引言

  MES(ManufacturingExecutionSystem) 生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)作為生產(chǎn)過程管理管理信息系統(tǒng)，始于上世紀90 年代年，成立于1992 年的MESA 協(xié)會(Manufacturing Execution System Association International)為促進MES普及，經(jīng)常發(fā)布關于MES白皮書、客戶使用效果報告等，推動了MES 應用快速發(fā)展。中國石化作為能源化工行業(yè)的大型國有企業(yè)，生產(chǎn)管理過程的信息系統(tǒng)建設是企業(yè)發(fā)展的重要手段之一，因此，中國石化的MES 建設伴隨著企業(yè)的發(fā)展應運而生。

1 石化MES 建設概述

   石油化工生產(chǎn)屬于連續(xù)性生產(chǎn)流程行業(yè)，自動化程度較高，DCS、PLC 系統(tǒng)已成為生產(chǎn)過程的主要控制手段。“十五”至“十一五”期間，石化行業(yè)大部分生產(chǎn)企業(yè)建立了以ERP 為核心的企業(yè)信息管理系統(tǒng)，基本滿足了企業(yè)經(jīng)營管理的需要，但是，在以DCS、PLC 為代表的過程控制層和以ERP 為代表的經(jīng)營管理層缺少有效的生產(chǎn)實時信息溝通，上層和下層之間缺乏生產(chǎn)信息的優(yōu)化調(diào)度和協(xié)調(diào)機制，對于石化行業(yè)這樣一個多投入、多產(chǎn)出的生產(chǎn)過程，裝置的產(chǎn)出同時包含著各種不同的半成品或成品，其中半成品進入下一套裝置又會產(chǎn)生各種不同的產(chǎn)品，同時還存在著物料回流的情況來說，企業(yè)生產(chǎn)的精細化管理難度非常大，而MES 系統(tǒng)建設正是致力于解決這一生產(chǎn)過程信息溝通難題的有效途徑之一，建立一個快速反應生產(chǎn)控制、執(zhí)行、管理過程的信息平臺是保證產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量、減低成本、實現(xiàn)安全平穩(wěn)生產(chǎn)的必要條件。為此，中國石化在信息化建設總體規(guī)劃中明確提出了建設ERP/MES/PCS 三層結構為核心架構的信息化應用體系，將加強MES 系統(tǒng)建設是作為企業(yè)信息化建設的重要一環(huán)，石化MES 項目自啟動以來，集中了國內(nèi)石化行業(yè)MES 技術方面最強的力量進行開發(fā)、研究和關鍵技術攻關，已在茂名、荊門、安慶、天津、九江、洛陽等多家分公司成功推廣應用。

2 石化MES 系統(tǒng)架構

  石化MES 系統(tǒng)總體架構以數(shù)據(jù)集成平臺為核心，以物流跟蹤為主線，集成罐區(qū)管理、公用工程、裝置操作、進出廠管理、化工輔料管理、倉儲管理等關鍵業(yè)務。該體系設計過程中重點考慮了以下因素：

    （1）考慮了與ERP、PCS 間數(shù)據(jù)集成關系，體現(xiàn)了MES 應用在企業(yè)信息化管理中承上啟下的重要作用。

    （2）體現(xiàn)了石化行業(yè)生產(chǎn)管理的特點，模塊設計既相互關聯(lián)，又相對獨立，既保證了系統(tǒng)開發(fā)性，又通過數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)集成平臺實現(xiàn)計量、調(diào)度、統(tǒng)計等模塊信息傳遞和共享。

    （3）參照煉化企業(yè)業(yè)務模型，建立核心生產(chǎn)數(shù)據(jù)模型，涵蓋了企業(yè)生產(chǎn)管理的主要層面，實現(xiàn)了生產(chǎn)和管理等不同信息的集成功能。

圖1 中國石化MES 系統(tǒng)總體架構

  中國石化MES 系統(tǒng)通過生產(chǎn)過程信息處理和支持系統(tǒng)提供的信息與知識，對生產(chǎn)統(tǒng)計、生產(chǎn)調(diào)度、裝置運行、生產(chǎn)成本等進行實時管理，強調(diào)實現(xiàn)生產(chǎn)過程優(yōu)化運行、優(yōu)化控制和優(yōu)化管理等核心技術，以實現(xiàn)生產(chǎn)全過程的調(diào)度平衡、統(tǒng)計平衡來保證生產(chǎn)過程的優(yōu)化管理，以實現(xiàn)生產(chǎn)過程的物流跟蹤、加強罐區(qū)管理、進出廠管理、倉儲管理、裝置管理來保證生產(chǎn)過程的優(yōu)化控制，以實現(xiàn)公用工程和化工輔料消耗管理來保證生產(chǎn)過程的優(yōu)化運行。

