MES在各行業(yè)中的需求與解決方案（六）

羅克韋爾自動(dòng)化（中國）有限公司 華镕

煉油與石化企業(yè)管理的需求正變得日益迫切，特別是在全球需求變化和經(jīng)濟(jì)條件不穩(wěn)定的情況下。因此，MES的實(shí)施在日益增長。

1 典型運(yùn)行的一般說明

運(yùn)行過程包括時(shí)間周期為幾個(gè)月或幾年（一般基于線性規(guī)劃LP模型）的長期規(guī)劃、短期生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度、生產(chǎn)管理、過程控制與監(jiān)視、材料和能源管理以及采購和質(zhì)量保證。圖1給出了整個(gè)價(jià)值鏈的概覽。

圖1 煉油廠價(jià)值鏈

長期線性規(guī)劃（LP）模型的時(shí)間周期從一個(gè)月至五年（取決于什么任務(wù)，范圍可以從生產(chǎn)調(diào)度到投資規(guī)劃），使用ERP生成需求預(yù)測，附加從原油數(shù)據(jù)庫獲得的原料數(shù)據(jù)。LP模型優(yōu)化目標(biāo)值— 通常盈利— 這取決于原油數(shù)據(jù)、市場驅(qū)動(dòng)的經(jīng)濟(jì)要求和現(xiàn)在運(yùn)營的約束。此外，使用非線性仿真模型和所謂的流表單模擬器進(jìn)行進(jìn)一步計(jì)算。這些工具可以對(duì)不同生產(chǎn)區(qū)域進(jìn)行互聯(lián)模擬。考慮了要求的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、原料和能量要求以及二氧化碳的排放，該結(jié)果為特定煉油廠優(yōu)化選擇了合適的原油等級(jí)。交付的原料是通過（LIMS）驗(yàn)證的，并納入庫存管理?；谶@些數(shù)據(jù)，可以計(jì)劃原油部署、過程單元分配，以及隨后的產(chǎn)品混合。該調(diào)度數(shù)據(jù)然后傳送給過程控制工具和系統(tǒng)，它們使用該數(shù)據(jù)優(yōu)化運(yùn)行策略，例如先進(jìn)過程控制（APC）。

除了購買和儲(chǔ)存原料，采購還要負(fù)責(zé)保持備件可供運(yùn)行使用。同時(shí)，質(zhì)量控制需要檢查和記錄原材料以及中間品和制成品。為了出具發(fā)票，還要使用附加工具來計(jì)劃、監(jiān)視和記錄產(chǎn)品的儲(chǔ)存和裝運(yùn)。

一個(gè)煉油廠的所有區(qū)域，關(guān)于供應(yīng)原料、過程和事件等生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)，通常存儲(chǔ)在中央數(shù)據(jù)庫中。中央數(shù)據(jù)庫不僅能夠提供全面的文檔，還能為進(jìn)一步優(yōu)化運(yùn)行及時(shí)進(jìn)行分析和推論。

生產(chǎn)調(diào)度要求：

（1）對(duì)時(shí)間周期在1至3個(gè)月的需求，使用LP模型進(jìn)行規(guī)范和分析。ERP提供LP模型以及其它數(shù)據(jù)。

（2）在原油數(shù)據(jù)庫，提供有關(guān)原料的信息。

（3）為幾個(gè)煉油廠和石化廠（供應(yīng)鏈管理）創(chuàng)建和優(yōu)化供應(yīng)與生產(chǎn)計(jì)劃。

這個(gè)規(guī)劃為一個(gè)或多個(gè)煉油廠選擇原油。

生產(chǎn)準(zhǔn)備要求：

（1）中期規(guī)劃（1～15天），為煉油廠調(diào)度原油分配和特定單元的具體位置。基于LP模型的結(jié)果為成分混合（多周期，多產(chǎn)品）提出要求。目標(biāo)是優(yōu)化設(shè)備和能力的利用。

（2）從ERP系統(tǒng)傳遞數(shù)據(jù)。

生產(chǎn)執(zhí)行要求：

（1）把調(diào)度要求轉(zhuǎn)換成過程控制的設(shè)定值（APC軟件或過程控制系統(tǒng)）。

（2）為成分混合的過程單元和軟件模塊執(zhí)行計(jì)劃指令。

（3）過程控制包括資源優(yōu)化（設(shè)備，能源，原料）。

（4）混合管理軟件，過程控制系統(tǒng)和APC的軟件。

（5）在LP模型中原料利用的規(guī)劃，要根據(jù)更新的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)修正。

（6）獲取、計(jì)算和顯示能源消耗（KPI）。APC可使用目標(biāo)函數(shù)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。

生產(chǎn)評(píng)估要求：

（1）收集和歸檔全廠范圍的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，包括長期數(shù)據(jù)庫中的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)。

