石化企業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)應用淺析

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(jīng)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(tǒng)的管理模式與先進的企業(yè)管理經(jīng)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(xiàn)有的生產(chǎn)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(xiàn)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(tǒng)(MES)的概念已經(jīng)出現(xiàn)，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(chǎn)成本，提高了企業(yè)的生產(chǎn)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(chǎn)單元普遍具有連續(xù)運行、生產(chǎn)周期長等特點，生產(chǎn)過程不易控制。生產(chǎn)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(chǎn)活動，掌握各裝置的生產(chǎn)動態(tài)，控制其生產(chǎn)運行過程，并不斷加以優(yōu)化。在確保裝置安全運行、產(chǎn)品質量和技術經(jīng)濟指標優(yōu)良等前提下，努力降低生產(chǎn)成本，以實現(xiàn)效益最大化。尤其是在裝置生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品的生產(chǎn)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(chǎn)控制鏈，每個增值鏈都由一系列的生產(chǎn)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(chǎn)控制鏈則表示原料生產(chǎn)加工過程中的生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)調度、優(yōu)化控制、單元控制及生產(chǎn)過程等。各種生產(chǎn)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(chǎn)活動中。MES處于連接計劃和生產(chǎn)的執(zhí)行層面，能夠進一步發(fā)揮生產(chǎn)調度在生產(chǎn)管理過程中的組織、指揮及協(xié)調作用，從根本上提升生產(chǎn)管理水平，優(yōu)化工藝流程，降低能源消耗，實現(xiàn)精準生產(chǎn)，改善產(chǎn)品質量，減少庫存，節(jié)約成本等，從而促進企業(yè)生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)數(shù)據(jù)，其業(yè)務流程見圖2所示。其中生產(chǎn)作業(yè)計劃的準確性，是反映企業(yè)生產(chǎn)運行管理水平的一項重要指標。MES系統(tǒng)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(tǒng)的調度管理模式，實現(xiàn)生產(chǎn)調度與裝置生產(chǎn)流程的協(xié)同作業(yè)。通過各個裝置在MES錄入的數(shù)據(jù)，生產(chǎn)調度可以實時、直觀地了解各個生產(chǎn)裝置的運行、牌號切換等情況，初步實現(xiàn)對裝置生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控，緩解了生產(chǎn)調度實時性差、生產(chǎn)信息傳遞慢等問題。生產(chǎn)過程信息通過系統(tǒng)及時地反映給生產(chǎn)管理者，確保生產(chǎn)調度及時對各裝置進行協(xié)調和指揮。

(2)實現(xiàn)生產(chǎn)計劃制定與生產(chǎn)調度的銜接，達到生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)生偏差，對生產(chǎn)計劃的執(zhí)行缺乏必要、及時的監(jiān)督、反饋。通過對生產(chǎn)調度信息管理的集成，實現(xiàn)各應用系統(tǒng)間的信息共享，及時反饋生產(chǎn)計劃的執(zhí)行情況，使生產(chǎn)管理者能夠根據(jù)生產(chǎn)過程的實際變化情況及時優(yōu)化計劃安排，確保生產(chǎn)計劃與生產(chǎn)過程的一致性。

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

該平臺覆蓋生產(chǎn)裝置、罐區(qū)、倉儲、進出廠、生產(chǎn)平衡、統(tǒng)計平衡等生產(chǎn)管理業(yè)務，實現(xiàn)整個公司數(shù)據(jù)的一致性和充分共享；向下同二級單位生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)庫、實驗室信息管理系統(tǒng)(LIMS)等系統(tǒng)集成，向上為企業(yè)資源計劃系統(tǒng)(ERP)、總部生產(chǎn)營運指揮系統(tǒng)提供及時、準確和完整的生產(chǎn)物料數(shù)據(jù)和能耗數(shù)據(jù)，達到“日平衡、旬確認、月結算”的目標；實現(xiàn)生產(chǎn)信息的可視化展示與監(jiān)控，為企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營活動提供科學的決策依據(jù)，規(guī)范生產(chǎn)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(chǎn)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(nèi)容

MES 3.0主要由5個核心業(yè)務模塊(物料移動、生產(chǎn)調度、生產(chǎn)統(tǒng)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)、化驗分析數(shù)據(jù)訪問服務；向實時數(shù)據(jù)庫(RTDB)系統(tǒng)、LIMS提供統(tǒng)一的集成接口；提供統(tǒng)一的建模組態(tài)工具；維護統(tǒng)一的用戶權限信息及用戶權限驗證服務，建立集中統(tǒng)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(chǎn)出計量等操作，實現(xiàn)班次級的數(shù)據(jù)記錄，通過人工確認修正原始數(shù)據(jù)，提供裝置投入產(chǎn)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(chǎn)出計量等操作，實現(xiàn)班次級的數(shù)據(jù)記錄，通過人工確認修正原始數(shù)據(jù)，提供裝置投入產(chǎn)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(xiàn)事件級和班次級的數(shù)據(jù)記錄，按需集成儲罐實時檢尺和化驗分析等數(shù)據(jù)，用于統(tǒng)計周期內(nèi)所需要的儲罐庫存計量盤點。倉儲模塊：對固體產(chǎn)成品入庫、出庫、移庫、升降級等各種操作實現(xiàn)事件級的記錄與管理，提供統(tǒng)計周期內(nèi)所需要的倉庫庫存量及按產(chǎn)品分類的盤點數(shù)據(jù)。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(xiàn)數(shù)據(jù)的記錄與管理，實現(xiàn)以班為時間單位采集各MES工廠間物料互供計量的原始數(shù)據(jù)，實現(xiàn)互供數(shù)據(jù)的仲裁功能。

