理. 但在买方市场条件下，必须按需方驱动生产模式运营,即考虑高度动态的市场对生产产量及产品质量的需求,必须在设计未来运营策略时考虑工厂和供应链其余部分之间的动态交互作用。 构成供应链的子系统可以分成三种类型： 加工子系统使物料发生物理、化学或生物性质变化的制造系统。 操作运行子系统指观测和控制加工子系统，也包括所有运行支持系统。 http:/www.lunwen1。net/guanlilunwen/ target=_blank class=infotextkey管理子系统指在供应链中所有的人工决策者，包括操作工、http：/www。lunwen1。net/guanlilunwen/ target=_blank class=infotextkey管理人员、供销人员及工程技术人员. 供应链动态集成系统DSCIS 供应链动态集成系统DSCIS（DynamicSupplyChainIntegration System）是以整个供应链优化为对象的集成系统，这与传统的CIMS是不相同的. 第一，http：/www。lunwen1。net/guanlilunwen/ target=_blank class=infotextkey管理的本质从过去的控制转变为协调。竞争形势要求在全球范围内作出快速决策，那种传统的递阶式等级制显然无法适应这种形势.于是http:/www.lunwen1。net/guanlilunwen/ target=_blank class=infotextkey管理决策由集中转向分散，http：/ target=_blank class=infotextkey管理的本质也由控制转变成协调。分散化决策并不是局部各自为战”，它要以全球化的信息和知识共享为基础。 第二，集成的范围不仅是生产制造系统,甚至主要不是企业内部了，而是要把供应商-生产制造商-用户全面集成到一起，从而建立起一个市场需求(用户）反应灵敏、对原料供应变化适应迅速的系统。 第三,系统的关联手段已不是以计算机为核心,而是以网络为核心,特别是Internet/Intranet技术。上述跨国家地区跨企业的协调http：/ target=_blank class=infotextkey管理作用离开网络技术显然是无法实现的. 第四，优化的目标从传统的成本最低或利润最大转变为使客户最满意和服务创新，这是因为知识http:/www.lunwen1。net/jingjilunwen/ target=_blank class=infotextkey经济本质上是服务型 target=_blank class=infotextkey经济，如果没有客户满意和服务创新就占不到市场份额,也就无从谈起http：/ target=_blank class=infotextkey经济效益。 供应链动态集成的构成技术 供应链集成的技术是多种多样的,有的发展成熟些，有的还正在开发之中,这里无法全面论述，只简略地介绍几种主要的成熟一些的技术。 1。计划优化技术计划/调度在整个系统中处于中心位置，是连接企业内部制造系统与外部市场供销的枢纽。整体供应链计划优化涉及由原料资源直到交货发运的全过程，要同时考虑生产和发运的成本及约束，涉及的决策变量分布在全世界，数量可达上百万个。要在这么复杂的系统中求优化解，完全用基于约束条件的数学规划算法显然是不行的，必须把用户的业务规划经验和目标做成专家系统，嵌入到优化的求解系统中去才能得到比较实际的优化解。应当说，这是一项尚不太成熟的技术，目前尚不能保证每次都能够求得解答. 2.预测及需求 target=_blank class=infotextkey管理技术以过去的订单及发货单为基础，有十几种统计预测方法可供应用。但这些http：/ target=_blank class=infotextkey历史数据往往详细程度差别很大且散落在企业各处，需要用户来定义应纳入何种详细程度的数据，并由专家系统把用户的业务知识和经验总结进去，以补偿纯粹统计计算的不足。鉴于这种需求预测需要广泛的信息,因此这类软件应允许将其功能扩展到任何有助于输入有价值信息的人（包括客户)，这就要利用Internet参与这项工作。此外，还应当允许用实际订单数据来校正预测。 3.承诺能力（ATP,Able-ToPromise）占领市场最重要的能力之一就是快速承诺顾客对订货数量、质量及交货时间的要求。为此，一方面要把订单承诺过程中各种业务规划和实践经验归纳到软件中去；另一方面则要根据库存http：/www。lunwen1。net/guanlilunwen/ target=_blank class=infotextkey管理、生产计划及现成的生产能力重新调度排产等各方面,快速制定出多种可供顾客选择的方案。 4.调度排产技术调度排产优化的目标常常是生产成本最低。这对用一套设备实现多种产品生产的特种化学品及生命科学相关产品特别重要。因为调度优化不但可提高产量及设备利用率，而且可以减少切换次数、降低中间产品库存量，因而 target=_blank class=infotextkey经济效益十分明显。 5。企业资源规划这是企业上层计划http：/www。lunwen1。net/guanlilunwen/ target=_blank class=infotextkey管理系统。企业资源包括资金财务、固定资产、员工人事、分工、仓储、销售运输系统的配置等。这项技术是从离散制造业的物料需求计划MRP发展起来的，虽然每年增长率高达35，但主要还是用于离散制造业,而对流程工业尚缺乏成熟可靠的技术。 6.储运http：/www。