隨著信息技術(shù)的發(fā)展和普及，國(guó)外大型流程工業(yè)企業(yè)，特別是石油化工企業(yè)，均十分重視信息集成技術(shù)的應(yīng)用，紛紛以極大的熱情和精力，構(gòu)架工廠級(jí)、公司級(jí)甚至超公司級(jí)的信息集成系統(tǒng)。MES是連接現(xiàn)場(chǎng)層與管理層的生產(chǎn)管理技術(shù)與實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)，它是實(shí)施企業(yè)敏捷制造戰(zhàn)略，實(shí)現(xiàn)車間生產(chǎn)敏捷化的基本技術(shù)手段。石化企業(yè)十分重視MES的建設(shè)，并取得了一些應(yīng)用成果，本文詳細(xì)分析介紹了石化企業(yè)的應(yīng)用架構(gòu)、主要功能及系統(tǒng)部署。
一、MES概述
1、MES的定義
MES（Manufacturing Execution System）-生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)，是美國(guó)管理界上世紀(jì)九十年代提出的新概念。MESA（MES國(guó)際聯(lián)合會(huì)）對(duì)MES的定義是：MES能通過(guò)信息傳遞對(duì)從訂單下達(dá)到產(chǎn)品完成的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化管理。當(dāng)工廠發(fā)生實(shí)時(shí)事件時(shí)，MES能對(duì)此及時(shí)作出反應(yīng)、報(bào)告，并用當(dāng)前的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)對(duì)它們進(jìn)行指導(dǎo)和處理。這種對(duì)狀態(tài)變化的迅速響應(yīng)使MES能夠減少企業(yè)內(nèi)部沒有附加值的活動(dòng)，有效地指導(dǎo)工廠的生產(chǎn)運(yùn)作過(guò)程，從而使其既能提高工廠及時(shí)交貨能力，改善物料的流通性能，又能提高生產(chǎn)回報(bào)率。MES還能通過(guò)雙向的直接通訊在企業(yè)內(nèi)部和整個(gè)產(chǎn)品供應(yīng)鏈中提供有關(guān)產(chǎn)品行為的關(guān)鍵任務(wù)信息。
2、MES的發(fā)展
MES作為生產(chǎn)形態(tài)變革的產(chǎn)物，其起源大多源自工廠的內(nèi)部需求，傳統(tǒng)的MES（T-MES）就是從70年代的零星車間級(jí)應(yīng)用發(fā)展起來(lái)的。20世紀(jì)80年代后期，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，流程工業(yè)控制中出現(xiàn)了多學(xué)科間的相互滲透與交叉;同時(shí)，信號(hào)處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與自動(dòng)控制技術(shù)的結(jié)合使過(guò)程控制開始突破自動(dòng)化孤島模式，出現(xiàn)了集控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和經(jīng)營(yíng)于一體的綜合自動(dòng)化新模式。
由于MES強(qiáng)調(diào)控制和協(xié)調(diào)，使現(xiàn)代制造業(yè)信息系統(tǒng)不僅有很好的計(jì)劃系統(tǒng)，而且能使計(jì)劃落實(shí)到實(shí)處的執(zhí)行系統(tǒng)。MES可以為用戶提供一個(gè)快速反應(yīng)、有彈性、精細(xì)化的制造業(yè)環(huán)境，幫助企業(yè)減低成本、按期交貨、提高產(chǎn)品的質(zhì)量和提高服務(wù)質(zhì)量。MES適用于不同行業(yè)（石化、鋼鐵、家電、汽車、通訊、IT、醫(yī)藥），能夠?qū)我坏拇笈可a(chǎn)和既有多品種小批量生產(chǎn)又有大批量生產(chǎn)的混合型制造企業(yè)提供良好的企業(yè)信息管理。MES可以將數(shù)據(jù)信息從產(chǎn)品級(jí)取出，穿過(guò)操作控制級(jí)，送達(dá)管理級(jí)，通過(guò)連續(xù)信息流來(lái)實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息全集成。目前國(guó)內(nèi)外許多企業(yè)已開始采用這項(xiàng)技術(shù)來(lái)增強(qiáng)自身的核心競(jìng)爭(zhēng)力。
3、MES相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
針對(duì)于MES的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)有IEC/ISO 62264和ANSI/ISA-95，它定義了企業(yè)級(jí)業(yè)務(wù)系統(tǒng)與工廠車間級(jí)控制系統(tǒng)相集成時(shí)所使用的術(shù)語(yǔ)和模型。該標(biāo)準(zhǔn)還定義了中間層MES系統(tǒng)應(yīng)支持的生產(chǎn)作業(yè)活動(dòng)。很多供應(yīng)商、用戶、顧問(wèn)都參與了該標(biāo)準(zhǔn)的制定和定義，這就確保了該標(biāo)準(zhǔn)具有堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)以及高度的可用性。該標(biāo)準(zhǔn)目前由三部分組成，即企業(yè)功能部分，信息流部分和控制功能部分。其中第3部分定義了MES的作業(yè)活動(dòng)。它著重闡述了與生產(chǎn)（Production）、維護(hù)（Maintenance）及質(zhì)量（Quality）等有關(guān)的作業(yè)活動(dòng)。
