淺談煤化工企業的MES系統建設規劃與設計

O李海生（中國神華煤制油化工有限公司 北京 100011）

淺談煤化工企業的MES系統建設規劃與設計

O李海生
（中國神華煤制油化工有限公司 北京 100011）

現代煤化工企業建設起點高，工藝裝備技術先進，經營管理要求精簡高效，生產管理要求嚴格精細，這對企業信息化建設同樣提出了高標準、新水平的要求。生產執行系統（MES）是溝通企業生產過程控制和管理信息集成的重要橋梁和紐帶,通過實施MES系統建設，可以為企業營運的可視化、實時化、集成化打下良好的基礎，最大限度地提高企業的綜合經濟效益，保障企業戰略目標的實現。

煤化工；信息化；生產執行系統；MES

前言

在“十二五”期間，煤化工行業的生產工藝優化和裝置運行管理水平進一步提高，伴隨著煤化工行業的成本優勢和戰略保障能力進一步凸顯。

為迎接國內外煤化工行業所面臨的激烈競爭，搶占市場先機，企業更需要對與生產運營密切相關的信息化系統建設，尤其是生產執行系統（MES）的建設進行整體規劃與設計，依靠現代化信息和技術手段，運用先進設備，實現裝置生產平穩運行、運營管理高效率和低成本。

1.MES系統建設目標

(1)生產集約化

加強資源的有效配置和科學利用，有助于實現生產運營成本的精細核算，建立體系化的成本控制體系，提高預知預測能力。實現面向生產管理業務的集成與協同，對生產營運業務流程進行分析和優化，對流程在生產崗位之間的控制界面進一步規范和明晰

(2)流程標準化

通過運用先進的科學技術和管理方式，抓好生產過程控制和業務標準化，實現核心業務領域業務流程固化，提高管理效率；面向經營管理層和戰略管理層，以統一的集成規范，以扁平化、清晰化方式，提供生產營運過程的物料平衡、過程工藝參數與質量、物耗、能耗及過程實時數據等生產績效信息。

(3)管理精益化

提升管理效能，實現安全、高效生產，提高計劃編制、物料平衡和運行診斷及決策能力，提升生產信息從生產現場到企業各管理層級的獲取和傳遞效率，使得生產崗位采集生產記錄、調度崗位獲取裝置運行狀態和生產完成進度、統計崗位完成生產統計、ERP系統獲取生產物流信息、營運指揮部門獲取營運決策支持信息，變得更加及時、快捷和通暢。

2.MES系統覆蓋的業務范圍

MES系統業務范圍應覆蓋企業生產組織及相關業務，由于煤化工企業的業務特點，按照價值鏈理論，應重點分析煤化工企業的核心業務管理活動。MES系統建設所關注的業務領域應包括生產績效管理、統計分析、能源供應與控制、計量管理、設備管理、安全管理、質量管理、檢維修承包商管理等業務范圍。

3.MES系統建設內容與功能

(1)實時數據庫系統及應用

①數據采集功能，包括：數采系統建設（含數采網建設、安全、組態等）、實時數據的采集、實驗室分析化驗數據的采集以及其它數據源的采集等。②數據庫存儲功能，實時數據庫及其應用系統采集上來的數據來源廣泛，種類眾多，既有來自過程控制層（DCS、PLC）的實時過程數據，也有取自LIMS系統的分析化驗數據，以及應用程序產生的結果，數據類型包括模擬量、開關量和字符類型等，因此實時數據庫應能夠將不同來源、不同類型的數據分類進行存儲，以便系統能夠快速、準確的查詢。③實時數據庫應用功能。包括：基于實時數據，實現實時裝置工藝流程圖、生產裝置等資源實時動態信息，產生實時數據表格、動態過程歷史曲線、投入產出關系圖等；實現實時報警和安全監測功能；實現方便的數據查詢、導出導入、自動存儲、實時計算、斷點續傳、實時監控，以及靈活的數據展示、流程監控界面的組態及瀏覽等功能；實現生產裝置平穩率計算與監控、自控率計算與分析等。

(2)工廠基礎信息管理，這是MES系統運行的基礎，主要包括模型管理、系統集成、訪問管理、數據存儲、日志管理等功能

(3)生產計劃管理，功能包括

按照原料進廠、裝置投入產出、產品出廠等業務進行計劃的編制和發布；業務部門提供生成計劃的審批、上報、下達、發布、查詢等業務流程計劃管理；對計劃變更進行管理及維護，并將變更后的計劃及時與實際情況對比；按照時間粒度，管理公司的年度、半年、季度和月度生產計劃，對計劃的完成情況進行跟蹤與反饋；根據生產運營層系統的其他模塊提供的實際完成進度形成當前計劃的完成情況。

