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(jì)90 年代年，成立于1992 年的MESA 協(xié)會(huì)(Manufacturing Execution System Association International)為促進(jìn)MES普及，經(jīng)常發(fā)布關(guān)于MES白皮書、客戶使用效果報(bào)告等，推動(dòng)了MES 應(yīng)用快速發(fā)展。中國(guó)石化作為能源化工行業(yè)的大型國(guó)有企業(yè)，生產(chǎn)管理過程的信息系統(tǒng)建設(shè)是企業(yè)發(fā)展的重要手段之一，因此，中國(guó)石化的MES 建設(shè)伴隨著企業(yè)的發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生。

1 石化MES 建設(shè)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(dòng)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?！笆濉敝痢笆晃濉逼陂g，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(yíng)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(yíng)管理層缺少有效的生產(chǎn)實(shí)時(shí)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(jī)制，對(duì)于石化行業(yè)這樣一個(gè)多投入、多產(chǎn)出的生產(chǎn)過程，裝置的產(chǎn)出同時(shí)包含著各種不同的半成品或成品，其中半成品進(jìn)入下一套裝置又會(huì)產(chǎn)生各種不同的產(chǎn)品，同時(shí)還存在著物料回流的情況來說，企業(yè)生產(chǎn)的精細(xì)化管理難度非常大，而MES 系統(tǒng)建設(shè)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(gè)快速反應(yīng)生產(chǎn)控制、執(zhí)行、管理過程的信息平臺(tái)是保證產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量、減低成本、實(shí)現(xiàn)安全平穩(wěn)生產(chǎn)的必要條件。為此，中國(guó)石化在信息化建設(shè)總體規(guī)劃中明確提出了建設(shè)ERP/MES/PCS 三層結(jié)構(gòu)為核心架構(gòu)的信息化應(yīng)用體系，將加強(qiáng)MES 系統(tǒng)建設(shè)是作為企業(yè)信息化建設(shè)的重要一環(huán)，石化MES 項(xiàng)目自啟動(dòng)以來，集中了國(guó)內(nèi)石化行業(yè)MES 技術(shù)方面最強(qiáng)的力量進(jìn)行開發(fā)、研究和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，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(yīng)用。

2 石化MES 系統(tǒng)架構(gòu)

  石化MES 系統(tǒng)總體架構(gòu)以數(shù)據(jù)集成平臺(tái)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(jìn)出廠管理、化工輔料管理、倉儲(chǔ)管理等關(guān)鍵業(yè)務(wù)。該體系設(shè)計(jì)過程中重點(diǎn)考慮了以下因素：

    （1）考慮了與ERP、PCS 間數(shù)據(jù)集成關(guān)系，體現(xiàn)了MES 應(yīng)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(diǎn)，模塊設(shè)計(jì)既相互關(guān)聯(lián)，又相對(duì)獨(dú)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(tái)實(shí)現(xiàn)計(jì)量、調(diào)度、統(tǒng)計(jì)等模塊信息傳遞和共享。

    （3）參照煉化企業(yè)業(yè)務(wù)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(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)和管理等不同信息的集成功能。

圖1 中國(guó)石化MES 系統(tǒng)總體架構(gòu)

  中國(guó)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(shí)，對(duì)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)、生產(chǎn)調(diào)度、裝置運(yùn)行、生產(chǎn)成本等進(jìn)行實(shí)時(shí)管理，強(qiáng)調(diào)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程優(yōu)化運(yùn)行、優(yōu)化控制和優(yōu)化管理等核心技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全過程的調(diào)度平衡、統(tǒng)計(jì)平衡來保證生產(chǎn)過程的優(yōu)化管理，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的物流跟蹤、加強(qiáng)罐區(qū)管理、進(jìn)出廠管理、倉儲(chǔ)管理、裝置管理來保證生產(chǎn)過程的優(yōu)化控制，以實(shí)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(yùn)行。

3 MES 主要功能、數(shù)據(jù)覆蓋范圍

3.1 主要實(shí)現(xiàn)的功能

    （1）數(shù)據(jù)集成平臺(tái)

    在數(shù)據(jù)集成平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)、統(tǒng)一身份驗(yàn)證、企業(yè)核心業(yè)務(wù)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(shí)現(xiàn)了操作管理、罐區(qū)管理、進(jìn)出廠管理、倉儲(chǔ)管理、裝置操作、物料移動(dòng)、儲(chǔ)運(yùn)報(bào)表等功能。

    （3）物料平衡

    在物料平衡層面實(shí)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(dòng)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)、調(diào)度平衡計(jì)算、調(diào)度日?qǐng)?bào)生成與呈現(xiàn)）、統(tǒng)計(jì)平衡（全廠統(tǒng)計(jì)模型、全廠統(tǒng)計(jì)平衡、統(tǒng)計(jì)報(bào)表生成與呈現(xiàn)）等功能。

    （4）能耗物耗

    在能耗物耗層面實(shí)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(jìn)料、出料；裝置公用工程水、電、汽、風(fēng)產(chǎn)耗；罐區(qū)(倉儲(chǔ))庫存、罐區(qū)和裝置收付動(dòng)態(tài)；原料進(jìn)廠（船運(yùn)、鐵路、汽運(yùn)、管輸）；產(chǎn)品出廠（船運(yùn)、鐵路、汽運(yùn)、管輸）；關(guān)聯(lián)交易進(jìn)出量（船運(yùn)、鐵路、汽運(yùn)、管輸）等方面。

