1 背景

　　1）煤化工指的是以煤炭為原料經(jīng)化學(xué)方法將煤炭轉(zhuǎn)化為氣體、液體和固體產(chǎn)品或半產(chǎn)品，而后再進(jìn)一步加工成一系列化工產(chǎn)品或石油燃料的工業(yè)。隨著世界石油和天然氣資源的不斷減少、煤化工技術(shù)的改進(jìn)、新技術(shù)和新型催化劑的開發(fā)成功、新一代煤化工技術(shù)的涌現(xiàn)，新型煤化工以生產(chǎn)潔凈能源和可替代石油化工的產(chǎn)品為主，如：柴油、汽油、航空煤油、液化石油氣、乙烯原料、聚丙烯原料、替代燃料（甲醇、二甲醚）等，它與能源、化工技術(shù)結(jié)合，可形成煤炭——能源化工一體化的新興產(chǎn)業(yè)。煤炭能源化工產(chǎn)業(yè)將在能源的可持續(xù)利用中扮演重要的角色，是今后20年的重要發(fā)展方向，面臨著廣闊的市場需求和發(fā)展機(jī)遇。

　　2）中國神華煤制油化工有限公司已經(jīng)建成并運(yùn)行的大型煤化工示范工程有：采用神華自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)建設(shè)的煤直接液化百萬噸級示范工程、采用神華自主研發(fā)費(fèi)托合成催化劑技術(shù)的年產(chǎn)18萬噸煤間接液化示范工程、采用現(xiàn)代煤化工和石油化工技術(shù)建設(shè)的年產(chǎn)聚乙烯、聚丙烯各30萬噸的神華包頭煤制烯烴工程、年處理能力10萬噸的二氧化碳捕集與封存示范工程。公司正在籌建的大型煤制油化工項(xiàng)目有：年產(chǎn)120萬噸煤基烯烴及下游化工產(chǎn)品的神華－陶氏榆林循環(huán)經(jīng)濟(jì)煤炭綜合利用項(xiàng)目、年產(chǎn)20億立方米鄂爾多斯煤制天然氣項(xiàng)目、呼倫貝爾褐煤精煉多聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目、新疆煤炭清潔轉(zhuǎn)化項(xiàng)目、山西煤焦化一體化項(xiàng)目、陜西甲醇下游加工項(xiàng)目等。

2 制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）概要

　　1）制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）是為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量、數(shù)量和交貨期，有效地使用工廠資源：即人力、機(jī)械、設(shè)備、原料等綜合管制工廠生產(chǎn)活動的軟件系統(tǒng)。是位于企業(yè)上層企業(yè)資源計劃（EntERPrise Resource Planning, ERP）和底層工業(yè)控制（Process Control System, PCS）之間，面向車間層的生產(chǎn)管理技術(shù)與實(shí)時信息系統(tǒng)。MES強(qiáng)調(diào)制造計劃的執(zhí)行，它在計劃管理層和底層控制層之間架起了一座橋梁，填補(bǔ)了兩者之間的鴻溝。

　　2）MES的定義。制造執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會（Manufacturing Execution System Association，MESA）將MES解釋為“MES能通過信息傳遞，對從訂單下達(dá)到產(chǎn)品完成整個的生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化管理，當(dāng)工廠里面有實(shí)時事件發(fā)生時，MES能對此及時做出反應(yīng)、報告，并用當(dāng)前的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)對它們進(jìn)行指導(dǎo)和處理。”

　　按照國際MES協(xié)會所給出的定義，MES提供從接受訂貨到制成最終產(chǎn)品全過程的生產(chǎn)活動實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的信息。它采用當(dāng)前的精確數(shù)據(jù)，對生產(chǎn)活動進(jìn)行初始化，及時引導(dǎo)、響應(yīng)和報告工廠的活動，對隨時可能發(fā)生變化的生產(chǎn)狀態(tài)和條件做出快速反應(yīng)，重點(diǎn)削減不會生產(chǎn)附加值的活動，從而推動有效的工廠運(yùn)行過程。MES改善運(yùn)行設(shè)備的回報，以及改善及時交貨、庫存周轉(zhuǎn)、毛利和現(xiàn)金流通性能。MES通過雙向通信，提供整個企業(yè)的生產(chǎn)活動以及供應(yīng)鏈中以任務(wù)作為關(guān)鍵因素的信息。其關(guān)鍵是精確的實(shí)時數(shù)據(jù)，這是以業(yè)務(wù)為基礎(chǔ)的ERP系統(tǒng)未曾加以考慮的。

