SMES 3.0在煉化一體化企業中的應用

謝知森

(中國石化上海石油化工股份有限公司，上海 200540)

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SMES 3.0在煉化一體化企業中的應用

謝知森

(中國石化上海石油化工股份有限公司，上海 200540)

摘要：介紹了中國石油化工股份有限公司SMES 3.0系統架構及主要功能，在系統建設和實際應用過程中創新性地運用了“多工廠推量”方案解決互供儀表缺失、精度不高等計量條件不足的問題，“復合工廠”解決方案支撐ERP財務核算和提高了生產統計部門月結效率。對SMES 3.0在中國石化上海石油化工股份有限公司的應用效果進行了評價，并且為MES進一步深化應用提出建議。

關鍵詞：生產執行系統系統架構功能應用效果評價

目前，以生產執行系統(MES)為核心的生產運營平臺作為信息集成系統在石油化工行業中得到越來越廣泛的推廣和應用，其以生產物流管理為核心，體現生產管理者的意志，實現典型流程化生產過程的可視化，使生產管理從靜態化向動態化轉變，在整個信息系統中起承上啟下的作用。中國石化上海石油化工股份有限公司(以下簡稱上海石化)是國內特大型煉油化工一體化企業之一，具有生產裝置多、工藝流程復雜、上下游一體、產品種類繁多、物料流向及移動關系變化大等特點。上海石化作為中國石油化工股份有限公司(以下簡稱中國石化)生產執行系統(SMES 3.0)三期推廣單位，于2009年11月項目正式啟動建設，2010年5月20日開始試運行，8月23日開始上線運行。2012年為配合上海石化六期工程建設，上海石化對MES系統進行了擴容，對新建的10多套裝置建立了MES模型并調試投用，為上海石化六期工程的順利開車和隨后的生產提供了有力的信息化支撐。2014年7月入庫及庫存集成模塊上線運行，2015年4月生產操作管理系統(模塊)投入試運行。經過近6年的深化應用及實踐，SMES 3.0為企業資源計劃(ERP)系統、中國石化生產運營指揮系統和化工銷售等提供了有力的數據支撐，同時促進了上海石化管理扁平化、專業化的進程，提升了企業生產運營管理精細化水平。

1SMES 3.0系統架構介紹

1.1技術架構

系統技術架構由四部分組成，分別為：數據存儲層，數據訪問層，業務邏輯和服務層以及表現層。數據存儲層，對應SMES核心數據庫，從邏輯上劃分為工廠模型庫、業務模型庫、業務數據庫、運行配置數據庫；數據訪問層，連接業務邏輯與服務層和數據存儲層，提供規范統一的公共數據訪問接口，實現業務數據訪問；業務邏輯和服務層，按系統功能和業務功能匯聚原則，分為系統服務庫、業務邏輯、服務接口3個部分，分別封裝業務邏輯、系統服務和對外服務；表現層，人機交互接口，利用微軟提供的表單技術、智能客戶端技術、企業門戶技術，開發多種類型用戶界面，以不同的展現形式實現與用戶交互，滿足不同的交互需求。

1.2總體架構

數據集成平臺及核心數據庫，以數據庫為核心，以數據集成平臺為基礎，是整個MES系統的技術支撐和應用基礎，以核心數據庫建立工廠模型和業務模型；數據服務功能，向下集成實時數據庫(RTDB)和實驗室信息管理系統(LIMS)等，實現MES系統外圍信息系統的集成與支撐，向上支撐ERP系統、中國石化生產運營指揮系統、技經指標等信息系統，起到承上啟下的作用；生產管理業務，從計劃跟蹤、調度優化、操作管理、物料移動、生產平衡、調度日報、統計平衡、能源管理、KPI績效等方面進行業務監控和管理，SMES 3.0系統總體架構見圖1。

圖1　SMES 3.0總體架構

2SMES 3.0系統的主要功能

上海石化SMES 3.0由(數據)集成平臺、物料移動、生產調度、生產統計、能源管理、入庫及庫存集成、操作管理、支撐平臺以及報表展示等核心業務模塊組成。

2.1集成平臺

集成平臺是MES系統建設和應用的基礎，其主要功能是進行權限管理、工廠模型配置、罐量計算配置，同時集成了大量工廠模型主數據，其中物料3 943種(啟用3 727種)，投入產出裝置130套，罐區管理702個罐(啟用675個罐)，進出廠管理241個計量點(啟用235個)，互供點353個點(啟用296個)，倉儲管理55個倉庫(啟用44個)，公用工程管網84個(啟用83個)。工廠模型包括工廠各層次的基本實體和實體間的關系，以及跨層次模型間的映射規則和將生產信息關聯起來的共性規則和約束，支持并實現生產信息連續、實時儲存和處理。

