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　　中國自動化產(chǎn)業(yè)已經(jīng)走過了五十年的歷程。進入21世紀以來，自動化已經(jīng)成為我國制造業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要支撐與保證。在“滿足用戶需求，利用技術(shù)推動”的前提下，我國自動化產(chǎn)業(yè)正在不斷出現(xiàn)新的可喜的變化。其主要特征是，產(chǎn)品實現(xiàn)數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化與綜合集成化，并在性能上向著高精度、高可靠性、高適應(yīng)性方向發(fā)展。隨著自動化行業(yè)的發(fā)展，工業(yè)控制軟件逐漸成為自動化行業(yè)發(fā)展的趨勢和主流。本文總結(jié)了工業(yè)控制軟件今年來發(fā)展的狀況，提出了工業(yè)控制軟件就是軟件的一部分，以及軟件的核心——數(shù)學模型的發(fā)展方向等觀點。并結(jié)合實際案例，進行了客觀剖析。

   中國自動化產(chǎn)業(yè)已經(jīng)走過了五十年的歷程。進入21世紀以來，自動化已經(jīng)成為我國制造業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要支撐與保證。在“滿足用戶需求，利用技術(shù)推動”的前提下，我國自動化產(chǎn)業(yè)正在不斷出現(xiàn)新的可喜的變化。其主要特征是，產(chǎn)品實現(xiàn)數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化與綜合集成化，并在性能上向著高精度、高可靠性、高適應(yīng)性方向發(fā)展。隨著自動化行業(yè)的發(fā)展，工業(yè)控制軟件逐漸成為自動化行業(yè)發(fā)展的趨勢和主流。

　　一、 工業(yè)控制軟件的特點

　　工業(yè)控制軟件除具有軟件的性質(zhì)外，還具有鮮明的行業(yè)特色，隨著自動化產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，通過不斷積累行業(yè)知識，將行業(yè)應(yīng)用知識作為發(fā)展自動化產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵要素，逐漸成為企業(yè)調(diào)整經(jīng)濟結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟增長方式的主要因素。

　　1、工業(yè)控制軟件離不開工藝的支持

　　不同行業(yè)的工業(yè)控制軟件，其服務(wù)對象均不相同，鋼鐵行業(yè)針對的是冶金工業(yè)，其控制軟件很難適用機械行業(yè)，反之亦然。一套好的工業(yè)控制軟件，不僅能夠滿足當前工藝的需要，而且在控制思想上，還有一定的超前意識，在一定時間內(nèi)不會落后。

　　2、工業(yè)控制軟件要有行業(yè)數(shù)據(jù)知識庫做支撐

　　行業(yè)數(shù)據(jù)知識庫，是指對行業(yè)控制軟件起支撐作用的行業(yè)生產(chǎn)過程中經(jīng)驗積累的集合。特別需要指出的是行業(yè)生產(chǎn)過程中關(guān)鍵知識、軟件、訣竅及數(shù)據(jù)等知識的匯集，也是我國自動化控制系統(tǒng)裝上“中國腦”的基礎(chǔ)。其主要內(nèi)容包括：生產(chǎn)過程中采集到各種數(shù)據(jù)后，經(jīng)驗計算公式、技術(shù)訣竅、各種事故處理經(jīng)驗及各種操作經(jīng)驗，操作手冊、技術(shù)規(guī)范、工藝模型、算法參數(shù)、系數(shù)及權(quán)重比例分配等。既包括以文檔形式存在的技術(shù)規(guī)范，操作規(guī)范，國家標準等，也包括經(jīng)驗公式、模型算法等軟件核心內(nèi)容及解決工具。目前針對不同行業(yè)的工業(yè)控制軟件產(chǎn)品的開發(fā)與生產(chǎn)正在興起，各個行業(yè)的數(shù)據(jù)知識庫正在成為工業(yè)控制軟件的核心性，基礎(chǔ)性要素的發(fā)展與壯大，這樣也是我們的優(yōu)勢所在，建設(shè)好行業(yè)數(shù)據(jù)知識庫，將使行業(yè)知識變成行業(yè)工業(yè)控制軟件發(fā)展的動力，并推動我國工業(yè)控制軟件的技術(shù)水平更好的完成由低端向著高端的轉(zhuǎn)換。

