近年來，隨著企業(yè)競爭的日趨激烈，集成仿真平臺因其全方位的決策支持功能受到了越來越高的重視，而計(jì)算機(jī)技術(shù)和仿真技術(shù)的不斷發(fā)展，也極大地推動了企業(yè)集成仿真技術(shù)的進(jìn)步。在離散制造行業(yè)中，已經(jīng)出現(xiàn)了這樣的企業(yè)集成仿真平臺，并得到了成功的應(yīng)用，而在流程工業(yè)中，這方面的研究才剛剛起步。因?yàn)镋RP／MES／PCS三層企業(yè)集成體系結(jié)構(gòu)已成為流程工業(yè)綜合自動化系統(tǒng)理論和產(chǎn)品的主流框架，所以基于這三層體系結(jié)構(gòu)的集成仿真技術(shù)將成為流程工業(yè)集成仿真的研究重點(diǎn)，根據(jù)目前的研究情況，三層集成仿真技術(shù)的研究主要存在多分辨率建模、分布式集成仿真技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、集成仿真平臺和可視化仿真等幾個(gè)難點(diǎn)。
5.1 多分辨率建模
由上可知，PCS，MES和ERP各層應(yīng)用系統(tǒng)從企業(yè)的不同層次和不同角度來滿足企業(yè)的需求，因此單層仿真巾的仿真模型僅僅是從某個(gè)層次和某個(gè)角度劉企業(yè)進(jìn)行了抽象。為了在三層集成仿真平臺中進(jìn)行有效的PCS，MES和ERP各層應(yīng)用系統(tǒng)的功能仿真，需要給出企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營在不同層次和不同角度的描述，即為企業(yè)生產(chǎn)仿真進(jìn)行多分辨率建模。
源于軍事仿真領(lǐng)域的多分辨率建模理論是一種在不同分辨率或抽象層次上一致地描述同一系統(tǒng)、體系或過程的建模技術(shù)。分辨率是指在建?；蚍抡嬷?，模型描述真實(shí)世界的準(zhǔn)確度和詳細(xì)程度，亦稱粒度，用戶可以按應(yīng)用需求方便地選擇不同粒度的模型。流程工業(yè)企業(yè)建模國際標(biāo)準(zhǔn)IEC／ISO62264和ANSI／ISA-95規(guī)范根據(jù)企業(yè)各級管理層粒度需求的不同，建立了流程工業(yè)企業(yè)的多層次模型，并定義了企業(yè)級業(yè)務(wù)系統(tǒng)與工廠車間級控制系統(tǒng)相集成時(shí)所使用的術(shù)語，以及MES系統(tǒng)應(yīng)支持的生產(chǎn)作業(yè)活動，如圖15所示。浙江大學(xué)控制技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了石化企業(yè)統(tǒng)一多分辨率物流模型框架，提出了準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)物流模型分層建模策略，并給出了多分辨率物流模型的數(shù)學(xué)描述，實(shí)現(xiàn)了多分辨率物流模型的審用和統(tǒng)一建模。
圖15 流程工業(yè)企業(yè)層次模型
對企業(yè)進(jìn)行多分辨率建模需要結(jié)合不同層次仿真應(yīng)用的建模方法，將不同分辨率的仿真模型集成到該仿真平臺中，圖13就是在多分辨率建模方法上建立的企業(yè)生產(chǎn)仿真的結(jié)構(gòu)圖。就計(jì)算復(fù)雜度而言，流程工業(yè)集成仿真的規(guī)模巨大，要在高分辨率下仿真企業(yè)所有的生產(chǎn)行為是不現(xiàn)實(shí)的，于是出現(xiàn)了半實(shí)物建模、動穩(wěn)態(tài)混合建模等多分辨率建模技術(shù)。
多分辨率建模的一個(gè)難點(diǎn)是如何保證模型的一致性。不同于第1章～第3章中所述的仿真，集成仿真平臺中各層次的仿真會影響到其他層次的仿真結(jié)果。如果各層次的模型不一致，就無法正確反映局部的生產(chǎn)變動對企業(yè)整體的影響。
5.2 分布式集成仿真技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和集成仿真平臺
關(guān)于集成仿真的研究難點(diǎn)又可分為以下三部分：
(1)集成仿真技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 為了協(xié)調(diào)各層次間的仿真，真實(shí)地模擬整個(gè)企業(yè)的運(yùn)行狀況，三層集成仿真平臺需要在不同層次間進(jìn)行信息交互，如何定義信息交互的內(nèi)容和數(shù)據(jù)模型，成為建立集成仿真平臺的關(guān)鍵。由美國儀表協(xié)會(the Instrumentation，Systems and Automatlon society，ISA)和美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(American National Standards Institute，ANSI)共同發(fā)起制定的ISA95標(biāo)準(zhǔn)，全面地定義了制造企業(yè)ERP／MES／PCS三層間信息交互的內(nèi)容和數(shù)據(jù)模型，可以作為企業(yè)功能仿真中的信息交互所遵循的標(biāo)準(zhǔn)；由CAPE-OPEN(computer-aldedprocess engineering open simulation environment)項(xiàng)目組制定的CAPE-OPEN標(biāo)準(zhǔn)，則定義了生產(chǎn)裝置模型間信息交互的內(nèi)容和數(shù)據(jù)模型，因此可以作為企業(yè)生產(chǎn)仿真中裝置模型的開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)。