煤制油化工企業(yè)MES應(yīng)用研究

張濤

（神華集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京　100011）

?

煤制油化工企業(yè)MES應(yīng)用研究

張濤

（神華集團(tuán)有限責(zé)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(jìn)行生產(chǎn)管理的今天，煤制油化工同樣需要全過(guò)程生產(chǎn)精細(xì)管理和控制，文章探討MES系統(tǒng)在煤制油化工企業(yè)的應(yīng)用。

［關(guān)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(jì)算機(jī)技術(shù)和先進(jìn)的生產(chǎn)管理理論結(jié)合起來(lái)來(lái)達(dá)到企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)作環(huán)節(jié)的信息管理的目的，同時(shí)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(duì)MFS的定義雖有不同的說(shuō)法，但學(xué)界對(duì)于以下兩點(diǎn)都是非常認(rèn)可的：①在整個(gè)的企業(yè)信息集合中，它擔(dān)負(fù)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(lái)；②MFS能夠迅速采集生產(chǎn)全過(guò)程的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，強(qiáng)調(diào)實(shí)時(shí)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(yīng)運(yùn)著工廠(chǎng)的內(nèi)部要求而誕生的，通常的FMS來(lái)自于20世紀(jì)70年代的一些零碎車(chē)間的發(fā)展。20世紀(jì)80年代末期，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，在流程工業(yè)調(diào)控中使用的一些學(xué)科之間出現(xiàn)了交叉和重合；另外，伴隨著信號(hào)處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等一些技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)相結(jié)合的發(fā)展，使得過(guò)程控制不再是單獨(dú)的一種形式，而是產(chǎn)生了一種新的自動(dòng)化控制形式。而在這種新的形勢(shì)下，MFS就成為了一種很關(guān)鍵的技術(shù)并且得以使用。由于MFS能給企業(yè)和社會(huì)帶來(lái)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(shí)施和應(yīng)用。而隨著制造業(yè)對(duì)MFS功能的要求逐步提高以及企業(yè)信息化應(yīng)用的逐步深入，未來(lái)MFS的發(fā)展可能將不僅強(qiáng)調(diào)其基本的控制和協(xié)調(diào)功能，而且會(huì)更加關(guān)注其在集成性、標(biāo)準(zhǔn)化、實(shí)時(shí)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(chē)間的每一種生產(chǎn)能源、生產(chǎn)方式和富有的現(xiàn)場(chǎng)消息最大化的調(diào)動(dòng)起來(lái)，盡快、盡量低成本的將那些質(zhì)量高的產(chǎn)品生產(chǎn)出來(lái)，在這個(gè)過(guò)程中包含很多方面，比如訂單管控、設(shè)備管控、庫(kù)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(gè)車(chē)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(zhǔn)的生產(chǎn)信息來(lái)對(duì)車(chē)間里面的所有情況進(jìn)行隨時(shí)監(jiān)督和協(xié)助，而且還會(huì)隨時(shí)的向企業(yè)上層報(bào)告所有的生產(chǎn)情況。

2　煤制油化工行業(yè)的特點(diǎn)與MES應(yīng)用

2.1煤制油化工行業(yè)的特點(diǎn)

煤制油化工指煤的液化過(guò)程，也就是將原料煤炭進(jìn)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(gè)過(guò)程，生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)活動(dòng)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(jìn)行生產(chǎn)管理時(shí)重點(diǎn)在于對(duì)生產(chǎn)技術(shù)的管理。重點(diǎn)關(guān)注于安全和整體特性，這也是該類(lèi)企業(yè)日常工作的重點(diǎn)，它主要是按照市場(chǎng)的規(guī)劃以及企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)的利益，將全公司的生產(chǎn)體系進(jìn)行全面的調(diào)整和分配，將資源合理分配，對(duì)突發(fā)事件進(jìn)行處理，確保機(jī)器能夠安全穩(wěn)健的工作，從而為企業(yè)創(chuàng)造最大的價(jià)值。正因如此，需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)快捷的生產(chǎn)調(diào)控、實(shí)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(yùn)作安全性能好。

