洪雨松

(中國石化上海石油化工股份有限公司合成樹脂部，上海 200540)

近年來，世界范圍正在進行日益深刻的經濟結構調整，科技進步給各行各業(yè)帶來了深遠的影響。面對競爭激烈的市場，中國石化上海石油化工股份有限公司(以下簡稱上海石化)需要將傳統的管理模式與先進的企業(yè)管理經驗、快速發(fā)展的信息技術全面有機地融合起來，利用信息技術優(yōu)化現有的生產管理流程，搭建信息化高層次平臺，促進企業(yè)管理專業(yè)化、扁平化，實現由粗放型管理向集約型管理的轉型。

1 MES的發(fā)展及石化企業(yè)實施MES項目的必要性

1.1 MES概要

20世紀80年代，制造執(zhí)行系統(MES)的概念已經出現，90年代初美國先進制造研究機構(AMR)提出完整的MES模型。20多年來MES已在北美、西歐及日本的企業(yè)廣泛應用，改善了企業(yè)的決策速度和準確性，降低了庫存和生產成本，提高了企業(yè)的生產效率，并使企業(yè)能持續(xù)順暢地運作。

1.2 石化企業(yè)實施MES項目的必要性

石油化工企業(yè)的生產單元普遍具有連續(xù)運行、生產周期長等特點，生產過程不易控制。生產調度作為企業(yè)運行管理人員，必須全天候地組織、指揮生產活動，掌握各裝置的生產動態(tài)，控制其生產運行過程，并不斷加以優(yōu)化。在確保裝置安全運行、產品質量和技術經濟指標優(yōu)良等前提下，努力降低生產成本，以實現效益最大化。尤其是在裝置生產運行過程中，發(fā)生問題或者異常情況時必須及時采取各種有效措施，組織相關的專業(yè)技術人員及時、正確處置，以消除影響或排除故障，從而使生產活動能持續(xù)進行。

石化企業(yè)的核心業(yè)務過程主要是圍繞原油及其衍生產品的生產增值過程來展開的，圖1主要描述了企業(yè)的兩個關鍵增值鏈即橫向上的物資供應鏈和縱向上的生產控制鏈，每個增值鏈都由一系列的生產活動構成。物資供應鏈描述了原料從采購進廠到加工、儲運與銷售的全過程；而生產控制鏈則表示原料生產加工過程中的生產計劃、生產調度、優(yōu)化控制、單元控制及生產過程等。各種生產環(huán)節(jié)之間自上而下的信息控制流與自下而上的信息反饋流不斷傳遞，而靜態(tài)型資源則貫穿在整個生產活動中。MES處于連接計劃和生產的執(zhí)行層面，能夠進一步發(fā)揮生產調度在生產管理過程中的組織、指揮及協調作用，從根本上提升生產管理水平，優(yōu)化工藝流程，降低能源消耗，實現精準生產，改善產品質量，減少庫存，節(jié)約成本等，從而促進企業(yè)生產活動的安全、正常、持續(xù)開展。

圖1 石化企業(yè)核心業(yè)務流程

MES為企業(yè)智能工廠核心即生產計劃優(yōu)化和調度指揮(運行監(jiān)控、預報警、智能處置等功能模塊)提供生產數據，其業(yè)務流程見圖2所示。其中生產作業(yè)計劃的準確性，是反映企業(yè)生產運行管理水平的一項重要指標。MES系統主要有以下作用。

圖2 石化企業(yè)MES業(yè)務流程

(1)改變傳統的調度管理模式，實現生產調度與裝置生產流程的協同作業(yè)。通過各個裝置在MES錄入的數據，生產調度可以實時、直觀地了解各個生產裝置的運行、牌號切換等情況，初步實現對裝置生產過程的實時監(jiān)控，緩解了生產調度實時性差、生產信息傳遞慢等問題。生產過程信息通過系統及時地反映給生產管理者，確保生產調度及時對各裝置進行協調和指揮。

