張濤

（神華集團有限責任公司，北京　100011）

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煤制油化工企業(yè)MES應用研究

張濤

（神華集團有限責任公司，北京100011）

［摘要］煤制油化工與傳統(tǒng)的石油化工行業(yè)有相似性也有不同，在石化行業(yè)普遍使用MES進行生產(chǎn)管理的今天，煤制油化工同樣需要全過程生產(chǎn)精細管理和控制，文章探討MES系統(tǒng)在煤制油化工企業(yè)的應用。

［關鍵詞］煤制油；煤化工；MES系統(tǒng)

1　MES體系介紹

1.1MFS的概念

MFS系統(tǒng)即制造執(zhí)行管理系統(tǒng)，主要將計算機技術和先進的生產(chǎn)管理理論結合起來來達到企業(yè)生產(chǎn)運作環(huán)節(jié)的信息管理的目的，同時為生產(chǎn)管理決策者提供日常生產(chǎn)管理所需的生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息。對MFS的定義雖有不同的說法，但學界對于以下兩點都是非常認可的：①在整個的企業(yè)信息集合中，它擔負著橋梁的角色，將生產(chǎn)調(diào)控和管理決定有效的連接起來；②MFS能夠迅速采集生產(chǎn)全過程的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，強調(diào)實時精確的數(shù)據(jù)，便于企業(yè)優(yōu)化管理。

1.2MFS的發(fā)展

MFS是應運著工廠的內(nèi)部要求而誕生的，通常的FMS來自于20世紀70年代的一些零碎車間的發(fā)展。20世紀80年代末期，由于計算機技術以及網(wǎng)絡技術的快速發(fā)展，在流程工業(yè)調(diào)控中使用的一些學科之間出現(xiàn)了交叉和重合；另外，伴隨著信號處理技術、計算機技術等一些技術和自動化控制技術相結合的發(fā)展，使得過程控制不再是單獨的一種形式，而是產(chǎn)生了一種新的自動化控制形式。而在這種新的形勢下，MFS就成為了一種很關鍵的技術并且得以使用。由于MFS能給企業(yè)和社會帶來非常大的效益，已經(jīng)在石油、化工、能源、食品和造紙等行業(yè)得到了廣泛的實施和應用。而隨著制造業(yè)對MFS功能的要求逐步提高以及企業(yè)信息化應用的逐步深入，未來MFS的發(fā)展可能將不僅強調(diào)其基本的控制和協(xié)調(diào)功能，而且會更加關注其在集成性、標準化、實時性、可視化及方便操作等方面的突出表現(xiàn)。

1.3MFS功能模塊

MFS的作用是按照生產(chǎn)規(guī)劃，將車間的每一種生產(chǎn)能源、生產(chǎn)方式和富有的現(xiàn)場消息最大化的調(diào)動起來，盡快、盡量低成本的將那些質(zhì)量高的產(chǎn)品生產(chǎn)出來，在這個過程中包含很多方面，比如訂單管控、設備管控、庫存的追蹤、物料情況、數(shù)據(jù)收集，另外還有一些必要的保養(yǎng)維修、質(zhì)量監(jiān)控、特性剖析和人員管理等。MFS包含了整個車間中所有的環(huán)節(jié)所使用到的硬件以及軟件系統(tǒng)，它調(diào)控和使用精準的生產(chǎn)信息來對車間里面的所有情況進行隨時監(jiān)督和協(xié)助，而且還會隨時的向企業(yè)上層報告所有的生產(chǎn)情況。