lunwen1。net/guanlilunwen/ target=_blank class=infotextkey管理系统这里实际上是仓储 target=_blank class=infotextkey管理及运输 target=_blank class=infotextkey管理两部分.将仓储http:/www.lunwen1。net/guanlilunwen/ target=_blank class=infotextkey管理、销售预测及后勤计划集成起来,要求考虑整个供销网络的生产能力、约束条件、合同和非常规客户,利用线性规划、模拟退火算法和/或传统的发送请求计划(DistributionRequirementPlanning,DRP）技术来优化仓储部署.运输调度http：/ target=_blank class=infotextkey管理是一个相对比较成熟的技术，运筹学中的经典的”销售员旅行路线问题就是这种技术。 7。过程模拟技术流程工业制造加工是将原料经过各种物理和化学过程使之发生成分及性能变化，最终成为符合要求的产品。因此，建立能反映这些物理和化学过程的数学模型就成为最核心、最本质的技术。 8。运行信息系统OIS(Operationlnformation System）这是直接与生产装置的集散控制系统DCS连接的信息http：/ target=_blank class=infotextkey管理系统，其中包括实时数据库、实验室信息http：/www。lunwen1。net/guanlilunwen/ target=_blank class=infotextkey管理系统、收率计算系统等功能模块。 9.先进过程控制这是在常规PID控制之上的控制，方法很多，如自适应控制、模糊控制及多变量模型预估控制等。但当前应用最广、效益最明显的是一种称为动态矩阵控制(DynamicMatrixControl,DMC)的多变量预估控制，把用现场测试响应数据为基础的数学模型与线性规划优化算法相结合,解决单个装置的局部优化控制问题，其决策变量最多可达几十个. 10。实时优化技术当前的实时优化是在稳态流程模拟基础上的优化,也就是根据现场实时输入数据进行模拟计算，然后用优化算法在计算机上搜索最优化解答。找到最优化工况后，以此作为控制系统新的设定值。所以这项技术本质上是稳态模拟加上优化算法。但因为实时优化要求在12小时内解算完毕，所以必须用联立方程法去取代传统流程模拟用的序贯模块法。至于优化搜索算法，当前主要用逐次二次规划SQP算法. 应当指出，整个供应链的集成决不仅仅是传统集成范围的扩大，它必然涉及到许多工作流的再造工程。这种软件集成必然是跨组织的（制造、销售、供应公司、客户公司等)、跨制造模式的(连续流程的、批处理的、按订单生产的等），甚至是跨工业行业的（化工、炼油、制药、日用化学品等）。 实际进展及今后方向 供应链动态集成是一个复杂的集成系统，目前是按工业行业进行垂直纵向集成，例如在炼油、化工、冶炼、制药和电力等行业中先做出拼板，然后加以推广。据报道，这种把生产制造系统与供销后勤乃至供应商公司和用户全部集成起来，已成为先进企业的一种时尚。美国著名的咨询公司AMRResearch Inc。估计，在今后5年中，垂直集成的市场销售额将以每年35%的速率增长。 这种高速增长，从技术上看是沿着两个方向来实现的：一是由一个公司主要用自已的技术来给过程企业承包，实现所谓无缝集成”;二是提倡标准化,以便于采用不同供应商的软件集成为统一系统。从目前来看进展较快的成果多来自前一种方式，占领了市场的绝大部分额。 1.垂直集成公司的发展 由于这是一个高速发展的市场，所以国际上各著名的软件公司及自动化公司纷纷行动起来抢占市场。各种公司根据自已的条件，从以下三种不同的角度切入市场：以ERP软件著称的德国SAP公司从上层向下延伸；以DCS硬件起家的厂家(如Honeywell、Foxboro及ABB等）则从OCS控制系统向上延伸；而从模拟技术起家的AspenTech则将自已定位在中间一段聪明制造系统（SmartManufactung System)，然后由中段向上下两边延伸，架构ERP和OCS之间的桥梁。 2.接口的标准化 在软件集成时经常会碰到两大难题：一是如何在各种工具软件之间传递数据；二是在一个企业内部非均质信息（图像、文字、声音、表格等)愈来愈多，如何来 target=_blank class=infotextkey管理和交换这些信息.针对第一个问题，国际标准组织ISO早在1989年就着手组织STEP计划(StandardfortheExchangeofProductModelData/ISI10303,产品模型数据交换标准）。针对第二个问题，90年代初英国一些大学曾发起化工过程可行性评价的集成方法”课题研究，后来取得英国科学与工程研究委员会（SERC)的支持，形成了一个”面向人们的工程信息追踪(POINTER)”项目,其目标是开发一种平台，将分散在企业各处的性质不同的数据资料，如实测数据、文件、语音、图像等统一 target=_blank class=infotextkey管理起来，以供系统集成之用。 总之，供应链优化集成是一项庞大的系统工程,不论是”无缝集成”也好,还是通过标准接口使用多种供应商的软件集成也好，都要由专业集成商担负主要工作.那种由过程制造企业依靠自已内部力量自力更生的时代已成为过去。在工业发达国家,这种专业集成公司已愈来愈多，而我国尚不多见。这是一个很大的市场，如果中国人自已不去占领,必然就会让外国集成商占领，这是我们在21世纪初应当迎头赶上的。