二、石化行業(yè)的特點(diǎn)與MES在石化領(lǐng)域的應(yīng)用
1、石化行業(yè)的特點(diǎn)
石化行業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展作出了積極的貢獻(xiàn)。石油化工生產(chǎn)屬于連續(xù)性生產(chǎn)，生產(chǎn)線一級(jí)自動(dòng)化程度較高。DCS、PLC（可編程控制器）和IPC（工業(yè)個(gè)人計(jì)算機(jī)）系統(tǒng)已成為石化企業(yè)的主要控制手段。另外，石化行業(yè)的生產(chǎn)是一個(gè)多投入、多產(chǎn)出的過(guò)程，即：每套裝置的產(chǎn)出同時(shí)包含著各種不同的半成或產(chǎn)成品，其中半成品進(jìn)入下一套裝置又會(huì)產(chǎn)生各種不同的產(chǎn)品，同時(shí)還存在著物料回流的現(xiàn)象。
我國(guó)石化企業(yè)的管理模式主要有兩種，即集中式管理模式和分布式管理模式。集中式管理模式指地區(qū)公司不下設(shè)工廠，其生產(chǎn)管理相關(guān)的職能部門及管理活動(dòng)集中在地區(qū)公司一級(jí)進(jìn)行。分布式生產(chǎn)管理模式則指地區(qū)公司下設(shè)工廠，工廠下設(shè)相關(guān)職能部門，其生產(chǎn)管理分散在各工廠內(nèi)部進(jìn)行，地區(qū)公司僅負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)監(jiān)督工作。
2、MES在石化領(lǐng)域的應(yīng)用
隨著信息技術(shù)的發(fā)展和普及，國(guó)外大型流程工業(yè)企業(yè)，特別是石油化工企業(yè)，均十分重視信息集成技術(shù)的應(yīng)用，紛紛以極大的熱情和精力，構(gòu)架工廠級(jí)、公司級(jí)甚至跨國(guó)集團(tuán)公司級(jí)的信息集成系統(tǒng)。MES以面向數(shù)據(jù)的模型為核心系統(tǒng)，連接實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行過(guò)程監(jiān)視、控制和診斷、環(huán)境監(jiān)測(cè)、單元整合、模擬和優(yōu)化，并進(jìn)行物料平衡、生產(chǎn)計(jì)劃、調(diào)度、排產(chǎn)、離線在線模擬與優(yōu)化等操作管理。這樣，就使流程工業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中原來(lái)難以處理的具有生產(chǎn)與管理雙重性質(zhì)的信息問(wèn)題得到了解決。目前，MES已成為西方先進(jìn)工業(yè)國(guó)家流程工業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)理論和產(chǎn)品的主流框架。MES的建設(shè)在我國(guó)石化行業(yè)還處于初級(jí)階段。前幾年在中石油、中石化做了很多相關(guān)工作，如計(jì)劃調(diào)度、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)等，但都比較零散，缺乏系統(tǒng)性。近幾年，隨著我國(guó)石化行業(yè)信息化建設(shè)的迅猛發(fā)展，中石油、中石化都制定了各自的信息技術(shù)總體規(guī)劃，都把MES作為信息化建設(shè)的重點(diǎn)。中石油已于2004年在大連石化進(jìn)行了MES試點(diǎn)。中石化也于2004年在茂名、濟(jì)南、安慶、荊門進(jìn)行了MES試點(diǎn)。
三、石化企業(yè)MES的技術(shù)架構(gòu)
1、石化企業(yè)MES的技術(shù)架構(gòu)
根據(jù)石化企業(yè)的特點(diǎn)，可以將石化企業(yè)MES的業(yè)務(wù)領(lǐng)域分解為四個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域，即生產(chǎn)計(jì)劃與排產(chǎn)，生產(chǎn)運(yùn)行管理，生產(chǎn)執(zhí)行和生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)，這些業(yè)務(wù)領(lǐng)域是一個(gè)工廠管理的核心。工廠維護(hù)，物料管理，質(zhì)量管理，銷售與分銷，工程項(xiàng)目管理，健康、安全與環(huán)保管理、財(cái)務(wù)管理、人事管理等業(yè)務(wù)領(lǐng)域雖然不屬于MES直接覆蓋的領(lǐng)域，但MES需要與這些業(yè)務(wù)領(lǐng)域交換信息。
石化企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)行和管理，需要一系列應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)支持：
1）生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)是支持工廠管理的核心系統(tǒng);
2）集散控制系統(tǒng)（DCS）、先進(jìn)過(guò)程控制系統(tǒng)（APC）、實(shí)時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)（RTO）等控制系統(tǒng)，是生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)最直接的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來(lái)源。