　　二、 工業(yè)控制軟件是軟件產(chǎn)業(yè)的重要組成部分

　　工業(yè)控制軟件要想做大做強，就一定要作為軟件產(chǎn)業(yè)來抓。研制與生產(chǎn)過程都要實行標準化作業(yè)，按照CMMI內(nèi)容要求規(guī)范軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，CMMI全稱是capability Maturity Model integration,即集成的能力成熟度模型，是國際通用的反應(yīng)系統(tǒng)工程和軟件工程的集成成熟度模型，CMMI共分五個等級，第五等級是最高級，他是一套融合多學科的、可擴充的產(chǎn)品集合，同時他也是工程集成與管理的最佳辦法。CMMI是評價一個軟件企業(yè)項目管理與研發(fā)實力的國際準則。他標志著企業(yè)走上標準化、規(guī)范化、國際化的發(fā)展之路，在國際上具有較高的認知度。CMMI認證可幫助企業(yè)提高軟件質(zhì)量和提升軟件開發(fā)水平，是通向國際軟件外包市場的“通行證”。

　　不僅如此，提高工業(yè)控制軟件的質(zhì)量也是發(fā)展軟件產(chǎn)業(yè)的重要內(nèi)容之一。為了進一步提高軟件開發(fā)的工程化，規(guī)范化和系統(tǒng)化水平、加強軟件開發(fā)的質(zhì)量管理，1995年國家標準局頒布了國標GB/T 8566-1995，規(guī)定了軟件從需求分析到使用終止的系統(tǒng)開發(fā)、操作和維護中所需要實施的過程、活動和任務(wù)，他反應(yīng)了對軟件生存周期各項活動的組織方式。對此我們都要有一個明確的認識。

　　軟件生存周期中的活動可分成七個基本的、主要生存期過程，既管理過程、獲取過程、供應(yīng)過程、開發(fā)過程、操作過程、維護過程、支持過程。工業(yè)控制軟件的生存周期也同樣遵循著七個過程。

　　一個軟件企業(yè)的發(fā)展，一般都要經(jīng)歷從無到有，從小到大，從弱到強這樣一個過程。在初始階段，一般都是從編制程序開始。但要明確的是，工業(yè)控制軟件的開發(fā)不僅僅是要會編程序，而是涉及到系統(tǒng)架構(gòu)、控制思想、算法選擇、參數(shù)優(yōu)化等諸多方面，是一個由工藝人員、計算機人員、數(shù)學人員共同組成的一個開發(fā)團隊、應(yīng)用團隊，而不是一個個人小作坊式的生產(chǎn)研發(fā)方式。這也是經(jīng)過多年摸索找到的一個比較認可的工業(yè)控制軟件的研發(fā)與生產(chǎn)方式。

　　三、 數(shù)學模型是工業(yè)控制軟件的核心技術(shù)

　　在工業(yè)控制軟件中，數(shù)學模型是對控制對象的表征，是對象可執(zhí)行的表述，正在由于它與自動化控制技術(shù)、信息技術(shù)、工藝能力的有效結(jié)合，并發(fā)揮了重要的指揮與優(yōu)化的作用，所以我們才把數(shù)學模型稱之為自動化控制軟件的核心技術(shù)。數(shù)學模型是對過程要素的數(shù)學描述，這種數(shù)學描述再用計算機語言準確地表達出來，并選擇適合的參數(shù)或系數(shù)。數(shù)學模型包含三大要素，數(shù)學公式或算法，公式的求解及參數(shù)或系數(shù)的選擇。無論是機理模型、數(shù)理統(tǒng)計統(tǒng)計模型和人工智能模型，在工業(yè)控制軟件中都得到了廣泛的應(yīng)用。

