SMES在生產平衡中應用與提升

尹乾

(中國石油化工股份有限公司長嶺分公司,湖南岳陽 414012)

SMES在生產平衡中應用與提升

尹乾

(中國石油化工股份有限公司長嶺分公司,湖南岳陽 414012)

SMES3.0是中國石化信息化建設的一項重要成果,生產平衡功能基于生產平衡數據準備后的物理節點量和物理移動關系,利用系統提供的統一規則庫、算法庫、工廠模型及模型求解器,自動完成節點拓撲模型動態生成和節點量平衡計算,達到煉化企業的調度級平衡,為生產調度提供數據支撐。本文就長嶺分公司SMES系統在生產調度的實施進行了闡述,根據企業裝置物料移動特點,在遵循系統規則的前提下優化運用,細化了管理粒度,使業務流程更規范、生產執行更科學。

SMES 生產平衡 移動盈虧差量 應用提升

長嶺分公司MES(Manufacturing Execution System：生產執行系統)建設，采用中國石化SMES V3.0軟件。MES通過對企業生產運行相關信息的收集，實時掌握企業的排產計劃、運行管理、生產執行和生產統計等情況；集成各種生產數據，形成及時、準確、真實、清晰的企業信息；利用先進的統計分析、優化軟件進行分析、處理，來指導企業合理地配置資源、找出潛在的效益增長點或制約企業發展的“瓶頸”，及時調整經營戰略和生產計劃；使企業獲得的最大整體效益的生產信息管理平臺。MES是企業信息集成的重要環節，在整個信息集成系統中起到承上啟下的作用，是生產活動與管理活動信息的橋梁，是煉化行業信息化建設發展的關鍵。SMES在長嶺分公司運用實現了對公司原油、原料的進廠管理，汽、煤、柴、以及其它化工產品的生產、銷售和庫存管理，與其它多個系統的有效接口集成，開發各種報表，均衡和細化了管理粒度，使業務流程更規范、生產執行更科學。

1 SMES理念與目標

1.1 MES理念

生產運營是企業核心價值鏈，也是實現企業戰略目標的業務主體，業務主體目標的實現需要生產執行提供保障，MES正是在生產執行層面管理意志的體現。中國石化MES建設的核心價值觀如下：

1.1.1 精細化管理的重要手段

通過MES的實施，規范業務流程，提升企業的精細化管理水平。

1.1.2 管理的重點是監控和預防

事前有計劃、事中重監控、事后可分析。

1.1.3 規章制度的延伸

體現管理者的意志、變意念性約束為技術性約束、變事后檢查為事中監督、多級權限管理為內控制度提供支撐。

1.1.4 實現企業生產的閉環管理,計劃跟蹤與反饋調整

提升管理效率：事務性工作下移、使管理者有更多時間進行管理和分析。實現班組數據電子化、操作流程規范化、操作信息網絡化、管理監控實時化。

1.1.5 生產物流跟蹤與平衡

生產計劃執行與跟蹤；以物流為中心，記錄物流的“收、付、存”信息；實現裝置緩存罐、緩存料倉的在制品管理；跟蹤產品按照既定的規格生產，跟蹤產品性質，并提供追述手段。

1.1.6 實現物流生產平衡和統計平衡

生產成本監控、產量和產率控制、公用工程監控、化工輔料監控、損耗管理監控。

1.2 長嶺SMES建設目標

長嶺分公司生產執行系統(MES)項目于2010年4月21日啟動，并于2010年11月實現了與大煉油項目北區裝置投產同步上線，2011年11月實現了與南區裝置投產同步上線。2012年5月統計模塊等所有模塊上線運行。2012年8月16日通過了總部專家組的測試，10月18日通過總部驗收。長嶺分公司MES系統成功應用，對提高分公司生產管理水平產生了重大的推動作用。