(2)生產(chǎn)調度：主要包括移動解析、生產(chǎn)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(shù)據(jù)記錄及操作的完整性、合理性，為生產(chǎn)調度平衡提供動態(tài)移動數(shù)據(jù)。生產(chǎn)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(chǎn)調度提供數(shù)據(jù)。平衡檢查工具模塊：通過生產(chǎn)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(chǎn)統(tǒng)計：主要包括物料統(tǒng)計平衡、三劑輔料消耗統(tǒng)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(wǎng)和能源節(jié)點建立以能源管網(wǎng)為平衡中心的平衡體系，進行能源核算，為能耗統(tǒng)計和ERP完工確認提供有效數(shù)據(jù)支撐。

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

2.2 MES 3.0存在的問題

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

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

3 MES 3.0X的實施

經(jīng)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(tǒng)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(tǒng)版本升級的內(nèi)容

(1)對MES3.0中各生產(chǎn)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(chǎn)平衡模塊，生產(chǎn)裝置的投入產(chǎn)出、儲罐收付存、進出廠點計量、庫存管理的統(tǒng)計計量模塊，罐監(jiān)控和ERP等系統(tǒng)集成端口進行升級。MES3.0X與實時數(shù)據(jù)庫、LIMS質量分析、ERP統(tǒng)計等系統(tǒng)進行無縫銜接，班組在進行日常操作時可以對實時數(shù)據(jù)庫、LIMS質量分析等數(shù)據(jù)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(tǒng)接口改造，使得系統(tǒng)運行更加便捷，速度提升。

(3)按照集團公司要求，重構系統(tǒng)權限體系，對物料模塊(原MES)、能源管理系統(tǒng)、操作管理系統(tǒng)權限架構按照集團公司要求進行統(tǒng)一；對主數(shù)據(jù)進行梳理并實現(xiàn)標準化，對物料、生產(chǎn)設施實行標準化貫標。MES3.0X在集團公司范圍內(nèi)實現(xiàn)了裝置命名、物料名稱、儀表計量的單位等的統(tǒng)一。

(4)MES3.0X增加了統(tǒng)計模型、投入產(chǎn)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(tǒng)抽取互供數(shù)據(jù)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(jù)生產(chǎn)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(jù)操作需求優(yōu)化為能源管理(新)、物料移動、生產(chǎn)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(shù)據(jù)庫自動抽取儀表計量數(shù)據(jù)進行匯總，判斷裝置投入產(chǎn)出側線的原始量是否與工藝參數(shù)及經(jīng)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(chǎn)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(shù)據(jù)庫、質量數(shù)據(jù)系統(tǒng)自動抽取數(shù)據(jù)進行匯總，確認無異常后封帳提交。

(3)抽取各生產(chǎn)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(shù)據(jù)與經(jīng)驗值是否相符。

3.2.2 生產(chǎn)平衡模塊

(1)在移動解析模塊中對各裝置提交的數(shù)據(jù)、倉儲數(shù)據(jù)、進出廠班量及互供班量數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(chǎn)調度對提交的數(shù)據(jù)進行生產(chǎn)平衡操作，運用物料移動模塊、生產(chǎn)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)修正，無異常后再上報統(tǒng)計。

(3)報表展示模塊：生產(chǎn)調度每天按規(guī)定時間將生產(chǎn)平衡后的各裝置生產(chǎn)數(shù)據(jù)，倉儲、進出廠及互供班量等數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)統(tǒng)計，為ERP系統(tǒng)提供有效數(shù)據(jù)支撐。

3.3 MES版本升級后存在的問題

(1)生產(chǎn)裝置的現(xiàn)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(xiàn)場儀表的自動數(shù)據(jù)采集大部分已經(jīng)實現(xiàn)，但是還有部分儀表沒有條件實施，不能完全確保實時數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的準確性。

(3)MES對于物料、產(chǎn)品的庫存和銷售，物料質量檢驗數(shù)據(jù)，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(tǒng)升級后可以依靠實時數(shù)據(jù)庫的自動數(shù)據(jù)采集抽取功能進行數(shù)據(jù)輸入，但是依舊有部分數(shù)據(jù)需要人工輸入；物料移動的移動關系建立及關閉的現(xiàn)狀沒有改變。

3.4 改進措施

(1)為確?；A采集數(shù)據(jù)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(xiàn)有的計量儀表，實現(xiàn)現(xiàn)場儀表自動采集數(shù)據(jù)；分散控制系統(tǒng)(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(shù)配置，降低取瞬時量(VAL)和手工錄數(shù)(VAR)儀表的比例，提高取累計量(DIFF)儀表的比例，提高MES儀表數(shù)據(jù)采集率，提升數(shù)據(jù)錄入效率和質量，減少人為因素對數(shù)據(jù)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(chǎn)品的產(chǎn)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(xiàn)，使得系統(tǒng)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)為“0”時，可以提醒操作工確認數(shù)據(jù)是否有錯誤或者是否應當關閉該物料的移動關系；對數(shù)據(jù)加上范圍報警功能，當數(shù)據(jù)超出正常范圍值時可以提醒操作工確認數(shù)據(jù)是否輸入錯誤，可以防止因數(shù)據(jù)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(chǎn)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(jù)自身的特色及需要提出新的業(yè)務要求，對出現(xiàn)的問題進行總結，保障該系統(tǒng)能夠長期安全穩(wěn)定運行，讓調度能夠及時獲得生產(chǎn)過程中的各種實時信息，提升生產(chǎn)指揮的功能，為企業(yè)的經(jīng)營決策提供科學依據(jù)。