2.2物料移動

物料移動模塊主要包括煉油裝置、化工裝置、罐區管理、儀表計量管理、互供班量管理、倉儲管理及進出廠管理。MES系統操作人員在系統中操作，實時體現裝置投入產出、儲罐收付存變化、原料進廠及產品外銷信息。

2.3生產調度

生產調度模塊包括移動模型解析器和生產平衡。通過移動模型解析器獲取生產裝置投入產出數據和收付操作信息，解析形成裝置投入產出側線節點量和裝置收付移動記錄；從罐區獲取儲罐收付存信息，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、互供班量數據，解析形成進出廠點、互供點節點量，自動完成節點拓撲模型動態生成和節點量平衡計算，最終實現生產平衡。生產平衡為統計平衡提供數據，同時為生產運行管理提供數據支撐，滿足管理需求。

2.4生產統計

生產統計模塊在全廠生產調度平衡的基礎上，建立全廠物料統計平衡模型，以節點量基準，依據物料平衡規則，通過人機交互的迭代求解策略解決平衡沖突及平衡量值鎖定問題。統計平衡是站在物理移動和邏輯移動兩個視角看待生產過程，關注生產裝置的投入產出、物料存儲及收付存、原料的采購、以及企業對外銷售結算過程，進而實現全廠物料管理的統計平衡，為ERP和技術經濟指標等系統提供數據支撐[1]。

2.5能源管理

能源管理模塊主要有測量點數據錄入及校正、測量點合計、確認節點量、能源互供確認、管網平衡和能源結算六大功能。以水、電、汽等能源介質為基本對象，通過建立能源管網和能源節點，構建企業能源拓撲模型，通過核算單元體系進行能源核算，為能耗統計提供有效數據支撐[2]。

2.6入庫及庫存集成

入庫及庫存集成模塊通過物料映射、批次等級映射配置、倉庫對照地配置、庫存地對照配置、裝置工作中心配置等進行建模，以實現入庫、移庫操作，將化工產品生產下線量直接發送銷售ERP，及時準確的反映出企業化工產品產銷存動態。

2.7操作管理

操作管理模塊包括內操管理、操作績效、裝置開停工、綜合應用和監控評價等。主要對生產操作過程進行監控、操作記錄、下達工藝指令、記錄交接班日志；統計分析操作平穩率、合格率、自控率、APC投用率等；計算物耗、能耗，并進行班組經濟核算和考核。

2.8支撐平臺

生產調度人員根據MES系統裝置投入產出報表數據上報生產信息，支撐中國石化(煉油事業部和化工事業部)生產營運指揮系統。

2.9報表展示

報表展示模塊主要進行報表配置和報表展示發布。生產調度日報是展示每日生產動態最直接、全面的方式，是在調度執行生產平衡后以報表的形式呈現給生產管理人員、經營管理者，提供準確及時的物料產、銷、存數據以及全廠物料平衡情況，為生產及經營管理決策提供支持。

3SMES 3.0在上海石化的應用情況

SMES 3.0系統自2010年正式投用后，隨著時間推移，系統響應緩慢等性能問題逐漸顯現，技術支持人員通過實時增加索引消除不必要的全表掃描，增加和優化50多個索引字段，將MES系統數據庫從32位系統遷移到了64位系統，擴展MES系統數據庫的SGA等技術改進，使MES系統運行效率和系統響應用戶時間提高10倍。由于歷史原因，上海石化雖幾經投入改造，煉化4部(煉油部、芳烴部、烯烴部和儲運部)之間仍存在互供儀表缺失、互供儀表精度不高的情況，符合MES系統運行要求的高精度的互供儀表僅為52點，只占175個互供儀表總數的29.7%。上海石化在系統建設和實際應用過程中創新性地運用了“多工廠推量”方案解決了互供儀表缺失、精度不高等計量條件不足的問題，“復合工廠”解決方案支撐ERP財務核算，改變了生產統計月結方式，提高了月結效率。