(2)實現生產計劃制定與生產調度的銜接，達到生產信息管理的集成。由于企業(yè)各裝置、部門之間信息傳遞有滯后，使得生產計劃雖然能夠按時下發(fā)到相應裝置，但在真正執(zhí)行過程中會產生偏差，對生產計劃的執(zhí)行缺乏必要、及時的監(jiān)督、反饋。通過對生產調度信息管理的集成，實現各應用系統間的信息共享，及時反饋生產計劃的執(zhí)行情況，使生產管理者能夠根據生產過程的實際變化情況及時優(yōu)化計劃安排，確保生產計劃與生產過程的一致性。

(3)有效控制企業(yè)的生產過程，降低生產成本，提高產品質量。系統的應用實現了管理者對裝置生產動態(tài)流程的監(jiān)控，流程更加清晰，生產柔性增大，實現了生產成本的控制和生產質量的跟蹤管理，保證了企業(yè)生產全過程的穩(wěn)定性。

該平臺覆蓋生產裝置、罐區(qū)、倉儲、進出廠、生產平衡、統計平衡等生產管理業(yè)務，實現整個公司數據的一致性和充分共享；向下同二級單位生產實時數據庫、實驗室信息管理系統(LIMS)等系統集成，向上為企業(yè)資源計劃系統(ERP)、總部生產營運指揮系統提供及時、準確和完整的生產物料數據和能耗數據，達到“日平衡、旬確認、月結算”的目標；實現生產信息的可視化展示與監(jiān)控，為企業(yè)的生產經營活動提供科學的決策依據，規(guī)范生產業(yè)務管理流程，優(yōu)化資源利用，降低物耗和能耗，提高企業(yè)生產管理的精細化水平，增強企業(yè)盈利能力和核心競爭力。

2 MES 3.0實施情況

依照中國石油化工集團公司(以下簡稱集團公司)的要求，上海石化于2010年建立并實施了MES，5月MES 3.0項目試運行，8月正式投用。

2.1 MES 3.0的主要內容

MES 3.0主要由5個核心業(yè)務模塊(物料移動、生產調度、生產統計、能源管理、報表展示)和1個平臺(集成平臺)構成，另有一個綜合管理查詢項目，提供查詢、獲取資料、數據的功能。。

2.1.1 集成平臺

集成平臺為各業(yè)務模塊提供實時數據、化驗分析數據訪問服務；向實時數據庫(RTDB)系統、LIMS提供統一的集成接口；提供統一的建模組態(tài)工具；維護統一的用戶權限信息及用戶權限驗證服務，建立集中統一訪問控制等。

2.1.2 核心業(yè)務模塊

(1)物料移動：主要包括煉油裝置、化工裝置、罐區(qū)、倉儲和進出廠5個基礎子模塊。煉油裝置模塊：通過裝置與裝置間側線互供和側線投入產出計量等操作，實現班次級的數據記錄，通過人工確認修正原始數據，提供裝置投入產出班臺帳。化工裝置模塊：通過裝置與裝置間側線互供、中間料倉計量、緩存罐計量、側線投入產出計量等操作，實現班次級的數據記錄，通過人工確認修正原始數據，提供裝置投入產出班臺帳。罐區(qū)模塊：通過儲罐收付(包括與裝置側線、進出廠點、互供點、其他儲罐等的收付關系)、儲罐檢尺、交退庫、狀態(tài)監(jiān)測、罐存物料變更、罐存量計算、化驗分析與質量信息采集、切水、復尺、清罐、掃線等各種操作，實現事件級和班次級的數據記錄，按需集成儲罐實時檢尺和化驗分析等數據，用于統計周期內所需要的儲罐庫存計量盤點。倉儲模塊：對固體產成品入庫、出庫、移庫、升降級等各種操作實現事件級的記錄與管理，提供統計周期內所需要的倉庫庫存量及按產品分類的盤點數據。進出廠模塊(包括廠際互供)：對液體原料進廠和液體成品出廠操作實現數據的記錄與管理，實現以班為時間單位采集各MES工廠間物料互供計量的原始數據，實現互供數據的仲裁功能。

