伊廣宇

【摘 要】燕山石化公司于2008年，開始采用石化盈科的石化企業(yè)生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)解決方案，在其煉油化工系統(tǒng)進行MES的全面實施，初步實現(xiàn)了流程工業(yè)綜合自動化系統(tǒng)三層結(jié)構(gòu)中中間層的搭建，并通過不斷探索與深化，已為提高企業(yè)的綜合競爭力打下了堅實的基礎(chǔ)。本文主要從企業(yè)關(guān)鍵用戶的角度介紹了SMES V3.0在燕山石化公司煉化領(lǐng)域內(nèi)的業(yè)務(wù)搭建以及實際運用，并對系統(tǒng)今后的深化應(yīng)用及改進工作提出建議。

【關(guān)鍵詞】MES 燕山石化 實施 應(yīng)用

MES(Manufacturing Execution System）——即生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)，國際MES聯(lián)合會（MESA）對MES給出更具體的定義：MES提供從接受訂貨到制成最終產(chǎn)品全過程的生產(chǎn)活動實現(xiàn)優(yōu)化的信息。它采用當前的和精確的數(shù)據(jù)，對生產(chǎn)活動進行初始化，及時引導、響應(yīng)和報告工廠的活動，對隨時可能發(fā)生變化的生產(chǎn)狀態(tài)和條件做出快速反應(yīng)，重點削減不會產(chǎn)生附加值的活動，從而推動有效的工廠運行和過程。

2003年，石化盈科、中控軟件、中科院軟件所、北京時林等單位聯(lián)合承擔了“863”計劃主題——“石化企業(yè)MES關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)及應(yīng)用研究”課題。其研究目標是以大型石化、化工企業(yè)為背景，突破制約綜合自動化的重大關(guān)鍵技術(shù)，形成適合石油、化工行業(yè)的石化生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES）關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)。MES系統(tǒng)為石油化工行業(yè)提供了一套面向生產(chǎn)過程實時和智能管理MES解決方案。SMES系統(tǒng)在茂名石化、安慶石化、荊門石化等9家企業(yè)得到了成功應(yīng)用，顯示出MES的巨大經(jīng)濟管理效應(yīng)。

燕山石化公司成立于1969年，是目前國內(nèi)規(guī)模排名前列的大型石化聯(lián)合企業(yè)，其對信息化建設(shè)的需求存在自己獨有的特點。一方面生產(chǎn)規(guī)模大，生產(chǎn)流程長，工藝復雜，在財務(wù)、計劃、統(tǒng)計、物流、能耗、質(zhì)量、計量數(shù)據(jù)采集等多個方面需要專業(yè)化信息管理系統(tǒng)的支撐；另一方面，燕山石化公司的ERP、LIMS、實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（RTDB）、調(diào)度指揮系統(tǒng)等多個管理信息化系統(tǒng)成功上線并運行多年，而作為流程工業(yè)綜合自動化系統(tǒng)三層結(jié)構(gòu)（ERP/MES/PCS框架結(jié)構(gòu)）中的中間層——MES系統(tǒng)近幾年一直是個空白。因此，MES系統(tǒng)成為目前燕山石化信息化建設(shè)工作的重中之重。燕山石化公司針對自身條件和特點，并經(jīng)過多年的考察和調(diào)研，在2008年決定開始采用石化盈科的石化企業(yè)生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)解決方案及SMES3.0系統(tǒng)軟件，在本公司的煉油化工系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)進行了MES的全面實施。

實施的方案是：用石化盈科在中國石化其它企業(yè)實施MES的經(jīng)驗、以生產(chǎn)物流管理為核心、以數(shù)據(jù)集成平臺和核心數(shù)據(jù)庫為支撐，構(gòu)建集物料移動信息管理、罐區(qū)及倉儲操作信息管理、物料平衡、生產(chǎn)調(diào)度、統(tǒng)計信息管理和公用工程信息管理等業(yè)務(wù)功能于一體的煉化企業(yè)MES系統(tǒng)。

一、工廠模型設(shè)計

燕山石化公司在MES實施過程中，項目組充分考慮模型的一致性、適應(yīng)性、可擴展性及規(guī)則以及生產(chǎn)調(diào)度、計劃統(tǒng)計的業(yè)務(wù)需求和公司扁平化管理的要求并根據(jù)S95標準，采用SMES 3.0的以多層遞階物料平衡為主線的多層次統(tǒng)一的工廠模型結(jié)構(gòu)。按數(shù)據(jù)處理的層次分為測量網(wǎng)絡(luò)層、生產(chǎn)操作層、計劃統(tǒng)計層和ERP支撐層。

