纺织工业的管理现代化和生产自动化

   全球正面临着一场新技术革命信息化技术成为主角极大地提高了劳动生产率和工作效率已成为社会经济发展中最活跃的生产力。信息化技术在纺织产品研发过程、管理过程、生产过程和营销过程的普遍应用将成为新世纪纺织工业全面进入数字化阶段的重要条件。利用最新信息网络技术促进纺织服装企业的发展已是当今世界的潮流。

    我国纺织工业的发展，以趋势为依归以市场为导向加入WTO后市场定位在全球而不是局限在本土。纺织企业面临的竞争已不仅是产品、价格、质量、技术的竞争：对市场变化的快速反应将是未来纺织企业的核心竞争力。而企业的经营者如想在第一时间内获得第一手数据就需要有一整套适合企业发展的信息化系统。

    纺织企业竞争力的增强需要将信息化技术和企业的管理、业务、生产、发展过程紧密结合起来不管应用CIMS、还是ERP、FCS、DCS，都是代表着一种先进的管理理念及自动化方案皆是实现企业信息化的一种手段。它们的成功实施，不仅需要企业完成最基本的生产自动化建设亦需企业进行适应先进管理理念的体制改革。由于各企业管理体制的不同及自身自动化程度的差异，纺织行业的信息化建设将是一个漫长的过程，但必须向前迈进。

    信息化建设决不是赶时髦，必须谨慎、踏实地进行坚持有条件要上，没有条件创造条件上，不能一哄而上遇难而退。

1 企业信息网络的实现

    企业的经营管理者总是希望把企业的生产过程、环境、安全、保卫、动力分配、给水、资产、库房、人力资源、原材料等所有管理功能都能监视并控制起来；希望能用一个“通用的控制网络”把企业有关的资源网连接在一起并尽可能降低成本这需要依靠企业信息网络来实现。

    企业信息网络一般包含处理企业管理与决策信息的信息网络和处理企业现场实时测控信息的控制网络两部分。信息网络一般处于企业中上层，处理大量的、变化的、多样的信息，具有高速、综合的特征：控制网络主要位于企业中下层，处理实时的、现场的信息具有协议简单、容错性强、安全可靠、成本低廉等特征。图1是企业网的体系结构示意图。

图1 企业网的体系结构

1.1 工业企业网的实现

    工业企业网是企业网中的一个重要分支，是工业企业的管理和信息基础设施。它的体系结构体现了工业企业管理一控制一体化的发展方向和组织模式。

    信息管理系统与控制网络系统的关系如图2所示。

图2 信息管理系统与控制网络系统的关系

    一个完整的企业网包括本地信息处理网络和实时控制网络、企业驻外机构以及与企业有关的其它网络，其实现结构如图3所示。

图3 企业网的实现原理

    在物理实现上，企业本地网、驻外机构和其它网络之间通过路由器、MODEM等连接设备经由Internet连接。

    Intranet(通常被称为企业内部网或企业内联网)是以TCP/IP为核心的Internet技术实现的企业内部网它代表了当今企业网信息处理技术发展的主流和动向，并将对企业的管理信息系统(MIS)的实现产生革命性的影响。由于Intranet系统的设计和开发是基于成熟和主流的Internet技术，软件开发周期短系统生命周期长Intranet所有的应用系统的性能和可靠性已经在因特网的实际运行过程中经受了考验，因此，采用Intranet避免了许多软硬件投资，能最大限度地降低系统的开发和运营成本。

    1.2 ERP取得预期高回报的关键

    企业资源计划(ERP)在上世纪90年代初由美国Gartne Group Inc(加特纳)公司提出而发明了这个术语，当时的ERP系统软件总是做出各种各样的承诺尽管有的系统实施后勉强有些效果，但常常是执行时间过长，费用超标结果让人失望。2000年秋天人们对ERP是否能健康发展提出质疑而加特纳公司称ERP已经死亡继而创造出ERP日的名词来描述21世纪的企业管理系统。

