炼油厂MES系统的应用

    MES系统是20世纪90年代由美国先进制造研究机构提出并使用的一种新型的企业生产管理系统。MES国际联合会对MES系统的定义是：MES系统能通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。MES系统是一个常驻工厂层的信息系统，介于企业领导层的计划系统与主生产过程的直接工业控制系统之间，它以当前视角向操作人员、管理人员提供生产过程中全部资源的数据和信息，是连接生产与计划的信息纽带。

    随着中国炼化企业基础自动化建设与改造基本完成，在连续化的过程生产企业，信息化技术逐渐与企业生产过程融合，并发挥着越来越重要的作用。但是。由于炼化企业生产过程中的大量不确定性，使管理计划常常和生产实际相脱节，导致管理信息系统的应用效果不够理想，MES系统的发展和应用有效解决了这一问题。企业资源规划系统(ERP)作为业务管理系统，过程控制系统(PCS)进行过程控制，而MES系统则作为生产执行系统，为ERP和PCS提供关键联接，将两者的信息有效连接起来，建立无缝对接的信息平台。

    在产品从指令下达到成品产出的整个过程中，MES系统扮演生产活动的“信息传递者”角色，可以自动传达生产指令，及时收集、上传和处理生产现场的信息，从收集的实时数据中提取ERP所需的正确信息，联接现场层和经营层。在这一信息流动过程中，涉及了企业计划任务、物料流动、库存跟踪、数据采集、质量控制、能源管理等各个业务流程，为企业的管理者和生产者提供生产过程中全部资源的数据和信息，解决了企业生产与计划之间的“断层”问题，达到了以最优化生产过程获取最大效益的目的。

    一、MES系统在炼油厂的应用情况

    炼油厂应用MES系统旨在通过对生产过程数据进行采集、整合和充分利用，以最经济的方式，实现炼化企业生产过程和业务流程的优化，指导企业合理配置资源、找出潜在的效益增长点或制约因素，及时调整生产运行计划，使炼化生产处于最佳化运转状态。

    1）MES系统的结构框架

    炼油厂MES系统主要应用于各生产装置和罐区，由PHD／App、OM、PB、LIMS等几个模块构成，主要包括实时数据库应用、物料信息查询、运行管理、装置用户应用、罐区用户应用、生产调度报表等几个主要功能，具体功能结构框架见图1。MES各基础子系统的实施，保证了生产数据的实时性和准确性传递；与实验室信息管理系统的结合，实现了生产过程各种数据的集成管理；相关业务报表的自动生成，为各级管理者提供了直观的生产综合信息，为生产操作的宏观监控和生产过程的精细化管理创造了条件。

    2）PHD／APP模块

    PHD是实时数据库的简称，用于存储和管理实时生产过程数据，以及长期的历史生产数据，是其它模块的数据基础。通过实时数据库软件对各种来源、各种类型的数据进行合理组织，将全部的实时及相关应用数据集成在一个统一的平台，以标准化的数据结构存储于实时数据库中，既保证了数据的完整性、一致性，又方便数据查询和应用。    PHD／APP是基于实时数据的一组附加的面向生产执行层面用户的应用模块，是实时数据的一个上层应用，为工厂各生产管理部门提供统一的业务处理平台，对生产操作进行监控，分析生产条件，对事件进行预警和处理。生产装置DCS控制系统的广泛普及，实现了实时数据采集的准确可靠，为MES系统的正常运行提供了充分保障。PHD／APP以流程图、趋势图的形式将各装置的现场操作数据展示给各级管理人员，并根据系统设置自动进行数据更新。通过各装置流程图，可以直观地掌握流量、压力、温度、液位等控制参数的执行情况；通过参数的历史趋势图，可以同时查看一个或多个指定工艺参数的历史数据，对比参数执行、分析现场操作。不同级别的管理人员可以在同一时间，获取全部蕈要工艺参数、操作平稳率数据，实现实时监控生产过程。

