來源：鄧常杰知識自動化
1982年，我畢業(yè)被分到了首鋼自動化研究所，在首鋼第一煉鋼廠負責煉鋼過程自動化計算機系統(tǒng)維護。這臺1967年從日本北辰電機公司引進的HOC-510計算機，它具有磁芯存儲、8K內存、22位字長、8級中斷、紙帶輸入、磁帶外存。該機是裸機，即沒有任何軟件，如果編制程序就要使用二進制的機器碼來寫程序，采用黑色的紙帶穿孔輸入和程序檢查。印象最深的是要對著燈光查看黑色紙帶中孔的位置分布檢查代碼和程序。這臺計算機用來實現3臺30噸轉爐的煉鋼自動化監(jiān)控。轉爐采用氧氣和氬氣復合吹煉工藝?？刂葡到y(tǒng)的功能主要是監(jiān)控和記錄每一爐鋼的煉鋼數據：包括爐齡，爐號，煉鋼開始和結束時間，冶煉時間，氧氣和氬氣的流量壓力和用量，鐵水重量，廢鋼使用量，各種煉鋼的副原料稱重計量，以及合金的使用量等50多個數據，并對這些采集的數據建立數學模型。結合副槍動態(tài)測量溫度和含碳量，確定吹煉時間，達到鋼水溫度和含碳量的出爐標準，提高一次拉碳率。經過幾年的努力，最好的命中率大概在75%左右，但是模型不穩(wěn)定。這就是冶金行業(yè)非常重要的工業(yè)軟件——轉爐煉鋼模型。而在當時，首鋼第一煉鋼廠最好的煉鋼工，通過眼睛觀察鋼水就可確定出鋼水的含碳量和鋼水的溫度，確定吹氧時間，命中率大概90%左右。煉鋼模型的目的就是要通過采集現場各種冶煉參數來預測爐內鋼水的溫度以及含碳量，根據脫碳模型（還原反應）確定吹煉時間，提高一次拉碳率，實現縮短冶煉時間，充分利用煉鋼設備生產更多的鋼水。
由于這臺計算機運行時間太久，磁芯經常出現奇偶錯誤，不得不每天用電風扇降溫。最終，我們用半年時間，用TMC-80工業(yè)單板計算機（Z80CPU）替換了這個工業(yè)計算機。新的計算機實現3臺30噸轉爐的生產過程監(jiān)控。對包括裝料、煉出鋼鋼水和副原料用量成分、鋼水終點溫度和終點碳等50多個數據進行自動跟蹤記錄。為加強管理，穩(wěn)定操作和煉鋼模型提供準確的數據。在那個年代，首鋼第一煉鋼廠的計算機煉鋼監(jiān)控系統(tǒng)在國內處于領先的地位。
同期，首鋼也開始了微型機和單板機的工業(yè)應用實踐。在軋鋼廠用一臺微型計算機成功的實現了焊管車間飛剪自動剪切的控制。在煉鐵廠用一臺微型計算機實現了高爐上料重量、水份補償的控制。
在1982年，首鋼已經有了6臺工業(yè)計算機，包括國營二六二廠生產的DJS-135工業(yè)計算機（1974年研制成功國產100系列計算機）。這些計算機分別于60年代和70年代引入，計劃用于化肥廠自動化、轉爐煉鋼自動化、高爐煉鐵自動化、軋鋼自動化、科學計算、培訓等。但是，直到82年，這些計算機除了用于編程培訓，基本處于無用狀態(tài)。為什么會是這樣的結果？這要回顧一下首鋼自動化發(fā)展的幾個重要歷史階段。
1965-1970電子中心論
1969年10月，中央電信工業(yè)領導小組召開了全國電信工業(yè)工作會議（代號“6910會議”），會議提出“全民大辦”、“破除電子工業(yè)神秘論”、“電子中心論”、“向自動化進軍”等口號。在全國搞起聲勢浩大的計算機實現生產自動化的熱潮。
早在1964年，首鋼公司總經理就聽說計算機可以控制煉鋼，就要求公司副總工與日本公司談判，當時日本的北辰電機公司與富士通公司參加了談判，最終選擇了日本北辰公司的HOC－510計算機。冶金部對于這個項目非常重視，從國內選派了自動化專家并從科學院計算機所調來計算機專家組成軟件和硬件項目組，并于1967年一月到日本的北辰電機公司開始接受培訓。
