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结合中国石化企业特点 浅谈MES应用及发展

[日期:2014-02-11] 来源:互联网  作者:沸腾网整理 [字体: ]

  MES是面向执行的工厂层信息系统,MES作为生产与计划之间的信息纽带,为ERP系统和控制系统提供关键链接,将两者的信息有效连接起来,使整个企业有了一个自上而下无缝链接的信息平台。通过介绍流程行业MES的体系结构和特征,并结合中国石化企业的特点,详细阐述了中国大型石化企业MES的系统功能、技术特点以及未来发展趋势

  1.引言

  目前,大部分石化企业实现了以ERP为代表的企业信息管理系统,以及以DCS,PLC和SCADA为代表的过程控制系统,尽管这两类系统推广取得了较大成果,但其应用效益还没有充分发浑,其主要原因是企业在信息化过程中忽略了两者之间的有效配合,导致企业上层计划缺乏优化的调变和协调,企业生产经营管理层和过程控制执行层之间双向信息交流交互割断,产生“断层”,无法对企业生产过程的主体——生产现场进行有效的管理,从而导致管理信息系统的应用效果不够理想,甚至失败。MES就是为了解决这一问题而发展起来的,MES是面向执行的工厂层信息系统,MES作为生产与计划之间的信息纽带,为ERP系统和限制系统提供关键链接,将两者的信息有效连接起来,使整个企业有了一个自上而下无缝链接的信息平台,自动执行计划层制定的生产计划,从收集的实时数据中提取ERP系统所需的正确信息,使企业中需要相互联系的各信息系统和以产品生产为纽带的各部门紧密联系、协作,使企业获得最大的效益,从而解决了生产与计划之间的“断层”问题。

  2 .MES的功能

  企业信息化层次结构中各级系统的地位可以看出,MES起着承上启下的枢纽作用。它接受上级发布的生产计划,依据从车间获取的实时现场数据,为生产管理调度一级的管理人员提供大量丰富的生产调度信息。管理人员掌握了这些信息后,对车间生产层可下达切实可行的生产指令,对企业决策层可以汇报真实有据的生产情况。在这一信息流动过程中,涉及了企业的整个业务流程:计划任务、物料流动、库存跟踪、数据采集、质量控制、能源管理、设备管理等各个方面。

  3.大型石化企业MES的技术架构

  根据大型石化企业的特点,可以将MES的业务领域分解为四个关键领域,即生产计划与排产、生产运行管理、生产执行和生产统计,这些业务领域是一个工厂管理的核心。工厂维护,物料管理,质量管理,销售与分销,工程项目管理,健康、安全与环保管理,财务管理,人事管理等业务领域虽然不属于MES直接覆盖的领域,但MES需要与这些业务领域交换信息。

  大型石化企业的生产运行和管理,需要一系列应用系统来支持:生产运行系统是支持工厂管理的核心系统;集散控制系统、先进过程控制系统、实时优化系统等是生产运行系统最直接的实时数据来源;是支持生产运行系统的最主要的两个应用系统,它们为生产运行系统提供有关工厂维护,物料管理,质量管理,销售与分销管理,健康、安全与环保,以及财务管理和人事管理的相关信息,生产运行系统的信息又会进一步反馈到这些系统中去;一些工程项目管理和工艺管理的业务领域由工程类应用系统或企业资源计划系统的部分模块来实现;工厂的一些基础信息,如装置流程图等,由工厂基本信息系统来管理和维护。

  主流的大型石化企业MES系统包括以下模块:生产计划与排产、运行管理、物料移动管理、物料平衡、收率计算、实时数据库、实时数据库应用、实验室信息管理系统、生产统计、生产运行信息平台。

  4.系统部署

  4.1系统部署的原则

  系统部署要遵循统一性、先进性、实用性、可操作性、灵活性、适应性、经济性等原则,严格按相关标准规范执行。

  4.2系统部署方式

  从专业系统实施、开发和维护的角度考虑,MES系统部署应需要开发、测试、生产等3套硬件环境。其中,开发环境主要用于初始开发及今后的升级维护;测试环境主要提供给开发者一个测试平台;生产环境则是系统实际的工作环境。由于各公司的生产管理模式不同,硬件部署也分为集中式和分布式两种模式。下面以生产环境为例说明两种系统部署方式。

  4.2.1集中式系统部署

  所有服务器部署在公司层面,车间不设置专门的服务器。在公司层面部署Web服务器、应用服务器、实时数据库服务器、关系型数据库服务器、服务器,以及磁盘阵列和磁带库等硬件设备。所有的服务器通过100/1000M以太网链路与局域网相连,实时数据库服务器、关系型数据库(Oracle)服务器、实验室信息应用(LIMS)服务器和域及备份服务器通过SAN链路与光纤交换机相连,构成了SAN存储环境。备份服务器通过备份软件对光纤磁带库进行备份管理,可以做到在线实时备份相关重要数据。