    同时，PHD／APP具有自动生成基于装置生产操作实际的统计报表功能。通过合理配置考核参数，实现了对每一个考核参数在考核期内执行情况的自动统计，完成岗位、班组、装置、工厂四级平稳率统计；对于平稳率低于100％的指标，显示每一次偏差的数值和具体原因，统计结果真实、可靠，便于日常考核管理。自动采集生成岗位记录，通过选取设定，可以自动记录DCS上所有操作数据，避免了手工记录数据少、笔误、频次低的问题，使岗位记录的内容更加全面准确，为进行操作分析积累原始数据。这些报表，一方面，可以直观的反应装置生产情况，为上层管理者宏观掌握装置运行提供准确信息；另一方面，使各级管理者对装置生产考核更加准确和客观，促进工厂精细化管理水平的提高。

    3）OM模块

    OM是运行管理模块，按照生产计划，对生产运行的整个过程进行管理和监控，包括操作指导、操作监控和操作日志管理三项功能。

    在炼化生产过程中，工艺指标的受控是实现装置安全平稳生产的关键，OM的操作监控功能，通过班长和运行工程师实时录入工艺指标的偏差原因，监控装置的平稳运行；当生产方案切换或者工艺指标变更时，通过操作指令的创建、审批和传递，由班组执行；通过趋势图查看监控点在一个班次时间内的趋势走向，直观方便。

    OM按照事先提供的装置工艺卡片指标要求，对工艺条件执行自动判断，并及时提示超标现象、自动累计偏差时间，使工艺条件始终处于受控管理状态，提供了重要控制参数的监控记录趋势图，为装置操作分析积累了原始资料。OM还实现了操作员交接班日志的电子化，方便查询和调用，其应用，极大方便了公司、工厂、车间各级管理人员实时监控装置的平稳生产情况和生产计划执行，规范并固化了操作管理。

    4）PB模块

    PB(物料平衡)提供了装置的物料质量综合信息查询平台，根据全厂日物料平衡信息可及时进行盈亏分析，并为ERP实施打下基础。PB建立了统一的物流信息平台，通过信息采集和修正，进行收率计算，显示工厂各生产单元的物料平衡数据，为改进生产流程和工艺参数提供依据。

    PB使生产数据的覆盖范围更广、数据频度更高、数据粒度更细、数据准确性更高。通过统一规范各种数据的取时，保证了物料平衡数据的基准一致，更符合实际，利用内置的计算公式生成报表，避免了人为计算产生的错误。从这些质量数据，可以直观了解当日各储罐的物料名称、罐存、收付油方向等信息，了解装置各产品质量、收率等信息。PB及时反映了工厂生产过程的物流信息及各阶段的产品产量等生产现状，从而可快速组织和调整生产，并使建立于物料平衡基础上的生产排产和计划下达的准确性大大提高，实现计划、生产、经营过程的整体优化，降低生产成本，提高企业的经济效益。

    5）LIMS系统

    LIMS是实验室信息管理系统的简称，主要是对实验室的质量检验信息进行管理，并为生产执行及时提供质检报告。

    LIMS系统，规范了分析检测工作流程，提高了分析数据采集自动化水平和可靠性，提高了实验室管理水平。原料、馏出口产品、成品等的质量分析数据是正确指导装置生产操作和优化调整的关键，LIMS实现了分析检验任务网上调度，实行分析过程的操作员、组长、技术员、主任逐级审批管理；自动采集化验仪器数据、快速发布，分析数据准确，通过PHD与装置相连，达到信息共享；分析报告自动生成，并与产品的质量指标对比，可以第一时间发现不合格品，进行操作调整；记录采样分析过程，实现对操作人员、检验设备、消耗品库存管理和资源的分配和跟踪。

    在LIMS的使用界面，可以及时直观的了解生产所需的全部分析数据，包括日报浏览、成品台帐、临时加样报表、成品不合格台帐、原料台帐等信息，方便了各级管理人员对不同分析数据的管理需求，实现了分析检验工作与生产组织管理的良好融合。

