目前，大部分石化企業(yè)實(shí)現(xiàn)了以ERP為代表的企業(yè)信息管理系統(tǒng)，以及以DCS，PLC和SCADA為代表的過(guò)程控制系統(tǒng)，盡管這兩類系統(tǒng)推廣取得了較大成果，但其應(yīng)用效益還沒(méi)有充分發(fā)渾，其主要原因是企業(yè)在信息化過(guò)程中忽略了兩者之間的有效配合，導(dǎo)致企業(yè)上層計(jì)劃缺乏優(yōu)化的調(diào)變和協(xié)調(diào)，企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理層和過(guò)程控制執(zhí)行層之間雙向信息交流交互割斷，產(chǎn)生“斷層”，無(wú)法對(duì)企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的主體——生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行有效的管理，從而導(dǎo)致管理信息系統(tǒng)的應(yīng)用效果不夠理想，甚至失敗。MES就是為了解決這一問(wèn)題而發(fā)展起來(lái)的，MES是面向執(zhí)行的工廠層信息系統(tǒng)，MES作為生產(chǎn)與計(jì)劃之間的信息紐帶，為ERP系統(tǒng)和限制系統(tǒng)提供關(guān)鍵鏈接，將兩者的信息有效連接起來(lái)，使整個(gè)企業(yè)有了一個(gè)自上而下無(wú)縫鏈接的信息平臺(tái)，自動(dòng)執(zhí)行計(jì)劃層制定的生產(chǎn)計(jì)劃，從收集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中提取ERP系統(tǒng)所需的正確信息，使企業(yè)中需要相互聯(lián)系的各信息系統(tǒng)和以產(chǎn)品生產(chǎn)為紐帶的各部門緊密聯(lián)系、協(xié)作，使企業(yè)獲得最大的效益，從而解決了生產(chǎn)與計(jì)劃之間的“斷層”問(wèn)題。

2 MES的功能

    圖1為MES與其他系統(tǒng)的關(guān)系，企業(yè)信息化層次結(jié)構(gòu)中各級(jí)系統(tǒng)的地位可以看出，MES起著承上啟下的樞紐作用。它接受上級(jí)發(fā)布的生產(chǎn)計(jì)劃，依據(jù)從車間獲取的實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)管理調(diào)度一級(jí)的管理人員提供大量豐富的生產(chǎn)調(diào)度信息。管理人員掌握了這些信息后，對(duì)車間生產(chǎn)層可下達(dá)切實(shí)可行的生產(chǎn)指令，對(duì)企業(yè)決策層可以匯報(bào)真實(shí)有據(jù)的生產(chǎn)情況。在這一信息流動(dòng)過(guò)程中，涉及了企業(yè)的整個(gè)業(yè)務(wù)流程：計(jì)劃任務(wù)、物料流動(dòng)、庫(kù)存跟蹤、數(shù)據(jù)采集、質(zhì)量控制、能源管理、設(shè)備管理等各個(gè)方面。

圖1 MES與其他系統(tǒng)的關(guān)系

3 大型石化企業(yè)MES的技術(shù)架構(gòu)

    大型石化企業(yè)MES系統(tǒng)總體架構(gòu)，如圖2所示。

圖2 大型石化企業(yè)MES系統(tǒng)總體架構(gòu)

    根據(jù)大型石化企業(yè)的特點(diǎn)，可以將MES的業(yè)務(wù)領(lǐng)域分解為四個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域，即生產(chǎn)計(jì)劃與排產(chǎn)、生產(chǎn)運(yùn)行管理、生產(chǎn)執(zhí)行和生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)，這些業(yè)務(wù)領(lǐng)域是一個(gè)工廠管理的核心。工廠維護(hù)，物料管理，質(zhì)量管理，銷售與分銷，工程項(xiàng)目管理，健康、安全與環(huán)保管理，財(cái)務(wù)管理，人事管理等業(yè)務(wù)領(lǐng)域雖然不屬于MES直接覆蓋的領(lǐng)域，但MES需要與這些業(yè)務(wù)領(lǐng)域交換信息。

  大型石化企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)行和管理，需要一系列應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)支持：生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)是支持工廠管理的核心系統(tǒng)；集散控制系統(tǒng)、先進(jìn)過(guò)程控制系統(tǒng)、實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)等是生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)最直接的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來(lái)源；是支持生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)的最主要的兩個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，它們?yōu)樯a(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)提供有關(guān)工廠維護(hù)，物料管理，質(zhì)量管理，銷售與分銷管理，健康、安全與環(huán)保，以及財(cái)務(wù)管理和人事管理的相關(guān)信息，生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)的信息又會(huì)進(jìn)一步反饋到這些系統(tǒng)中去；一些工程項(xiàng)目管理和工藝管理的業(yè)務(wù)領(lǐng)域由工程類應(yīng)用系統(tǒng)或企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)的部分模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)；工廠的一些基礎(chǔ)信息，如裝置流程圖等，由工廠基本信息系統(tǒng)來(lái)管理和維護(hù)。

