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MES系统在炼化企业中的应用

MES系统在炼化企业中的应用 2011： 20世纪90年代初，美国制造执行系统协会（MESA）提出“制造过程的间隙”的理论，成为制造执行系统（MES）发展的理论旗帜。炼化企业作为典型的流程工业企业，随着原油价格的不断攀高及国内外企业竞争加剧，对于提升生产增效空间、加强精细化管理水平有着越来越迫切的用户需求，在此背景下，MES系统在国内外炼化企业的开发和实施工作也发展迅速。对于MES系统的定义，国内外有着不同的观念，其中：美国先进制造研究机构AMR将MES系统定义为“位于上层计划管理系统与底层工业控制之间的、面向车间层的管理信息系统，MES系统为操作及管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源的当前状态信息；而国际制造执行系统协会MESA将MES定位在车间现场除了企业资源规划（ERP），CAD/CAM和工业控制之外的所有功能的集合。特别关注生产作业，是现场级与作业相关数据的总协调。应该说，MES系统的概念随着信息技术的发展、用户需求的理解及实施效果的反馈而不断得到更新，从目前流程工业MES系统的产品及应用现状来看，MES系统在制造企业的应用主要担当了两个方面的重要作用：一是数据双向通道的作用。即通过MES系统的实施，可以有效弥补企业过程控制系统（PCS）层及ERP层之间的数据间隙，由下至上，通过对底层PCS层数据的搜集、存储及校正，建立过程控制数据层次上的数字化工厂，结合生产调度层次上的调度事件信息数据等，为上层ERP计划管理层提供准确统一的生产数据；由上至下，通过对实时生产数据的总结，上层ERP层可以根据未来订单及现阶段生产状况调整生产计划，下发MES层进行计划的分解及产生调度指令，有效指导企业生产活动。因此，MES系统在数据层面上，起到了沟通PCS层和ERP层的桥梁作用，并保证了生产数据、调度事件等信息的一致性及准确性。另一方面，生产活动的复杂性产生了很多实际的用户需求，为了满足这些用户需求，MES系统也可以视为一个功能模块的集合。美国MESA将MES系统分为11个功能模型，分别是：资源配置与状态、操作/详细调度、派遣生产单元、文档控制、数据收集/获取、劳工管理、质量管理、过程管理、维护管理、产品跟踪生产单元和性能分析，这些功能模型之间由数据流相互联系，作为一个有机整体覆盖企业生产层面上的绝大多数用户需求。值得注意的是，不同行业的生产活动差异很大，对MES系统功能的要求及着重点也是完全不同的，另外，每个MES系统开发厂商对于功能模型的理解也存在差异，造成MES系统产品功能模型上存在一些差别。美、日、欧等工业发达国家非常重视MES技术的研究及系统开发，并已经形成MES软件行业，MES软件市场在近期的年增长率保持在35%~40%幅度。据AMR调查，通过实施MES系统，对企业计划落实，实现操作过程自动化非常有利，估计能减少45%的制造周期时间，减少75%的数据录入时间，减少18%的产品缺陷，减少61%的为交班而准备的纸面工作。随着MES概念的提出及技术的发展，各相关国际组织都开始意识到了要对MES进行更加明确的定义。MESA协会第一个、ISA随后都相继开发了相关的模型对MES加以描述，并试图通过模型使其标准化。其中，ISA-SP95 是仪器仪表、系统和自动化学会（ISA）定义的有关企业和制造业集成标准，作为详细阐述MES功能的国际标准，它明确指定了企业MES系统的接口和功能组成。ISA-SP95委员会由最终用户、厂商和其他人员 （集成商, 学术界等） 共同平等地构成，该委员会每年召开4~5次为期2~3天的会议，商讨关于标准发展的主要方法。目前，这个标准由ANSI（美国国家标准化组织）/ISA 共同制定和发布，分为了几个部分，其中第1、第2和第3部分在通过了 IEC/ISO的评估后成为IEC/ISO 62264。炼化企业MES系统简介MES系统面向生产现场而产生，与车间生产状况息息相关，因此存在很强的行业相关性。由于每个行业的生产特点和流通序列不同，还有其特定的业务流程，造成不同的行业对MES的要求和着重点是完全不同的。基于生产制造的行业特性，MES系统大体可以分为离散制造业、流程工业和批处理生产过程三种。炼化企业是典型的流程工业企业，具有生产过程连续化、生产批量大、工艺规程相对固定和物料流向复杂等特点，随着原油价格的不断攀高及国内外企业竞争加剧，炼化企业对于提升生产增效空间、加强精细化管理水平有着越来越迫切的用户需求，在这个背景下，近几年MES系统在国内外炼化企业的开发和实施工作发展迅速。以国外炼化企业为例，1、美国ExxonMobil公司在埃克森和美孚公司合并后，统一实施了POIS-2的第二代MES系统项目，这个项目分为三个阶段：阶段一为通用基础设施改造，包括升级DCS和LAN、架设标准化桌面系统、安装Honeywell实时数据平台Uniformance和实验室信息管理系统LIMS等；阶段二为生产统计管理应用，包括实现生产统计，罐组份跟踪等；阶段三为操作管理应用，包括实现操作监视、装置平衡、能量平衡、物料移动、调合管理等。2、巴西国家石油公司PetroBras公司是一个拥有11家炼油厂和2家化肥厂的大型炼化企业。其MES方案包括：计划和排产系统；实时数据库应用系统，负责收集生产装置、罐区、设备的数据，以及产品的质量数据；实现物料平衡，数据调整以及生产报表的生成；实现企业级的信息收集和汇总。国内炼化企业从1999年开始，逐步意识到MES系统的开发及实施工作对于工厂信息化建设的重要性，这个过程主要分为两个阶段。第一个阶段，炼化企业主要依据实际生产应用需求，在工厂开发实施一些独立非系统化的MES模块，例如锦州石化物料平衡系统、茂名石化的数据整合与物料平衡系统及镇海炼化的物料平衡与数据校正系统等；第二个阶段，炼化企业开始注重MES的系统及完整性，在PCS系统上架设统一的工厂实时/关系数据平台，向上连接ERP系统，形成完整的企业综合自动化系统三层结构；炼化企业在生产活动方面的用户需求通过功能模块的架构及实施得到解决。在这个阶段，以中石油和中石化两大大型国有企业的下属炼化厂作为主要代表。中石油是国内较早进行MES系统规划实施的公司之一，2000年11月，中石油完成了《中国石油信息技术总体规划》，并将未来5年中石油要实施的IT项目分为7条主线，共34个工作包。