    二、炼油厂MES系统应用案例

    大连石化MES系统的成功上线，在公司企业信息化建设史上具有里程碑意义。MES系统通过企业生产管理过程基础分析，从生产执行系统角度提出了实时数据库及应用、运行管理系统（OM系统）、LIMS接口、物料移动和物料平衡系统配置、装置质量计算和罐区质量计算，物料移动信息维护、物料路由开关设置、测试及培训等系统化解决方案，有效解决了企业信息化建设多年来长期存在的“信息孤岛”、“应用孤岛”、“资源孤岛”的顽疾，提高了企业信息资产使用价值，促进信息技术与生产实际的有效结合，是公司信息 技术高端应用的一次成功实践。

    1）信息资源从分散化向集成化应用的转变

    以往的企业信息化实践由于过多地关注以岗位职责为核心的应用开发，各种管理系统彼此沟通效率很低，大量信息资源沉睡于数据库中无人问津，形成企业隐性浪费。如何有效解决信息资源共享化利用，综合发挥企业生产装置完善的DCS系统数据采集能力、先进的计算机网络通信能力、实时数据库、关系数据库数据存储能力，呼之即来的MES系统，为解决信息资源的集成化应用带来新的思路。对炼油企业而言，原油从进厂到常减压、催化裂化、加氢、重整等工艺处理，形成产品达到增值的目的，需要精心组织、精心策划、精心操作，通常以流程化不间断的连续方式争分夺秒地生产，同时需要严格的过程控制和安全保障。MES系统正是通过收集整个生产过程产生的大量实时数据，经过生产模型专业化处理、与管理层（ERP）和控制层（DCS、PLC）保持双向通信能力，获取相应数据并反馈处理结果和生产命令来优化整个生产过程。特点如下：

    ①企业生产计划主要依据原油市场情况、成品油销售情况、生产装置现有条件、企业生产目标、总部指令安排等因素，在综合优化各方面约束基础上制定的。计划制定的大量依据来自于基层车间上报的各种生产相关数据，经统计、分类、汇总，产生基本计划数据及计划相关报表，并结合财务数据、成本分析数据、物资采购数据、计量统计数据等，有效整合分布于各部门的数据服务于MES系统将有效提高炼厂适应突发事件的应变能力。

    ②企业生产调度体现以满足总部计划排产要求的生产模式，以年计划、月计划、五日计划逐层分解组织生产，表现为连续工艺过程、设备满负荷长周期运转，在满足储油罐周转的前提下最大限度发挥装置潜能安排优化生产。主要考虑产品结构、物料移动、物料平衡、动力平衡、提高收率、降低损耗、缩短生产周期、加快从原油到成品油罐的周转等问题，保证储存提运收支平衡，对生产流程进行全面、合理地调度和监控。

    ③企业生产过程上道工序的产品经常会成为下道工序的原料，对每道工序产生的成品、半成品及外部采购进来的化工原材料都需要通过严格的质量检验并记录检验结果，为生产执行提供及时的质检报告，保证产品生产与质量分析同步进行，为MES系统生产指挥、实时调整装置操作参数提供依据，提高合格品率，提高MES系统运行有效性。

    ④随着企业加工原油种类的增加，生产工艺过程存在工艺机理复杂问题，同样的操作条件很难得到相同的结果，无法对生产过程准确地预测，上级物料和下级物料之间的数量关系经常随温度、压力、物性、季节、工艺条件不同而不同。特别是催化裂化工艺过程，非线性因素很多，生产过程需要在严格管理条件下进行，对设备的严密性、生产操作、环境要求苛刻，生产过程包含复杂的物理化学过程及各种突变和不确定因素。

    ⑤企业生产过程要满足QHSE体系管理要求，实现规范操作和管理、促进节能降耗，追求成本最低、效益最大化。以信息化建设为契机，以信息技术工具使用为手段，以数据向信息转换、信息向知识转移、知识向决策转变为途径，锻造员工新的价值观念、丰富员工职业道德内涵、提高员工综合素质，创新企业文化建设，是企业未来发展的重要课题。