而可擴(kuò)展標(biāo)記語言(eXtensible Markup Language，XML)、公共對象請求代理體系結(jié)構(gòu)(Common bbbbbb Request Broker Architecture，CORBA)、高層體系結(jié)構(gòu)(High Level Architecturc，HLA)等軟件技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)則為三層集成仿真平臺的實(shí)現(xiàn)提供了先進(jìn)的開發(fā)模式。怎樣利用好這些已有的集成仿真技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并提出更符合流程工業(yè)三層集成仿真的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，將是未來研究所面臨的難點(diǎn)問題。
(2)集成仿真平臺 為了更好地發(fā)揮流程工業(yè)三層集成仿真系統(tǒng)的作用，該系統(tǒng)應(yīng)由幾個(gè)即插即用的、支持復(fù)雜系統(tǒng)協(xié)同建模與分布式仿真運(yùn)行的仿真部件和一套集成的仿真工具組成。目前，基于HLA的分布式協(xié)同仿真平臺已得到了廣泛應(yīng)用，特別是在軍事領(lǐng)域和機(jī)械制造領(lǐng)域。HLA標(biāo)準(zhǔn)還被用于企業(yè)供應(yīng)鏈管理仿真系統(tǒng)的開發(fā)，為企業(yè)的經(jīng)營決策和生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)提供服務(wù)。提出HLA的目的是提高仿真組件的互操作性和可重用性，但這種可重用性僅僅局限在運(yùn)行時(shí)間框架(RunTlme Infrastructure，RTI)，極大地限制了HLA在更多領(lǐng)域中的應(yīng)用。由于流程企業(yè)是非常復(fù)雜的系統(tǒng)，用面向?qū)ο蟮姆椒ㄩ_發(fā)這類協(xié)同仿真系統(tǒng)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且重心性和魯棒性差。使用基于仿真組件的軟件體系結(jié)構(gòu)，可大大提高該協(xié)同仿真系統(tǒng)的開發(fā)速度、重用性和魯棒性。結(jié)合流程工業(yè)三層集成仿真系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出合理的基于仿真組件的軟件體系結(jié)構(gòu)，可以指導(dǎo)該類仿真系統(tǒng)的開發(fā)。
5.3 可視化仿真
可視化的作用是在人機(jī)交互的情況下發(fā)揮人腦特有的形象思維功能。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)可視化最有效的方法，它綜合應(yīng)用各種技術(shù)制造出逼真度較高的模擬環(huán)境。一些著名的離散事件仿真系統(tǒng)都利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了可視化的交互集成仿真環(huán)境，如Rockwell公司的Arena、Brooks公司的AutoMod、ProModel公司的ProModel、CACI公司的Simprocess、Lanner公司的Witness和Tecnomatix公司的eM-Plant等。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于離散制造業(yè)的集成仿真平臺，并發(fā)揮了出色的人機(jī)交互功能，幫助仿真做出更有效的企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營決策。
在流程工業(yè)的三層集成仿真應(yīng)用中，也有必要結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)可視化仿真，為企業(yè)決策、員工培訓(xùn)等提供更好的平臺。但是，流程工業(yè)因其自身特點(diǎn)，對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提出了不同的要求。首先，流程工業(yè)三層集成仿真系統(tǒng)關(guān)注的不是生產(chǎn)工藝，而是裝置間的物流關(guān)系、物流量和物流屬性等信息，虛擬現(xiàn)實(shí)需要通過合理的方法表現(xiàn)這訾物流信息；其次，虛擬現(xiàn)實(shí)還應(yīng)反映計(jì)劃調(diào)度指令下達(dá)和生產(chǎn)方案切換等具體動作，以及這些動作對物流數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的影響。
6 結(jié)束語
本文基于ERP／MES／PCS三層企業(yè)集成體系結(jié)構(gòu)，綜述了仿真技術(shù)在石化生產(chǎn)企業(yè)各層次中的應(yīng)用。通過分析國內(nèi)外仿真技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)，仿真已在各層次得到了較為充分地應(yīng)用，并已形成了較為成熟的仿真技術(shù)，而對于三層集成仿真應(yīng)用的研究則剛剛起步。由于三層集成仿真能為流程工業(yè)企業(yè)提供綜合自動化的整體解決方案，更加符合企業(yè)對仿真系統(tǒng)的要求，對它的建模理論和實(shí)現(xiàn)技術(shù)的研究將成為流程工業(yè)仿真應(yīng)用研究的一個(gè)熱點(diǎn)。
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