    作为一种先进、实用的ERP管理系统，应能够改善和提高基础数据的准确性、时效性，在快速影响市场、资源优化配置、缩短生产周期、降低物料库存、减少资金占用、降低产品成本和提高物流效率等方面均能产生明显的经济效益。

    笔者根据多年的调研认为企业信息化系统是一个从生产现场到管理层的相互贯通的结合体。上世纪企业实施ERP系统未得到预期回报的主要原因是：1)由于ERP系统涉及范围很大若企业前期工作不充分必然会影响整个应用过程；2)没有与生产、销售等系统集成具体表现为：ERP软件并没有得到实时准确的生产信息不能准确实现ERP形成的主计划；二是企业的业务流程未能完全适应ERP的要求。因此，想取得ERP的预期高回报，必须做好以下几点：

    1.2.1 建立面向供应链的管理信息集成

    上世纪的ERP解决方案的缺点，在于只看到一个公司的内部对于企业以外的事情了解得很少。物流信息系统涵盖企业的整个供应链，包括企业的ERP和ERP之外的内向和外向物流以及保证内外向及创造物流运作的各种支持系统。成功的物流系统信息化意义在于：

    1)供应链资源的整合与连接，实施跟踪货物状态等；
    2)降低库存；
    3)提高对市场的反应建设；
    4)准时订单文付，客户满意度的提高；
    5)预测准确性的提高。

    信息和工艺的密切配合是成功的供应链管理系统(SCM)的关键因素。为了保证准确完成订单要求必须在工厂内实时跟踪订单，一直到装箱和码上板台的工作层级。采用射频数据通信(RFDC)为基础的条目一集装箱跟踪软件与客户关系管理系统(CRM )、仓储管理软件(WMS)、ERP系统整合，ERP负责所有订单的管理工作，然后交给WMS系统负责发货，实现信息流的自动化。

    图4是条码技术在印染企业中应用的示意框图。

图4 条码技术在印染企业中的应用

    染整加工时根据工艺设备机台产生唯一的条码，打印缸卡或车卡，工艺过程进行条码号信息跟踪；利用条码技术，机台直接扫描条码录入订单生产的进度跟踪信息系统做到及时准确；各相关部门通过图形方式的界面，第一时间了解各订单在每个车间的详细生产情况，便于及时安排生产计划客户通过远程查询系统，及时方便了解自己订单在工厂的生产情况；成品包装时，将各机台加工的成品根据装箱的情况打印各箱的唆头条码；成品条码中含企业的网址信息，客户通过扫描条码，便可了解企业的门户网站地址。

    深圳中冠纺织印染股份有限责任公司在行业中率先应用先进的ERP系统并成功地将条码扫描跟踪系统与ERP连接，获得了实效。

    1.2.2 网络辅助纺织设计技术(NATD)

    随着计算机与网络技术的发展因特网、网络数据库(NPDM)、电子商务等新技术的出现和推广应用，为纺织CAD/CAM技术赋予了新的设计理念与技术内容。企业可以构造一个基于Web的分布式网络辅助纺织制造系统，即一个集经营销售、产品设计、加工制造与生产管理一体的，面向纺织产品全生命周期的集成化、智能化、分散化的网络辅助设计制造系统。

    NATD系统具有以下几个突出的特点：

    1)现有纺织CAD/LAPP/CAM系统强调的是计算机辅助的作用；NATD系统中强调的是网络辅助的作用实现了从C到N的转变；
    2)将限于企业内部局域网的CAD/CAM系统扩展到广域网的CAD/CAM系统中。实现了从“C/S结构”到“B/S结构”的转变；
    3)真正实现全球化并行设计；
    4)数据的安全性可以得到保证；
    5)NATD在网络化的产品数据管理结构化流程功能的驱动下实现从辅助设计、辅助工艺规划、辅助加工的产品全生命周期过程。

    纺织网络辅助设计系统涉及到各种数据，包括纱线设计与仿真数据：纱号、混合平均等级和平均长度等；织物设计与仿真数据：织物组织、纱线排列、纱线种类等；配色与印花设计数据；图象管理数据；服装设计与模拟数据；各种工艺数据等，还要为此提供纱线库、基本组织库、线圈库和服装类库等。所以，采用什么样的数据结构，如何将这些数据统一到网络数据库中将直接影响NATD系统的体系结构及功能实现。