2.2MFS在煤制油化工領(lǐng)域的應(yīng)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(lǐng)域。因?yàn)槭褂眯枨蟮牟煌?，?duì)于流程企業(yè)的MFS，它的構(gòu)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(duì)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(chǔ)存和運(yùn)輸特性進(jìn)行分段考慮，制定一個(gè)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(kù)存狀態(tài)來(lái)定制合理的生產(chǎn)計(jì)劃；將工藝和質(zhì)量的波動(dòng)情況進(jìn)行分析，制定對(duì)應(yīng)的技術(shù)方案，對(duì)工藝紀(jì)律進(jìn)行管控，對(duì)操作水平進(jìn)行考核；③質(zhì)量監(jiān)管：產(chǎn)品和半成品要進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，并將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和整理儲(chǔ)存，并加以分析，然后提供給技術(shù)部作為參考；④計(jì)量監(jiān)管：要將產(chǎn)品、原料、能耗情況進(jìn)行精確的計(jì)量并合計(jì)起來(lái)，還要對(duì)整個(gè)工廠(chǎng)的物料做出衡算；⑤設(shè)備管理：對(duì)設(shè)備監(jiān)理檔案，關(guān)鍵設(shè)備要進(jìn)行監(jiān)管以及做備件的預(yù)算，保養(yǎng)和維護(hù)要做出對(duì)應(yīng)的記錄并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；⑥存儲(chǔ)運(yùn)輸管理：要將原料、成品以及半成品的存儲(chǔ)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的管理和剖析，然后制定出合理的調(diào)配方案；⑦要將隨時(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、統(tǒng)計(jì)以及表現(xiàn)出來(lái)，從而做到隨時(shí)的進(jìn)行監(jiān)管；然后對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)程合理化；⑧安全與環(huán)境監(jiān)管：要對(duì)整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)、設(shè)備以及操作工的安全情況進(jìn)行監(jiān)管，對(duì)環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)并對(duì)污染進(jìn)行管理。

我國(guó)的煉油、石化這類(lèi)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(shè)的重點(diǎn)，建立了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、計(jì)劃調(diào)度、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)等系統(tǒng)，并不斷改進(jìn)和完善。目前MFS的解決方案和配套產(chǎn)品主要由國(guó)外的企業(yè)如霍尼韋爾，Aspen提供。國(guó)內(nèi)的企業(yè)如神華和利時(shí)、中控在中小型企業(yè)也有一定的應(yīng)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(diǎn)是：與行業(yè)密切相關(guān)，符合MFS的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，支持最新技術(shù)等。國(guó)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(yīng)用案例等方面。在這一點(diǎn)上，筆者認(rèn)為國(guó)內(nèi)企業(yè)應(yīng)借鑒國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品，與典型行業(yè)企業(yè)合作，開(kāi)發(fā)出既滿(mǎn)足行業(yè)要求，又具有中國(guó)特色的系統(tǒng)。

2.3MFS系統(tǒng)在中國(guó)神華煤制油化工公司的應(yīng)用

按照國(guó)家產(chǎn)業(yè)布局，神華煤制油化工項(xiàng)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(yáng)，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(wù)。通過(guò)多年的努力，這一板塊當(dāng)前取得了很好的成績(jī)，促進(jìn)了該企業(yè)在國(guó)內(nèi)外煤制油化工領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，是神華集團(tuán)的種子業(yè)務(wù)和新的增長(zhǎng)點(diǎn)。

目前神華煤制油化工板塊采用集團(tuán)、子（分）公司、工廠(chǎng)三級(jí)管控模式。由于歷史沿革、產(chǎn)權(quán)關(guān)系、業(yè)務(wù)組合等原因，存在專(zhuān)業(yè)化公司和多元化公司兩種組織下的業(yè)務(wù)管理，如：煤制油化工公司的專(zhuān)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(chǎng)的組織機(jī)構(gòu)、業(yè)務(wù)職能和管控邊界也呈現(xiàn)差異化，為集團(tuán)的集約化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化管控帶來(lái)了一定的難度。

業(yè)務(wù)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(jì)剖析、工藝管控、質(zhì)量監(jiān)管、原輔料管控、機(jī)器管控、能耗管控、安全管理、環(huán)保管理等方面均有待改進(jìn)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(lèi)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)關(guān)鍵業(yè)務(wù)活動(dòng)的支撐，無(wú)論從業(yè)務(wù)覆蓋的深度和廣度都各有不同。工廠(chǎng)普遍采用了技術(shù)成熟先進(jìn)的DCS/SIS/PLC等監(jiān)管和調(diào)控體系，但是先進(jìn)的過(guò)程調(diào)控和隨時(shí)在線(xiàn)合理化還沒(méi)有達(dá)成；部分企業(yè)建設(shè)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，在線(xiàn)集中存儲(chǔ)生產(chǎn)控制數(shù)據(jù)。信息化程度有待統(tǒng)一進(jìn)一步完善和提高。

經(jīng)過(guò)以上分析，為了滿(mǎn)足集團(tuán)加強(qiáng)板塊管控、統(tǒng)一業(yè)務(wù)流程的需要，集團(tuán)在設(shè)計(jì)MFS系統(tǒng)時(shí)緊跟時(shí)代潮流，需要考慮進(jìn)行大集中、一體化設(shè)計(jì)。