图1 中石油MES系统功能架构图

图2 中石化MES系统功能架构图

2002年7月，中石油组织对《信息技术总体规划》中的下游项目-B1：炼油与化工运行系统（简称MES）项目进行可行性研究和试点设计。在可行性研究的基础上，2004年5月，中石油MES项目正式在全公司范围内启动。为降低系统建设风险，尽快取得经验，充分做好推广准备，中石油采取了“总体规划、分步实施”、“先试点、后推广”的总体实施策略。2004年8月，中石油MES系统试点实施启动，经过了15个月的试点实施，已于2005年12月17日上线正式投入运行。试点实施成功上线之后，根据项目实施计划下一步安排，又在锦州石化、锦西石化、大庆石化、大庆炼化4家炼化企业进行一期项目推广工作，并于2007年3月30日4家同时成功上线。从2006年10月开始，项目先后在兰州石化、哈尔滨石化、乌鲁木齐石化和独山子石化开展二期推广工作，并于2007年4月开始在吉林、抚顺、辽阳进行二期推广。目前，中石油MES系统二期推广工作接近尾声，三期工作预计于2008年6月开始在中石油国内14家炼化企业开展。2004年4月中石化总部在国家科技部的支持下决定启动中石化生产执行系统的建设工作，先后进行了“石化企业（炼油）MES开发及试点”和“石化企业MES系统提升及推广”的建设。中石化MES系统项目以自主开发为主，采用集中开发→试点实施→集中开发的迭代开发实施策略。2004年9月，该项目研究开发出SMES V1.0版本，并从2004年10月开始在中石化荆门分公司、安庆分公司和茂名分公司三家试点企业进行实施，目前系统已正式上线。2005年9月，SMES V2.0版本筹划开发，经过茂名分公司、天津分公司、洛阳分公司、石家庄炼油及化纤分公司、巴陵分公司和九江分公司等六个企业的试点实施，于2006年初正式完成SMES V2.0版本的开发。SMES V3.0从2007年年中组织框架设计与开发，目前已通过验收测试，准备在中石化下属4~5个分公司进行试点实施。

图3 中控MES系统功能架构图

MES系统及厂商介绍国外炼化企业MES系统软件厂商起步较早，如Honeywell，Aspen等都有自己MES软件产品，Honeywell的Business FLEX@PKSTM生产执行系统软件套件作为Honeywell高技术解决方案的重要组成部分，能够帮助企业实现实时协调，增加管理的透明度，并持续不断地提高企业生产的灵活性和效益。它包括5个主要应用套件共30多个应用模块，分别为：先进计划及调度优化、操作管理、油品调和及储运自动化、生产管理和价值链管理。AspenTech公司也将生产执行系统MES作为AspenONE企业卓越运营管理解决方案的一部分推出，它提供了一套完整的软件来实现对生产系统的管理，主要包括对实时数据库系统、生产计划及调度系统、生产管理系统和公用工程的管理等，并针对炼油、乙烯工业提供了特定的MES解决方案。另外，EMERSON及SIEMENS等公司也有自行开发的MES建模技术、解决方案及软件产品。国内炼化企业MES系统厂商虽然起步较晚，但随着MES软件产品需求的旺盛，对国外同类软件产品实施经验的积累等，国内炼化企业MES系统开发及实施厂商的发展非常迅速，由于国内炼化企业有着自己独特的生产业务流程及相关用户需求，与国外软件产品相比，国内厂商有着自己强大的本土优势。以国内浙江中控软件技术有限公司（以下简称：中控软件）为例，1999年，中控软件负责实施了镇海炼化物料平衡与数据校正系统，2002年负责开发实施了锦州石化的物料平衡项目，2003年负责实施了茂名石化数据整合与物料平衡系统。从2004年开始，中控软件同时参与中石油和中石化的MES系统开发和实施工作，在其中担任非常重要的设计、开发及实施角色。作为国内领先的MES供应商，中控软件在2003年就推出了MES-Suite流程工业MES解决方案，除中石化和中石油以外，已在各个行业得到广泛应用，典型用户包括天脊煤化工集团有限公司、宜宾天原股份有限公司、山东海化股份有限公司、江山化工股份有限公司、湖南泰格林纸集团有限责任公司、广西柳州钢铁（集团）公司等，为企业带来了显著的经济效益。另外，国内的石化盈科、宝信软件、和利时等公司也在近几年纷纷推出自己的MES产品及解决方案。结语有理由相信，随着新技术的发展、企业综合自动化理念的深入，中国炼化企业的MES系统将在今后几年得到迅速推广和发展，让我们共同期待中国炼化企业信息化更好的明天！(end)

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