長嶺MES建設實現以下目標：(1)建立以生產物流管理為核心的生產管理信息平臺；(2)規范公司生產業務流程，優化資源利用；(3)實現生產過程的可視化展示與監視，實現調度日報、罐表和交接班的綜合分析管理；(4)為統計板塊提供優質數據，實現統計業務“日平衡、旬確認、月結算”；(5)為ERP系統提供生產數據；(6)實現對油品質量升級改擴建新裝置運行管理的同步支撐。

2 生產平衡

“生產調度”模塊主要包括生產平衡數據準備、生產平衡、調度日報三個功能。生產平衡數據準備從生產裝置獲取裝置投入產出數據和裝置收付操作信息，解析形成裝置投入產出側線節點量和裝置收付移動記錄；從罐區獲取儲罐收撥存信息，解析形成儲罐節點量和罐區收付移動記錄；從進出廠班量、互供班量獲取進出廠班量、互供班量，解析形成進出廠點、互供點節點量，為生產平衡作數據準備。

生產平衡數據準備基于解析結果，檢查“物料移動”模塊提供的原始數據的完整性、及時性和準確性，識別物料移動記錄的缺失和錯誤，識別各節點量記錄的缺失和超差，并及時進行補錄或者修正。

生產平衡功能基于生產平衡數據準備后的物理節點量和物理移動關系，利用系統提供的統一規則庫、算法庫、工廠模型及模型求解器，自動完成節點拓撲模型動態生成和節點量平衡計算，達到煉化企業的調度級平衡，為生產調度提供數據支撐；提供平衡工具，實現生產平衡節點間移動關系和節點量的檢查，通過生產平衡過程的人機交互，提高平衡效率，降低平衡周期。生產平衡是MES核心步驟之一，該階段數據調整的準確度直接影響到生產平衡結果，直接關聯生產裝置側線數據，并對裝置收率的數值產生影響，同時也是調度早報數據源，生產平衡數據質量極大影響到調度早報數據質量，因此需要充分利用推量計算規則，結合生產實際，在掌握物料實際流向的情況下，精細調整、科學平衡同一物料在關聯區域數值，實現調度級物料平衡的提升。

調度日報基于生產平衡后的每班生產數據，結合手工錄入調度日志等信息，按天進行匯總生成，滿足企業調度日報管理需求。

生產裝置的投入產出管理、罐區的收付存管理、原料(油)進廠管理、產成品出廠管理、互供管理，為生產平衡提供數據。

生產平衡為統計平衡提供數據，完成統計級物料平衡計算，實現“日平衡、旬確認、月結算”。

2.1 生產平衡業務流程圖

2.2 生產平衡規則

為了做好MES生產平衡工作，結合長嶺的實際情況和總部的要求，制定和完善了生產平衡規則，包括：罐存量基準規則：罐存量、罐量的不可調整；進出廠基準規則：設置為100%精度的進出廠點班量不可調整；互供基準規則：設置為100%精度的互供點班量不可調整；收方基準規則：對于沒有定義準確度的場景，以收方計量為準。等等。

2.3 生產平衡步驟

根據我公司裝置操作人員倒班方式，MES系統中生產調度管理的周期劃分為每日三班，每班八小時(6：00-14：00，14：00-22：00，22：00-6：00)，基層裝置、罐區、進出廠量相應的設置為每日三班。每班班末點結束后半小時內，基層班組完成各自生產數據的MES在線檢查提報，再由生產調度在每班結束后一個半小時內，通過MES生產平衡模塊，將整班的全廠生產物流數據進行匯總，并應用預置的精度級別和計算規則，對當班的全廠生產物流數據進行推量計算。通過自動生成的移動場景圖和提示信息，對這一班次的全廠數據，完成數據比對分析、異常檢查處理等工作。實現了工廠級生產管理的可視化實時監控。調度早報統計時間為前一日22：00至當日22：00時，當日四點班完成生產平衡后轉入調度日報編制。