    利用计算机电子仿真技术，网络在线设计供需双方对模拟效果认可，立即进行网上订货，这种方式不仅可以节约高额费用，亦缩短了企业设计周期。

    实现NATD依靠Extranet(通常被称为企业外延网或企业外连网)，其使用Internet技术使企业与其客户和其它相关企业相连以完成共同目标的交互式合作网络。Extranet是借用公共通信手段组成的虚拟型网络。

    1.2.3 防火墙技术的应用

    网络系统的安全问题是早期ERP只局限内部变成“信息孤岛”的重要原因之一。企业内部网如何防止他人非法访问企业内部的服务器，以及保证数据传输的安全是建立Intranet系统所必须加以重视与解决的关键问题。

    “防火墙”是指用软件和硬件的方式将两个计算机网络分隔开来的一种“障碍”，既保障用户正常访问又阻挡未授权用户的非法访问。防火墙计算机对外部人员对内部的访问，以及内部人员对外部Internet的访问进行有效的控制与监督。

    防火墙技术分为包过滤(Package Filtering)与代理服务(Proxy)机制。

    企业采用专线与Intenret连接(如DDN线路)，防火墙计算机可直接接入路由器或插入一块WAN网卡此卡与DTU的COM端口相连。防火墙计算机利用所采用的网络操作系统的Routed软件进行路由服务。防火墙中的包过滤由路由器完成，在防火墙上加载代理服务型防火墙软件，这样内部网络计算机对Internet的访问(包括DMZ部分)可利用防火墙计算机的代理服务器完成，而外部对企业DMZ部分的访问可设置防火墙代理服务器使其直接旁路到达DMZ。

    杭州开源电脑技术有限公司的产品爱普企业资源管理系统(Enter Point 2000 ERP)，在安全性方面就具有以下的控制：

    1)B/S结构：在逻辑上系统有4层组成——终端、数据服务器、应用服务器、Web服务器应用的核心是数据服务器和应用服务器因此系统将Web服务器在物理上与数据库分离，同时在Web服务器上安装防火墙软件，保证系统不受非法攻击。

    2)Java语言：Java限制不可信的Applet(Java程序)对本地资源进行访问缺省时所有程序在Java“黑箱”中运行，这样可以使计算机上的数据和诸如打印机、硬盘等资源得到保护。

    3)大型数据库(用户权限)：将操作系统和数据库的权限相结合对敏感数据通过各种交叉的权限控制存取，给连接计算机的用户权限，如查看、修改和创建数据库等。严格禁止客户端直接对数据库操作。

    4)5级权限控制：该ERP还提供了分厂或部门权限控制(即用户组权限)、模块权限控制、数据权限控制、操作日志监控等5级权限控制和安全防护。

    企业信息网络系统具有3层结构，从下到上依次为：过程控制器(PCS)、制造执行层(MES)和企业资源规划层(ERP)。在进行ERP建设前，应根据企业的性质选用纺厂、织厂、染整厂、服装厂或综合性企业的专用ERP 切忌选用通用型的。ERP提供商应对企业性质了解，熟悉生产过程有强大的售后服务队伍。如上述爱普ERP就是一种染整企业专用的产品已在行业中多家企业成功应用。

    MES亦宜选用与ERP同一供应商的防止重复建设。

    1.3 制造执行系统(MES)

    MES的实施，是完成上层信息网络ERP和现场作业、生产设备(PLC、DCS、FCS)间的制造信息整合系统，实现企业生产管理一体化。MES的功能组合如下：

    1)实时信息系统(RMIS)：具有良好的开放性可与不同厂家的PLC、DCS、现场总线(Fieldbus)数据整合。
    2)质量分析系统(QAS)：提供完整的实验室数据管理，对关键的过程控制参数和质量检测参数进行监控。
    3)设备维护管理系统(MMS)：完成从工厂设计到企业生产运行全过程的设备管理。
    4)能源管理系统(EMS)：对企业内部水、电、汽等公用工程资源管理，为工艺生产正常运行提供监控与管理。
    5)批量管理系统(BMS)：实现生产记录自动化，提供一套完整的批量生产过程的历史记录，提高生产灵活性和可跟踪性。
    6)生产成本核算系统(MCAS)：监控直接生产成本(能源、消耗)、工资成本、设备折旧及管理费用等的分摊算出生产的实际成本。
    7)生产调度系统(PSS)：在企业生产能力的约束下，依据来自ERP的产品计划制定生产作业计划并将相关信息下达到过程控制层(PCS)。