工廠模型在集成平臺維護中主要可以分為兩大部分：工廠模型主數(shù)據(jù)和工廠模型配置。MES中工廠模型主數(shù)據(jù)描述了企業(yè)工廠所涉及的工藝流程、加工裝置、管道與拓撲連接關(guān)系、原料物性、產(chǎn)品質(zhì)量等生產(chǎn)過程所涉及的對象，是整個系統(tǒng)描述的基本元素。SMES 3.0工廠數(shù)據(jù)模型架構(gòu)中的組織模型是實際企業(yè)中組織機構(gòu)在系統(tǒng)中的抽象描述，它的作用主要用來實現(xiàn)分單位管理MES區(qū)域的組織實體和對用戶按單位隸屬進行權(quán)限的分配等功能，組織模型包括MES企業(yè)、MES工廠、MES車間。組織模型設(shè)置后，接下來就要在系統(tǒng)中對工廠具體的生產(chǎn)、儲運流程進行統(tǒng)一的描述，工廠數(shù)據(jù)模型描述的關(guān)鍵要素主要包括區(qū)域和節(jié)點模型。

區(qū)域和節(jié)點是MES工廠數(shù)據(jù)模型的核心，MES工廠最基本對象是“節(jié)點”，“區(qū)域”是“節(jié)點”的集合，節(jié)點按區(qū)域?qū)崿F(xiàn)管理。區(qū)域與節(jié)點的關(guān)系如同集合論中集合與元素的關(guān)系。按數(shù)據(jù)處理層次來分析節(jié)點和區(qū)域模型的設(shè)計，具體分為：生產(chǎn)操作層、測量網(wǎng)絡(luò)層、計劃統(tǒng)計層、ERP支撐層。區(qū)域和節(jié)點模型在不同層次間的分布及歸屬關(guān)系如下表所示：

SMES模型是以物料平衡為主線，因此，物料是貫穿模型架構(gòu)中重要的主數(shù)據(jù)之一，它是企業(yè)生產(chǎn)過程中涉及的原料、半成品、成品、三劑和能源介質(zhì)等。工廠模型主數(shù)據(jù)還包括加工

方案、能源核算單元及平衡項等。

二、業(yè)務(wù)流程整合

建立了核心數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)一工廠模型后，SMES還要實現(xiàn)以下業(yè)務(wù)目標：集成RTDB、LIMS等系統(tǒng)，提供一致、唯一和共享的數(shù)據(jù)源；實現(xiàn)計量、調(diào)度、統(tǒng)計、銷售業(yè)務(wù)集成與業(yè)務(wù)協(xié)同；實現(xiàn)進出廠、罐區(qū)、倉儲及裝置關(guān)鍵業(yè)務(wù)集成與業(yè)務(wù)協(xié)同；實現(xiàn)與ERP及PCS的數(shù)據(jù)集成與業(yè)務(wù)集成。為了達到上述業(yè)務(wù)目標，進而為企業(yè)提供一個良好的生產(chǎn)管理平臺，實施企業(yè)還要在系統(tǒng)中進行生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)的流程整合。

三、物料平衡策略

針對燕山石化公司與其它石化老企業(yè)相似的特點，采用裝置校正、調(diào)度平衡和統(tǒng)計平衡的“2+1”物料平衡策略。

裝置校正即在生產(chǎn)操作層的物料移動模塊中基于裝置的設(shè)計參數(shù)模型和裝置投入產(chǎn)出模型，并綜合考慮生產(chǎn)加工方案，按照一定的邏輯進行數(shù)據(jù)校正，實現(xiàn)裝置級的物料平衡。

調(diào)度平衡即在生產(chǎn)調(diào)度模塊中以進出廠數(shù)據(jù)、互供數(shù)據(jù)、罐存及庫存數(shù)據(jù)為基準，以物料移動為主線，對生產(chǎn)裝置投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)進行進一步的平衡，從而實現(xiàn)全廠生產(chǎn)調(diào)度平衡。調(diào)度平衡業(yè)務(wù)的規(guī)則即求解策略+人機交互的迭代求解。

統(tǒng)計平衡即在全廠生產(chǎn)平衡的基礎(chǔ)上，建立全廠物料平衡模型，以罐存數(shù)據(jù)和進出廠及互供數(shù)據(jù)為基準，全面綜合考慮氣體和固體等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)全廠統(tǒng)計平衡。全廠統(tǒng)計平衡的結(jié)果滿足生產(chǎn)統(tǒng)計部門的業(yè)務(wù)需求，為ERP系統(tǒng)和技術(shù)經(jīng)濟指標統(tǒng)計系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐。