1967年五月中日雙方技術人員開始現場調試，十一月份，在現場進行程序驗收時，每次計算機存儲器都出現錯誤，最終沒有通過測試。在要求退貨的壓力下，最后經反復談判和協商，日方賠償了設備總值的1/3，結束了這個合同。日本人走后，項目組繼續(xù)維修這臺設備，系統(tǒng)逐步穩(wěn)定下來。項目組用統(tǒng)計回歸的算法，研究開發(fā)控制煉鋼生產的模型，也就是我們今天常說的工業(yè)軟件-轉爐煉鋼模型。但是由于缺少必須的現場傳感器、儀表，缺少現場數據，計算機系統(tǒng)不穩(wěn)定，抗干擾能力差，原料不穩(wěn)定等多種因素，最重要的是沒有煉鋼專業(yè)的工藝專家配合，模型的命中率一直不理想。雖然新的工業(yè)計算機TMC-80取代了HOC-510計算機后，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性的問題解決了，上述問題仍然存在，轉爐煉鋼模型的項目基本停滯了。負責該項目的同事是國內名校的數學系碩士高材生，也是計算機專家，耗費了近十幾年的時間搞模型研究，最終也不得不停止了模型研究。
在同時期，公司成立了多個自動化數模班，研究和探索各自領域的自動化和數學模型，例如，軋鋼模型、高爐模型和化肥生產模型。最終，這些模型也沒有投入使用。
公司負責自動化的公司副總工程師當時總結的經驗和教訓是：一是不能通過運動來搞自動化，要實事求是。二是搞電子自動化必須有一批懂生產技術、不怕吃苦、不計較眼前的名利、待遇的專業(yè)人才，把計算機技術做為工具，才能開發(fā)出具有較高水平的工業(yè)軟件。必須放棄只要有了學電氣控制的技術人員，有了學數學的人就可以搞計算機自動化的觀點。三要認識到不是所有的工廠都能搞電子自動化。必須結合生產工藝特點來決定。四是必須具備機械化、電氣化、完善的檢測儀表、生產工藝規(guī)范。五是生產要以質量、效益為中心，放棄單純追求產量的觀點。以上這些觀點成為了后來首鋼自動化工作的指導思想。
由于文革影響等多種原因，這些分別于60年代和70年代引入的這些計算機最終都沒有派上用場。盡管如此，首鋼領導層的創(chuàng)新意識和對前沿技術的探索，也帶動了相關傳感器、儀表、傳動設備、硬件和軟件等相關技術的研究和產品開發(fā)。特別是首鋼早在70年代就能夠生產先進的直流傳動設備、可控硅、測溫儀表、稱重儀表等，為首鋼今后的自動化和信息化跨越式發(fā)展奠定了雄厚的基礎，同時，首鋼也為國家培養(yǎng)了一批優(yōu)秀的計算機、自動化設計和工程技術人員。80年代，首鋼的自動化和信息化水平已經成為全國冶金行業(yè)的標桿，并帶動水泥行業(yè)、電力行業(yè)，化工行業(yè)、水和污水等行業(yè)的自動化系統(tǒng)的發(fā)展和提升。
經驗和教訓：
☆ 不斷創(chuàng)新和應用最新的科學技術是企業(yè)持續(xù)發(fā)展的保證，但是，要采用成熟的先進技術，要腳踏實地，不能采取運動式和冒進式的方式。
☆ “聞道有先后，術業(yè)有分工”，IT人員要學習工藝，懂工藝，依靠工藝才能開發(fā)出符合工藝要求的工業(yè)軟件。
☆ 程序編制之前要通過程序流程圖仔細檢查程序邏輯并分析失效模式和影響，確保程序的適用性、安全性、完整性和可靠性，采用軟硬件措施避免失效的產生。
1982年，工廠自動化
