1 概述

    化學(xué)工業(yè)是我國重要的基礎(chǔ)支柱產(chǎn)業(yè)。它是一個(gè)多品種、多層次、服務(wù)面廣、配套性強(qiáng)的產(chǎn)業(yè)，與其他產(chǎn)業(yè)和消費(fèi)市場關(guān)系密切，又是資金密集和技術(shù)密集的產(chǎn)業(yè)，對(duì)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。但是長期以來，我國化學(xué)工業(yè)與發(fā)達(dá)國家相比還存在著較大的差距，突出的表現(xiàn)就是生產(chǎn)制造過程能耗高，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)周期短、維修費(fèi)用高，環(huán)境污染嚴(yán)重，能源利用效率比發(fā)達(dá)國家低近10個(gè)百分點(diǎn)。面對(duì)經(jīng)濟(jì)全球化這一機(jī)遇和挑戰(zhàn)，我國化工企業(yè)已逐步利用自動(dòng)化技術(shù)、管理技術(shù)和信息技術(shù)在改變?cè)�有的生產(chǎn)管控模式。加強(qiáng)生產(chǎn)過程的監(jiān)控與管理，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本和改善服務(wù)，不斷提高自我適應(yīng)能力。其中信息技術(shù)的先進(jìn)管理體系已成為企業(yè)競爭的關(guān)鍵所在。

2 化學(xué)工業(yè)信息技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)狀分析

    化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過程具有如下的特點(diǎn)：1、生產(chǎn)過程連續(xù)，加工能力強(qiáng)，物料和能量的供給要求連續(xù)、及時(shí)、可靠；2、生產(chǎn)工藝復(fù)雜，生產(chǎn)過程涉及多種化學(xué)變化與物理變化，生產(chǎn)控制技術(shù)要求高、信息量大，故障診斷和處理比較復(fù)雜；3、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，除了主產(chǎn)品外，還會(huì)產(chǎn)生大量副產(chǎn)品和中間產(chǎn)品，產(chǎn)品與產(chǎn)品之間的關(guān)聯(lián)性較大；4、基礎(chǔ)自動(dòng)化水平較高，對(duì)自動(dòng)化的依賴性比較強(qiáng)，絕大部分的物料變量依靠儀表進(jìn)行測量或通過分析儀表間接獲得，少量人工計(jì)量；5、生產(chǎn)以安全、穩(wěn)定、長周期、滿負(fù)荷、優(yōu)質(zhì)、均衡、高產(chǎn)、低耗和減少污染為主要目標(biāo)。

    由于行業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)，大部分企業(yè)都非常重視過程控制方面的系統(tǒng)建設(shè)，在重要的裝置上都實(shí)施了自動(dòng)化控制系統(tǒng)DCS或PLC,并且注重實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)及整理，實(shí)現(xiàn)了過程監(jiān)控。由于穩(wěn)定的系統(tǒng)先天條件必須為封閉系統(tǒng)，所以生產(chǎn)裝置中的每一套控制系統(tǒng)都是相互獨(dú)立封閉的系統(tǒng)。世界各家軟硬件系統(tǒng)商也在這個(gè)前提之下，徑自開發(fā)自家的產(chǎn)品，通常不會(huì)將“系統(tǒng)整合”的概念放在他的軟硬件規(guī)劃中。隨著ERP（EntERPrise Resources Planning）系統(tǒng)的日漸普及和推廣，許多企業(yè)也實(shí)施了相應(yīng)的ERP系統(tǒng)，對(duì)企業(yè)資源進(jìn)行綜合計(jì)劃與管理，使管理得到了優(yōu)化和提升。由于大部分的企業(yè)沒有做信息整合，所以在企業(yè)內(nèi)部各業(yè)務(wù)單元的信息是相互獨(dú)立的，不能共享，形成了一個(gè)個(gè)信息孤島。給企業(yè)經(jīng)營管理和生產(chǎn)管理帶來了信息溝通上的障礙。