    （2）數(shù)據(jù)管理頻度

    以實(shí)時(shí)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(chǔ)數(shù)據(jù)周期8 小時(shí)，公用工程數(shù)據(jù)、化工輔料數(shù)據(jù)周期24 小時(shí)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)周期24 小時(shí)。

    （3）數(shù)據(jù)管理粒度

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

    （4）數(shù)據(jù)可靠性

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

4 石化MES 系統(tǒng)主要特點(diǎn)

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(jì)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(shí)現(xiàn)了計(jì)量、調(diào)度、統(tǒng)計(jì)、銷售業(yè)務(wù)集成與業(yè)務(wù)協(xié)同；實(shí)現(xiàn)了煉化企業(yè)進(jìn)出廠、罐區(qū)、倉儲(chǔ)及裝置關(guān)鍵業(yè)務(wù)集成與業(yè)務(wù)協(xié)同；實(shí)現(xiàn)與ERP及PCS 的數(shù)據(jù)集成與業(yè)務(wù)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(dòng)關(guān)系及對(duì)生產(chǎn)過程物料移動(dòng)解析，詳細(xì)描述物流，實(shí)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(jì)平衡、裝置校正）及移動(dòng)誤差偵破及超差報(bào)警技術(shù)，借助分析工具，及時(shí)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(wù)操作平臺(tái)

    基于核心業(yè)務(wù)流程和業(yè)務(wù)場(chǎng)景建立了面向生產(chǎn)管理的信息化業(yè)務(wù)操作平臺(tái)，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(bào)表生成管理工具，實(shí)現(xiàn)了煉化企業(yè)進(jìn)出廠、罐區(qū)、倉儲(chǔ)管理和裝置數(shù)據(jù)自動(dòng)校正、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)自動(dòng)和手動(dòng)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(shí)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(jié)構(gòu)

    中國(guó)石化MES 系統(tǒng)功能擴(kuò)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(jié)構(gòu)為其它信息系統(tǒng)提供方便靈活接口。

5 應(yīng)用效果

    目前MES 系統(tǒng)已在多家煉油、化工企業(yè)應(yīng)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(xì)化管理水平，對(duì)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(shí)MES 系統(tǒng)在企業(yè)信息化應(yīng)用過程中起到了承上啟下的作用，架起了生產(chǎn)活動(dòng)與管理活動(dòng)信息溝通的橋梁，促進(jìn)了企業(yè)信息化建設(shè)的深入發(fā)展。MES 系統(tǒng)的應(yīng)用取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，主要效果表現(xiàn)在以下幾個(gè)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(wù)平臺(tái)

  通過煉化企業(yè)MES 系統(tǒng)的成功應(yīng)用，建立了一個(gè)覆蓋生產(chǎn)車間裝置管理、物料移動(dòng)、罐區(qū)管理、進(jìn)出廠管理、公用工程管理、生產(chǎn)調(diào)度、計(jì)劃統(tǒng)計(jì)等在內(nèi)的統(tǒng)一的生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)平臺(tái)，相關(guān)生產(chǎn)部門都在MES 系統(tǒng)上進(jìn)行業(yè)務(wù)處理，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)和應(yīng)用的集成，為生產(chǎn)管理部門提供了一個(gè)強(qiáng)大的業(yè)務(wù)處理工具，通過MES 系統(tǒng)集成平臺(tái)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)數(shù)據(jù)的集成，可以為生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)部門的各種專業(yè)業(yè)務(wù)應(yīng)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(gè)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(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理從經(jīng)驗(yàn)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(shí)掌握整個(gè)生產(chǎn)過程，跟蹤生產(chǎn)作業(yè)計(jì)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(guān)系，通過廠內(nèi)物流跟蹤和移動(dòng)超差報(bào)警，及時(shí)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(shí)現(xiàn)了流程企業(yè)生產(chǎn)管理從經(jīng)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)了統(tǒng)計(jì)日平衡

   煉化企業(yè)的物料平衡是生產(chǎn)管理的難點(diǎn)之一，石化MES 系統(tǒng)的“2＋1”物料平衡策略使得以前難以實(shí)現(xiàn)的統(tǒng)計(jì)日平衡，能在2-3 個(gè)小時(shí)就可以完成，也結(jié)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(jì)平衡時(shí)間，同時(shí)提高了統(tǒng)計(jì)平衡結(jié)果的準(zhǔn)確性和完整性，這對(duì)生產(chǎn)狀況的分析具有重要意義。在實(shí)現(xiàn)日平衡的基礎(chǔ)上，通過ERP 支撐模塊進(jìn)行業(yè)務(wù)處理，為ERP 等經(jīng)營(yíng)管理提供所需要的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了MES 系統(tǒng)與ERP系統(tǒng)應(yīng)用的“日平衡、旬確認(rèn)、月結(jié)算”目標(biāo)。

    （4）借助信息系統(tǒng)集成應(yīng)用，提升了企業(yè)管理水平

  通過實(shí)現(xiàn)MES 系統(tǒng)與進(jìn)出廠計(jì)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(jì)量系統(tǒng)計(jì)量單→MES 系統(tǒng)→統(tǒng)計(jì)接口程序→ERP 模塊的完整流程；原料進(jìn)廠數(shù)據(jù)形成了從計(jì)量?jī)x表數(shù)采→計(jì)量系統(tǒng)計(jì)量單→MES 系統(tǒng)→統(tǒng)計(jì)接口程序→ERP 模塊的完整流程，原料和產(chǎn)品進(jìn)出廠的單據(jù)均實(shí)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。