流程制造中的控制系统

　　近年来，国内外日趋激烈的市场竞争，使得工业生产制造企业对其能耗水平、生产效率、产品质量和生产成本等综合生产指标，提出了更高的要求。我国制造业还面临着复杂多变的原料供应、日新月异的技术创新、瞬息万变的市场需求，处于更加激烈的国际竞争之中，工业企业已经由过去的单纯追求大型化、高速化、连续化，转向注重提高产品质量、降低生产成本、减少资源消耗和环境污染、可持续发展的轨道上来。

　　工业过程综合自动化技术，是信息化与工业化融合的关键，其内涵是采用信息技术，围绕生产过程的知识与信息进行重组，通过生产过程控制与运行管理的智能化和集成优化，提高企业的知识生产力，实现与产品质量、产量、成本、消耗等密切相关的综合生产指标的优化控制和实现企业管理的扁平化，综合自动化技术受到国际学术界和工业界的广泛关注。

　　综合自动化的前沿核心技术是生产制造全流程优化控制技术，其内涵是在市场需求、节能降耗、环保等约束条件下，通过优化决策，产生实现企业综合生产指标(反映企业最终产品的质量、产量、成本、消耗等相关的生产指标)优化的生产制造全流程的运行指标(反映整条生产线的中间产品在运行周期内的质量、效率、能耗、物耗等相关的生产指标)和过程运行控制指标[反映产品在生产设备(或过程)加工过程中的质量、效率与消耗等相关的变量]，通过生产制造全流程运行优化和过程运行控制，实现运行指标的优化控制，进而实现企业综合生产指标优化。

　　目前，我国生产制造全流程的运行控制，采用金字塔式的人工操作方式，因此难以实现综合生产指标的优化控制，造成能耗高、产品质量差、生产成本高、资源消耗大等问题。为了适应变化的经济环境，节能降耗，提高产品质量和生产效率，降低成本，提高运行安全性，减少环境污染和资源消耗，必须实现生产制造全流程优化控制，因此，研究和开发符合国情的生产制造全流程优化控制系统势在必行。

　　由于全流程优化控制系统的被控对象由生产设备(或过程)变为整条生产线，其被控对象特性、控制目标、约束、涉及范围和系统的实现结构，远远超出已有的控制理论和控制系统设计方法的适用范围，对工业过程控制与优化提出了新的挑战。

　　工业过程的生产工序由一个或多个工业装备组成，其功能是将进入的原料加工为下道工序所需要的半成品材料，多个生产工序构成全流程生产线。因此，过程工业控制系统的功能，不仅要求回路控制层的输出很好地跟踪控制回路设定值，而且反映该加工过程的运行指标(即表征加工半成品材料质量和效率、资源消耗和加工成本的工艺参数)在目标值范围内，反映加工半成品材料质量和效率的运行指标尽可能高，反映资源消耗和加工成本的运行指标尽可能低，而且与其他工序的过程控制系统实现协同优化，从而实现全流程生产线的综合生产指标(产品质量、产量、消耗、成本、排放)的优化控制。因此，工业过程控制系统的最终目标，是实现全流程生产线综合生产指标的优化。

　　从全流程生产线的角度考虑过程控制系统设计，其被控过程是多尺度、多变量、强非线性、不确定性、难以建立数学模型的复杂过程，因此，难以采用已有的控制与优化理论和技术。目前工业过程控制与优化算法的研究是分别进行的。工业过程控制的研究，主要集中在工业过程回路控制和运行优化与控制两方面。