    目前，以ERP-SAP為代表的管理信息系統(tǒng)，以及以集散控制系統(tǒng)（DCS）、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）為代表的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，在化工行業(yè)已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用，由于缺少有效的信息系統(tǒng)架構(gòu)和平臺(tái)，導(dǎo)致企業(yè)上層計(jì)劃和管理指令不能迅速準(zhǔn)確的下達(dá)，同時(shí)生產(chǎn)單元的執(zhí)行結(jié)果的也不能做到及時(shí)反饋。據(jù)資料顯示有49%的ERP系統(tǒng)沒有達(dá)到預(yù)期的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和目標(biāo)。其中一個(gè)重要因素是與生產(chǎn)現(xiàn)場的信息連接與集成被忽略了，而生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，特別是整合過的高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，即生產(chǎn)信息是ERP的基礎(chǔ)。由于計(jì)劃層與控制層無法進(jìn)行良好的雙向信息交流，阻礙了各系統(tǒng)功能的正常發(fā)揮，也無法體現(xiàn)出信息系統(tǒng)的整體效益。MES 作為橫貫計(jì)劃經(jīng)營和過程操作兩個(gè)層面的信息管理系統(tǒng)，近些年來受到眾多行業(yè)，特別是石油化工行業(yè)的重視。MES 系統(tǒng)解決方案給人們帶了來數(shù)據(jù)共享、實(shí)施協(xié)調(diào)，提高企業(yè)執(zhí)行效率及決策能力的希望。

3 MES（生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)）的發(fā)展

    20世紀(jì)70年代后半期開始，一些企業(yè)為了解決生產(chǎn)管理中的個(gè)性問題引入了一些單一功能的軟件產(chǎn)品和個(gè)別系統(tǒng)，如設(shè)備維保系統(tǒng)、質(zhì)量管理系統(tǒng)、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)等功能的生產(chǎn)管理系統(tǒng)，形成了MES系統(tǒng)的雛形。MES(Manufacturing  Execution  System)直譯為制造執(zhí)行系統(tǒng)，俗稱生產(chǎn)管理系統(tǒng)。直到90年代初，才由AMR（美國的咨詢調(diào)查公司Advanced  Manufacturing  Research）組織提出并使用。MES在90年代初期的重點(diǎn)功能是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場信息的整合。到了90年代后期，特別是流程制造工業(yè)提出了整體解決方案和信息系統(tǒng)的需求，希望通過各種功能，諸如資源分配管理、調(diào)度、質(zhì)量保證管理、設(shè)備維護(hù)管理、生產(chǎn)績效分析、排程、文件控制、及物料和生產(chǎn)跟蹤等之間的交互作用來描述MES過程。同時(shí)將MES生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)與上層ERP等業(yè)務(wù)系統(tǒng)和底層PCS等生產(chǎn)設(shè)備控制系統(tǒng)一起定義為企業(yè)的神經(jīng)系統(tǒng)，一是把業(yè)務(wù)計(jì)劃的指令傳達(dá)到生產(chǎn)現(xiàn)場，二是將生產(chǎn)現(xiàn)場的信息及時(shí)收集、上傳和處理。MES不單是面向生產(chǎn)現(xiàn)場的系統(tǒng)，而是作為上、下兩個(gè)層次之間雙方信息的傳遞系統(tǒng)，是連結(jié)現(xiàn)場層和經(jīng)營層，改善生產(chǎn)經(jīng)營效益的前沿系統(tǒng)。

