石化企業實施生產協同系統的應用研究

孟 萌，宋 揚

（1.中石油華東設計院有限公司，山東青島266000；2.中國石油大慶煉化公司信息中心，黑龍江大慶163411）

通過搭建生產協同系統，在生產執行過程中，依托MES（煉油與化工運行系統），采用微服務架構，為生產運行提供統一的服務。在系統中實現瀏覽煉化企業的物料、工藝、能耗、質量、安全、環保等信息，集中監控生產過程中關鍵實時數據，全流程展示各類生產相關事件處理狀態，并重點關注生產突發事件、異常波動、生產重大事件等異常情況，為企業生產管理人員提供實時、準確、全面的公司生產過程中各專業信息［1～3］。

1 研究目標

該項目在帆軟平臺架構的基礎上進行程序開發，基礎數據來源主要依托于MES 系統PHD（實時數據），LIMS（實驗室信息管理）系統，計量檢測系統，三劑管理系統，能源管理系統，生產日報管理系統，調度管理系統，物料平衡管理系統，班組績效管理系統，考勤系統，人力資源管理系統等。項目開發的最終目標為實現對以上系統數據進行集中整合應用，提供對各自獨立系統間數據無法共享兼容導致“數據孤島”問題的解決方案［4］。

2 基于帆軟平臺架構的開發技術

2.1 網站的搭建

使用帆軟8.0 以上版本平臺進行網站程序代碼開發，網站管理采用決策報表技術方案，設置軟件的報表管理平臺，同時創建并定義各個需要共享信息的生產管理系統的數據鏈接。

以某煉化公司MES 系統為例進行數據鏈接的定義，需要內容見表1。

表1 數據鏈接的定義所需內容

2.2 模塊業務

生產協同系統主要目標為涵蓋從原料進廠至成品出廠過程中，與產品業務相關的各部門生產流程現狀。生產協同系統功能模塊主要包括全廠生產總貌圖、全廠生產裝置實時投入產出流程圖、裝置投入產出收率計算報表、裝置公用工程系統能耗報表、裝置經營核算指標報表、全廠物料流程總圖、產品質量管理、原料入廠管理、庫存管理、三劑管理、出廠管理、全廠公用工程統計管理等實用功能模塊。除具體生產管理人員應用模塊外，還配置了網站管理，用戶權限管理，自動短信報警，大屏幕綜合展示平臺等輔助應用模塊［5］。

2.3 業務模型

該系統主要以與經濟效益相關的3 個流程模型為主，分別是全廠生產裝置實時投入產出流程模型，全廠物料流程模型，公用工程系統能耗模型。其中全廠生產裝置實時投入產出流程模型主要反應上下游煉油裝置實時的投入產出量，全廠物料流程模型反應了裝置與罐區間物料流向關系，公用工程系統能耗模型則反映了裝置與罐區對水、電、氣、風的消耗情況。以上3大數據模型構建了煉油廠實時的投產與消耗績效的基礎數據。為公司生產經營提供數據業務的有力支撐。全廠生產裝置實時投入產出流程模型見圖1。

圖1 全廠生產裝置實時投入產出流程動畫模型

在全廠生產裝置實時投入產出流程模型中共開發物料側線400 余條，利用PHD（Process history data）數據庫在系統中實時顯示煉油裝置每條側線的實時物流流量，通過該模型可完成全廠裝置物料平衡，并對異常的投入產出狀況及時提供報警。

2.4 系統數據模型的取數機制和代碼

2.4.1 基于MES 實時數據庫開發的取數機制以某石化企業為例，在全廠生產裝置實時投入產出流程模型中，裝置側線的實時數據來源于MES 系統的PHD 實時數據庫，采用建立數據集的方式歸納數據范圍，同時在開發程序中設置時間標簽插件，在MES系統Oracle（關系型數據庫）中新建數據表單，利用關鍵字段定義數據范圍、數據描述、激活狀態和倍率關系。具體數據表單見表2。

表2 Oracle（關系型數據庫）表單

2.4.2 數據庫及開發界面的代碼具體代碼可以通過帆軟系統內置JAVA 編程模塊編寫Javascript 函數進行開發，以下為裝置產品投入產出側線流量中篩選合格品的數據代碼，（其中關鍵字段以XXXX替代）