3 MES 主要功能、數(shù)據(jù)覆蓋范圍

3.1 主要實現(xiàn)的功能

    （1）數(shù)據(jù)集成平臺

    在數(shù)據(jù)集成平臺上實現(xiàn)了基礎數(shù)據(jù)維護、統(tǒng)一身份驗證、企業(yè)核心業(yè)務模型、企業(yè)核心數(shù)據(jù)庫。

    （2）生產(chǎn)執(zhí)行

    在生產(chǎn)執(zhí)行層面實現(xiàn)了操作管理、罐區(qū)管理、進出廠管理、倉儲管理、裝置操作、物料移動、儲運報表等功能。

    （3）物料平衡

    在物料平衡層面實現(xiàn)了裝置校正（裝置校正模型、裝置數(shù)據(jù)校正）、調(diào)度平衡（移動數(shù)據(jù)檢驗、調(diào)度平衡計算、調(diào)度日報生成與呈現(xiàn)）、統(tǒng)計平衡（全廠統(tǒng)計模型、全廠統(tǒng)計平衡、統(tǒng)計報表生成與呈現(xiàn)）等功能。

    （4）能耗物耗

    在能耗物耗層面實現(xiàn)了公用工程管理、化工輔料管理等功能。

    （5）開發(fā)了接口 ERP、RTDB、LIMS 等接口。

3.2 生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理覆蓋范圍

    （1）數(shù)據(jù)覆蓋范圍

    數(shù)據(jù)覆蓋了煉油化工企業(yè)所有裝置的進料、出料；裝置公用工程水、電、汽、風產(chǎn)耗；罐區(qū)(倉儲)庫存、罐區(qū)和裝置收付動態(tài)；原料進廠（船運、鐵路、汽運、管輸）；產(chǎn)品出廠（船運、鐵路、汽運、管輸）；關聯(lián)交易進出量（船運、鐵路、汽運、管輸）等方面。

    （2）數(shù)據(jù)管理頻度

    以實時數(shù)據(jù)采集為主，人工輸入為輔，裝置數(shù)據(jù)、罐區(qū)數(shù)據(jù)、倉儲數(shù)據(jù)周期8 小時，公用工程數(shù)據(jù)、化工輔料數(shù)據(jù)周期24 小時，統(tǒng)計數(shù)據(jù)周期24 小時。

    （3）數(shù)據(jù)管理粒度

    原油明細到品種，成品明細到牌號，半成品明細到裝置組份，罐區(qū)明細到物理罐，物理罐物料明細到組份比例，組織機構細化到班組崗位，公用工程明細到每個工作中心和外供單位。

    （4）數(shù)據(jù)可靠性

    顯著差異自動偵破報警，三道（班組、調(diào)度、統(tǒng)計）人工確認，層層保留修正痕跡，滿足車間、調(diào)度、統(tǒng)計數(shù)據(jù)精度要求。

4 石化MES 系統(tǒng)主要特點

4.1 系統(tǒng)集成、共享、協(xié)同

    （1）建立了生產(chǎn)管理核心數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)一工廠模型；集成ERP、出廠計量系統(tǒng)、RTDB、LIMS 等系統(tǒng)；為企業(yè)生產(chǎn)管理提供一致、唯一和共享的數(shù)據(jù)源；實現(xiàn)了計量、調(diào)度、統(tǒng)計、銷售業(yè)務集成與業(yè)務協(xié)同；實現(xiàn)了煉化企業(yè)進出廠、罐區(qū)、倉儲及裝置關鍵業(yè)務集成與業(yè)務協(xié)同；實現(xiàn)與ERP及PCS 的數(shù)據(jù)集成與業(yè)務集成。

    （2）跟蹤物料、發(fā)現(xiàn)問題、提升管理

    通過建立物料移動關系及對生產(chǎn)過程物料移動解析，詳細描述物流，實現(xiàn)物流（組分）跟蹤；通過采用“2＋1”物料平衡策略（調(diào)度平衡、統(tǒng)計平衡、裝置校正）及移動誤差偵破及超差報警技術，借助分析工具，及時發(fā)現(xiàn)物料平衡及生產(chǎn)管理問題，提升了生產(chǎn)管理水平。

    （3）建立了面向生產(chǎn)管理的信息化業(yè)務操作平臺

    基于核心業(yè)務流程和業(yè)務場景建立了面向生產(chǎn)管理的信息化業(yè)務操作平臺，開發(fā)了生產(chǎn)調(diào)度物流跟蹤和調(diào)度平衡工具、公用工程平衡管理工具、報表生成管理工具，實現(xiàn)了煉化企業(yè)進出廠、罐區(qū)、倉儲管理和裝置數(shù)據(jù)自動校正、生產(chǎn)統(tǒng)計自動和手動物料日平衡、化工輔料（三劑）管理。