2　煤制油化工行業(yè)的特點與MES應用

2.1煤制油化工行業(yè)的特點

煤制油化工指煤的液化過程，也就是將原料煤炭進行加溫和加壓的條件下，使用特定的催化劑，然后使用加氫處理，使之成為液體狀態(tài)的油的這個過程，生產(chǎn)運營活動主要包括煤直接液化和間接液化、煤制烯烴、煤制甲醇的生產(chǎn)。煤制油化工屬于流程生產(chǎn)企業(yè)，在進行生產(chǎn)管理時重點在于對生產(chǎn)技術的管理。重點關注于安全和整體特性，這也是該類企業(yè)日常工作的重點，它主要是按照市場的規(guī)劃以及企業(yè)長遠的利益，將全公司的生產(chǎn)體系進行全面的調(diào)整和分配，將資源合理分配，對突發(fā)事件進行處理，確保機器能夠安全穩(wěn)健的工作，從而為企業(yè)創(chuàng)造最大的價值。正因如此，需要創(chuàng)建一個快捷的生產(chǎn)調(diào)控、實施和管理的氛圍，這樣才可以確保產(chǎn)品的質(zhì)量高，成本低、運作安全性能好。

2.2MFS在煤制油化工領域的應用

根據(jù)以上分析，MFSA所界定的MFS功能，并不完全適合流程工業(yè)，特別是煤制油化工領域。因為使用需求的不同，對于流程企業(yè)的MFS，它的構造和作用組成上和傳統(tǒng)的制造企業(yè)也有很大的不同。對于煤制油這樣的化工企業(yè)，它的MFS要有下面這些作用：①生產(chǎn)調(diào)節(jié)：按照生產(chǎn)規(guī)劃、加工方法和原料、產(chǎn)品的儲存和運輸特性進行分段考慮，制定一個合理的工作規(guī)劃；②工藝與操控管控：按照原料的一些情況、產(chǎn)品所需以及庫存狀態(tài)來定制合理的生產(chǎn)計劃；將工藝和質(zhì)量的波動情況進行分析，制定對應的技術方案，對工藝紀律進行管控，對操作水平進行考核；③質(zhì)量監(jiān)管：產(chǎn)品和半成品要進行質(zhì)量檢測，并將得到的數(shù)據(jù)進行收集和整理儲存，并加以分析，然后提供給技術部作為參考；④計量監(jiān)管：要將產(chǎn)品、原料、能耗情況進行精確的計量并合計起來，還要對整個工廠的物料做出衡算；⑤設備管理：對設備監(jiān)理檔案，關鍵設備要進行監(jiān)管以及做備件的預算，保養(yǎng)和維護要做出對應的記錄并進行統(tǒng)計；⑥存儲運輸管理：要將原料、成品以及半成品的存儲情況進行實時的管理和剖析，然后制定出合理的調(diào)配方案；⑦要將隨時的數(shù)據(jù)進行收集、統(tǒng)計以及表現(xiàn)出來，從而做到隨時的進行監(jiān)管；然后對生產(chǎn)過程進程合理化；⑧安全與環(huán)境監(jiān)管：要對整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)、設備以及操作工的安全情況進行監(jiān)管，對環(huán)境進行檢測并對污染進行管理。

我國的煉油、石化這類流程行業(yè)中，大型企業(yè)如中石油、中石化、神華等都把MFS作為信息化建設的重點，建立了實時數(shù)據(jù)庫、計劃調(diào)度、生產(chǎn)統(tǒng)計等系統(tǒng)，并不斷改進和完善。目前MFS的解決方案和配套產(chǎn)品主要由國外的企業(yè)如霍尼韋爾，Aspen提供。國內(nèi)的企業(yè)如神華和利時、中控在中小型企業(yè)也有一定的應用。霍尼韋爾公司的MFS可分為煉油與化工行業(yè)的MFS，油氣田MFS，造紙行業(yè)的MFS，制藥行業(yè)的MFS。其特點是：與行業(yè)密切相關，符合MFS的國際標準，支持最新技術等。國內(nèi)外企業(yè)差距主要表現(xiàn)在解決方案的完整性、產(chǎn)品的成熟性、成功應用案例等方面。在這一點上，筆者認為國內(nèi)企業(yè)應借鑒國外先進產(chǎn)品，與典型行業(yè)企業(yè)合作，開發(fā)出既滿足行業(yè)要求，又具有中國特色的系統(tǒng)。