3.1“多工廠推量”解決方案，彌補互供計量條件不足的問題

基于MES系統生產平衡的基準和規則，并結合生產實際創新性地研發出“多工廠推量”功能，將工廠間能滿足MES系統運行要求的互供點設為“高精”，不能滿足MES系統運行要求的互供點設為非高精。對上述互供點的互供報量操作進行了如下優化：(1)52個高精度的互供班量，繼續采用實時數據庫系統采集，或現場抄表后手工錄入；(2)123個既非高精度又無自動數據采集的互供點，互供班量確認量統一手工確認為0.001 t(初始值)；(3)實際的互供班量數據，利用系統提供的統一規則、算法庫、工廠模型及模型求解器等進行多工廠推量操作。經過上述優化操作，減輕了MES系統生產操作人員的工作量，提高了煉化4部間互供報量的工作效率，同時提高了煉化4部間互供班量、移動組平衡數據質量。

在MES系統建成投用后，本著以最小的投入獲取最佳效益的原則，上海石化對現有二、三級計量儀表的安裝進行了優化。首先，對一對一單路管線上同時裝有計量儀表的情況，選擇測量環境較好、精度較高的儀表作為結算點，將另一儀表移作它用；其次，結合生產流程，將部分運行情況良好，可以作為互供結算依據的三級以及側線儀表提升至互供表使用；最后，優化流程、合并互供點，使互供點減少21%。通過調整儀表安裝位置、流程優化、重建模型等手段，使公司的互供點基本上配備了符合二級計量要求的計量儀表，MES系統整體數據質量明顯提升。

3.2“復合工廠”解決方案，支撐ERP財務核算

MES系統統計平衡需要完成上海石化企業內實體工廠的平衡和核算工廠的調整，即煉化4部中的儲運部根據核算方法需要拆分到另外3個部進行核算，為滿足煉化3部ERP系統財務核算需求而開發了“復合工廠”解決方案，通過復合工廠模型實現了儲運工廠的拆分結算。該方案適應ERP工廠劃分，支撐ERP系統“N+1”財務核算，同時為技術經濟指標系統等提供平衡后的數據源。

該方案使得上海石化統計平衡方式發生了極大的轉變，生產統計業務流程得以優化，統計月結效率大大提高，數據更真實、準確，實現了從生產調度到生產統計數據集成。

3.3開發MES系統統計增強模塊，進一步提高統計月結算效率

由于上海石化生產業務的特殊性，工廠和板塊存在多對多的關系，金森特統計系統不太適用于上海石化，導致ERP月結時從MES系統獲取數據存在諸多不便。為解決這種情況，上海石化進一步提高月結速度，開發了MES系統統計增強模塊。在MES系統統計模塊的基礎上，建立裝置(車間)、二級單位、統計工作站等層面的生產統計系統，整合各生產單位統計業務和基礎臺賬，優化統計業務流程，提高了統計月結速度，縮短提供ERP統計數據時間12 h。

4SMES 3.0系統在上海石化的應用效果

4.1為生產運行提供信息共享平臺，實現裝置(車間)生產管理從靜態化向動態化轉變

基于MES系統的信息平臺與實時數據庫為生產運行提供了信息共享的平臺環境，裝置(車間)生產管理可通過這個平臺監控實時數據、查詢歷史數據，通過指標分析與工藝參數計算，運用統計分析與控制把握生產運行趨勢，推動裝置生產管理從靜態化向動態化轉變。利用物料動態工藝實時數據加強生產車間的自我評價，對生產裝置進行動態成本分析，對產品收率變化實時跟蹤，對生產計劃指標與實際完成數據比較，對存在的偏差，及時分析查明原因，調整生產方案。利用物料動態工藝實時數據加強車間班組的績效考核，細分生產工序。在工藝管理方面，利用實時數據獲得各裝置操作參數，監控裝置運行狀況，提高裝置運行平穩率。通過調度日報數據、班量數據可及時了解裝置運行動態，為生產管理人員及時發現裝置出現的問題以及更加深入了解裝置生產情況提供可靠方式。

4.2充分發揮生產運營平臺作用，提升公司生產管理精細化水平

MES系統集成了LIMS、實時數據庫(RTDB)等重要信息系統，為生產管理提供了展示生產過程的數據平臺，為生產事前預測、事中控制、事后評價提供了有力工具。通過生產現場與生產管理信息的雙向溝通，實現動態管理、優化控制。MES系統的建設與應用為企業生產指揮和經營決策提供了及時準確的數據支撐。