1982年，首鋼率先在國內引進了美國Modicon公司的PC-584可編程序控制器用于首鋼三高爐自動化控制，進口了Bailey公司的N-90（Network－90）用于燒結廠一車間的控制。在此之前，國內的工業(yè)電氣控制系統(tǒng)主要是采用繼電器、旋轉凸輪開關、碼盤和自己研制的可編機進行邏輯控制；采用模擬儀表等實施過程控制。PLC和DCS作為工業(yè)控制產品，解決了工業(yè)現場的三個問題：實時性、可靠性和安全性。PLC和DCS的成功應用，極大的縮短了自動化系統(tǒng)設計、系統(tǒng)集成、現場安裝、編程、調試和系統(tǒng)維護的時間，也大大地節(jié)省了控制室的空間，徹底改變了采用繼電器進行邏輯控制，采用二次儀表進行過程控制的歷史。特別是系統(tǒng)穩(wěn)定和可靠，系統(tǒng)平均無故障時間MTBF大大提高。所以將PLC的出現定義為一次工業(yè)革命一點也不為過。
這二個項目的成功實施引起了國內冶金行業(yè)的重視，自此在全國開始了大規(guī)模引進和使用可編程序控制器PLC和分布式控制系統(tǒng)DCS，并廣泛應用于冶金、水泥、電廠等行業(yè)。
早期的可編程序控制器的開發(fā)應用目的就是取代繼電器邏輯，DCS開發(fā)應用的目的是就是取代二次儀表。兩種產品通用性強，適合工業(yè)工程化的設計和實施。在系統(tǒng)設計方面也充分考慮了自動化工程特點。由于PLC的編程與繼電器邏輯設計非常相似，基本上采用了電氣工程師熟悉的控制邏輯連鎖電路圖，很容易上手，例如，梯形圖和SFC(Sequential Function Chart)是一種新穎的、按照工藝流程進行編程的圖形編程語言，正因為它按照工藝流程動作順序編制程序，因此在PLC編程中得到了非常廣泛的應用。DCS組態(tài)跟常規(guī)儀表的過程儀表控制圖很類似，再加之多年的驗證和改進，系統(tǒng)非常安全可靠。工業(yè)自動化從此開啟了一個新時代。產品通用性強，安全可靠，大大地縮短了設計、系統(tǒng)集成、安裝調試的周期，在全國快速推廣。
1984年，首鋼也開始了信息化的項目，引進了具有漢字功能的王安計算機作為管理系統(tǒng)計算機，并于1985年在首鋼公司的各個處室實現了計算機的聯網。管理信息系統(tǒng)分為三級：公司級（綜合管理級）；廠礦級（生產管理級）；生產過程控制級（在線管理級）。公司級和廠礦級投入后基本達到了設計目標，但生產過程控制級沒有投入。后來因為王安公司倒閉，王安機被IBM計算機取代。在當時由于缺少信息管理這方面的高級人才等多種原因，管理計算機信息系統(tǒng)進展不快，直到遷鋼，京唐鋼鐵公司的建成。
1982年后，首鋼先后啟動了幾個轉爐煉鋼，高爐煉鐵和燒結焦化的自動化工程項目，代表性的是下面三個項目：
（1）煉鐵廠三高爐自動化項目：
煉鐵廠三高爐自動化系統(tǒng)構成：料倉、上料、爐頂、爐本體、熱風爐五個控制系統(tǒng)，采用Modicon公司的PC-584可編程序控制器。為了監(jiān)控、操作各種設備設有多臺CRT，CRT顯示各生產系統(tǒng)的運行情況，通過觸摸CRT（Touch Screen）屏幕可以隨時切換顯示不同的畫面，可以操作各生產設備的運行或停止。在高爐上采用小型計算機，實施高爐模型的研究，實現爐壓指數的計算、料速計算、爐況順行預報等。
（2）一燒結車間的基礎自動化項目：
一燒結自動化采用N－90控制系統(tǒng)，系統(tǒng)共設五個分站對上料機、機頭點火溫度控制器、臺車速度控制和料層溫度控制、破碎機控制、輸送皮帶和料倉的控制。主控室設有多臺CRT，通過畫面顯示各生產環(huán)節(jié)的情況，通過點擊屏幕上的開關實現各設備的控制。
