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1、引言MES(ManufacturingExecutionSystem) 生产执行系统作为生产过程管理管理信息系统，始于上世纪 90 年代年，成立于 1992 年的 MESA 协会(Manufacturing Execution System Association International)为促进 MES 普及，经常发布关于 MES 白皮书、客户使用效果报告等，推动了 MES 应用快速发展。中国石化作为能源化工行业的大型国有企业，生产管理过程的信息系统建设是企业发展的重要手段之一，因此，中国石化的 MES 建设伴随着企业的发展应运而生。1 石化 MES 建设概述石油化工生产属于连续性生产流程
2、行业，自动化程度较高，DCS、PLC 系统已成为生产过程的主要控制手段。“十五”至“十一五”期间，石化行业大部分生产企业建立了以 ERP 为核心的企业信息管理系统，基本满足了企业经营管理的需要，但是，在以 DCS、PLC 为代表的过程控制层和以 ERP 为代表的经营管理层缺少有效的生产实时信息沟通，上层和下层之间缺乏生产信息的优化调度和协调机制，对于石化行业这样一个多投入、多产出的生产过程，装置的产出同时包含着各种不同的半成品或成品，其中半成品进入下一套装置又会产生各种不同的产品，同时还存在着物料回流的情况来说，企业生产的精细化管理难度非常大，而 MES 系统建设正是致力于解决这一生产过程信息
3、沟通难题的有效途径之一，建立一个快速反应生产控制、执行、管理过程的信息平台是保证产品产量和质量、减低成本、实现安全平稳生产的必要条件。为此，中国石化在信息化建设总体规划中明确提出了建设ERP/MES/PCS 三层结构为核心架构的信息化应用体系，将加强 MES 系统建设是作为企业信息化建设的重要一环，石化 MES 项目自启动以来，集中了国内石化行业 MES 技术方面最强的力量进行开发、研究和关键技术攻关，已在茂名、荆门、安庆、天津、九江、洛阳等多家分公司成功推广应用。2 石化 MES 系统架构石化 MES 系统总体架构以数据集成平台为核心，以物流跟踪为主线，集成罐区管理、公用工程、装置操作、进出
4、厂管理、化工辅料管理、仓储管理等关键业务。该体系设计过程中重点考虑了以下因素：（1）考虑了与 ERP、PCS 间数据集成关系，体现了 MES 应用在企业信息化管理中承上启下的重要作用。（2）体现了石化行业生产管理的特点，模块设计既相互关联，又相对独立，既保证了系统开发性，又通过数据数据集成平台实现计量、调度、统计等模块信息传递和共享。（3）参照炼化企业业务模型，建立核心生产数据模型，涵盖了企业生产管理的主要层面，实现了生产和管理等不同信息的集成功能。图 1 中国石化 MES 系统总体架构中国石化 MES 系统通过生产过程信息处理和支持系统提供的信息与知识，对生产统计、生产调度、装置运行、生产成
5、本等进行实时管理，强调实现生产过程优化运行、优化控制和优化管理等核心技术，以实现生产全过程的调度平衡、统计平衡来保证生产过程的优化管理，以实现生产过程的物流跟踪、加强罐区管理、进出厂管理、仓储管理、装置管理来保证生产过程的优化控制，以实现公用工程和化工辅料消耗管理来保证生产过程的优化运行。3 MES 主要功能、数据覆盖范围3.1 主要实现的功能（1）数据集成平台在数据集成平台上实现了基础数据维护、统一身份验证、企业核心业务模型、企业核心数据库。（2）生产执行在生产执行层面实现了操作管理、罐区管理、进出厂管理、仓储管理、装置操作、物料移动、储运报表等功能。（3）物料平衡在物料平衡层面实现了装置校
6、正（装置校正模型、装置数据校正）、调度平衡（移动数据检验、调度平衡计算、调度日报生成与呈现）、统计平衡（全厂统计模型、全厂统计平衡、统计报表生成与呈现）等功能。（4）能耗物耗在能耗物耗层面实现了公用工程管理、化工辅料管理等功能。（5）开发了接口 ERP、RTDB、LIMS 等接口。3.2 生产数据管理覆盖范围（1）数据覆盖范围数据覆盖了炼油化工企业所有装置的进料、出料；装置公用工程水、电、汽、风产耗；罐区(仓储)库存、罐区和装置收付动态；原料进厂（船运、铁路、汽运、管输）；产品出厂（船运、铁路、汽运、管输）；关联交易进出量（船运、铁路、汽运、管输）等方面。（2）数据管理频度以实时数据采集为主，