（2）分析生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)，寫報(bào)告，并把數(shù)據(jù)反饋到規(guī)劃模型。

（3）月計(jì)劃或重算計(jì)劃（回測計(jì)劃）應(yīng)與實(shí)際生產(chǎn)的結(jié)果進(jìn)行比較。

2 由MES功能支持的操作

（1）資源管理

生產(chǎn) 質(zhì)量 維護(hù) 庫存煉油廠裝載長遠(yuǎn)規(guī)劃· 檢查當(dāng)前和預(yù)期市場需求，對(duì)企業(yè)、工廠和生產(chǎn)級(jí)現(xiàn)有能力的分配· 為企業(yè)和各個(gè)廠原料供應(yīng)長期規(guī)劃，同時(shí)考慮原料可用性以及原料運(yùn)輸成本（戰(zhàn)略，戰(zhàn)術(shù)和運(yùn)營供應(yīng)規(guī)劃）·按照一般的市場需求和客戶實(shí)際需求，長期規(guī)劃運(yùn)營中所需的資產(chǎn)·參數(shù)優(yōu)化，如原料采購，產(chǎn)品需求，分散成本，分散能力，生產(chǎn)能力，制造成本和庫存水平·最小化運(yùn)營的不適應(yīng)性·人員規(guī)劃原料特性的收集與評(píng)估·原料分析并使用原油的數(shù)據(jù)庫；可用原油導(dǎo)致的產(chǎn)量和質(zhì)量數(shù)據(jù)·為L P模型或在供應(yīng)鏈中其他模擬工具輸入數(shù)據(jù)長期規(guī)劃確保關(guān)鍵資產(chǎn)的及時(shí)可用·工廠設(shè)備的計(jì)劃停機(jī)和維護(hù)· 面向生產(chǎn)狀況的備件采購·按照預(yù)期的生產(chǎn)階段，計(jì)劃在線人員為人員，材料和設(shè)備在線的長期計(jì)劃，規(guī)劃需求和容量·調(diào)整庫存水平· 工單，（暫時(shí)的）容量增加

（2）定義管理

生產(chǎn) 質(zhì)量 維護(hù) 庫存分析需求的產(chǎn)品質(zhì)量并決定必要的生產(chǎn)與配方參數(shù)產(chǎn)品質(zhì)量和期限的規(guī)范·相關(guān)工單的輸入定義設(shè)備維護(hù)周期和標(biāo)準(zhǔn)·維護(hù)清單（設(shè)備，人員）·運(yùn)行相關(guān)的適配經(jīng)濟(jì)庫存指標(biāo)的確定和管理

（3）詳細(xì)調(diào)度

生產(chǎn) 質(zhì)量 維護(hù) 庫存運(yùn)營設(shè)施和生產(chǎn)任務(wù)的調(diào)度·目的是最大化績效和利潤，用物流、數(shù)量和質(zhì)量作為調(diào)度標(biāo)準(zhǔn)· 最小化運(yùn)營成本，同時(shí)最大化產(chǎn)量和利用率· 考慮工單數(shù)據(jù)，原料接收和可用路線·在煉油時(shí)調(diào)度原油和混合物，分配設(shè)備、單元和生產(chǎn)路線·為產(chǎn)品混合調(diào)度成分；分配到終端·能源和設(shè)施的規(guī)劃與分配·把數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿锪骱瓦\(yùn)營應(yīng)用·人員管理用質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)加強(qiáng)物流規(guī)劃·物流調(diào)度的質(zhì)量修正；把原料特性和運(yùn)行參數(shù)轉(zhuǎn)換為產(chǎn)量、屬性和運(yùn)行限制把規(guī)劃數(shù)據(jù)移動(dòng)到維護(hù)模塊中把規(guī)劃數(shù)據(jù)移動(dòng)到庫存模塊中

（4）分派

生產(chǎn) 質(zhì)量 維護(hù)庫存根據(jù)調(diào)度和當(dāng)前運(yùn)行數(shù)據(jù)，優(yōu)化運(yùn)行設(shè)備的分配·優(yōu)化原料混合（混合材料，路線）的分配·基于設(shè)備可用性優(yōu)化材料路線選擇·優(yōu)化混合商品的分配，包括管理材料的傳輸·輸入、控制和監(jiān)測質(zhì)量參數(shù)·混合成分和產(chǎn)品儲(chǔ)罐選擇路線分析和調(diào)整混合質(zhì)量按照部署和資源計(jì)劃，使用C M M S幫助組織在線維護(hù)任務(wù)時(shí)間按當(dāng)前需求，規(guī)劃/調(diào)整在線資源