MES系統實現了生產調度與生產統計數出一門、信息共享，報表一致性大大提高。物料管理實現了“日平衡、旬確認、月結算”、能源管理實現了“日跟蹤、旬平衡、月結算”，細化了管理粒度。規范了運轉班模式，統一了各生產單位間的結量時間，消除了報數時間不一致產生的差異。進出廠、互供業務和裝置投入產出管理業務等實現無縫連接，大大地提高了公司內跨部門(條線)業務的處理效率。

MES系統的多層遞解平衡策略及可視化的平衡場景(見圖2)、組分跟蹤和超差報警等功能可以及時掌握生產過程中物料移動和平衡情況，直觀地跟蹤裝置產品收率和加工損失，檢視裝置能耗等，及時發現并糾正MES系統操作過程中的漏操作、誤操作、互供單邊橋等情形，提升了數據質量，使得MES系統狀態與生產實際情況保持高度一致。

圖2　可視化的平衡場景示意

4.3規范和優化生產業務流程，推進公司專業化重組進程

MES系統建設及應用過程中，通過業務流程優化重組，規范了業務流程，將上海石化生產過程中的全部流程歸納成26個標準業務流程和35個擴展業務流程。同時使生產核算及邊界更加明晰，有效支撐了生產統計、計量的扁平化管理。MES系統對管理部門監控生產經營動態，及時掌握生產信息，研究和制訂工作措施提供了快速、有效的手段。

MES和ERP等信息系統的建設和投用，使上海石化實現扁平化管理有了信息技術支撐。2011年上海石化按照扁平化、專業化、規范化原則，對組織機構作了重大調整，壓縮了管理層級，實現了三級管理模式，推動了專業化集中管理工作，提高了專業管理工作水平和效率。

5結語

MES系統建設與應用的關鍵是要實現企業生產業務過程的有效集成和可視化，它需要連接控制層面的自動控制系統(PLC)、分散控制系統(DCS)、數據采集與監視控制系統(SCADA)等控制系統,這意味著MES系統要解決企業數據集成技術問題，同時也要解決基礎設施配置問題。上海石化SMES 3.0系統的深化應用面臨機遇與挑戰，基礎設施有待進一步完善，首先需要加強計量儀表投資力度，解決數據采集率偏低的問題，以有利于進一步提高數據質量和工作效率；其次要開發個性化應用，提高系統數據利用率；第三要加強對MES系統用戶(包括操作用戶、關鍵用戶)的培訓力度，提升MES系統應用水平，有效挖掘上海石化MES系統創新與深化應用的潛力。

隨著信息技術發展越來越成熟，大數據時代來臨，以及物聯網和云計算等新興信息技術的興起，信息集成系統的建設與應用能夠有助于企業實現管理創新、轉型升級、提質增效，使企業保持可持續發展競爭力。MES系統作為生產運營平臺必將成為石化企業推進信息化與工業化深度融合、建設智能石化工廠不可或缺的重要信息系統。

參考文獻

[1]陸峰.中國石化SMES 3.0物料管理復合工廠統計平衡模型探討[J].信息系統工程，2011(6)：21-22.

[2]宋智慧.MES在石油化工裝置的應用[J].石化技術，2010，17(4)：27-30.

Application of SMES 3.0 in Refining-Chemical Integrated Industry Enterprises

Xie Zhisen

(SinopecShanghaiPetrochemicalCo.,Ltd.,Shanghai200540)

ABSTRACT

Keywords：MES,system architecture,function,application,effect,evaluation

收稿日期：2016-01-14。

作者簡介：謝知森，男，1981年出生，2006年畢業于蘭州理工大學化學工程與工藝專業，本科，工程師，現主要從事煉油化工生產運行管理工作。

文章編號：1674-1099(2016)02-0042-05中圖分類號：TP273

文獻標識碼：A

The system architecture and main function of manufacturing execution system(MES)SMES 3.0 were introduced.In the process of system construction and application,the multi-plant balance calculation solution was used for solving the problems of inadequate measurement conditions,such as lack of mutual instruments and poor accuracy.In addition,the composite plant solution could support the financial accounting in ERP and improve the efficiency of monthly?balance.The application effects of SMES 3.0 in Shanghai Petrochemical Co.,Ltd.were evaluated,and suggestions were proposed for deepening application of MES.