（3）首鋼第二煉鋼廠煉鋼-連鑄自動化項目：
煉鋼-連鑄生產管理系統(tǒng)，承擔著準時接受來自高爐的鐵水和按時向后續(xù)的軋制工序提供優(yōu)質鑄坯的任務。煉鋼-連鑄的一體化生產過程是在高溫、高能耗下伴有化學和物理變化中進行的，由于鋼水到達連鑄工序的目標溫度和成分密切相關,所以不允許鋼水在煉鋼、精煉和連鑄工序之間有過長的等待，否則就會使鋼水產生溫降，嚴重時需要回爐升溫，既浪費了能源的消耗，降低了設備利用率，又影響了鑄坯的質量。此外，煉鋼的鋼水不能及時提供給連鑄機造成斷流，從新穿引錠桿引錠，不能進行連續(xù)澆注，造成設備利用率和生產效率降低。
煉鋼-連鑄動態(tài)調度任務是及時處理調度計劃執(zhí)行過程中的突發(fā)事件，消除時間、溫度和設備故障等干擾帶來的影響，重新制定生產調度計劃，實現轉爐和連鑄生產計劃匹配合理。重點是協調煉鋼的冶煉時間和連鑄機澆注時間的匹配形成連續(xù)煉鋼連續(xù)澆注，提高生產效率。
在項目規(guī)劃設計階段，管理計算機由基礎自動化級、過程自動化級、MES（制造執(zhí)行）級和生產經營管理級四級組成。根據合同的交貨時間、合同規(guī)定的材質、規(guī)格等規(guī)定，MES將一些相同的小合同綜合成冷軋、熱軋機的班產、日產計劃。再根據軋鋼生產的班、日計劃，制定出連鑄機、轉爐煉鋼、煉鐵的班產日產計劃。通過MES級實現從冷軋、熱軋、連鑄、精煉、煉鋼到煉鐵各工序的產品質量的跟蹤。生產經營管理級也實現了人力資源、財務、物資、生產、銷售的全面管理。
1987年筆者參與了上述的首鋼第二煉鋼廠煉鋼和連鑄自動化系統(tǒng)的設計，編程及安裝和調試。項目目標是實現連續(xù)煉鋼和連鑄一體化，即煉鋼和連鑄協同控制實現連續(xù)煉鋼和連續(xù)澆鑄。筆者的主要工作是負責兩臺8流方坯連鑄機的基礎自動化以及用于協同煉鋼和連鑄的生產制造執(zhí)行系統(tǒng)的設計和功能說明。這個項目是與瑞士康卡斯特聯合設計的。機械部分的主體由康卡斯特提供，部分輔助機械設備由首鋼自己生產制造。自動化部分和生產制造執(zhí)行系統(tǒng)全部由首鋼負責設計和安裝調試，瑞士康卡斯特負責提供功能說明參考，冷卻水模型和生產制造系統(tǒng)的參考資料。基礎自動化控制系統(tǒng)采用Modicon 984可編程序控制器和Intellution FIX人機界面（HMI）組態(tài)軟件實現煉鋼和連鑄過程控制。
2臺上位機采用DEC公司的PDP-11計算機分別用于煉鋼車間的模型及監(jiān)控管理和連鑄車間的冷卻水控制模型和澆注模型計算等功能。一臺VAX-750計算機承擔MES功能，主要實現訂單管理，生產計劃管理、煉鋼和連鑄生產和協調控制。兩臺8流方坯連鑄機按照全自動的操作模式進行設計，但考慮了半自動和手動的操作模式。項目投產后，基礎自動化部分基本上實現了設計目標，生產制造執(zhí)行系統(tǒng)，由于煉鋼工藝，管理和技術手段等各種原因沒有實現設計目標。
這兩臺8流方坯連鑄機投產后，是全球第11和第12臺8流方坯連鑄設備。這是在國內首次全部系統(tǒng)采用可編程序控制器替代傳統(tǒng)繼電器，HMI軟件取代模擬屏、模擬盤和操作盤。整個控制系統(tǒng)的I/O點數達到了8000多點?？刂葡到y(tǒng)的自動化控制系統(tǒng)水平在全球處于領先地位。