    MES从现场设备中获取数据完成各种控制、运行参数的监测、报警和趋势分析等功能，且还包括控制组态的设计。制造执行系统的功能由计算机完成，它通过扩展槽中网络接口板与现场总线相连，协调网络节点之间的数据通信，或者通过专门的现场总线接口(转换器)实现现场总线网段与以太网段的连接，这种方式使系统配置更加灵活。制造执行层处于以太网中因此其关键技术是以太网与底层现场设备网络间的接口主要负责现场总线协议与以太网协议的转换保证数据包的正确解释和传输。制造执行系统还为实现先进控制和远程操作优化提供支撑环境，如实时数据库、工艺流程监控、先进控制和设备管理等。

    图5是基于总线控制的企业网络系统示意图，已明示MES与ERP、PCS的集合。

图5 企业网络系统示意

    1.4 纺织生产综合自动化

    纺纱、织布、染整生产过程中由于自然或人为的原因，工艺质量往往发生波动偏离工艺变量的规定值。要达到稳定操作，工艺再现性好上“真工艺“ 就必须对工艺变量：温度、湿度、速度、张力、克重、纬密，门幅、预缩率、pH值、含氧量、色泽、面质量、化学品的浓度、液位、纤维长度、棉网杂质、粉屑、棉结、棉条支数偏差(A%)、棉条不匀(CV%)、纱线捻度、密度等等，不仅能迅速准确地自动测量而且能快捷地进行工况分析判断，作出工艺优化的操作决策且自动控制。

    高速和精密的纺织机械快速地发展若不是实施自动控制，就会使机器运转潜力与控制能力之间产生巨大的差距。计算机数字通信技术及信息技术的发展，推动了纺织工业生产自动化技术的进步，特别是近年来兴起的现场总线技术是计算机数字通信技术向工业自动化领域的延伸。现场总线智能仪表及基于现场总线控制系统，将成为实现纺织生产综合自动化最有效的装备。

    1.4.1 集散控制系统(DCS)

    集中分散控制系统简称集散控制系统有称总体分散控制系统(Total Distributed Control System)，常表示为DCS。它是利用现代计算机技术、通讯技术、自动控制技术及图形显示技术来实现过程控制、过程管理的现代化控制技术工具。

    集散控制系统体现了“分散控制、集中管理”的理念从而降低了集中控制带来的风险。DCS吸收了模拟仪表和计算机集中控制的优点将多台微机分散应用于过程控制全部信息经通信网络由上级计算机监控；通过CRT装置、通信总线、键盘和打印机等设备，又能高度集中地操作、显示和报警。因此，DCS不仅具备高可靠、多功能，而且人机联系便利，能够完成各类数据的采集与处理以及复杂高级的控制。

    在DCS中数据通信标准RS-232、RS-422、RS-485等被广泛应用，现场传感器、执行器与控制设备之间仍然采用模拟电压或电流信号进行通信。DCS最适合单机自动化的群控，因此，在纺织行业中应用甚广。

    1.4.2 可编程序控制器(PLC)

    PLC以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令，并通过数字输入和输出操作控制各类设备或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器，运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。
    PLC以其结构紧凑、功能简单、速度快、可靠性高和价格低等优点迅速获得应用。

    纺织行业的单机自动化，由于工艺运行程序化的特点PLC控制应用极多。随着PLC与DCS和其它控制回路之间接口的迅速发展已可以将连续控制回路、逻辑功能、批量控制功能、信息处理能力、速度及组态软件等汇入在统一的高性能系统中，从而将PLC和DCS融合在一起满足协调的需要，适应离散类和批量生产工业自动化的要求。