3 生產協同系統的應用效果

3.1 裝置模型的應用效果

3.1.1 計劃跟蹤主要包括利用全廠生產總貌圖、全廠生產裝置實時投入產出流程圖、全廠物料流程總圖、出廠管理模塊及公用工程模塊，實現對原料進廠、裝置加工、油品調合、產品出廠等生產計劃的跟蹤、對比、預警，計劃超欠原因的分析。進行平衡監控、三率（平穩率、報警率、自控率）動態監控、控制性能監控、工藝變更和操作變動狀態跟蹤、安全環保等信息監控。實現以模型化數據對裝置進行運行診斷與預測分析。解決了過去所依賴MES 系統進行生產管理時在數據集成、統計、核算及平衡，但對數據的全流程、多視角的跟蹤、挖掘問題深度不夠的問題。

3.1.2 實時流程主要利用三劑管理、產品質量管理、原料入廠管理、庫存管理包括裝置關鍵工藝指標、公用工程管網總圖，實現對質量統計數據，加工情況預警分析、產成品質量預警分析、公用工程預警分析、產品需求的預警。通過三劑管理模塊實現與煉油加工量數據進行正向趨勢圖對比，完成三劑消耗量與裝置加工量波動原因分析，杜絕三劑（催化劑、添加劑、化學藥劑）添加浪費情況，根據原油市場價格波動提前采購煉油化工裝置，動力裝置的三劑用料，以某煉化企業為例，實施三劑管控后可節約三劑購置費用1×108元/a。三劑管理模塊數據見表3。

表3 三劑管理表單/t

3.1.3 事件處理在石化企業生產運行中任何事件，都將對上下游裝置的持續生產，橫向各部門的配合產生影響，在生產協同系統框架內，共享各部門獨立的信息系統，解決由不同業務信息溝通不暢的“數據孤島”問題。

生產協同系統可實現生產指令閉環管理，工藝、質量、機、電、儀、人員報警處置協同聯動等，操作變動、工藝變更、文檔資料管理、臨時加樣管理，裝置開停工動態管理，對突發事件，快速搭建溝通平臺，轉移啟動應急指揮，為生產調度會提供生產報表、事件信息等電子化共享信息。

4 生產協同系統擴展應用

生產信息系統協同工作的內容不僅僅局限于生產數據管理，同樣適用于人員培訓管理，管理人員及班組人員KPI 考核等。例如在傳統的煉化企業中員工技能培訓系統、員工崗位考勤系統與個人榮譽獎懲系統通常作為人力資源系統的補充，與MES 生產數據不具備任何關聯性。但在生產協同系統中，可以通過數據共享的方式讓2者數據關聯起來并發揮作用。

在某實施協同系統的煉化企業中，某管理人員在一定期限內的在崗時間形成數據集，同步至生產協同系統內可獲得同一時間段內，裝置加工量、裝置產品收率、裝置平穩率、裝置報警率、裝置自控率、產品質量合格率等參數。經過大數據統計對以上數據進行加權分析，獲得員工平均工作時間內考核指標的平均數值。從而為不同裝置管理人員在崗時間的工作效果對比提供數據支持。利用長期數據進行統計分析，可以有效提高班組間競爭，協同系統與班組分數、獎金結合，可有效刺激各班組以更積極的心態對待操作。

生產協同系統可以有效聯動物料流程上各個相關部門，實現從生產計劃→原料進廠→原料保存→原料加工→中間緩沖罐區→半成品深度加工→成品庫存→計量出廠→財務結算，對以上作業流程所涉及各個信息子系統的數據共享。某煉化企業的生產協同系統對MES，ERP，APS（計劃排產），三劑管理，設備管理，裝置績效，計量管理，產品檢驗進行了有效集成應用。

5 結束語

在生產協同系統實施過程中，對各相關業務部門的信息系統加以整合。按照業務類別搭建數據模型建立工作流程，實時跟蹤生產計劃的執行情況；對三劑、三率和能源消耗的監控，降低了生產成本和碳排放指標；共享煉油裝置縱向、橫向生產部門數據信息，加快了異常生產事件處理速度。