浅谈煤化工企业的MES系统建设规划与设计

O李海生（中国神华煤制油化工有限公司 北京 100011）

浅谈煤化工企业的MES系统建设规划与设计

O李海生
（中国神华煤制油化工有限公司 北京 100011）

现代煤化工企业建设起点高，工艺装备技术先进，经营管理要求精简高效，生产管理要求严格精细，这对企业信息化建设同样提出了高标准、新水平的要求。生产执行系统（MES）是沟通企业生产过程控制和管理信息集成的重要桥梁和纽带,通过实施MES系统建设，可以为企业营运的可视化、实时化、集成化打下良好的基础，最大限度地提高企业的综合经济效益，保障企业战略目标的实现。

煤化工；信息化；生产执行系统；MES

前言

在“十二五”期间，煤化工行业的生产工艺优化和装置运行管理水平进一步提高，伴随着煤化工行业的成本优势和战略保障能力进一步凸显。

为迎接国内外煤化工行业所面临的激烈竞争，抢占市场先机，企业更需要对与生产运营密切相关的信息化系统建设，尤其是生产执行系统（MES）的建设进行整体规划与设计，依靠现代化信息和技术手段，运用先进设备，实现装置生产平稳运行、运营管理高效率和低成本。

1.MES系统建设目标

(1)生产集约化

加强资源的有效配置和科学利用，有助于实现生产运营成本的精细核算，建立体系化的成本控制体系，提高预知预测能力。实现面向生产管理业务的集成与协同，对生产营运业务流程进行分析和优化，对流程在生产岗位之间的控制界面进一步规范和明晰

(2)流程标准化

通过运用先进的科学技术和管理方式，抓好生产过程控制和业务标准化，实现核心业务领域业务流程固化，提高管理效率；面向经营管理层和战略管理层，以统一的集成规范，以扁平化、清晰化方式，提供生产营运过程的物料平衡、过程工艺参数与质量、物耗、能耗及过程实时数据等生产绩效信息。

(3)管理精益化

提升管理效能，实现安全、高效生产，提高计划编制、物料平衡和运行诊断及决策能力，提升生产信息从生产现场到企业各管理层级的获取和传递效率，使得生产岗位采集生产记录、调度岗位获取装置运行状态和生产完成进度、统计岗位完成生产统计、ERP系统获取生产物流信息、营运指挥部门获取营运决策支持信息，变得更加及时、快捷和通畅。

2.MES系统覆盖的业务范围

MES系统业务范围应覆盖企业生产组织及相关业务，由于煤化工企业的业务特点，按照价值链理论，应重点分析煤化工企业的核心业务管理活动。MES系统建设所关注的业务领域应包括生产绩效管理、统计分析、能源供应与控制、计量管理、设备管理、安全管理、质量管理、检维修承包商管理等业务范围。

3.MES系统建设内容与功能

(1)实时数据库系统及应用

①数据采集功能，包括：数采系统建设（含数采网建设、安全、组态等）、实时数据的采集、实验室分析化验数据的采集以及其它数据源的采集等。②数据库存储功能，实时数据库及其应用系统采集上来的数据来源广泛，种类众多，既有来自过程控制层（DCS、PLC）的实时过程数据，也有取自LIMS系统的分析化验数据，以及应用程序产生的结果，数据类型包括模拟量、开关量和字符类型等，因此实时数据库应能够将不同来源、不同类型的数据分类进行存储，以便系统能够快速、准确的查询。③实时数据库应用功能。包括：基于实时数据，实现实时装置工艺流程图、生产装置等资源实时动态信息，产生实时数据表格、动态过程历史曲线、投入产出关系图等；实现实时报警和安全监测功能；实现方便的数据查询、导出导入、自动存储、实时计算、断点续传、实时监控，以及灵活的数据展示、流程监控界面的组态及浏览等功能；实现生产装置平稳率计算与监控、自控率计算与分析等。

(2)工厂基础信息管理，这是MES系统运行的基础，主要包括模型管理、系统集成、访问管理、数据存储、日志管理等功能

(3)生产计划管理，功能包括

按照原料进厂、装置投入产出、产品出厂等业务进行计划的编制和发布；业务部门提供生成计划的审批、上报、下达、发布、查询等业务流程计划管理；对计划变更进行管理及维护，并将变更后的计划及时与实际情况对比；按照时间粒度，管理公司的年度、半年、季度和月度生产计划，对计划的完成情况进行跟踪与反馈；根据生产运营层系统的其他模块提供的实际完成进度形成当前计划的完成情况。