    信息化多层次需求在呼唤综合解决方案，信息资源共享在期待综合沟通平台。MES系统涉及到业务面宽、信息量大，具有多部门、多专业、多岗位相互协同的特点正好与当前企业信息化需求相吻合。对企业现存的与此项业务相关的调度管理系统、生产统计及计划系统、质量管理系统、计量管理系统、车间管理系统等各类信息系统按照MES系统需求整合改造，开发系统接口，实现信息编码标准化处理，搭建信息资源共享化平台是保证项目顺利实施的重要工作。经过努力，围绕MES系统物料移动及物料平衡系统，编写体现标准化内涵的中英文编码对照表，对企业现存应用系统进行合理对接、巧妙组合，有效支持了MES系统信息资源整合的信息沟通需求，对于突破“信息孤岛”做出具有示范效应的实践。  

    2)生产管理从静态化向动态化转变

    以往的车间层面生产管理过程由生产运行处下达调度指令安排生产，将统计结果上报，经调度人员分析后判断生产的合理性，由于各应用系统按岗位职责开发，系统之间互不沟通，应用系统表现为人工业务的电子版本，这种“应用孤岛”保证不了生产管理的实时需求，表现为一定程度的静态化，存在很大的滞后性，信息技术与生产管理结合的优势远未发挥出来。 基于Web的实时数据库为MES系统有效运行提供了数据平台环境，员工可以通过这个平台监控实时数据、查询历史数据，通过KPI指标与工艺参数计算评估装置绩效，通过过程统计分析与控制应用把握生产运行趋势等，推动装置管理从静态化向动态化转变。

    ①在车间层面，可以利用物料动态工艺实时数据加强生产车间的自我绩效评价，对生产装置进行动态成本分析，对产品收率变化实时跟踪，随时做出计划定额指标与实际完成数据的差异比较，对存在差异的数据，及时查明原因，实时调整生产管理方案。 在车间班组层面，可以利用物料动态工艺实时数据加强车间班组的绩效考核，细分生产工序，对班组内每个操作员制定操作定额指标，针对每段工序的水、电、汽、风等能耗情况，计算出该段工序的最低吨加工消耗成本，考核每个操作员的操作能力和工序最大加工能力。

    ②在工艺管理层面，可以利用实时数据获得各装置操作参数，详细观察装置运行状况，持续改进原油评价与生产实际吻合情况，提高原油混炼比的上下限及操作条件的准确性，提高装置平稳运行率，减少装置运行波动，确定各装置的优化加工量及产量。

    ③在公司调度层面，可以利用实时数据加强全厂计划执行情况评价，依据五日滚动作业计划各车间实际完成情况，合理调配原油、半成品、成品油及来料加工油品的提运和存贮，当五日滚动作业计划执行中出现矛盾时，则立即进行协调和平衡，保证调度顺利进行。

    ④在公司管理层面，可以利用实时数据加强生产过程综合评价，通过生产过程监视、综合统计报表及系统维护，对生产过程事故状况进行监视，对生产调度状况进行统计分析，为未来原油采购、产品结构、成本控制、效益分析提供决策依据。 MES系统为生产管理提供了展示生产过程细节的数据平台，为生产事前预测、事中控制、事后评价提供了工具，引导员工运用软件技术方法，通过生产现场与生产管理信息的双向沟通，实现优化控制动态管理，实现实时成本可控，以最佳的生产方案、最优的产品结构、最低的生产成本、最高的产品收率，达到最高收益的目的。

    3)控制过程从经验化向知识化转变

    以往的企业管理过程，虽然辅助以很多信息管理系统，但是从“信息孤岛”引发“应用孤岛”，再到“资源孤岛”，信息化潜力被深埋于经验主导的常规管理之中，企业资源效率自然无法运用信息化思维得以充分展现。 受到原油资源来源多样化及装置适应能力的约束，员工对加工原料混炼比的把握能力、原油评价准确能力，加工过程的控制能力，直接反映出员工炼油知识应用能力并直接影响企业的成本效益。