4 我國化工行業(yè)MES開發(fā)及應(yīng)用探討

    對(duì)于流程工業(yè)，特別是石油化工行業(yè)，國內(nèi)外涌現(xiàn)出一批MES 產(chǎn)品解決方案，如Honeywell的Business、 FLEXPKS；ASPEN Tech 的ASPEN Plantelligence，石化盈科的SMES，浙大中控的MES Suite等。目前MES在發(fā)達(dá)國家“離散制造業(yè)和流程制造業(yè)”都已經(jīng)普遍推廣，隨著通信瓶頸的解決，ERP可以通過MES直接與控制系統(tǒng)交換實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)操作運(yùn)行層與管理層的緊密集成。在我國，對(duì)MES的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用還處于起步階段。反觀國內(nèi)，ERP系統(tǒng)與生產(chǎn)控制系統(tǒng)之間一般還沒有實(shí)現(xiàn)信息集成，問題的關(guān)鍵在于 MES在國內(nèi)尚未普遍推廣。從目前國內(nèi)的應(yīng)用情況來看，已實(shí)施MES 的企業(yè)大部分是以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、物料平衡、生產(chǎn)計(jì)劃及調(diào)度等模塊為主，而“流程制造業(yè)”關(guān)注的操作管理、工藝管理、質(zhì)量管理、設(shè)備維護(hù)管理、績效管理等模塊應(yīng)用的很少，成功經(jīng)驗(yàn)不多。正因?yàn)槿绱�，我國化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)制造能耗高，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)周期短、維修費(fèi)用高，環(huán)境污染嚴(yán)重等問題沒有得到較大的改善，很多企業(yè)還在繼續(xù)探討和開發(fā)運(yùn)用MES的功能。

    借鑒國外成功企業(yè)的做法，日本的文化內(nèi)涵更接近于東方。日本在MES的基礎(chǔ)上，提出了“制造管理系統(tǒng)”、“制造實(shí)行系統(tǒng)”、“生產(chǎn)實(shí)行系統(tǒng)”和“綜合生產(chǎn)管理系統(tǒng)”的新解。臺(tái)塑關(guān)系企業(yè)提出“實(shí)時(shí)生產(chǎn)管理系統(tǒng)”和“管控一體化”的理念。除了遵循AMR的定義和描述外，兩者更強(qiáng)調(diào)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場各種信息的實(shí)時(shí)采集與集成，將過程信息(PIMS，工廠信息管理系統(tǒng))作為MES的核心，通過CIM(計(jì)算機(jī)集成制造)將工廠系統(tǒng)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行理想整合。根據(jù)ERP提出“生產(chǎn)什么、生產(chǎn)多少”的宏觀指令，進(jìn)行何時(shí)何分、哪條生產(chǎn)線投入何種原料、用何種工藝、完成何種產(chǎn)品的具體指令和調(diào)度。強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)現(xiàn)場信息數(shù)字化管理、工藝管理、物流管理、質(zhì)量管理、生產(chǎn)指令、進(jìn)度跟蹤管理、設(shè)備運(yùn)行監(jiān)督與控制和運(yùn)維管理等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的管理。真正幫助生產(chǎn)廠解決生產(chǎn)管理問題，提升生產(chǎn)力，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、減排、增效、降耗的目標(biāo)。

    對(duì)于準(zhǔn)備引入MES系統(tǒng)的企業(yè)，建議借鑒日本企業(yè)以及臺(tái)塑關(guān)系企業(yè)的做法，關(guān)注以下幾個(gè)步驟和注意事項(xiàng)。即項(xiàng)目計(jì)劃編制、組織組建、培訓(xùn)與準(zhǔn)備、需求定義、建模與差異分析、概要設(shè)計(jì)與詳細(xì)設(shè)計(jì)、軟件接口規(guī)格定義與設(shè)計(jì)、接口開發(fā)與聯(lián)調(diào)等步驟。注意MES在經(jīng)營系統(tǒng)的重要地位，考慮生產(chǎn)現(xiàn)場信息系統(tǒng)的幾個(gè)要素：人、信息系統(tǒng)、業(yè)務(wù)規(guī)則、設(shè)備、MES軟件包的適應(yīng)性。強(qiáng)調(diào)應(yīng)用效果，生產(chǎn)現(xiàn)場信息系統(tǒng)是MES成功的基礎(chǔ)等事項(xiàng)。以下是開發(fā)應(yīng)用的想法與大家探討。

    4.1 基礎(chǔ)系統(tǒng)建設(shè)

