MES 系统中物料平衡的设计与实现石油炼制企业在不断的发展壮大,对信息技术和综合自动化系统的需求也在持续变化。
本文通过以制造执行系统 (Manufacturing Execution System , MES 技术为代表的信息化整合优化集成,企业可以显著降低成本、提高竞争力和增强抗风险能力,因此, MES 技术的研究与应用成了整个流程工业综合自动化技术发展的关键之一。
本文内容涵盖了物料平衡模块的各个关键技术点,主要包括物料平衡数据的归并与审核、平衡数据的校正,为全公司 MES 系统的实施奠定了坚实的基础。
1 绪论目前, 以信息集成为核心的企业综合自动化系统在国内外的许多企业已经投用, 并且取得良好的使用效果。
实践表明它能够将先进的、科学的管理方法更好地应用于化工企业, 将生产管理的经验和领域专家的知识结合起来, 协调并参与实时生产管理过程, 再结合产品的市场行情,搞好市场分析,形成最佳的生产结构,从而创造更大的经济效益。
20世纪 90年代,我国化工企业基础自动化建设与改造基本完成,部分企业还实施了 ERP(Enterpdse Resource Planning , 企业资源规划 , 但因缺乏将ERP 和控制系统集成连接在一起的中间层, ERP 的实施效果受到了极大的限制,信息化建设进程一度陷入窘境。
MES(Manufacturing Execution System,生产执行系统是支撑企业生产管理层业务运行和管理的信息系统,恰好能填补这一空白。
MES 是处于计划层和现场自动化系统之间的执行层, 主要负责车间生产管理和调度执行。
一个设计良好的 MES 系统可以在统一平台中集成诸如生产调度、产品跟踪、质量控制、设备故障分析、网络报表等管理功能,使用统一的数据库和通过网络联接可以同时为生产部门、质检部门、工艺部门、物流部门等提供车间管理信息服务。
系统通过强调制造过程的整体优化来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 /SFC 信息体系。
MES 直到 1990年, 才由美国的 AMR(Advanced Manufaeturing Research提出并使用。
20世纪 90年代初,工业界开始认识到需要一个可以将业务系统和控制系统集成在一起的中间层。
制造执行系统 (MES从一开始就是一个特定集合的总称, 用来表示一些特定功能的集合以及实现这些特定功能。
美国的咨询调查公司倡导制造业用三层模型 (3rd layer modd 表示信息化。
将位于计划层和控制层中间位置的执行层叫做 MES , 并说明了各层的功能和重要性。
在中国, 生产和制造两词有时混用或等同。
MES 处于企业信息系统 ERP/SCM 和过程控制系统 DCS /PLC 的中间位置。
ERP 作为业务管理系统, DCS /PLC 作为控制系统,而 MES 则作为生产执行系统。
MES 与上层 ERP 等业务系统和底层DCS 等生产设备控制系统一起构成企业的神经系统, 把业务计划指令传达到生产现场的同时, 将生产现场的信息及时收集、上传和处理。
MES 不单是面向生产现场的系统,而是作为上、下两个层次之间双方信息的传递系统, 是连结现场层和经营层, 改善生产经营效益的前沿系统。
MES 也不是一个特定行业的概念,而且应用于各种制造业的重要信息系统。
到 90年代, MES 发展为 MES(集成 MES 和 MES(Manufacturing ExecutionSolutions。
90年代中期,又提出了 MES 标准化和功能组件化、模块化的思路。
这时许多 MES 软件实现了组件化,也方便了集成和整合,这样用户根据需要就可以灵活快速地构建自己的 MES 。
对于化工企业, 作为填补计划系统和控制系统狭缝的 MES 的主要功能模块, 一般包括短期生产计划、作业排产和调度,过程控制和管理,维护管理,技术信息管理,过程优化控制,提高质量管理功能的 LIMS 以及与 ERP 之间的连接。
还有化工企业生产的特殊需求,如数据调理和校正、运行数据统计、公用工程平衡管理、设备寿命预测、设备性能计算、罐区管理、罐区平衡、物料平衡等,都作为 MES 的单一功能模块,并集成到 MES 系统中。
MES是处于计划层和控制层之间的执行层,主要负责生产管理和调度执行。
它通过控制包括物料、设备、人员、流程指令和设施在内的所有工厂资源来提高制造竞争力,提供了一个统一平台,系统地集成诸如质量控制、文档管理、生产调度等功能。
企业资源计划 (ERP系统需要实时生产信息的辅助进行经营决策和订单管理。
但是来自生产现场的状态信息和生产数据并不能直接反映经营者所关心的产品进度和质量变化等信息。
因此, 需要 MES 在企业资源计划和过程控制之间提供信息的转换。
MES 执行由 ERP 制定的计划,并根据实时生产信息调整生产,做出调度,并将有关资源利用和库存情况的准确信息实时地提供给 ERP 系统。
MES 还能将生产目标及生产规范自动转化为过程设定值,并对应到阀门、泵等控制设备的参数设置。
同时, MES 将从 DCS 采集来的生产数据与质量指标进行对比和分析,可以提供闭环的质量控制。
MES 为控制包括物料、设备、人员、流程指令和设施在内的所有工厂资源,提供了一个统一平台, 对提高企业生产效率、提高产品质量、降低消耗起到了重要的作用。