    利用MES系统实现生产管理，主要包括：优化排产、生产调度、物料移动、物料平衡、质量控制、产品规范、工艺控制、文档管理、设备监控、动力控制等，无论是技术发展处、生产运行处、车间技术负责人、车间班组操作人员均留有人机数据录入界面，用于生产过程管理实时数据库中位号上下限赋值及进行数值修正和插值需要，其中每一项数值的更新，每一个操作条件的改变都蕴含着复杂的决策分析，MES与生产控制自动化系统的集成化应用，通过数据和信息交换，监控整个生产过程关键点和关键参数，完成整个生产的管理，促进信息利用向物质增值的转换，提高生产管理的科学性。

    MES系统运行过程对生产系统各部门有着明确的流程化的职责分工，利用Web技术把相关信息集成于同一个信息平台，其中：技术发展处根据需要及时调整工艺参数上下限，监督生成工艺台帐的过程，对装置进行考核；生产运行处负责及时调整生产方案，确定生产和调度计划对仪表位号的设定值；装置工艺员负责按规定及时完成工艺参数的修改和设置、发布和更改操作指令；装置班组操作班长负责按规定使用操作管理系统，监督操作管理的完成，并协助工艺员完成指令的发布执行；各操作人员按时填写偏差原因、班组日志文件等。

    MES系统通过过程控制流程图将每套装置生产关键数据展示于流程图之上，为装置监控提供简洁明快的工具，利用实时数据库提供的计算工具，结合企业实际组态开发计算功能，提供实时的KPI和工艺参数计算，帮助各部门的管理人员实时监控KPI和重要工艺参数，及时作出不同生产装置、不同生产时段、不同工艺过程、不同产品的能源消耗、物料消耗、设备运行状况、产品质量状况等报告。

    MES系统通过针对不同装置、数据位号来查询历史数据并生成工艺台帐，辅助对当前工艺状况进行差异分析，通过异常数据变化，激发员工思维灵感，寻找当前工艺条件下的工艺标准、生产规范、物料平衡、能源平衡、产品收率等最佳控制点，用准确的生产模型修正过程控制模型，提高装置控制能力。

    MES系统通过选定指定装置的工艺位号、质量位号进行统计分析，生成标准的正态分布图，标准偏差等统计分析图，辅助管理人员及时掌握生产过程有统计规律的变量性质，寻找不同原油组分、压力、温度等参数变化规律、联系、趋势、隐藏特征等，将连续性和非连续性、线性和非线性关系有机融合，在众多变量中寻找事件的特征和关联，建立基于历史数据的比对分析，作出变化趋势图，有助于管理人员对装置运行情况做动态分析，使其达到最佳工况。既能改进当前生产控制和产品质量，又为监控装置安全运行同时为炼油厂未来管理、建立专家系统做知识性积累。

    面对炼油厂流程化生产环节相互关联，信息交换频繁，生产装置具有非线性和大时滞特点，MES系统每一个数据录入、每一项操作参数检查、修正，都给不同岗位管理人员、不同装置的操作人员留下最佳观测点、控制点的思考空间、应用空间，MES系统为不同岗位人员数据的获取、信息的转化、知识的运用、决策的形成提供了便捷的工具，将生产控制过程变得清晰、透明，以流程管理为主线的MES系统应用在引导员工学习掌握立足岗位、关注全局的思维方法，明确自己岗位职责的同时思考自己的所作所为对其他流程的影响，既有技术概念又有管理理念，对于剖析国际原油复杂组分，优化原油混炼比，强化细节管理、精细化生产，探索复杂工艺条件下“安、稳、长、满、优”、节能降耗、提高收率的方法、建立员工复合性知识结构规避生产管理风险，培养创新型人才提供了数字化管理平台。

    三、最后

    以敏捷化、智能化和集成化为重要发展趋势的MES系统，在炼油厂信息化建设中发挥着承上启下的作用，帮助企业实施完整的闭环生产，协助企业建立一体化和实时化的ERP／MES／PCS信息体系，全面提升企业生产管理水平，为企业提高效益打下坚实的基础。

    MES系统的数据是一点录入，多点共享，强调生产过程的整体优化，是石化企业信息化建设必不可少的重要环节。从在炼油厂MES系统的应用情况看，MES系统的优越性已充分发挥，实现了对生产过程的实时监控，促进了企业生产精细化管理水平的提高。