    主流的大型石化企業(yè)MES系統(tǒng)包括以下模塊：生產(chǎn)計(jì)劃與排產(chǎn)、運(yùn)行管理、物料移動(dòng)管理、物料平衡、收率計(jì)算、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用、實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)、生產(chǎn)運(yùn)行信息平臺(tái)。

4 系統(tǒng)部署

    4.1 系統(tǒng)部署的原則

    系統(tǒng)部署要遵循統(tǒng)一性、先進(jìn)性、實(shí)用性、可操作性、靈活性、適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性等原則，嚴(yán)格按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范執(zhí)行。

    4.2 系統(tǒng)部署方式

    從專業(yè)系統(tǒng)實(shí)施、開發(fā)和維護(hù)的角度考慮，MES系統(tǒng)部署應(yīng)需要開發(fā)、測(cè)試、生產(chǎn)等3套硬件環(huán)境。其中，開發(fā)環(huán)境主要用于初始開發(fā)及今后的升級(jí)維護(hù)；測(cè)試環(huán)境主要提供給開發(fā)者一個(gè)測(cè)試平臺(tái)；生產(chǎn)環(huán)境則是系統(tǒng)實(shí)際的工作環(huán)境。由于各公司的生產(chǎn)管理模式不同，硬件部署也分為集中式和分布式兩種模式。下面以生產(chǎn)環(huán)境為例說(shuō)明兩種系統(tǒng)部署方式。

    4.2.1 集中式系統(tǒng)部署

    所有服務(wù)器部署在公司層面，車間不設(shè)置專門的服務(wù)器。在公司層面部署Web服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、服務(wù)器，以及磁盤陣列和磁帶庫(kù)等硬件設(shè)備。所有的服務(wù)器通過(guò)100／1 000 M以太網(wǎng)鏈路與局域網(wǎng)相連，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)(Oracle)服務(wù)器、實(shí)驗(yàn)室信息應(yīng)用(LIMS)服務(wù)器和域及備份服務(wù)器通過(guò)SAN鏈路與光纖交換機(jī)相連，構(gòu)成了SAN存儲(chǔ)環(huán)境。備份服務(wù)器通過(guò)備份軟件對(duì)光纖磁帶庫(kù)進(jìn)行備份管理，可以做到在線實(shí)時(shí)備份相關(guān)重要數(shù)據(jù)。

    4.2.2 分布式系統(tǒng)部署

    該管理模式的系統(tǒng)部署比較復(fù)雜，在公司層面部署Web服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、服務(wù)器，以及磁盤陣列和磁帶庫(kù)等硬件設(shè)備。考慮到數(shù)據(jù)安全性，在公司層面構(gòu)建SAN存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。在各分廠層面部署Web服務(wù)器、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、服務(wù)器等硬件設(shè)備。但是如果公司下屬工廠數(shù)量比較多，或者工廠的規(guī)模比較大時(shí)，考慮到系統(tǒng)的性能問(wèn)題，則需要在工廠一級(jí)的層面上追加部署相關(guān)應(yīng)用服務(wù)器。

5 應(yīng)用方案

    下面具體介紹國(guó)內(nèi)某新建石化項(xiàng)目中MES系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

    該項(xiàng)目為新建大型氣田，包括天然氣的集輸、凈化、外輸以及下游化工企業(yè)。MES系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的磁盤陣列、Web服務(wù)器、工程師站、操作員站以及配套的大屏幕顯示系統(tǒng)等設(shè)備組成。具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    該MES系統(tǒng)采用的是集中部署方式，它與地面集輸控制系統(tǒng)、外輸控制系統(tǒng)、凈化廠控制系統(tǒng)以及公用工程控制系統(tǒng)之間采用以太網(wǎng)(TCP／IP)連接，并通過(guò)OPC接口實(shí)現(xiàn)通訊。凈化廠控制系統(tǒng)、地面集輸控制系統(tǒng)、外輸控制系統(tǒng)以及公用工程控制系統(tǒng)分別設(shè)OPC Sever，OPC Sever應(yīng)符合規(guī)范：DA2．05，HDAl．10，A&E1．10。MES系統(tǒng)作為OPC Client分別從凈化廠控制系統(tǒng)、地面集輸控制系統(tǒng)、外輸首站控制系統(tǒng)以及公用工程控制系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)并對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、管理、對(duì)外發(fā)布。該系統(tǒng)的主要功能如下：

    a)實(shí)現(xiàn)對(duì)該氣田的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的數(shù)字化管理，可以為凈化廠、集輸站場(chǎng)等生產(chǎn)部門的運(yùn)營(yíng)提供一個(gè)集監(jiān)視、管理一體化的綜合平臺(tái)。

    b)實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣生產(chǎn)、安全數(shù)據(jù)的信息數(shù)字化管理，結(jié)合DCS，SCADA控制系統(tǒng)和SIS安全儀表系統(tǒng)的豐富信息，預(yù)防非計(jì)劃停工和安全事故發(fā)生。