7、人工输入为辅，装置数据、罐区数据、仓储数据周期 8 小时，公用工程数据、化工辅料数据周期 24 小时，统计数据周期 24 小时。（3）数据管理粒度原油明细到品种，成品明细到牌号，半成品明细到装置组份，罐区明细到物理罐，物理罐物料明细到组份比例，组织机构细化到班组岗位，公用工程明细到每个工作中心和外供单位。（4）数据可靠性显著差异自动侦破报警，三道（班组、调度、统计）人工确认，层层保留修正痕迹，满足车间、调度、统计数据精度要求。4 石化 MES 系统主要特点4.1 系统集成、共享、协同（1）建立了生产管理核心数据库，统一工厂模型；集成 ERP、出厂计量系统、RTDB、LIMS 等系统；为企业生产
8、管理提供一致、唯一和共享的数据源；实现了计量、调度、统计、销售业务集成与业务协同；实现了炼化企业进出厂、罐区、仓储及装置关键业务集成与业务协同；实现与 ERP 及 PCS 的数据集成与业务集成。（2）跟踪物料、发现问题、提升管理通过建立物料移动关系及对生产过程物料移动解析，详细描述物流，实现物流（组分）跟踪；通过采用“21”物料平衡策略（调度平衡、统计平衡、装置校正）及移动误差侦破及超差报警技术，借助分析工具，及时发现物料平衡及生产管理问题，提升了生产管理水平。（3）建立了面向生产管理的信息化业务操作平台基于核心业务流程和业务场景建立了面向生产管理的信息化业务操作平台，开发了生产调度物流跟踪和
9、调度平衡工具、公用工程平衡管理工具、报表生成管理工具，实现了炼化企业进出厂、罐区、仓储管理和装置数据自动校正、生产统计自动和手动物料日平衡、化工辅料（三剂）管理。（4）生产管理信息可视化实现了物流信息、生产管理信息的可视化监控，使炼化企业的生产过程一目了然，见图二。4.2 开放性体系结构中国石化 MES 系统功能扩展容易，与第三方系统集成方便和灵活，开放式的数据结构为其它信息系统提供方便灵活接口。5 应用效果目前 MES 系统已在多家炼油、化工企业应用，几年来的使用效果表明，MES 系统大大提升了企业的生产精细化管理水平，对炼化企业降低装置加工损失、提高综合商品率、节能降耗等发挥了积极作用，同
10、时 MES 系统在企业信息化应用过程中起到了承上启下的作用，架起了生产活动与管理活动信息沟通的桥梁，促进了企业信息化建设的深入发展。MES 系统的应用取得良好的经济效益和社会效益，主要效果表现在以下几个方面：图 2 生产信息可视化（1）建立了统一的生产管理业务平台通过炼化企业 MES 系统的成功应用，建立了一个覆盖生产车间装置管理、物料移动、罐区管理、进出厂管理、公用工程管理、生产调度、计划统计等在内的统一的生产管理业务平台，相关生产部门都在 MES 系统上进行业务处理，实现了数据和应用的集成，为生产管理部门提供了一个强大的业务处理工具，通过 MES 系统集成平台的建设，实现了生产数据的集成，
11、可以为生产管理业务部门的各种专业业务应用提供数据支撑。系统丰富的信息展示手段也为各个管理层提供了直观的数据查询和分析途径。（2）跟踪物流，发现问题，实现生产管理从经验到定量的转变生产调度等生产管理部门通过可视化物流跟踪及数据追溯功能和分析工具，及时掌握整个生产过程，跟踪生产作业计划的执行情况，协调生产装置之间、罐区之间、装置与罐区之间生产关系，通过厂内物流跟踪和移动超差报警，及时发现操作中存在的问题，合理安排物流，保障企业安全平稳生产，帮助生产调度指挥人员发现生产瓶颈，实现了流程企业生产管理从经验型的定性分析到定量分析的转变。（3）通过系统的平衡策略，实现了统计日平衡炼化企业的物料平衡是生产管
12、理的难点之一，石化 MES 系统的“21”物料平衡策略使得以前难以实现的统计日平衡，能在 2-3 个小时就可以完成，也结束了企业多年来手工平衡的历史，极大地节省了统计平衡时间，同时提高了统计平衡结果的准确性和完整性，这对生产状况的分析具有重要意义。在实现日平衡的基础上，通过 ERP 支撑模块进行业务处理，为 ERP 等经营管理提供所需要的数据，实现了 MES 系统与 ERP 系统应用的“日平衡、旬确认、月结算”目标。（4）借助信息系统集成应用，提升了企业管理水平通过实现 MES 系统与进出厂计量系统、ERP 系统的集成，极大地提高了各部门的工作效率。如中石化九江分公司目前出厂产品数据管理形成了从产品出厂 ERP 订单、发货单计量系统计量单MES 系统统计接口程序ERP 模块的完整流程；原料进厂数据形成了从计量仪表数采计量系统计量单MES 系统统计接口程序ERP 模块的完整流程，原料和产品进出厂的单据均实现了信息化处理、线上操作，各种票据规范、完整，也堵塞了管理漏洞。