　　美國先進(jìn)制造機(jī)構(gòu)（Advanced Manufacturing Research, AMR）將MES定義為“位于上層計劃管理系統(tǒng)與底層工業(yè)控制之間的，面向車間層的管理信息系統(tǒng)”。MES為操作人員、管理人員提供計劃的執(zhí)行、跟蹤以及所有資源（人、設(shè)備、物料、客戶需求等方面）的當(dāng)前狀態(tài)信息AMR繼1990年提出MES概念后，1992年又緊接著提出了三層的企業(yè)集成模型，如圖1所示。

　　3）MES的主要功能模塊。通常，MES起著一個類似信息集線器的作用，用來實(shí)現(xiàn)上層管理與底層控制之間的實(shí)時通信和指令執(zhí)行，并與企業(yè)內(nèi)其他制造管理信息系統(tǒng)進(jìn)行信息傳輸與交換，實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息的無縫集成。MES應(yīng)該具有可擴(kuò)展性、模塊化和廣泛適用性，以及分析生產(chǎn)資源的性能及資源最優(yōu)化分配功能，在控制系統(tǒng)與業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間起著高柔性連接的橋梁作用，各種時間系列的過程數(shù)據(jù)與生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集、分析、可視化及記錄、監(jiān)督、評價制造工程的性能，易于識別非效率的生產(chǎn)操作及引起停止的原因，滿足對效率、調(diào)度、最優(yōu)化、跟蹤等必需的各種生產(chǎn)工程的管理等要求。

圖1 AMR三層模型

    20世紀(jì)90年代中期，又提出了MES標(biāo)準(zhǔn)化、功能組件化和模塊化的思路。這時，許多MES軟件實(shí)現(xiàn)了組件化，也方便了集成和整合。這樣，用戶可以依據(jù)需要靈活快速的構(gòu)建自己的MES。制造執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會（MESA）于1997年提出的MES功能組建和集成模型如圖2所示，包括11個功能模塊，同時MESA規(guī)定只具有11個功能模塊中的一個或幾個也屬于MES系列的產(chǎn)品。

　　4）MES的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢。國外MES的起步較早，自90年代初到現(xiàn)在，MES已得到廣泛的運(yùn)用，給相關(guān)企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)ARM完成的一項(xiàng)市場調(diào)查顯示：2004年全球MES市場營業(yè)收入為10.5億美元，與2001年相比，增長超過50%，主要得益于企業(yè)對規(guī)程的積極遵守，以及ERP產(chǎn)品的成熟。

　　國內(nèi)開展MES的研究、開發(fā)和應(yīng)用只是今年來的事情，進(jìn)展與國外差距很大。20世紀(jì)90年代初期，我國就開始對MES、ERP進(jìn)行跟蹤研究、推廣應(yīng)用試點(diǎn)，還曾提出了“管控一體化”、“入、財、物、管、控、銷”等頗具中國特色的CIMS、、MES、ERP、SCM等管理理念。

　　近十年來，MES技術(shù)已經(jīng)在石油、化工、能源、食品和造紙業(yè)等行業(yè)得到了廣泛的實(shí)施和應(yīng)用。中國儀器儀表協(xié)會依托浙江中控軟件技術(shù)公司成立了“MES分會”和“企業(yè)綜合自動化培訓(xùn)中心”。由于MES能給企業(yè)和社會帶來非常大的效益，從2002年開始，國家863-CIMS高科技研發(fā)計劃中已將MES系統(tǒng)作為重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目，并出臺了具體扶持方法，從戰(zhàn)略的高度上給予了相當(dāng)?shù)闹匾�，已促進(jìn)工業(yè)化帶動信息化、信息化促進(jìn)工業(yè)化的發(fā)展戰(zhàn)略，將信息流、物流、資金流最佳集成。