    （4）生產(chǎn)管理信息可視化

    實現(xiàn)了物流信息、生產(chǎn)管理信息的可視化監(jiān)控，使煉化企業(yè)的生產(chǎn)過程一目了然，見圖二。

4.2 開放性體系結構

    中國石化MES 系統(tǒng)功能擴展容易，與第三方系統(tǒng)集成方便和靈活，開放式的數(shù)據(jù)結構為其它信息系統(tǒng)提供方便靈活接口。

5 應用效果

    目前MES 系統(tǒng)已在多家煉油、化工企業(yè)應用，幾年來的使用效果表明，MES 系統(tǒng)大大提升了企業(yè)的生產(chǎn)精細化管理水平，對煉化企業(yè)降低裝置加工損失、提高綜合商品率、節(jié)能降耗等發(fā)揮了積極作用，同時MES 系統(tǒng)在企業(yè)信息化應用過程中起到了承上啟下的作用，架起了生產(chǎn)活動與管理活動信息溝通的橋梁，促進了企業(yè)信息化建設的深入發(fā)展。MES 系統(tǒng)的應用取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益，主要效果表現(xiàn)在以下幾個方面：

圖2 生產(chǎn)信息可視化

    （1）建立了統(tǒng)一的生產(chǎn)管理業(yè)務平臺

  通過煉化企業(yè)MES 系統(tǒng)的成功應用，建立了一個覆蓋生產(chǎn)車間裝置管理、物料移動、罐區(qū)管理、進出廠管理、公用工程管理、生產(chǎn)調(diào)度、計劃統(tǒng)計等在內(nèi)的統(tǒng)一的生產(chǎn)管理業(yè)務平臺，相關生產(chǎn)部門都在MES 系統(tǒng)上進行業(yè)務處理，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)和應用的集成，為生產(chǎn)管理部門提供了一個強大的業(yè)務處理工具，通過MES 系統(tǒng)集成平臺的建設，實現(xiàn)了生產(chǎn)數(shù)據(jù)的集成，可以為生產(chǎn)管理業(yè)務部門的各種專業(yè)業(yè)務應用提供數(shù)據(jù)支撐。系統(tǒng)豐富的信息展示手段也為各個管理層提供了直觀的數(shù)據(jù)查詢和分析途徑。

    （2）跟蹤物流，發(fā)現(xiàn)問題，實現(xiàn)生產(chǎn)管理從經(jīng)驗到定量的轉(zhuǎn)變

  生產(chǎn)調(diào)度等生產(chǎn)管理部門通過可視化物流跟蹤及數(shù)據(jù)追溯功能和分析工具，及時掌握整個生產(chǎn)過程，跟蹤生產(chǎn)作業(yè)計劃的執(zhí)行情況，協(xié)調(diào)生產(chǎn)裝置之間、罐區(qū)之間、裝置與罐區(qū)之間生產(chǎn)關系，通過廠內(nèi)物流跟蹤和移動超差報警，及時發(fā)現(xiàn)操作中存在的問題，合理安排物流，保障企業(yè)安全平穩(wěn)生產(chǎn)，幫助生產(chǎn)調(diào)度指揮人員發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)瓶頸，實現(xiàn)了流程企業(yè)生產(chǎn)管理從經(jīng)驗型的定性分析到定量分析的轉(zhuǎn)變。

    （3）通過系統(tǒng)的平衡策略，實現(xiàn)了統(tǒng)計日平衡

   煉化企業(yè)的物料平衡是生產(chǎn)管理的難點之一，石化MES 系統(tǒng)的“2＋1”物料平衡策略使得以前難以實現(xiàn)的統(tǒng)計日平衡，能在2-3 個小時就可以完成，也結束了企業(yè)多年來手工平衡的歷史，極大地節(jié)省了統(tǒng)計平衡時間，同時提高了統(tǒng)計平衡結果的準確性和完整性，這對生產(chǎn)狀況的分析具有重要意義。在實現(xiàn)日平衡的基礎上，通過ERP 支撐模塊進行業(yè)務處理，為ERP 等經(jīng)營管理提供所需要的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了MES 系統(tǒng)與ERP系統(tǒng)應用的“日平衡、旬確認、月結算”目標。

    （4）借助信息系統(tǒng)集成應用，提升了企業(yè)管理水平

  通過實現(xiàn)MES 系統(tǒng)與進出廠計量系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)的集成，極大地提高了各部門的工作效率。如中石化九江分公司目前出廠產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理形成了從產(chǎn)品出廠ERP 訂單、發(fā)貨單→計量系統(tǒng)計量單→MES 系統(tǒng)→統(tǒng)計接口程序→ERP 模塊的完整流程；原料進廠數(shù)據(jù)形成了從計量儀表數(shù)采→計量系統(tǒng)計量單→MES 系統(tǒng)→統(tǒng)計接口程序→ERP 模塊的完整流程，原料和產(chǎn)品進出廠的單據(jù)均實現(xiàn)了信息化處理、線上操作，各種票據(jù)規(guī)范、完整，也堵塞了管理漏洞。