（5）執(zhí)行管理

生產(chǎn) 質(zhì)量 維護(hù) 庫存優(yōu)化生產(chǎn)單元的管理· 穩(wěn)定、一致的設(shè)備與單元控制策略（控制系統(tǒng)）· 自動(dòng)或半自動(dòng)的運(yùn)行規(guī)程（一致的運(yùn)行和質(zhì)量，較少的異常）·為設(shè)備控制策略管理可變運(yùn)行參數(shù)集· 優(yōu)化生產(chǎn)單元（M P C）的運(yùn)行參數(shù)·為優(yōu)化整體運(yùn)行（模擬）協(xié)調(diào)設(shè)備參數(shù)根據(jù)規(guī)范的產(chǎn)品混合·混合參數(shù)的設(shè)定值控制·避免超出規(guī)范要求的改進(jìn)質(zhì)量·穩(wěn)定的混合比控制混合質(zhì)量·調(diào)整產(chǎn)品質(zhì)量（在線，實(shí)驗(yàn)室）的測量與記錄工廠資產(chǎn)管理（P A M）· 收集運(yùn)行設(shè)備參數(shù)·送入維修活動(dòng)規(guī)劃·到庫存水平和采購備件和材料的接口按工廠需求，在線執(zhí)行維護(hù)活動(dòng)· 監(jiān)視和調(diào)整工廠資產(chǎn)服務(wù)周期（過程相關(guān)的資產(chǎn)管理）·控制回路性能監(jiān)視，主動(dòng)確定現(xiàn)場設(shè)備和閥門所需的行動(dòng)基于設(shè)備條件，調(diào)整庫存數(shù)據(jù)

（6）數(shù)據(jù)收集

生產(chǎn) 質(zhì)量 維護(hù) 庫存收集和可視化當(dāng)前過程和事件參數(shù)（控制系統(tǒng)）· 使用當(dāng)前和最近（天，周）的運(yùn)行參數(shù)，這些參數(shù)歸檔在控制系統(tǒng)組件中長期歸檔·為當(dāng)前或未來分析收集和歸檔全廠范圍的運(yùn)行數(shù)據(jù)；通常在控制室之外使用為實(shí)驗(yàn)室收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，定義、收集和儲(chǔ)存通用質(zhì)量指標(biāo)· 來自實(shí)驗(yàn)室（L I M S）分析數(shù)據(jù)的收集和存儲(chǔ)根據(jù)設(shè)備變化的結(jié)果，更新維護(hù)數(shù)據(jù)根據(jù)設(shè)備變化，在線更新庫存水平數(shù)據(jù)

（7）跟蹤

生產(chǎn) 質(zhì)量 維護(hù) 庫存通過目標(biāo)對(duì)比實(shí)際進(jìn)行評(píng)估，顯示在現(xiàn)場條件下的運(yùn)行參數(shù)通過目標(biāo)對(duì)比實(shí)際進(jìn)行評(píng)估，顯示在現(xiàn)場條件下的質(zhì)量參數(shù)可以根據(jù)定義的機(jī)制，調(diào)整維護(hù)數(shù)據(jù)可以根據(jù)定義的機(jī)，調(diào)整庫存的數(shù)據(jù)

（8）分析

生產(chǎn) 質(zhì)量 維護(hù) 庫存通過計(jì)劃對(duì)比實(shí)際進(jìn)行分析· 用L P模型拿規(guī)檔運(yùn)行數(shù)據(jù)與規(guī)劃數(shù)據(jù)進(jìn)行比較·用當(dāng)前數(shù)據(jù)修正規(guī)劃模型歸檔生產(chǎn)參數(shù)的評(píng)估·分析和記錄運(yùn)行參數(shù)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)·分析和記錄設(shè)備或單元異常情況·分析和記錄運(yùn)行參數(shù)的相關(guān)性報(bào)警，事件和消息列表的評(píng)估·分析和記錄控制系統(tǒng)中報(bào)警、事件和消息歸檔事件順序的評(píng)估· 分析和記錄異常情況的事件順序數(shù)據(jù)（S O E）分析和記錄質(zhì)量數(shù)據(jù)和關(guān)鍵績效指標(biāo)（K P I）分析和記錄維護(hù)數(shù)據(jù)·運(yùn)行時(shí)間，人員開支，技術(shù)有問題地區(qū)，成本·運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行區(qū)域的相關(guān)性分析和記錄庫存數(shù)據(jù)·消耗，水平·與運(yùn)營數(shù)據(jù)的相關(guān)性

華镕，男，1982年畢業(yè)于北京科技大學(xué)自動(dòng)化系，現(xiàn)任羅克韋爾自動(dòng)化（中國）有限公司全球標(biāo)準(zhǔn)及貿(mào)易部中國地區(qū)經(jīng)理。