該化工企業(yè)實(shí)施的MFS體系在執(zhí)行的時(shí)候添加了MFS自身的意義，把這個(gè)體系定名成“綜合一體化生產(chǎn)運(yùn)作監(jiān)管體系”。其業(yè)務(wù)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)對(duì)煤制油化工產(chǎn)品生產(chǎn)全過(guò)程的自動(dòng)化監(jiān)控及安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期、滿(mǎn)負(fù)荷、優(yōu)化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)工廠(chǎng)數(shù)據(jù)的一致性與共享性，提高工廠(chǎng)精益化生產(chǎn)管理水平和投入產(chǎn)出的經(jīng)濟(jì)效益。功能架構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)主要建設(shè)內(nèi)容包括：①實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)規(guī)劃追蹤、規(guī)劃合理化、生產(chǎn)規(guī)劃、運(yùn)作管控、調(diào)度實(shí)施、物料衡算，統(tǒng)計(jì)平衡等基本功能；②集合數(shù)據(jù)收集和管控、工藝和運(yùn)作管控、出入工廠(chǎng)管控、輔助原料管控、設(shè)備以及車(chē)間管控、能耗以及質(zhì)量管控、環(huán)境和安全管控、機(jī)器運(yùn)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(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)分析，定時(shí)定期生產(chǎn)綜合統(tǒng)計(jì)報(bào)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(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行綜合的計(jì)劃、跟蹤、平衡、分析、優(yōu)化和統(tǒng)計(jì)匯總，并向上層應(yīng)用系統(tǒng)提供可供展示和分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)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(tuán)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(shí)施。系統(tǒng)共由15個(gè)模塊構(gòu)成，包括：生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)分析管理，生產(chǎn)計(jì)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(jī)效管理，設(shè)備運(yùn)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(jì)量管理，工程項(xiàng)目管理。

圖1　MES體系功能架構(gòu)

3　MES在煤制油化工企業(yè)的作用及意義

MFS將現(xiàn)場(chǎng)情況和管理層的決策有效的連接起來(lái)，在整個(gè)企業(yè)信息體系中有著橋梁的作用。當(dāng)下，國(guó)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(huì)越來(lái)越大，也會(huì)給企業(yè)帶來(lái)很好的收益。具體來(lái)講，可以分為三個(gè)方面。

3.1安全可控

因?yàn)镸FS可以將生產(chǎn)數(shù)據(jù)隨時(shí)的上報(bào)，因此上層可以隨時(shí)的知道生產(chǎn)情況，這樣就能夠確保生產(chǎn)穩(wěn)定進(jìn)行，由于標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)管理，使得每一個(gè)班組都會(huì)按照規(guī)程進(jìn)行生產(chǎn)，使得生產(chǎn)安全能夠隨時(shí)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(guò)物料衡算和生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)，就能夠確保生產(chǎn)信息更準(zhǔn)確，這樣管理層就能夠在第一時(shí)間做出生產(chǎn)決定。在執(zhí)行MFS時(shí)，會(huì)對(duì)對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)情況進(jìn)行整理和完善，使得生產(chǎn)運(yùn)作管理效率更高。

3.3社會(huì)效益

由于MFS體系能夠?qū)ιa(chǎn)進(jìn)行隨時(shí)監(jiān)控和記錄，這樣操作工人就能夠很好的對(duì)生產(chǎn)中出現(xiàn)的維修情況進(jìn)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(huì)養(yǎng)成良好的安全操作意識(shí)，就會(huì)給社會(huì)、企業(yè)以及員工帶來(lái)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(jìn)行節(jié)能減排。

總之，利用綜合一體化生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)，綜合計(jì)劃優(yōu)化、物料平衡、設(shè)備運(yùn)行管理與檢維修管理等功能，提升裝置運(yùn)行質(zhì)量。利用安全管理功能，強(qiáng)化對(duì)作業(yè)許可的管理，從操作規(guī)范上減少事故發(fā)生，同時(shí)規(guī)劃環(huán)保管理氣體檢測(cè)系統(tǒng)等進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)。在創(chuàng)新管理上，設(shè)計(jì)了知識(shí)管理與專(zhuān)家支持系統(tǒng)，將進(jìn)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(jí)應(yīng)用的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)分析管理功能；通過(guò)信息化應(yīng)用，固化流程，保障流程制度的落實(shí)。對(duì)煤化工企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)有重大意義。

但另一方面，在對(duì)MFS進(jìn)行規(guī)劃和完善的同時(shí)，也要防范新設(shè)計(jì)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。這就要求企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)、制度、資源及技術(shù)等方面的支持和保障。

主要參考文獻(xiàn)

［1］廖漢湘.現(xiàn)代煤炭轉(zhuǎn)化與煤化工新技術(shù)新工藝實(shí)用全書(shū)［M］.合肥：安徽文化音像出版社，2004.

［2］饒運(yùn)清，李培根，李涉霞，等.制造執(zhí)行系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)［J］.機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2002，21（6）.

doi:10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.03.041

［中圖分類(lèi)號(hào)］F270.7

［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A

［文章編號(hào)］1673-0194（2016）03-0084-03

［收稿日期］2015-11-16