(2)生產調度：主要包括移動解析、生產平衡和檢查工具3個子模塊。移動解析模塊：通過解析器將每班裝置、儲罐、進出廠等操作記錄轉換為物理移動模型，審核數據記錄及操作的完整性、合理性，為生產調度平衡提供動態(tài)移動數據。生產平衡模塊：通過模塊解析后的物理節(jié)點量和移動關系，利用集成平臺自動完成節(jié)點平衡計算，為生產調度提供數據。平衡檢查工具模塊：通過生產平衡前后節(jié)點間移動關系和節(jié)點量的檢查，提供大誤差偵破與超差報警功能。

(3)生產統計：主要包括物料統計平衡、三劑輔料消耗統計和ERP支撐3個功能。

(4)能源管理：以企業(yè)消耗的能源為基本對象，通過能源管網和能源節(jié)點建立以能源管網為平衡中心的平衡體系，進行能源核算，為能耗統計和ERP完工確認提供有效數據支撐。

(5)報表展示：采用報表手段，抽取物料平衡數據、能源平衡數據和操作信息，對生產過程進行管理。

2.2 MES 3.0存在的問題

(2)部分現場儀表沒有自動數據采集功能，大部分罐沒有實時數據采集或雖有數據采集但不準確。

(3)目前MES只是一個獨立的系統，還未包括完整的進出廠計量票據業(yè)務管理等。

3 MES 3.0X的實施

經過10年的使用，MES 3.0版本逐步暴露出一些問題。為了解決這些問題并滿足集團公司統一貫標的要求，2020年進行MES版本升級的開工準備，2021年6月3.0X版本試運行通過后正式投用。

3.1 系統版本升級的內容

(1)對MES3.0中各生產裝置、儲罐、倉庫、進出廠點及互供點的物料移動模塊，工廠的生產平衡模塊，生產裝置的投入產出、儲罐收付存、進出廠點計量、庫存管理的統計計量模塊，罐監(jiān)控和ERP等系統集成端口進行升級。MES3.0X與實時數據庫、LIMS質量分析、ERP統計等系統進行無縫銜接，班組在進行日常操作時可以對實時數據庫、LIMS質量分析等數據進行自動抽取。

(2)MES3.0版本升級后兼容主流瀏覽器(IE8以上、谷歌、火狐)，對工廠模型進行頁面重構及服務重構，MES3.0X業(yè)務功能服務化，對系統接口改造，使得系統運行更加便捷，速度提升。

(3)按照集團公司要求，重構系統權限體系，對物料模塊(原MES)、能源管理系統、操作管理系統權限架構按照集團公司要求進行統一；對主數據進行梳理并實現標準化，對物料、生產設施實行標準化貫標。MES3.0X在集團公司范圍內實現了裝置命名、物料名稱、儀表計量的單位等的統一。

(4)MES3.0X增加了統計模型、投入產出模型模糊搜索功能。在原有多工廠推量功能基礎上，增加互供量返寫回互供班量功能；保留原有互供仲裁功能，增加按月度自動從計量管理系統抽取互供數據功能；優(yōu)化報表，提高計算效率。

控制廢酸原液與水流量流比1∶1，對回收酸過程重金屬截留效果進行考查，結果見表4所示。除雜質銻外，擴散滲析對Cu、Fe、Bi、Pb、Zn等重金屬均有較好的截留效果。

3.2 MES 3.0X的業(yè)務操作

MES3.0X在3.0版本的基礎上，根據生產一線的需求對操作項目進行了優(yōu)化，主要業(yè)務項目根據操作需求優(yōu)化為能源管理(新)、物料移動、生產平衡、綜合查詢、報表展示、入庫及庫存集成和操作管理構成。

3.2.1 物料移動模塊

(1)檢查確認裝置收付關系的建立是否完備，通過實時數據庫自動抽取儀表計量數據進行匯總，判斷裝置投入產出側線的原始量是否與工藝參數及經驗值一致，如有異常進行檢查，并通過確認量進行修正；特別注意檢查各裝置產品的出料線，查看料倉變化量與物料的移動量差是否一致。