  4.2.2分布式系统部署

  该管理模式的系统部署比较复杂,在公司层面部署Web服务器、应用服务器、实时数据库服务器、关系型数据库服务器、服务器,以及磁盘阵列和磁带库等硬件设备。考虑到数据安全性,在公司层面构建SAN存储网络。在各分厂层面部署Web服务器、实时数据库服务器、服务器等硬件设备。但是如果公司下属工厂数量比较多,或者工厂的规模比较大时,考虑到系统的性能问题,则需要在工厂一级的层面上追加部署相关应用服务器。

  5.应用方案

  下面具体介绍国内某新建石化项目中MES系统的设计方案。

  该项目为新建大型气田,包括天然气的集输、净化、外输以及下游化工企业。MES系统由数据库服务器、实时数据库、数据存储的磁盘阵列、Web服务器、工程师站、操作员站以及配套的大屏幕显示系统等设备组成。

  该MES系统采用的是集中部署方式,它与地面集输控制系统、外输控制系统、净化厂控制系统以及公用工程控制系统之间采用以太网(TCP/IP)连接,并通过OPC接口实现通讯。净化厂控制系统、地面集输控制系统、外输控制系统以及公用工程控制系统分别设OPC Sever,OPC Sever应符合规范:DA2.05,HDAl.10,A&E1.10。MES系统作为OPC Client分别从净化厂控制系统、地面集输控制系统、外输首站控制系统以及公用工程控制系统获取数据并对获取的数据进行存储、管理、对外发布。该系统的主要功能如下:

  a)实现对该气田的生产运营的数字化管理,可以为净化厂、集输站场等生产部门的运营提供一个集监视、管理一体化的综合平台。

  b)实现对天然气生产、安全数据的信息数字化管理,结合DCS,SCADA控制系统和SIS安全仪表系统的丰富信息,预防非计划停工和安全事故发生。

  c)通过仪表设备管理、工艺设备管理系统实现设备预测性维护,建立和编制科学维修计划,当风险指数达到警戒线时,自动启动相应的应急预案,尽可能地降低生产停工和事故发生率。

  d)利用DCs,SCADA和SIS系统的在线数据,实现该气田的全自动监控。通过网络集成技术将控制系统、安全系统、远程终端装置RTU,PLC或其他输入/输出设备的数据集中存储,实现整个气田的数字化管理,保证了系统的安全运作和优化生产控制。

  e)采用文件传输、存储技术和网络技术,将设计图纸、施工数据、人员资料、管理文档等全部实现数字化管理,通过局域网或互联网传送到数据库中,将各个专业各个单位不同数据融为一个整体,有效地消除“信息孤岛”,实现信息的共享和协同工作。

  f)其他高级管理功能包括:数据校正与物料平衡、生产统计、设备管理、生产管理、品质管理、生产计划与排产。

  6.大型石化企业MES的发展趋势

  随着信息技术和企业管理思想的进一步发展,MES技术也将会得到不断提升。从目前的发展现状来看,生产过程优化问题是中国MES研究中的弱项之一。另外,目前的MES在生产过程管理方面仅仅为生产管理人员提供了一个操作平台,生产操作决策人员仍然要凭借个人经验进行操作决策,如何将优秀生产管理者的经验固化在MES系统中,目前还没有涉及。面向未来,今后石化行业MES的发展将主要体现在以下几方面。

  a)功能完善的可视化建模。MES是以生产过程模型为核心的。在每个企业实施MES时都需要对其生产过程进行建模。直观而丰富的建模手段能够有效地简化建模过程,缩短MES实施周期,降低MES实施风险,提高MES实施的成功率。

  b)实时操作智能与可视化。实时数据库系统的应用使得MES实现了从生产现场直接采集数据,进而提高了数据采集的质量和效率;此外,通过将各类生产运行数据进行实时集成和整合,形成面向生产管理的企业生产运行数据库,为企业生产经营管理优化提高了数据基础。另一方面,随着数据的逐年积累,大量的生产现场数据为我们寻找产品生产过程的内在规律提供了可能。人们将能够对大量历史数据进行挖掘,发现生产过程内在规律或知识,并以直观的形式展现给决策者,进而制定科学正确的决策方案,实现生产管理及操作的在线优化。

  c)MES集成与信息展示平台。MES的核心是生生产过程集成优化与可视化。实时数据库系统技术的应用实现了企业范围内各种不同厂家、各种不同设备的控制系统数据的实时集成,提供了企业范围生产过程现状的快照,为生产过程的实时集成提供了数据与事件管理基础。基于实时数据库与关系数据库的MES集成平台将实现生产现场过程数据与管理信息的有机整合,为生产过程的集成优化提供有效的工作平台。另一方面,由于石化企业生产过程复杂,完全自动化不可能,需要专业人员的操控。然而,生产现场过程数据量大,如何将这些数据中隐含的有用信息提取出来,并以有效的方式展现给专业人员也是我们需要考虑的问题。

  d)不断扩展的应用深度和广度。一方面,多数已实施MES系统的企业只实施了MES的主要模块,如罐区管理、装置生产管理、进出厂管理、油品移动管理和物料平衡管理应用较多,计划优化、调度优化及装置成本管理应用较少,石化MES还有较大的应用深度;另一方面,认识到MES重要性的企业越来越多,需要实施MES系统的石化企业将逐年增加,MES应用的广度也将不断扩展。

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