SMES通過反饋執(zhí)行結(jié)果，不斷調(diào)整和優(yōu)化，形成一個周期性的從生產(chǎn)經(jīng)營到生產(chǎn)運行和過程控制的高效能閉環(huán)系統(tǒng)。SMES的成功實施與應(yīng)用提升了企業(yè)各方面的精細化管理水平，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。具體表現(xiàn)在以下方面：

1.信息化管理方面

信息化管理方面的組織結(jié)構(gòu)圖

由上圖可知MES系統(tǒng)成功實施后，填補了燕山石化公司信息系統(tǒng)三層結(jié)構(gòu)（ERP/MES/PCS框架結(jié)構(gòu)）中中間層MES的空白。實驗室信息管理系統(tǒng)（LIMS）、實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（RTDB）、衡器數(shù)據(jù)庫（GDB）等多個過程控制層(PCS)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)得到MES的充分利用，同時，MES為ERP、TBM、總部生產(chǎn)營運指揮系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐。

MES系統(tǒng)上線后，使得燕山石化公司的信息系統(tǒng)得到進一步整合，生產(chǎn)數(shù)據(jù)得到共享，一定程度上消除了企業(yè)的信息孤島現(xiàn)象。2.生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理方面

MES系統(tǒng)實施前，燕山石化公司各專業(yè)部門所掌握和發(fā)布的生產(chǎn)數(shù)據(jù)常常因為算法或采集時間點不一致而五花八門，一定程度上影響了公司生產(chǎn)經(jīng)營決策所依據(jù)的數(shù)據(jù)質(zhì)量。MES系統(tǒng)實施后，統(tǒng)一了生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集時間點。即煉油和化工工廠都按每日四個班次的頻次采集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；日數(shù)據(jù)的采集周期定為從當日早八點至次日早八點。這使得生產(chǎn)數(shù)據(jù)源得到統(tǒng)一，進而達到了“數(shù)出一門”的目的。大幅度減少了基層調(diào)度、統(tǒng)計人員手工錄入的繁瑣勞動，解放了生產(chǎn)力。同時，通過MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理時間大幅度壓縮，各種生產(chǎn)報表生成時間大大提前，提高了生產(chǎn)執(zhí)行結(jié)果的反饋速度，更有效地為公司生產(chǎn)經(jīng)營決策提供數(shù)據(jù)支撐。通過MES系統(tǒng)物料跟蹤及物料平衡、移動誤差偵破、超差報警及可視化場景分析技術(shù)，監(jiān)控物料數(shù)據(jù)的準確性，做到“及時發(fā)現(xiàn)問題、及時處理”，降低了加工損失率。

3.專業(yè)化管理方面

MES系統(tǒng)在燕山石化公司實施期間，也是公司進行專業(yè)化重組改革的攻堅時期。系統(tǒng)的實施和應(yīng)用從另一個角度促進了專業(yè)化重組改革的步伐。項目組針對幾次重組需求，對系統(tǒng)模型進行了同步變更，同時對拆分重組工廠的計量邊界進行整理，為各專業(yè)部門、各生產(chǎn)廠提供了重組后續(xù)工作的依據(jù)。目前，燕山石化公司生產(chǎn)調(diào)度指揮中心采取各專業(yè)部門聯(lián)合辦公的方式。MES系統(tǒng)與其它生產(chǎn)監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用無疑非常適合這種管理方式。燕山石化公司整合企業(yè)統(tǒng)計和計量人員，成立了統(tǒng)計調(diào)查中心。MES系統(tǒng)中的測量網(wǎng)絡(luò)層和生產(chǎn)統(tǒng)計層的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在業(yè)務(wù)工具方面更加適應(yīng)這種專業(yè)化模式，從而促進了統(tǒng)計和計量兩大專業(yè)的分工與協(xié)作。

目前，國內(nèi)MES在生產(chǎn)過程優(yōu)化問題上仍是弱項之一，另外，在生產(chǎn)過程管理方面僅僅為生產(chǎn)管理人員提供了一個操作平臺，生產(chǎn)操作決策人員仍然要憑借個人經(jīng)驗進行操作決策。如何將優(yōu)秀生產(chǎn)管理者的經(jīng)驗固化在MES系統(tǒng)中，目前還沒有涉及。這些問題應(yīng)是國內(nèi)企業(yè)（包括燕山石化）重點攻關(guān)解決的問題。隨著信息技術(shù)和企業(yè)管理思想的發(fā)展，MES技術(shù)水平也必將不斷得到提升，因此，應(yīng)建立企業(yè)級的MES支持中心，為公司內(nèi)MES系統(tǒng)的技術(shù)和管理人員搭建交流和學習的平臺，將整個企業(yè)MES系統(tǒng)的應(yīng)用水平提升到一個新的高度。

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