(4)生产调度管理，功能包括

生成以事件为基础的调度解决方案；满足订单，库存及补货需求；制作调度报表；调度安排监控等。

(5)操作管理

精细化的生产操作管理，是生产指令贯彻执行的重要保障，操作管理已经成为企业的核心管理能力之一。

主要内容包括：规范并建立操作指令集，实现操作指令发布、执行、反馈、完成的流程控制；建立装置操作规范模板，指导操作；记录各生产装置、公用工程、辅助生产系统的操作员在生产操作过程中发生的事件，监视过程数据的执行情况，依据工艺控制参数的操作目标跟踪操作执行情况并且锁定问题区域；操作偏差要能够预警显示，能够进行趋势分析；调度人员、工艺技术员、操作工能够对于与偏差相关联的事件进行原因分析和问题解释；自动整合执行的操作指令、关键的操作数据和操作过程中出现的问题，生产调度和技术管理人员及时了解生产操作状况，统计各装置操作指令的完成情况、出现的操作偏差数量以及问题解决的时间等功能。

(6)生产绩效管理

具体功能包括：建立生产绩效指标体系；实现绩效指标的在线计算以及在线跟踪；实现对绩效指标变量、数据源、计算方法、计算频度、关联关系的组态和定义；以图形化的方式展示绩效结果，包括趋势曲线、柱状图、关联分析等；各生产单元要按照独立核算，模拟法人运行的模式来确定需要的能源及原材料消耗。

(7)物料移动与物料平衡

主要功能包括：建立涵盖整个厂区生产工艺流程的物料平衡模型，实现全厂日物料平衡计算，实现装置投入产出、产品收率、装置转化率、原料单耗、装置加工损失、储运损失的计算；实现对库存基础数据信息的管理和维护，包括储罐和料仓参数管理、容积转换系数维护、计量算法管理等；实现原料进厂和产品出厂的移动关系信息的记录，包括进出厂方式、去向、物料名称、客户信息等，能够选择多种进出厂方式，包括汽车、铁路槽车、管输等；实现对固体产品入库、出库、移库、升降级等各种操作实现事件级的记录与管理。

(8)能源管理

能源管理对基础工厂基础信息管理平台对全生产厂的能耗介质等资源的生产和消耗数据进行采集、平衡、统计管理，给调度部门和生产部门提供能源系统的运行状况、装置能源动力的消耗情况信息，并进一步核算成生产成本。通过数据的管理与分析，为节能减排工作提供决策支撑。

(9)生产统计

提供统计业务模型配置工具，根据统计业务规则，在工厂基础信息管理平台基础上，构建工厂统计模型。对物料移动与物料平衡数据、生产日报数据、库存数据、能耗数据、进出厂数据进行综合汇总，根据各种产品的汇总数据，在工厂统计模型内，进行统计平衡计算及调整，形成统计报表。

(10)工艺技术管理

工艺管理，根据生产装置工艺规程，实施装置工艺卡片管理，对工艺卡片的关键控制参数的控制范围进行修订和发布，并对生产中心的技术指标、工艺参数的操作绩效数据，进行分析和汇总，为严格工艺纪律，强化操作指导和执行工艺考核提供支撑。

为生产中心提供工艺台帐和技术统计月报，为装置技术管理减轻人工统计负担，在增强技术分析，提高装置运行技术水平提供支撑。

化工三剂管理，采集装置三剂消耗数据，编制三剂消耗报表，为三剂单耗技术分析提供支撑。

(11)应急管理

基于工厂基础信息管理平台完成应急指挥系统各功能建设，包括接处警、应急响应、应急值班、影响分析、趋势分析、预测预警、和应急知识管理等。实现突发事件的接报与处置、趋势分析和综合判断，分析突发事件的影响范围、影响方式、持续时间及危害程度，确定事件的危害级别；发生重特大突发事件时，完成预案启动、事件数据采集、事件分析预测、资源协调等功能，并能对突发事件进行跟踪与反馈，能够将分析结果、专家建议以及查询到的应急资源及时、快速地展示出来，供领导进行决策和指挥。

(12)生产指挥系统

生产指挥利用数据抽取与展现技术，实现MES各模块的业务和数据集成，并提供基于角色的集中展示界面，为企业各级领导和管理人员提供全过程多维度、多角度的生产数据和信息数据综合展示。主要展示领导关心的生产完成、装置运行及技术指标，实现信息的追溯查询，实现MES信息多角度的挖掘与展示，为领导指挥和决策提供辅助工具。