    1.4.3 现场总线(Fieldbus)

    20世纪90年代初用微处理器技术实现过程控制以及智能传感器的发展，导致需要用数字信号取代4-20mA(DC)模拟信号，这就形成了一种先进工业测控技术— 现场总线。现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输和多分支结构的通信网络。现场总线技术的特点如下：

    1)由于现场总线系统是一个“纯数字”系统，而数字信号具有很强的抗干扰能力，所以现场的噪音及其它干扰信号很难扭曲现场总线控制系统里的数字信号数字信号的完整性使得过程控制的准确性和可靠性更高。

    2)一对传输线N台仪表，双向传输多个信号。这种一对N结构使得接线简单、工程周期短、安装费用低、维护容易。如果增加现场设备或现场仪表只需并行挂接到电缆上，无须架设新的电缆。

    3)操作员在控制室既可了解现场设备或现场仪表的工作情况也能对其进行参数调整，还可预测或寻找故障。

    4)用户可以自由选择不同制造商所提供的性价比最优的现场设备或现场仪表并将不同品牌的仪表互联。各种品牌的同类仪表互联性能好，实现“即接即用”。

    5)用户可把不同制造商的各种品牌的仪表集成在一起进行统一的组态构成其所需的控制回路，而不必绞尽脑汁，为集成不同品牌的产品在硬件或软件上花费力气或增加额外投资。

    6)现场仪表既有检测、变换和补偿功能，又有控制和运算功能，实现了一表多用不仅方便用户，且降低成本。

    7)控制站功能分散在现场仪表中，通过现场仪表即可构成控制回路实现了彻底的分散控制，提高了系统的可靠性、自治性和灵活性。

    8)由于现场设备或现场仪表都引入了功能块的概念所有制造商都使用相同的功能块，并统一组态方法，使组态变得非常简单用户不需要因为现场设备或现场仪表种类不同而带来的组态方法的不同，再去学习和培训。

    9)现场总线为开放互联网络，所有技术和标准全是公开的，所有制造商必须遵循。这样用户可以自由集成不同制造商的通信网络既可与同层网络互联，也可与不同层网络互联，还可极其方便地共享网络数据库(见图5过程控制层)。

    现场总线从各类变送器、传感器、人-机接口或有关装置获取信息，通过控制器向执行器传送信息，构成现场总线控制系统(FCS)。现场总线不单是一种通信技术也不仅是用数字仪表代替模拟仪表而是用新一代的现场总线控制系统代替DCS。

    FCS是属于最低层的网络系统，是网络集成全分布控制系统它将原来DCS现场控制的功能全部分散到各个网络节点处，实现基本控制、补偿计算、参数修改、显示、报警、监控、优化及管理一控制一体化的综合自动化功能。FCS由测量控制系统、管理系统、网络通信等组成。图5就是基于现场总线控制的企业网络系统示意。

    考虑企业现有DCS、PLC系统和投资的连续性，应用MES对DCS、PLC及FCS之间的制造信息整合极为重要。

2 结 语

    信息化将成为我国生产高品质纺织品行业经济转变增长方式的最新动力：它能使行业增强对全球市场的快速应变能力。纺织企业信息网络能帮助企业进行有效与效益的信息管理和利润最大化，保证准确完成订单要求，提高客户的满意度。

    先进的ERP若想获得预期高回报，应与MES、PCS整合。工厂信息化的基础是数据的实时准确采集应用条码技术，完成产供、销过程实时跟踪订单颇有实效。

    应用网络将限于局域网的CAD/LAPP/CAM系统，通过建立NATD系统扩展于广域网实现电子商务。

    网络系统的建立必须在单机自动化水平较高、运行可靠的基础上，而今后的自动化生产将不仅是单台机器的自动化控制和单一车间的自动化管理，而是整个企业的网络实时监控和整个行业的信息沟通。

    工艺变量测量的传感器是关键的自动化元件，智能化的传感器潜在市场极大；FCS网络系统将成为实现纺织生产综合自动化最有效的装备。

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