  c)通過(guò)儀表設(shè)備管理、工藝設(shè)備管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)，建立和編制科學(xué)維修計(jì)劃，當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)達(dá)到警戒線時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，盡可能地降低生產(chǎn)停工和事故發(fā)生率。

    d)利用DCs，SCADA和SIS系統(tǒng)的在線數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)該氣田的全自動(dòng)監(jiān)控。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)集成技術(shù)將控制系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、遠(yuǎn)程終端裝置RTU，PLC或其他輸入／輸出設(shè)備的數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)氣田的數(shù)字化管理，保證了系統(tǒng)的安全運(yùn)作和優(yōu)化生產(chǎn)控制。

    e)采用文件傳輸、存儲(chǔ)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將設(shè)計(jì)圖紙、施工數(shù)據(jù)、人員資料、管理文檔等全部實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理，通過(guò)局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)傳送到數(shù)據(jù)庫(kù)中，將各個(gè)專業(yè)各個(gè)單位不同數(shù)據(jù)融為一個(gè)整體，有效地消除“信息孤島”，實(shí)現(xiàn)信息的共享和協(xié)同工作。

    f)其他高級(jí)管理功能包括：數(shù)據(jù)校正與物料平衡、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)、設(shè)備管理、生產(chǎn)管理、品質(zhì)管理、生產(chǎn)計(jì)劃與排產(chǎn)。

6 大型石化企業(yè)MES的發(fā)展趨勢(shì)

    隨著信息技術(shù)和企業(yè)管理思想的進(jìn)一步發(fā)展，MES技術(shù)也將會(huì)得到不斷提升。從目前的發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化問(wèn)題是中國(guó)MES研究中的弱項(xiàng)之一。另外，目前的MES在生產(chǎn)過(guò)程管理方面僅僅為生產(chǎn)管理人員提供了一個(gè)操作平臺(tái)，生產(chǎn)操作決策人員仍然要憑借個(gè)人經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行操作決策，如何將優(yōu)秀生產(chǎn)管理者的經(jīng)驗(yàn)固化在MES系統(tǒng)中，目前還沒(méi)有涉及。面向未來(lái)，今后石化行業(yè)MES的發(fā)展將主要體現(xiàn)在以下幾方面。

    a)功能完善的可視化建模。MES是以生產(chǎn)過(guò)程模型為核心的。在每個(gè)企業(yè)實(shí)施MES時(shí)都需要對(duì)其生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行建模。直觀而豐富的建模手段能夠有效地簡(jiǎn)化建模過(guò)程，縮短MES實(shí)施周期，降低MES實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)，提高M(jìn)ES實(shí)施的成功率。

    b)實(shí)時(shí)操作智能與可視化。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的應(yīng)用使得MES實(shí)現(xiàn)了從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)直接采集數(shù)據(jù)，進(jìn)而提高了數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量和效率；此外，通過(guò)將各類生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)集成和整合，形成面向生產(chǎn)管理的企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)，為企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理優(yōu)化提高了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。另一方面，隨著數(shù)據(jù)的逐年積累，大量的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)為我們尋找產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的內(nèi)在規(guī)律提供了可能。人們將能夠?qū)Υ罅繗v史數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程內(nèi)在規(guī)律或知識(shí)，并以直觀的形式展現(xiàn)給決策者，進(jìn)而制定科學(xué)正確的決策方案，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理及操作的在線優(yōu)化。

    c)MES集成與信息展示平臺(tái)。MES的核心是生生產(chǎn)過(guò)程集成優(yōu)化與可視化。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了企業(yè)范圍內(nèi)各種不同廠家、各種不同設(shè)備的控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)集成，提供了企業(yè)范圍生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)狀的快照，為生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)集成提供了數(shù)據(jù)與事件管理基礎(chǔ)?；趯?shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的MES集成平臺(tái)將實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程數(shù)據(jù)與管理信息的有機(jī)整合，為生產(chǎn)過(guò)程的集成優(yōu)化提供有效的工作平臺(tái)。另一方面，由于石化企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程復(fù)雜，完全自動(dòng)化不可能，需要專業(yè)人員的操控。然而，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程數(shù)據(jù)量大，如何將這些數(shù)據(jù)中隱含的有用信息提取出來(lái)，并以有效的方式展現(xiàn)給專業(yè)人員也是我們需要考慮的問(wèn)題。

    d)不斷擴(kuò)展的應(yīng)用深度和廣度。一方面，多數(shù)已實(shí)施MES系統(tǒng)的企業(yè)只實(shí)施了MES的主要模塊，如罐區(qū)管理、裝置生產(chǎn)管理、進(jìn)出廠管理、油品移動(dòng)管理和物料平衡管理應(yīng)用較多，計(jì)劃優(yōu)化、調(diào)度優(yōu)化及裝置成本管理應(yīng)用較少，石化MES還有較大的應(yīng)用深度；另一方面，認(rèn)識(shí)到MES重要性的企業(yè)越來(lái)越多，需要實(shí)施MES系統(tǒng)的石化企業(yè)將逐年增加，MES應(yīng)用的廣度也將不斷擴(kuò)展。

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