(4)生產調度管理，功能包括

生成以事件為基礎的調度解決方案；滿足訂單，庫存及補貨需求；制作調度報表；調度安排監控等。

(5)操作管理

精細化的生產操作管理，是生產指令貫徹執行的重要保障，操作管理已經成為企業的核心管理能力之一。

主要內容包括：規范并建立操作指令集，實現操作指令發布、執行、反饋、完成的流程控制；建立裝置操作規范模板，指導操作；記錄各生產裝置、公用工程、輔助生產系統的操作員在生產操作過程中發生的事件，監視過程數據的執行情況，依據工藝控制參數的操作目標跟蹤操作執行情況并且鎖定問題區域；操作偏差要能夠預警顯示，能夠進行趨勢分析；調度人員、工藝技術員、操作工能夠對于與偏差相關聯的事件進行原因分析和問題解釋；自動整合執行的操作指令、關鍵的操作數據和操作過程中出現的問題，生產調度和技術管理人員及時了解生產操作狀況，統計各裝置操作指令的完成情況、出現的操作偏差數量以及問題解決的時間等功能。

(6)生產績效管理

具體功能包括：建立生產績效指標體系；實現績效指標的在線計算以及在線跟蹤；實現對績效指標變量、數據源、計算方法、計算頻度、關聯關系的組態和定義；以圖形化的方式展示績效結果，包括趨勢曲線、柱狀圖、關聯分析等；各生產單元要按照獨立核算，模擬法人運行的模式來確定需要的能源及原材料消耗。

(7)物料移動與物料平衡

主要功能包括：建立涵蓋整個廠區生產工藝流程的物料平衡模型，實現全廠日物料平衡計算，實現裝置投入產出、產品收率、裝置轉化率、原料單耗、裝置加工損失、儲運損失的計算；實現對庫存基礎數據信息的管理和維護，包括儲罐和料倉參數管理、容積轉換系數維護、計量算法管理等；實現原料進廠和產品出廠的移動關系信息的記錄，包括進出廠方式、去向、物料名稱、客戶信息等，能夠選擇多種進出廠方式，包括汽車、鐵路槽車、管輸等；實現對固體產品入庫、出庫、移庫、升降級等各種操作實現事件級的記錄與管理。

(8)能源管理

能源管理對基礎工廠基礎信息管理平臺對全生產廠的能耗介質等資源的生產和消耗數據進行采集、平衡、統計管理，給調度部門和生產部門提供能源系統的運行狀況、裝置能源動力的消耗情況信息，并進一步核算成生產成本。通過數據的管理與分析，為節能減排工作提供決策支撐。

(9)生產統計

提供統計業務模型配置工具，根據統計業務規則，在工廠基礎信息管理平臺基礎上，構建工廠統計模型。對物料移動與物料平衡數據、生產日報數據、庫存數據、能耗數據、進出廠數據進行綜合匯總，根據各種產品的匯總數據，在工廠統計模型內，進行統計平衡計算及調整，形成統計報表。

(10)工藝技術管理

工藝管理，根據生產裝置工藝規程，實施裝置工藝卡片管理，對工藝卡片的關鍵控制參數的控制范圍進行修訂和發布，并對生產中心的技術指標、工藝參數的操作績效數據，進行分析和匯總，為嚴格工藝紀律，強化操作指導和執行工藝考核提供支撐。

為生產中心提供工藝臺帳和技術統計月報，為裝置技術管理減輕人工統計負擔，在增強技術分析，提高裝置運行技術水平提供支撐。

化工三劑管理，采集裝置三劑消耗數據，編制三劑消耗報表，為三劑單耗技術分析提供支撐。

(11)應急管理

基于工廠基礎信息管理平臺完成應急指揮系統各功能建設，包括接處警、應急響應、應急值班、影響分析、趨勢分析、預測預警、和應急知識管理等。實現突發事件的接報與處置、趨勢分析和綜合判斷，分析突發事件的影響范圍、影響方式、持續時間及危害程度，確定事件的危害級別；發生重特大突發事件時，完成預案啟動、事件數據采集、事件分析預測、資源協調等功能，并能對突發事件進行跟蹤與反饋，能夠將分析結果、專家建議以及查詢到的應急資源及時、快速地展示出來，供領導進行決策和指揮。

(12)生產指揮系統

生產指揮利用數據抽取與展現技術，實現MES各模塊的業務和數據集成，并提供基于角色的集中展示界面，為企業各級領導和管理人員提供全過程多維度、多角度的生產數據和信息數據綜合展示。主要展示領導關心的生產完成、裝置運行及技術指標，實現信息的追溯查詢，實現MES信息多角度的挖掘與展示，為領導指揮和決策提供輔助工具。

(13)企業信息集成（ESB）

采用統一集成規范，明確集成方向，要求接口具備完整性、規范性、開放性和靈活性，接口定義遵循易理解、易使用、易交流、方便擴展的原則，保證接口的實時性、可靠性、安全性；使系統集成平臺與業務系統之間能夠實現方便可靠的業務集成，滿足各系統的業務集成需求。