　　按照目前我國制造業(yè)自動化、信息化、應(yīng)用發(fā)展狀況，一般將企業(yè)的自動化、信息化系統(tǒng)分成BAS（基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)）、PCS（過程控制系統(tǒng)）、MES（制造執(zhí)行管理系統(tǒng)）及ERP（企業(yè)資源規(guī)劃）四級。在BAS級，也就是一級系統(tǒng)中的工業(yè)控制軟件中的模型，我們也叫基礎(chǔ)模型或一級模型，它一般是由簡單算法構(gòu)成的底層模型，完成比較簡單的運算與控制。在PCS級，也就是二級系統(tǒng)中的工業(yè)控制軟件中的模型，我們也叫過程控制模型或二級模型。過程控制模型是工業(yè)自動化控制的重點內(nèi)容。在過程控制模型中，利用線性控制技術(shù)是比較廣泛的，也是十分有用的。線性控制系統(tǒng)中的比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、微分環(huán)節(jié)、一階慣性環(huán)節(jié)、二階慣性環(huán)節(jié)、一階微分環(huán)節(jié)、二階微分環(huán)節(jié)和延遲環(huán)節(jié)的協(xié)同與應(yīng)用，是開發(fā)過程控制模型的主要技術(shù)手段。

　　過程控制模型是一個工業(yè)控制模型組件的集合，只有通過許多模型組件的協(xié)同與配合，并在性能上向著高精度、高可靠性、高適應(yīng)性方向發(fā)展。不僅如此，過程控制模型應(yīng)用的物理環(huán)境以及應(yīng)用背景都是過程控制模型的重要組成部分。隨著自動化整體行業(yè)的發(fā)展，會使“中國腦”即工業(yè)控制軟件的得到進一步發(fā)展，模型的應(yīng)用才能發(fā)揮到極致。

　　參數(shù)或系數(shù)的選擇需要做艱苦工作。同一套控制模型系統(tǒng)由于應(yīng)用的環(huán)境不同，甚至控制對象處于生產(chǎn)前期階段、中期階段或者末期階段，其參數(shù)或系數(shù)都有可能不同，這既需要歷史經(jīng)驗，也需要現(xiàn)實數(shù)據(jù)經(jīng)過推理演繹與實驗才能最終確定。

　　對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的利用也決定了工業(yè)控制模型應(yīng)用的質(zhì)量，特別是在線數(shù)據(jù)分析技術(shù)的應(yīng)用，對于提高過程控制模型的自診斷、自適應(yīng)等功能，效果是十分明顯的。所有數(shù)據(jù)在利用之前，都要進行處理，將無關(guān)數(shù)據(jù)、異常數(shù)據(jù)等進行處理后，在進行使用。效果會更好。處理的手段很多，結(jié)合實際應(yīng)用現(xiàn)狀進行數(shù)據(jù)處理是比較有效的方法。利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，對數(shù)據(jù)資源進行充分利用，是提高工業(yè)控制模型應(yīng)用質(zhì)量和精度的一個新的技術(shù)層面的內(nèi)容，同時也是工業(yè)控制軟件和管理軟件走向融合的一個很好的切入點，雙方共用一套數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)有充分共享的自由，對數(shù)據(jù)的真實性、可靠性、實時性有充分的保證，以數(shù)據(jù)為媒，管理軟件與控制軟件、軟件與服務(wù)對象就有了共同的語言，并形成新的管控一體化系統(tǒng)，使整套系統(tǒng)的自動化、信息化水平得到進一步優(yōu)化與提高。