　　面向敏捷制造的MES可集成MES（I-MES）通過將面向?qū)ο蠹夹g(shù)消息機(jī)制和組件技術(shù)應(yīng)用到系統(tǒng)開發(fā)中充分發(fā)揮傳統(tǒng)MES的優(yōu)點(diǎn)而發(fā)展起來的。通過采用高效的基礎(chǔ)框架大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的集成性和適應(yīng)性又能滿足關(guān)鍵事務(wù)的處理。NIIIP/SMART協(xié)會（National Industrial Information Infrastructure Protocols-Solutions for Manufacturing Execution System）為整個MES應(yīng)用領(lǐng)域提出的一個分布式對象和信息交換模式，代表了發(fā)展中MES的技術(shù)模型。

圖2 MES功能模塊

3 MES對神華煤化工事業(yè)的意義

　　神華煤化工工程是石油替代和潔凈煤技術(shù)的能源戰(zhàn)略項(xiàng)目，中國神華煤制油化工有限公司作為神華集團(tuán)一個新興的產(chǎn)業(yè)化板塊，肩負(fù)著保障國家能源戰(zhàn)略安全，拓展神華集團(tuán)公司的資源戰(zhàn)略以及促進(jìn)煤制油化工產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的使命，是中國乃至世界范圍內(nèi)新型煤化工產(chǎn)業(yè)的“領(lǐng)頭羊”。神華煤化工事業(yè)建設(shè)起點(diǎn)高，工藝裝備技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)營管理要求精簡高效，生產(chǎn)管理要求嚴(yán)格精細(xì)。煤制油、煤制烯烴的工藝對煤炭資源、水資源、生態(tài)、環(huán)境、技術(shù)、資金和社會配套條件要求較高，在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會等方面都存在風(fēng)險，而且在不同的階段有不同的風(fēng)險表現(xiàn)形式。綜上所述，企業(yè)需要通過計劃調(diào)度、節(jié)能降耗、優(yōu)化操作、裝置績效管理等一系列手段使生產(chǎn)制造過程實(shí)現(xiàn)優(yōu)化生產(chǎn)、提高效率，以獲得最大的綜合經(jīng)濟(jì)效益，同時達(dá)到節(jié)能降耗的目的，保障企業(yè)戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

　　通過MES的建設(shè)神華煤化工企業(yè)最終達(dá)到并實(shí)現(xiàn)改善生產(chǎn)執(zhí)行層的信息交流以及工作效率；降低庫存水平，減少資金占用；通過計劃調(diào)度、節(jié)能降耗、優(yōu)化操作、裝置績效管理等手段使生產(chǎn)制造過程實(shí)現(xiàn)優(yōu)化生產(chǎn)、提高效率，以獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益； 改進(jìn)物料平衡，提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量；提高裝置運(yùn)行效果，提高收率轉(zhuǎn)化率、降低損耗；提高裝置利用率；降低能耗、水耗，降低環(huán)境污染；保障安全生產(chǎn)，減少違規(guī)生產(chǎn)；支持生產(chǎn)運(yùn)行的日常管理和車間運(yùn)行的監(jiān)控，及早發(fā)現(xiàn)并應(yīng)對各種緊急事件，避免或減少非計劃停工，保證生產(chǎn)的長周期運(yùn)行；通過對生產(chǎn)運(yùn)行結(jié)果的數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)制約生產(chǎn)及經(jīng)濟(jì)效益的瓶頸問題，支持投資決策的成本和效益分析，使煤化工分公司企業(yè)管理向集約型和精細(xì)化轉(zhuǎn)變，最終達(dá)到實(shí)時、可視的理想管理水平，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的安穩(wěn)長滿優(yōu)的目標(biāo)。

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本文標(biāo)題：制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)及其在煤化工行業(yè)中的應(yīng)用探討

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