2.3MFS系統(tǒng)在中國神華煤制油化工公司的應用

按照國家產(chǎn)業(yè)布局，神華煤制油化工項目主要分布在內(nèi)蒙古鄂爾多斯、包頭、巴彥淖爾，陜西榆林、咸陽，寧夏寧東以及新疆烏魯木齊等地，涵蓋煤直接液化、煤間接液化、煤制甲醇、煤制烯烴、煤焦化及活性炭等多種業(yè)務。通過多年的努力，這一板塊當前取得了很好的成績，促進了該企業(yè)在國內(nèi)外煤制油化工領域的領先地位，是神華集團的種子業(yè)務和新的增長點。

目前神華煤制油化工板塊采用集團、子（分）公司、工廠三級管控模式。由于歷史沿革、產(chǎn)權關系、業(yè)務組合等原因，存在專業(yè)化公司和多元化公司兩種組織下的業(yè)務管理，如：煤制油化工公司的專業(yè)化管理，寧煤、烏海等單位的多元化管理。下屬的各生產(chǎn)廠的組織機構、業(yè)務職能和管控邊界也呈現(xiàn)差異化，為集團的集約化、規(guī)范化、標準化管控帶來了一定的難度。

業(yè)務現(xiàn)狀方面，生產(chǎn)規(guī)劃管控、生產(chǎn)調(diào)整管控、生產(chǎn)合計剖析、工藝管控、質(zhì)量監(jiān)管、原輔料管控、機器管控、能耗管控、安全管理、環(huán)保管理等方面均有待改進和完善。信息化現(xiàn)狀方面，目前煤制油化工板塊生產(chǎn)執(zhí)行層面的13類應用系統(tǒng)對關鍵業(yè)務活動的支撐，無論從業(yè)務覆蓋的深度和廣度都各有不同。工廠普遍采用了技術成熟先進的DCS/SIS/PLC等監(jiān)管和調(diào)控體系，但是先進的過程調(diào)控和隨時在線合理化還沒有達成；部分企業(yè)建設了實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，在線集中存儲生產(chǎn)控制數(shù)據(jù)。信息化程度有待統(tǒng)一進一步完善和提高。

經(jīng)過以上分析，為了滿足集團加強板塊管控、統(tǒng)一業(yè)務流程的需要，集團在設計MFS系統(tǒng)時緊跟時代潮流，需要考慮進行大集中、一體化設計。

該化工企業(yè)實施的MFS體系在執(zhí)行的時候添加了MFS自身的意義，把這個體系定名成“綜合一體化生產(chǎn)運作監(jiān)管體系”。其業(yè)務目標是實現(xiàn)對煤制油化工產(chǎn)品生產(chǎn)全過程的自動化監(jiān)控及安全、穩(wěn)定、長周期、滿負荷、優(yōu)化生產(chǎn)，實現(xiàn)整個工廠數(shù)據(jù)的一致性與共享性，提高工廠精益化生產(chǎn)管理水平和投入產(chǎn)出的經(jīng)濟效益。功能架構如圖1所示。

系統(tǒng)主要建設內(nèi)容包括：①實現(xiàn)生產(chǎn)規(guī)劃追蹤、規(guī)劃合理化、生產(chǎn)規(guī)劃、運作管控、調(diào)度實施、物料衡算，統(tǒng)計平衡等基本功能；②集合數(shù)據(jù)收集和管控、工藝和運作管控、出入工廠管控、輔助原料管控、設備以及車間管控、能耗以及質(zhì)量管控、環(huán)境和安全管控、機器運作管控和維修管控、班組管控、等作用；③依據(jù)各模塊的基礎數(shù)據(jù)進行生產(chǎn)運營分析，定時定期生產(chǎn)綜合統(tǒng)計報表，為決策層提供輔助決策支持。