　　利用數(shù)學模型與數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),首鋼成功開發(fā)了集冷連軋生產(chǎn)過程控制、生產(chǎn)管理和工藝分析于一體的冷連軋生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)動態(tài)分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)以在線數(shù)據(jù)采集為主要手段，離線數(shù)據(jù)采集為補充，以鋼卷為單位長期采集和存儲主要工藝過程數(shù)據(jù)，滿足軋后對軋制過程和產(chǎn)品質(zhì)量的追溯；在軋制過程中，利用非線性多項式尋優(yōu)方式，對摩擦系數(shù)模型和變性抗力模型進行回歸分析，從而使模型系統(tǒng)更加適應(yīng)工藝需要，提高了模型系統(tǒng)的控制精度和水平；在冷連軋板形控制工藝知識的指導(dǎo)下，以獲取冷連軋板形過程中的板型控制規(guī)律為目標，利用模糊聚類分析和關(guān)聯(lián)規(guī)則分析等數(shù)據(jù)挖掘方法，對冷連軋軋制過程中產(chǎn)生的海量過程數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)挖掘，為提高冷連軋帶鋼板形質(zhì)量提供了新的分析方法。該系統(tǒng)投入使用后，起到了生產(chǎn)過程管控、軋后產(chǎn)品追溯、生產(chǎn)過程精細化管理的作用。同時，通過對海量工藝數(shù)據(jù)的分析， 挖掘數(shù)據(jù)背后的工藝控制規(guī)律，為模型系統(tǒng)優(yōu)化和關(guān)鍵參數(shù)的優(yōu)化提供了手段，對冷軋生產(chǎn)線生產(chǎn)能力的發(fā)揮起到了積極的作用。

　　四、 工業(yè)控制軟件也是服務(wù)

　　軟件即是服務(wù)。這不單單是一個概念，而是一個過程、一個體系、是一項系統(tǒng)工程。不僅軟件是服務(wù)，明確的講，工業(yè)控制軟件也是服務(wù)，更是現(xiàn)代服務(wù)業(yè)的重要組成部分。我國明確將信息服務(wù)業(yè)等五大分類標準界定為現(xiàn)代服務(wù)，并對現(xiàn)代服務(wù)業(yè)明確定義為：是指伴隨信息技術(shù)和知識經(jīng)濟的發(fā)展產(chǎn)生，用現(xiàn)代化的新技術(shù)，新業(yè)態(tài)和新服務(wù)方式改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，創(chuàng)造需求，引導(dǎo)消費，向 社會提供高附加值、高層次知識型的生產(chǎn)服務(wù)和生活服務(wù)的服務(wù)業(yè)。前面我們曾對數(shù)學模型是這樣定義的：數(shù)學模型是對控制對象的表征，是對象可執(zhí)行的表述，由此我們也可以理解為工業(yè)控制軟件就是為控制對象服務(wù)的。

　　當前我國制造業(yè)正在經(jīng)歷著一場走“新型工業(yè)化道路”的深刻變革，通過兩化融合，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。無論是改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是發(fā)展現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)，其主要技術(shù)手段是自動化技術(shù)的普及與推廣，特別是發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)控制軟件更是首當其沖。換個角度來思考這個問題，就是工業(yè)控制軟件對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)代制造業(yè)提供一流的知識型服務(wù)，滿足他們的需要。所以在當前這場走“新型工業(yè)化道路”的深刻變革中，為工業(yè)控制軟件的服務(wù)內(nèi)容提供了更廣闊的空間，對服務(wù)質(zhì)量也提出了更高的要求。，這種服務(wù)已經(jīng)不是傳統(tǒng)認識上的服務(wù)，不再是制造業(yè)的附屬品，也不附帶任何政治色彩，而是在市場力的推動下成為制造業(yè)新的核心功能。這種服務(wù)是以系統(tǒng)化、規(guī)范化、標準化、流程化的方式建設(shè)的一種新型的軟件服務(wù)保障體系。

　　這種軟件服務(wù)保障體系，是以軟件工程中的軟件生存周期為中心，以服務(wù)對象為服務(wù)載體，以制度管理、軟件維護、資料管理、安全管理、軟件質(zhì)量、軟件維護周期等專業(yè)管理為手段，以軟件專業(yè)技術(shù)為條件，以人員素質(zhì)、軟件物理環(huán)境、應(yīng)用背景等條件為基礎(chǔ)，以軟件應(yīng)用零故障為目標，為用戶提供有力的軟件專業(yè)服務(wù)與保障。（首鋼自動化信息技術(shù)有限公司副總經(jīng)理 陳志/自動化博覽）