但一年以后，到這個工廠回訪時，發(fā)現火焰自動切割機由無人操作而改用人工的手動操作方式。究其原因，是接近開關失效引起自動程序在執(zhí)行過程中中斷，不能完成全部自動程序。因為維護人員的技術能力不能滿足現場的需求，不能及時找出故障的原因，特別是工藝連鎖的控制原理。
首鋼一燒結自動化、三高爐自動化和第二煉鋼廠自動化項目的成功投產引起國內鋼鐵企業(yè)的重視，鞍鋼、武鋼、太鋼和寶鋼等兄弟單位領導到首鋼學習首鋼的自動化機構的設置、技術設計人員來了解自動化系統(tǒng)的設計和配置情況。這些項目也受到了總公司、北京市、冶金工業(yè)部和國家電子振興辦的獎勵。
90年代初，美國Bentley公司CAD軟件MicroStation開始進入中國市場，首鋼設計院同有色金屬設計院、華北電力院、北京建筑設計院等一同引進這套軟件，并開展了“甩圖板”活動。同時AutoCAD軟件也在同期引入到首鋼設計院自動化科。經過幾年的磨合，CAD工程師站和圖板并行使用，直到1998年左右畫圖的圖板才全部消失?，F在這款MicroStation軟件基本己不用了，主要原因是外部協作單位都使用AutoCAD，兩款軟件兼容性差，相互轉換不方便應用。
經驗和的教訓：
☆ 工業(yè)軟件的開發(fā)要與工藝緊密結合。對于相對簡單的某些模型，搞自動化和IT的人員在工藝的指導下可以深入和主動向前延伸。但是涉及到比較復雜的工藝問題，必須由工藝專業(yè)進行突破和模型的歸納研究。
☆ 創(chuàng)建數字與實體的對應關系難度視研究對象復雜性不同而不同，建立研究對象的數學模型是非常復雜和困難的，沒有可能達到100%。只能按照統(tǒng)計方法根據“命中率”百分比來評估模型的適用性。有些自動化專家，IT專家和管理人員認為所有的工藝需求和規(guī)則都可以抽象出模型，而在工業(yè)實踐中當你面臨不同領域不同層次的復雜系統(tǒng)時，實際上抽象模型就已經成為不可能，即使建立了模型，適用性也是個大問題。工業(yè)軟件的研究不要陷入誤區(qū)。
☆ 工業(yè)軟件要符合國際標準和行業(yè)規(guī)范，符合工業(yè)化和工程化的需求。采用適合工業(yè)工程的工業(yè)化開發(fā)方法和工程語言，才能在工業(yè)行業(yè)被廣泛接收、推廣和應用。例如，可編程序控制器PLC，采用了“電氣工程師和電工的語言”梯形圖和功能圖編程方式，分散控制系統(tǒng)DCS采用了“儀表工程師和儀表工的語言”儀表組態(tài)的配置方式。所以，DCS和PLC作為低代碼的工業(yè)軟件符合工程設計人員和維護人員的設計和操作習慣，使用簡單、方便維護、適應工業(yè)環(huán)境、才能被市場接收，才具有生命力。
☆ 生產制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）是一個復雜的系統(tǒng)工程，要用工業(yè)工程的系統(tǒng)科學視角進行項目評估、規(guī)劃和設計。工業(yè)軟件，作為生產制造系統(tǒng)的主要成分，如果不成熟，生產制造執(zhí)行系統(tǒng)也不會成功；生產工藝和運營管理流程的數字化不成熟，生產制造執(zhí)行系統(tǒng)也不會成功。
☆ 任何一個新技術和產品的出現，要經過嚴格的現場考研和驗證，才能廣泛地推廣使用。供應商的可持續(xù)性尤為重要——王安計算機公司倒閉的教訓深刻。
☆ 新的技術需要復合型人才，懂技術懂業(yè)務的高級人才更為重要。
2000年電子化制造
1996年，電子郵件的出現帶動了辦公自動化和電子商業(yè)業(yè)務的快速發(fā)展，進入了@時代，為社會經濟和生活帶來的巨大的效益，是大家有目共睹的。