MES數據流轉流程為基層生產裝置與罐區數據(包括進出廠班量)直接提交至生產調度，生產調度負責生產平衡操作與裝置、罐區操作監管，負責搭建生產裝置物料收付關系與裝置指標管理，MES數據流轉過程未設置生產平衡崗位，上述工作全部由值班調度負責完成操作。生產調度關鍵用戶負責對物料模型、移動關系審核把關。

2.4 試運行期間問題解決

2010年11月22日，為了支撐油品質量升級南區裝置開工，SMES生產板塊在系統沒有試運行和沒有老MES系統并軌的情況下直接上線運行，2011年4月，基層裝置與罐區基本能夠在規定時間內完成數據提報，生產運行調度基本能夠獨立發現系統故障，指導基層用戶整改錯誤操作，調度早報與罐表數據基本實現自動取數。情況基本穩定，達到預期效果。

存在以下問題，(1)生產裝置物料移動關系建立不完善，罐區動態與罐區數據不能及時提交至總調，移動解析無法通過，移動盈虧差量巨大，報表數據嚴重缺失、質量低下。(2)基層儀表數據偏差較大，操作人員提交數據較隨意，基層數據質量低下。(3)關鍵用戶與實施顧問磨合不夠，基層關鍵用戶對SMES認識不夠深入，不能協助生產調度關鍵用戶有效解決問題，對操作員缺乏指導能力，對關鍵用戶與顧問的依賴性較大。(4)基層大量用戶觀念尚未轉變，不能主動接受系統規則，存在推諉、抵觸現象，生產調度工作開展難度大。

調度處與實施項目組提出了以下應對措施，解決了前期應用存在的問題。(1)不斷梳理完善系統模型，根據生產實際情況去除富余物料與配置，創造好的條件，約束基層操作，減少錯誤發生頻率。(2)根據系統規則與基層操作習慣，重新編寫生產裝置操作指南，重點培訓關鍵用戶，提升基層數據質量。(3)檢查校核裝置側線儀表數據，配置系數提高裝置數據質量，同一物料選取精度較高的儀表或借用相關裝置儀表替代。(4)加強關鍵用戶培訓與實施顧問加大支持力度，縮短系統在企業運行的磨合期。

3 應用提升

3.1 提升應用解決方案

(1)根據生產裝置、罐區物料移動實際情況、分析判斷生產平衡解析過程中存在的原因，在不違背系統運行規則的前提下，精簡物料模型與生產方案，刪除冗余動態，減少誤操作的發生幾率。如常減壓裝置取消生產方案選擇，常一線組分根據實際產品流向建立移動關系，不僅提高了生產裝置操作效率，也大幅減少了因信息溝通不及時造成的罐區動態建立錯誤，解析無法通過的問題。又如加氫裝置原料涉及多套裝置汽柴油，不再建立上游產品與下游原料一一對應的關系，取而代之的是根據產品性質，減少收方裝置側線，針對油品性質合并建立統一進料線，如焦化柴油、催化柴油、常減壓柴油全部匯集到加氫裝置的原料柴油進線，該方法不僅清晰了物料移動關系，也減少了一一對應狀態下的盈虧差量。

(2)健全物料移動模型，建立虛擬裝置、新增匯流點徹底解決側線數據缺失的情況，保證系統解析一次合格。虛擬裝置是為了實現生產裝置側線實際運行狀況，又充分的考慮系統解析不存在移動關系與數據缺失而建立的裝置，該虛擬裝置不用考慮裝置收率。如催化裝置燒焦，如果取消該側線，那么裝置產品收率無法達到100%，但是催化裝置燒焦無裝置或罐區接收，因此解析過程中因缺少接收方而會丟失，生產平衡后裝置收率會因為缺少燒焦而無法達到100%，為此有必要在生產裝置中建立一個“虛擬裝置”或“虛擬罐”，并且建立與之關聯的移動關系，有效解決因側線確實而出現的收率降低問題。各企業因生產實際情況不同，物料移動關系可能會出現較大差異，當罐區某一收油線組分較多時，罐區人員可能會因為不清楚裝置物料流向而少建或錯建移動關系導致裝置側線因無接收方而丟失，進而影響裝置收率，匯流點的建立能夠有效規避上述情況出現。