采用企業服務總線技術，為業務系統提供交互的渠道和方法。并提供通用的消息傳遞機制，采用同步、異步的方式，實現系統消息的完美集成。

企業信息集成平臺應制定一套集中的、完整的、統一的集成規范。業務人員通過一次登錄后，可以在平臺中處理各種日常事務，避免再次單獨登錄其它業務系統。同時與其它業務系統進行綜合集成，保證各個業務系統進行正常交互，有利于公司內部業務系統集成和數據交換，完成企業信息一體化。

4.控制層與設備層的功能設計

MES系統是煤化工企業生產執行層的最主要應用系統，而控制層和設備層能夠有效支撐生產執行層及以上層的應用，提供實時、準確的裝置、設備運行數據，完成控制指令動作，應對現代化大型煤化工企業運行的挑戰和需求。

自動化控制系統的建設需推進集成自動化和信息化系統的應用發展，降低生命周期成本，提升精益化管理水平，獲取更多經濟效益和社會效益。控制系統規模可大可小，可能涉及十多種自動化控制系統。主要常用的自動控制系統有實時優化、先進控制、分散控制、機組監視系統等。常見控制系統主要有：實時優化、先進控制、過程控制計算機系統、分散控制系統、現場總線控制系統、ITCC綜合控制系統、安全儀表系統、設備包控制系統、報警管理系統、儲運自動化系統等。設備層設備重點要考慮的主要有：智能儀表及傳感器、工業級平板電腦、無線射頻、工業電視等內容。

5.IT基礎設施與數據安全

完善的系統建設還應開展IT基礎設施與數據安全方面的設計與實施。

自動控制系統與生產執行系統是逐漸交叉和融合的，但在網絡等基礎層面，對網絡的可靠性、穩定性、信息安全仍有其特殊要求。支撐DCS等自動控制系統的網絡區域，應采用TCP/IP協議或自動控制系統指定協議，數據訪問率為秒級或更低，網絡采用雙路冗余設計，過程控制系統主要硬件、通信設備、系統軟件等均運行于相對獨立網絡，以確保控制安全。而實時數據庫、MES等執行層系統一般獨立于自動控制網，可位于企業的管理網中，數據訪問率為分鐘或分鐘以上。自動控制網與管理網中間采用具備單向數據傳輸控制功能的網閘設備進行隔離，同時兩個網絡區域之間應通過OPC服務器相連。

6.MES系統建設實施路線

總體實施路線規劃是在應用架構、數據與集成架構及基礎架構規劃的基礎上，對比基線和目標業務、技術架構，找出實現具體目標的具體步驟和實施策略。MES系統設計復雜、功能多樣化，涉及生產制造流程的各個環節，因此MES系統建設的實施路線應對工藝路線復雜等多個維度進行分析并分類，將系統建設分為多個階段，明確項目范圍所覆蓋的所有要求，使系統建設在可控范圍內。

結語

通過在煤化工企業進行MES系統的規劃、設計與建設，綜合計劃優化、物料平衡、操作管理、調度管理、計劃管理等功能，可以有效提高生產裝置的運行質量；通過強化作業許可管理，從操作規范上降低事故發生可能，可以有效改善生產安全。同時可以增強科技創新與轉化能力，進一步提升管理水平，改善生產裝置單位能耗水平，提升信息化整體水平。

[1]劉希儉等編著.企業信息技術總體規劃方法.石油工業出版社, 2012.

[2]2014中國國際煤化工發展論壇資料匯編.內部資料.2014.

[3]劉佩欣,祝威.淺談制造執行系統(MES)在煤化工行業中的應用探討.神華科技,2011.

[4]劉希儉等編著.中國石油信息化管理.石油工業出版社,2008.

[5]中國石油和石化工程研究會編寫.當代石油和石化工業技術普及讀本－石油化工信息化,2012.

Discussion on the MES System Construction Planning and Design of Coal Chemical Industries

Li Haisheng

（China Shenhua Coal-to-Liquids Chemical co ., LTD, Beijing, 100011）

Modern coal chemical industry enterprise construction has a high starting point, advanced process equipment technology, lean and effi cient management requirements , strict and fi ne production management requirements, which puts forward the high standard and new level’s requirement for the enterprise information construction. Manufacturing execution system ( MES ) is the important bridge and link for the communication between enterprise production process control and management information integration, besides, the implementation of MES system construction can lay a good foundation for the visualization, real-time transformation and integration of enterprise operation, improve the comprehensive economic benefi t of the enterprises utmostly and guarantee the realization of enterprise’s strategic target.

coal chemical industry；informationization；manufacturing execution system；MES

T

A

李海生（1981～），男，中國神華煤制油化工有限公司，研究方向：煤化工企業的信息化建設與發展、生產技術與信息技術的結合與相互促進，以及現代管理理念的信息化落地與實施等。