系統(tǒng)自底層讀取DCS等自動控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)內(nèi)進行綜合的計劃、跟蹤、平衡、分析、優(yōu)化和統(tǒng)計匯總，并向上層應用系統(tǒng)提供可供展示和分析的基礎數(shù)據(jù)和統(tǒng)計數(shù)據(jù)，為管理決策提供數(shù)據(jù)支撐。系統(tǒng)內(nèi)模塊由集團總部統(tǒng)一部署，部分模塊的部分功能在生產(chǎn)單位定制實施。系統(tǒng)共由15個模塊構成，包括：生產(chǎn)運營分析管理，生產(chǎn)計劃優(yōu)化管理，調(diào)度管理，操作管理，物料管理，輔料管理，工藝管理，生產(chǎn)績效管理，設備運行與檢維修管理，質(zhì)量管理，安全管理，環(huán)保管理，能源管理，計量管理，工程項目管理。

圖1　MES體系功能架構

3　MES在煤制油化工企業(yè)的作用及意義

MFS將現(xiàn)場情況和管理層的決策有效的連接起來，在整個企業(yè)信息體系中有著橋梁的作用。當下，國內(nèi)的煤制油化工企業(yè)普遍都在創(chuàng)建MFS，伴隨著它的使用，它起到的作用會越來越大，也會給企業(yè)帶來很好的收益。具體來講，可以分為三個方面。

3.1安全可控

因為MFS可以將生產(chǎn)數(shù)據(jù)隨時的上報，因此上層可以隨時的知道生產(chǎn)情況，這樣就能夠確保生產(chǎn)穩(wěn)定進行，由于標準化的生產(chǎn)管理，使得每一個班組都會按照規(guī)程進行生產(chǎn)，使得生產(chǎn)安全能夠隨時掌握。

3.2生產(chǎn)效率

MFS能夠使得生產(chǎn)管理透明化，經(jīng)過物料衡算和生產(chǎn)統(tǒng)計，就能夠確保生產(chǎn)信息更準確，這樣管理層就能夠在第一時間做出生產(chǎn)決定。在執(zhí)行MFS時，會對對應的生產(chǎn)情況進行整理和完善，使得生產(chǎn)運作管理效率更高。

3.3社會效益

由于MFS體系能夠?qū)ιa(chǎn)進行隨時監(jiān)控和記錄，這樣操作工人就能夠很好的對生產(chǎn)中出現(xiàn)的維修情況進行判別。該體系的使用，確保了企業(yè)的生產(chǎn)安全，使得操作員的操作更加規(guī)范化，這樣他們就會養(yǎng)成良好的安全操作意識，就會給社會、企業(yè)以及員工帶來很好的安全性。該體系的執(zhí)行，還能夠很好地幫助企業(yè)進行節(jié)能減排。

總之，利用綜合一體化生產(chǎn)運營管理系統(tǒng)，綜合計劃優(yōu)化、物料平衡、設備運行管理與檢維修管理等功能，提升裝置運行質(zhì)量。利用安全管理功能，強化對作業(yè)許可的管理，從操作規(guī)范上減少事故發(fā)生，同時規(guī)劃環(huán)保管理氣體檢測系統(tǒng)等進行有效監(jiān)測。在創(chuàng)新管理上，設計了知識管理與專家支持系統(tǒng)，將進一步助力創(chuàng)新能力的提升。在數(shù)據(jù)獲取上，規(guī)劃了面向三級應用的生產(chǎn)運營分析管理功能；通過信息化應用，固化流程，保障流程制度的落實。對煤化工企業(yè)生產(chǎn)運營有重大意義。

但另一方面，在對MFS進行規(guī)劃和完善的同時，也要防范新設計帶來的風險。這就要求企業(yè)領導、制度、資源及技術等方面的支持和保障。

主要參考文獻

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doi:10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.03.041

［中圖分類號］F270.7

［文獻標識碼］A

［文章編號］1673-0194（2016）03-0084-03

［收稿日期］2015-11-16