(3)加強與統計板塊溝通交流，在不影響統計業務的前提下，刪除部分物料罐，減少盈虧差量，提高裝置數據質量。如系統中去除油港作業部水運柴油罐(非非公司業務)、油品處小品種出廠罐、焦化裝置排水污油罐等，借用SMES操作平臺，改由表格方式錄入罐區數據，即減少了生產平衡中盈虧差量，又滿足了統計業務需求。

(4)充分運用系統生產平衡規則，調整部分裝置側線儀表精度，確保單一裝置收率與物料數據的質量，實現生產平衡后數據與裝置校正確認值一致。如重整裝置重芳烴側線精度的修改(以裝置儀表取數為準)就較好解決了裝置收率波動大的問題；對于兩條以上側線產品同時進罐的業務流程，針對性考察上游裝置側線儀表誤差率，再根據各條側線偏差情況設置不同精度，最大限度實現目的側線量在生產平衡推量計算過程中受控，在盈虧總量不變的情況下確保部分精度高產品側線攤薄數值變小，保證關鍵裝置收率。再如輕污油裝置的設置成功解決了輕污油罐罐量上漲與裝置側線數據、罐脫水、送水造成的罐量差異的問題。

(5)規范物料平衡方法。因裝置高精度計量儀表少，因此統一以罐區變化量作為系統評判準則，長期跟蹤儀表數與罐變化量差異，及時修正儀表系數，縮小儀表量與罐變化量差異。在裝置物料平衡方面，保關鍵裝置收率平穩，尤其是裝置進料在儀表取數后的修正方式，即利用裝置標定期間收集的數據調整側線系數，實現后臺配置，在儀表原始取數的同時進行修正計算，提高計量精確度，實現裝置一次數據不調整或少調整。在物料品種方面，重點做好汽柴油與蠟渣油平衡，調整原則為抓大不放小，先輕油后重油。

(6)創新運用。根據調度早報平衡數據，IT人員開發了圖像展示模塊。實現了任意時間段對指定數據的查詢及圖形化展示。該功能的實現，為生產管理技術人員提供了查詢歷史數據、分析趨勢提供了平臺。

3.2 實施效果

3.2.1 實現數據和信息集成,為支撐其他業務系統應用奠定基礎

MES實施前，企業主要通過不同的軟件系統完成日常的生產業務處理，各業務之間沒有統一的平臺對企業生產數據進行交換，存在數據源不統一、數據不一致、部門之間協調工作量大等問題。通過MES實施，建立了企業核心數據庫，統一了生產業務操作平臺，統一了數據源，通過集成實時數據庫和LIMS等專業系統，對公司生產數據進行統一集成、管理，同時為ERP、TBM、技術經濟指標統計系統提供數據支撐，為下一步進一步完善計量信息、銷售數據等基礎信息奠定了基礎。

3.2.2 實現了生產管理數據的在線一體化集成應用

MES系統實現了計量、計劃、質量、調度、統計等數據的統一收集、校核與發布，取消了線下數據流轉與管理，實現了生產管理數據的在線一體化集成應用，提升了企業精細化管理水平。物料移動關系建立嚴格遵循物流走向，借助系統中的各項生產指標，使得班組操作信息與績效信息有機整合，提高了崗位操作積極性。

3.2.3 實現生產管理過程的“可視化”、“數字化”

生產管理部門應用MES實現了生產過程全方位、全天候跟蹤，可視化的物流跟蹤能夠及時掌握整個公司的生產情況，協調生產裝置之間、罐區之間、裝置與罐區之間的生產關系，通過廠內生產物流跟蹤和移動超差報警，及時分析問題、解決問題，實現生產管理過程的“可視化”、“數字化”。班組及操作人員通過對裝置側線產品、半成品、成品的組分性質和量的跟蹤分析，積累操作經驗，提出優化生產方案，培養了注重追求裝置之間、裝置內側線、罐區計量等數據實時性和準確性的精細工作作風。過去許多業務的操作處理，不同的人處理方式不同，結果就千差萬別，實用效果差，不利于知識轉移。通過MES的實施和應用，對業務流程進行了梳理并進行規范化和優化，保障了處理效果的一致性，加強了業務部門之間的協同性，簡化了工作程序，提升了管理水平。