在2000年，也掀起了一場電子化制造的熱潮，跟今天火熱的智能制造概念非常的相似，各個國家和公司也針對電子制造的概念制定戰(zhàn)略。在2001年的國際工廠自動化展覽會上，筆者還做了有關電子化制造的演講。當時國內的各種培訓主題前面都要加一個e，進入了e時代，e-HR, e-Commerce, e-Finance. e-物流。如同今日，數字化轉型、工業(yè)物聯網和智能制造如出一轍。在當時，美國勞動統(tǒng)計局的統(tǒng)計預測，e—Manufacturing可將生產力提高7個百分點。我們看一下當時電子制造的定義：
“e-Manufacturing是一種新的企業(yè)運作模式，它是制造企業(yè)在數字化和網絡化環(huán)境下，用電子化的方式進行生產、經營、管理等一系列企業(yè)活動的運作模式。”
e-Manufacturing是一種先進的制造哲理，實質是通過電子方式和網絡技術，實現制造企業(yè)的電子化、數字化、服務化、在線化及協同商務，從而實現從工廠底層設備直至客戶和供應商的整個供應鏈系統(tǒng)的集成 。它覆蓋了企業(yè)生產經營的全過程和產品的整個生命周期，包括新產品開發(fā)、采購、制造、銷售、客戶服務、客戶關系管理、后勤、戰(zhàn)略管理等環(huán)節(jié)。實施e-Manufacturing的最終目的是提升制造企業(yè)整個價值鏈的價值，把制造企業(yè)的生產過程和商業(yè)價值連接起來，從而幫助企業(yè)提高市場響應速度和競爭能力。
電子制造概念的提出同樣是源于信息技術的快速發(fā)展和電子商務帶來的影響。但是，在那個時期，現場傳感器、儀表、工業(yè)軟件和網絡技術等信息技術還不能與之相匹配，企業(yè)的工業(yè)工程管理和運營管理思想還不能與之相適應?？梢哉f，“軟件”和“硬件”都不能與這個概念相匹配，電子化制造仍然是一個概念。
以當時使用的現場總線為例，DeviceNet支持主站－從站（master-slave）及端對端（peer-to-peer）通訊架構，允許三種比特率：125 kbit/s、250 kbit/s及500 kbit/s，單一網絡中最多可以有64個節(jié)點。但是，在當節(jié)點增加到10個點左右，通訊速率明顯下降。電子制造提出網絡無縫連接和工廠底層設備直至客戶和供應商的整個供應鏈系統(tǒng)的集成。而在當時，現場的各種傳感器和儀表多數不具備網絡功能，只能采用I/O的通訊方式，即時具備網絡功能，價格也比較昂貴。所以說，從底層網絡的角度也無法實現電子制造描述的功能，更何況各個廠家產品的不同通訊協議和產品的數據不開放等原因。
最終電子制造這個風靡一時的熱潮在制造業(yè)沒有太多的應用和影響而慢慢消失。
經驗和教訓：
☆ 當時的市場上推廣的相關工業(yè)軟件還不成熟，盡管有仿真軟件、生產排程軟件等。概念不錯，但是不能解決生產現實中的問題。
☆ 由于通訊方面還有很多瓶頸，通訊的協議兼容性（不同廠家的控制產品和現場儀表）、通訊的速度、網絡節(jié)點能力等問題，不同廠家的產品不能實現無縫連接，即使能夠連接，通訊適配器的成本很高，另外不同公司的控制產品即使可以連接，但是數據不開放。
☆ 管理層缺乏工業(yè)工程管理和運營管理方面的經驗，特別是缺少這個方面的復合人才做頂層規(guī)劃。
☆ 投資回報不經濟。
小 記
智能制造如火如荼，翻看以前的三次教訓，依然值得今天仔細掂量。歷史的經驗，錢不能白花。 ???
本文轉自于 專欄 工業(yè)互聯網