(2)各罐區(qū)班組檢尺及動態(tài)檢尺通過實時數據庫、質量數據系統自動抽取數據進行匯總，確認無異常后封帳提交。

(3)抽取各生產裝置提報的物料移動量，計算后匯總形成單位的進出廠班量和互供班量，檢查原輔料的進出廠班量和互供班量數據與經驗值是否相符。

3.2.2 生產平衡模塊

(1)在移動解析模塊中對各裝置提交的數據、倉儲數據、進出廠班量及互供班量數據進行解析，如果全為綠色五角星(無異常)，保存后提交。到移動盈虧檢查頁面中查看各裝置錄入的數據是否符合規(guī)定要求，即絕對偏差率和相對偏差率均小于3%。

(2)生產調度對提交的數據進行生產平衡操作，運用物料移動模塊、生產平衡模塊等頁面，對每套裝置中顯示紅色(報警)的物料移動關系、上報的數據逐條進行檢查，在查出并確認問題后，先進行解鎖操作，再交相關裝置進行數據修正，無異常后再上報統計。

(3)報表展示模塊：生產調度每天按規(guī)定時間將生產平衡后的各裝置生產數據，倉儲、進出廠及互供班量等數據進行抽取，手工錄入各裝置運行日志等信息，按天進行匯總并生成調度日報等報表。

(4)能源管理(新)模塊：每天在規(guī)定時間前通過采集、計算、平衡、核算進行能源數據統計，為ERP系統提供有效數據支撐。

3.3 MES版本升級后存在的問題

(1)生產裝置的現場計量儀表使用年限長、故障多，部分儲罐缺乏液位或料位檢測儀表的問題雖然有所改進，但是依舊存在。

(2)現場儀表的自動數據采集大部分已經實現，但是還有部分儀表沒有條件實施，不能完全確保實時數據庫數據的準確性。

(3)MES對于物料、產品的庫存和銷售，物料質量檢驗數據，設備的維護、檢修及保養(yǎng)周期等業(yè)務模塊需要進一步擴展。

(4)系統升級后可以依靠實時數據庫的自動數據采集抽取功能進行數據輸入，但是依舊有部分數據需要人工輸入；物料移動的移動關系建立及關閉的現狀沒有改變。

3.4 改進措施

(1)為確?；A采集數據的及時性、準確性，建議逐年加大計量器具等設備更新升級的投入。逐步改造現有的計量儀表，實現現場儀表自動采集數據；分散控制系統(DCS)中體積表全部升級成質量表，瞬時計量表全部組態(tài)升級為累計量表；優(yōu)化調整MES工廠模型自動取數配置，降低取瞬時量(VAL)和手工錄數(VAR)儀表的比例，提高取累計量(DIFF)儀表的比例，提高MES儀表數據采集率，提升數據錄入效率和質量，減少人為因素對數據質量的影響。

(2)進一步擴大MES的使用范圍，原料購入、庫存及流轉，產品的產出、銷售及儲存，設備的維護、檢修及保養(yǎng)周期等項目均在MES上得以體現，使得系統在整體性、集成性上進一步加強，在實施范圍上進一步擴充。

(3)目前MES的數據仍有一部分為人工輸入，建議在容易出錯的環(huán)節(jié)加上二次確認或者提醒報警功能，例如當輸入數據為“0”時，可以提醒操作工確認數據是否有錯誤或者是否應當關閉該物料的移動關系；對數據加上范圍報警功能，當數據超出正常范圍值時可以提醒操作工確認數據是否輸入錯誤，可以防止因數據出錯造成的誤差。

4 結語

在石油化工企業(yè)中,利用MES等先進的信息技術來提高調度對企業(yè)日常生產過程的管理,從粗放型模式轉變?yōu)榧s型模式，是符合未來發(fā)展要求的，也是極為必要和迫切的，需要企業(yè)各級部門在硬件、軟件上加以支持。隨著MES的運行，企業(yè)也應當根據自身的特色及需要提出新的業(yè)務要求，對出現的問題進行總結，保障該系統能夠長期安全穩(wěn)定運行，讓調度能夠及時獲得生產過程中的各種實時信息，提升生產指揮的功能，為企業(yè)的經營決策提供科學依據。