    建立工廠區(qū)全面性的數(shù)據(jù)整合平臺(tái)，是發(fā)展MES的基礎(chǔ)。但是在將實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)整合前，首先要將生產(chǎn)系統(tǒng)建設(shè)完整。
   
    4.1.1 檢化驗(yàn)信息管理系統(tǒng)LIMS系統(tǒng)

    LIMS各項(xiàng)功能依據(jù)ISO17025的要求標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)作業(yè)流程標(biāo)準(zhǔn)化；實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)自動(dòng)化管理，降低人為處理、復(fù)制數(shù)據(jù)低效率且易出錯(cuò)的問題；與MES高度整合，才能使生產(chǎn)與質(zhì)量實(shí)時(shí)結(jié)合，對(duì)最終產(chǎn)品質(zhì)量的提升起到關(guān)鍵作用。

    4.1.2 重大設(shè)備在線監(jiān)控系統(tǒng)(震動(dòng)、轉(zhuǎn)速、軸偏移監(jiān)測)

    建立獨(dú)立的重要設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)，作為設(shè)備預(yù)防保養(yǎng)的基礎(chǔ)，是設(shè)備開展計(jì)劃性檢修的依據(jù)。

    4.1.3 廠內(nèi)安環(huán)系統(tǒng)（火警、氣體監(jiān)測、門禁與報(bào)警系統(tǒng)）

    化工屬高危行業(yè)，安全是各項(xiàng)工作的前提和保障，是預(yù)防性的做好廠區(qū)安全的基礎(chǔ)。

    4.2 基礎(chǔ)系統(tǒng)整合

    通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，集成生產(chǎn)過程中的動(dòng)態(tài)信息，建立企業(yè)生產(chǎn)的工廠統(tǒng)一模型（數(shù)據(jù)模型與業(yè)務(wù)模型），從而為生產(chǎn)管理的各功能模塊應(yīng)用提供標(biāo)準(zhǔn)化的一致信息。

生產(chǎn)信息整合架構(gòu)示意圖

    4.3 成立跨部門項(xiàng)目小組：

    建立一套全公司所有系統(tǒng)共通數(shù)據(jù)平臺(tái)，非一朝一夕可完成，需要一套完整的計(jì)劃循序漸進(jìn)�？紤]每個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)特性差異，并確保每套控制系統(tǒng)在安全與穩(wěn)定運(yùn)行基礎(chǔ)上作數(shù)據(jù)采集工作。項(xiàng)目執(zhí)行前每一個(gè)廠的調(diào)研工作(設(shè)備系統(tǒng)接口規(guī)格，工藝上的功能需求，生產(chǎn)瓶頸，以及未來規(guī)劃的目標(biāo))要確實(shí)。項(xiàng)目成員具備相關(guān)專業(yè)技能（如系統(tǒng)整合、軟件開發(fā)技術(shù)），生產(chǎn)單位要積極參與并提供工藝相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，以確保項(xiàng)目功能滿足生產(chǎn)廠的需求，真正幫助生產(chǎn)廠解決生產(chǎn)管理問題，提升生產(chǎn)力，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、減碳、增效、降耗四大目標(biāo)。

    4.4 MES功能開發(fā)

    從生產(chǎn)管理的需求和目的出發(fā)，分階段的開發(fā)為生產(chǎn)管理服務(wù)的一些功能模塊。如：

    4.4.1 工藝管理

    流程畫面管理：集成DCS畫面，開發(fā)流程畫面管理功能，整合質(zhì)量、設(shè)備、保養(yǎng)等相關(guān)信息。對(duì)于生產(chǎn)流程管理效率可以得到大幅的提升，當(dāng)遇到工藝異常時(shí)，也能利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的歷史數(shù)據(jù)快速判定原因，排除異常。

    趨勢分析管理：運(yùn)用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，開發(fā)各類型的趨勢分析與歷史數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)功能。