2012年10月15日，調度在核查推量數據時，發現40萬航煤加氫裝置的收率低于控制指標，立即分析上下游相關數據，并與現場聯系核查。經查為40萬航煤加氫實際產量偏低，原因為40萬航煤加氫裝置由于設備原因發生產品質量波動，產品按柴油品種交罐區2小時左右，罐區沒有航煤收油，導致產量減少，裝置收率低。

輕污油來源廣泛，除裝置因生產波動導致產品質量不合格發生的交輕污油外，火炬水封罐、環保裝置原料脫油等外送輕污油罐量無法準確計量，輕污油罐區脫水等致使輕污油罐區收入量與上游裝置實際外排量存在較大差異，導致裝置盈虧數據、裝置收率發生波動，無法精確反映生產實際情況。調度關鍵用戶經過反復分析，與計劃部門共同研究后，充分利用系統模型可配置性，在系統內建立輕污油裝置，直接與輕污油罐建立移動關系，消除由于輕污油產量和罐收量差異的干擾，提高數據精確度，更好的掌握和指導現場生產情況。

3.2.4 在線發布調度日報、調度罐表,提高調度工作效率

MES上線前，生產調度每日22：30開始調度日報數據匯總與平衡，00：30左右完成調度早報，用時2個小時；MES上線后，通過系統自動推量計算，總調人員22：30左右開始調度早報編制工作，一般在23：30即完成調度早報發布，時間縮短一半，工作效率明顯提高。同時，由于MES系統生產數據均為崗位實時在線提報，并通過全廠統一模型檢驗校核，可靠性和實時性得到提高。

提高生產罐表數據收集和發布的頻度，提升了生產運行管理實時性。生產調度罐表由過去每日發布，變成了現在每班發布，相關報表的數據更新由過去24小時精細到現在的8小時，生產數據更加精準及時。

4 結語

中石化生產執行系統SMES在長嶺分公司生產板塊實施，涵蓋了分公司35套生產裝置、14個罐區(219個罐)、71個進出廠點，生產調度等生產管理部門應用MES實現了生產過程全方位、全天候跟蹤，通過可視化的物流跟蹤及時掌握整個公司的生產情況，協調生產裝置之間、罐區之間、裝置與罐區之間的生產關系，通過廠內生產物流跟蹤和移動超差報警，及時分析問題、解決問題，實現生產管理過程的“可視化”、“數字化”。生產數據依照統一的模型約束，從車間-調度-統計各個層面逐層審核提交，循環分析，做到每一層、每一條數據修改的有跡可循，為實現各個層面生產數據的一致性提供了保證，為生產與統計數出一門，量出一家提供保障。班組及操作人員通過對裝置側線產品、半成品、成品的組分性質和量的跟蹤分析，積累操作經驗，提出優化生產方案，培養了注重追求裝置之間、裝置內側線、罐區計量等數據實時性和準確性的精細工作作風。生產平衡模塊在解析裝置校正、罐區、進出廠等操作信息的基礎上，通過模型求解器實現物料平衡計算，實現了與總部生產調度指揮系統的集成。

[1]中國石化股份有限公司信息系統管理部.石化盈科信息技術有限責任公司.《中國石化SMES推廣及試點提升項目可行性研究報告》,2007.

[2]周博才,郭武.MES系統功能模塊的開發與應用.數字石油和化工,2007第二屆全國石油和化工企業信息化建設與技術應用年會論文.

尹乾,男,漢族,2001年畢業于湖南師范大學化學工程專業,現任中國石化長嶺分公司調度處公用工程主管。