(13)企业信息集成（ESB）

采用统一集成规范，明确集成方向，要求接口具备完整性、规范性、开放性和灵活性，接口定义遵循易理解、易使用、易交流、方便扩展的原则，保证接口的实时性、可靠性、安全性；使系统集成平台与业务系统之间能够实现方便可靠的业务集成，满足各系统的业务集成需求。

采用企业服务总线技术，为业务系统提供交互的渠道和方法。并提供通用的消息传递机制，采用同步、异步的方式，实现系统消息的完美集成。

企业信息集成平台应制定一套集中的、完整的、统一的集成规范。业务人员通过一次登录后，可以在平台中处理各种日常事务，避免再次单独登录其它业务系统。同时与其它业务系统进行综合集成，保证各个业务系统进行正常交互，有利于公司内部业务系统集成和数据交换，完成企业信息一体化。

4.控制层与设备层的功能设计

MES系统是煤化工企业生产执行层的最主要应用系统，而控制层和设备层能够有效支撑生产执行层及以上层的应用，提供实时、准确的装置、设备运行数据，完成控制指令动作，应对现代化大型煤化工企业运行的挑战和需求。

自动化控制系统的建设需推进集成自动化和信息化系统的应用发展，降低生命周期成本，提升精益化管理水平，获取更多经济效益和社会效益。控制系统规模可大可小，可能涉及十多种自动化控制系统。主要常用的自动控制系统有实时优化、先进控制、分散控制、机组监视系统等。常见控制系统主要有：实时优化、先进控制、过程控制计算机系统、分散控制系统、现场总线控制系统、ITCC综合控制系统、安全仪表系统、设备包控制系统、报警管理系统、储运自动化系统等。设备层设备重点要考虑的主要有：智能仪表及传感器、工业级平板电脑、无线射频、工业电视等内容。

5.IT基础设施与数据安全

完善的系统建设还应开展IT基础设施与数据安全方面的设计与实施。

自动控制系统与生产执行系统是逐渐交叉和融合的，但在网络等基础层面，对网络的可靠性、稳定性、信息安全仍有其特殊要求。支撑DCS等自动控制系统的网络区域，应采用TCP/IP协议或自动控制系统指定协议，数据访问率为秒级或更低，网络采用双路冗余设计，过程控制系统主要硬件、通信设备、系统软件等均运行于相对独立网络，以确保控制安全。而实时数据库、MES等执行层系统一般独立于自动控制网，可位于企业的管理网中，数据访问率为分钟或分钟以上。自动控制网与管理网中间采用具备单向数据传输控制功能的网闸设备进行隔离，同时两个网络区域之间应通过OPC服务器相连。

6.MES系统建设实施路线

总体实施路线规划是在应用架构、数据与集成架构及基础架构规划的基础上，对比基线和目标业务、技术架构，找出实现具体目标的具体步骤和实施策略。MES系统设计复杂、功能多样化，涉及生产制造流程的各个环节，因此MES系统建设的实施路线应对工艺路线复杂等多个维度进行分析并分类，将系统建设分为多个阶段，明确项目范围所覆盖的所有要求，使系统建设在可控范围内。

结语

通过在煤化工企业进行MES系统的规划、设计与建设，综合计划优化、物料平衡、操作管理、调度管理、计划管理等功能，可以有效提高生产装置的运行质量；通过强化作业许可管理，从操作规范上降低事故发生可能，可以有效改善生产安全。同时可以增强科技创新与转化能力，进一步提升管理水平，改善生产装置单位能耗水平，提升信息化整体水平。

[1]刘希俭等编著.企业信息技术总体规划方法.石油工业出版社, 2012.

[2]2014中国国际煤化工发展论坛资料汇编.内部资料.2014.

[3]刘佩欣,祝威.浅谈制造执行系统(MES)在煤化工行业中的应用探讨.神华科技,2011.

[4]刘希俭等编著.中国石油信息化管理.石油工业出版社,2008.

[5]中国石油和石化工程研究会编写.当代石油和石化工业技术普及读本－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，中国神华煤制油化工有限公司，研究方向：煤化工企业的信息化建设与发展、生产技术与信息技术的结合与相互促进，以及现代管理理念的信息化落地与实施等。