    工作規(guī)范管理：各種工藝、保養(yǎng)操作，集成在文件管理中心，并結(jié)合在流程畫面管理功能中，按下超級(jí)鏈接實(shí)現(xiàn)隨時(shí)、隨地查詢。

    4.4.2 設(shè)備狀態(tài)管理與異常報(bào)警功能

    開發(fā)設(shè)備狀態(tài)集成管理功能，依照設(shè)備所在區(qū)域或管理權(quán)責(zé)，展開設(shè)備配置樹形圖，點(diǎn)選設(shè)備立即顯示設(shè)備所有相關(guān)信息，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)、歷史趨勢、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)數(shù)、開關(guān)次數(shù)等等。并能設(shè)定警戒值，具有異常報(bào)警功能。計(jì)算運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)數(shù)，開發(fā)條件式保養(yǎng)策略。

    4.4.3 生產(chǎn)管理

    每日生產(chǎn)管理：開發(fā)每日實(shí)時(shí)、歷史生產(chǎn)動(dòng)態(tài)集成畫面，提供依據(jù)管理目的設(shè)定的實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息，必要的計(jì)算、統(tǒng)計(jì)、分析作業(yè)全部交由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成，管理人員可以更專注思考問題處理對(duì)策。

    成品庫存與原副料耗用管理：成品儲(chǔ)存、包裝量管理，原副料消耗采用自動(dòng)統(tǒng)計(jì)功能。產(chǎn)量、質(zhì)量統(tǒng)計(jì)報(bào)表自動(dòng)產(chǎn)生。

    4.4.4 能源管理

    集成水、汽、電耗用數(shù)據(jù)，自動(dòng)產(chǎn)生耗用統(tǒng)計(jì)報(bào)表，作為節(jié)水、節(jié)能改善重要參考依據(jù)。

    4.4.5 質(zhì)量管理

    質(zhì)量趨勢變化統(tǒng)計(jì)報(bào)表、生產(chǎn)質(zhì)量追溯功能、質(zhì)量異常報(bào)警與追蹤管理等作為質(zhì)量管理的重點(diǎn)。自動(dòng)導(dǎo)入LIMS數(shù)據(jù)，降低人為處理、復(fù)制數(shù)據(jù)等低效率且容易出錯(cuò)的問題。LIMS與MES完整集成，使質(zhì)量信息具有實(shí)時(shí)性，在MES功能中能實(shí)時(shí)掌握到質(zhì)量信息，對(duì)于制造質(zhì)量提升起到關(guān)鍵性的作用。

    4.4.6 安全環(huán)保管理

    集成全廠區(qū)氣體檢測系統(tǒng)于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，開發(fā)危險(xiǎn)氣體檢測管理系統(tǒng)，提供泄漏立即報(bào)警與報(bào)警記錄、查詢功能。將消防受信主機(jī)信號(hào)集成至實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，開發(fā)在MES平臺(tái)實(shí)時(shí)掌握火警異常動(dòng)態(tài)。保障整個(gè)生產(chǎn)廠區(qū)的安全生產(chǎn)。

    4.5 全公司布署

    全公司系統(tǒng)布署時(shí)要考慮的問題層面會(huì)逐漸擴(kuò)大，例如：考慮建立跨廠的獨(dú)立控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，信息安全的設(shè)置就變的相對(duì)重要。MES要思考如何與企業(yè)ERP及保養(yǎng)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫作信息交換，全公司的使用者如何定權(quán)限管控，網(wǎng)站網(wǎng)絡(luò)頻寬是否充足、全廠報(bào)警系統(tǒng)通知層級(jí)為何，哪些系統(tǒng)必須納入MES之中等等問題，都是在全公司系統(tǒng)布置時(shí)必須考慮規(guī)劃的，避免全公司系統(tǒng)過于龐大，投資金額過高或是擴(kuò)充性不足妨礙系統(tǒng)未來的發(fā)展。

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本文標(biāo)題：MES系統(tǒng)在化工行業(yè)的開發(fā)應(yīng)用探討

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