尽管不像 ERP 那样为公众所熟知, MES 同样是制造业信息化, 流程工业自动化的核心技术, MES 在企业计划管理和车间生产控制之间架起了一座信息沟通和管理的桥梁, 使企业将更容易建立一个快速反映、有弹性、精细化、统一的信息化制造环境, 帮助企业提高了产品质量和环境, 降低了材料和人力等资源的消耗。
炼油化工属于典型的流程生产行业, 其生产工艺流程及生产组织方式具有鲜明的特点,在炼油化工行业中, MES 对于信息系统集成化、标准化, 了解监督、管理并优化生产运行,提高经济效益,发挥着重要作用。
通过 MES 的实施,石化企业可快速应对经济环境和内部生产的各种变数, 改变工厂的角色, 进行业务和生产上的多级优化; 对生产过程和运行数据进行采集、整合和充分利用; 改善生产执行层的信息交流以及工作效率,支持各个业务领域运行和优化。
MES 的应用正在逐渐成为石化企业信息建设的重要组成部分。
形象的说明了在整个石化企业中 MES 系统与 ERP 以及 PLC 、 DCS 之间的关系。
1.1 MES系统生产运行系统的英文全称是 Manufacturing Execution System ,简称 MES ,是美国管理界上世纪九十年代提出的新概念。
MES(MES国际联合会对 MES 的定义是:MES 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, 同时还能通过双向的直接通讯在企业内部和整个产品供应链中提供有关产品行为的关键任务信息。
MES的产生源自工厂的内部需求,传统的 MES 就是从 70年代的零星车间级应用发展起来的。
20世纪 80年代后期,‘随着计算机技术和网络技术的迅速发展,流程工业控制中出现了多学科闫的相互渗透与交叉;同时, 信号处理技术、计算机技术、通信技术及计算机网络与自动控制技术的结合使过程控制开始突破自动化孤岛模式, 出现了集控制、优化、调度、管理和经营于一体的综合自动化新模式。
MES 就是这种新模式下的一项重要技术和应用。
MES强调控制和协调,是使计划系统能落实到实处的执行系统,所以在石化企业经济效益控制中有很高的应用价值。
MES面向生产执行过程,连接实时数据库和关系数据库,对生产过程进行过程监视、控制和诊断、单元整合、模拟和优化,并进行物料平衡、生产计划、调度、排产等操作管理。
MES 是连接控制层与管理层的一个中间纽带, 完成从生产命令下达到生产统计的整个过程的管理, 并实时地将生产过程信息反馈给 ERP 及其它信息系统, 从而将生产活动信息与管理活动信息有效集成。
因而,在企业信息化系统中, MES 起着承上启下的作用。
MES 系统国内外发展状况MES作为生产形态变革的产物, 其起源大多源自工厂的内部需求。
80年代, 美国就有了 MES 系统。
传统的 MES 大致可分为两大类:(1专用的 MES 系统。
它主要是针对某个特定的领域问题而开发的系统, 如车间维护、生产监控、有限能力调度或是 SCADA 等; (2集成的 MES 系统。
该类系统起初是针对一个特定的、规范化的环境而设计的,目前已拓展到许多领域,如航空、装配、半导体、食品和卫生等行业,在功能上它己实现了与上层事务处理和下层实时控制系统的集成。
虽然专用的MES 能够为某一特定环境提供最好的性能, 却常常难以与其它应用集成。
集成的MES 与专用的 MES 相比,迈进了一大步,具有一些优点,如单一的逻辑数据库、系统内部具有良好的集成性、统一的数据模型等等, 但其整个系统重构性能弱, 很难随业务过程的变化而进行功能配置和动态改变。
目前, 国内还没有自主开发的很成熟的且得到广泛应用的 MES 软件。
即使有所谓的车间层控制 SFC(Shop Floor Control,大多数也是收集相关资料,再通过批处理方式录入,其功能十分有限。
在国外已经形成了一批 MES 软件产品和解决方案, 出现了一批以 MES 为核心产品的工业企业管理应用软件公司,而且企业信息技术应用的焦点已经由 ERP 转向MES ,然而 MES 的标准化仍有大量工作要做。
从国内的发展趋势看, CIMS 、 MES 、 ERP 等概念都进入中国较早,但只以DCS 为代表的底层自动化和以 ERP 为代表的管理系统普及速度较快, 因此, 中国工业企业的信息孤岛和缺损环链现象比国外更为突出。
也就是对 MES 层的认识相对落后, 但是, 确实有一些公司在加快开发中国式的 MES 产品或应用国外的 MES 产品, 而且势头较好, 同时, 在认识观念上由关注 ERP 到关注 MES 的转变也已开始。
从技术角度看 MES 的功能正在向控制层和计划层渗透, 三层结构的分工可能更模糊。
MES 功能中的计划排产与执行调度模块越发突出和推广普及。
单一功能的 MES 产品正在向集成的 MES 和整体解决方案发展。
信息技术领域的分布对象技术 CORBA 、 DCOM 等标准日臻成熟是 MES 发展和集成的基础, DCS 和 ERP 的普及和提高进一步推动了 MES 的发展和推广。
MES在石油化工领域的应用石油化工生产属于连续性生产,生产线一级自动化程度较高。
DCS 、 PLC 和IPC 系统已成为石油化工企业的主要控制手段。
另外, 石油化工行业的生产是一个多投入、多产出的过程, 每套装置的产出同时包含着各种不同的半成品或成品, 其中半成品进入下一套装置又会产生各种不同的产品,同时还存在着物料回流的现象。