3）企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)（ERP）和生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)（MES）是支持生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)的最主要的兩個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，它們?yōu)樯a(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)提供有關(guān)工廠維護(hù)，物料管理，質(zhì)量管理，銷售與分銷管理，健康、安全與環(huán)保，以及財(cái)務(wù)管理和人事管理的相關(guān)信息。生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)的信息又會(huì)進(jìn)一步反饋到這些系統(tǒng)中去。
4）一些工程項(xiàng)目管理和工藝管理的業(yè)務(wù)領(lǐng)域由工程類應(yīng)用系統(tǒng)或企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)的部分模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。
5）工廠的一些基礎(chǔ)信息，如裝置流程圖等，由工廠基本信息系統(tǒng)來(lái)管理和維護(hù)。
2、各主要模塊的功能
主流的石化企業(yè)MES系統(tǒng)包括以下模塊，各模塊的功能如下所述：
1）生產(chǎn)計(jì)劃與排產(chǎn)：利用生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)的工具，在工廠層面進(jìn)行更進(jìn)一步、細(xì)化的優(yōu)化排產(chǎn);
2）運(yùn)行管理：按照生產(chǎn)計(jì)劃和生產(chǎn)排產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生的作業(yè)計(jì)劃，對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行協(xié)調(diào)和管理;
3）物料移動(dòng)管理：對(duì)工廠內(nèi)的物料移動(dòng)進(jìn)行計(jì)劃、執(zhí)行、監(jiān)控和記錄;
4）物料平衡：通過(guò)物料平衡和動(dòng)力平衡的方法，對(duì)測(cè)量得到的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，為其它應(yīng)用提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù);
5）收率計(jì)算：支持對(duì)生產(chǎn)期間加工量和收率的計(jì)算;
6）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)：用于存儲(chǔ)和管理實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)，以及長(zhǎng)期的歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù);
7）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用：一組附加的面向生產(chǎn)執(zhí)行層面用戶的應(yīng)用模塊，用于監(jiān)控生產(chǎn)操作，跟蹤、分析生產(chǎn)條件，對(duì)事件進(jìn)行預(yù)警和處理;
8）實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)：對(duì)實(shí)驗(yàn)室的質(zhì)量檢驗(yàn)信息進(jìn)行管理，并為生產(chǎn)執(zhí)行及時(shí)提供質(zhì)檢報(bào)告;
9）生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)：一組面向最終用戶的應(yīng)用模塊，用于自定義、顯示并且發(fā)布統(tǒng)計(jì)報(bào)表;
10）生產(chǎn)運(yùn)行信息平臺(tái)：對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行信息進(jìn)行發(fā)布，用于各級(jí)用戶的查詢。
四、系統(tǒng)部署
1、系統(tǒng)部署的原則
根據(jù)MES系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)、石化企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)作模式，進(jìn)行系統(tǒng)部署。系統(tǒng)部署要遵循統(tǒng)一性、先進(jìn)性、實(shí)用性、可操作性、靈活性、適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性等原則，嚴(yán)格按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范執(zhí)行。
2、系統(tǒng)部署方式
從專業(yè)系統(tǒng)實(shí)施、開發(fā)和維護(hù)的角度考慮，MES系統(tǒng)部署應(yīng)需要開發(fā)、測(cè)試、生產(chǎn)等3套硬件環(huán)境。其中，開發(fā)環(huán)境主要用于初始開發(fā)及今后的升級(jí)維護(hù);測(cè)試環(huán)境主要提供給開發(fā)者一個(gè)測(cè)試平臺(tái);生產(chǎn)環(huán)境則是系統(tǒng)實(shí)際的工作環(huán)境。由于各公司的生產(chǎn)管理模式不同，硬件部署也分為集中式和分布式兩種模式。下面以生產(chǎn)環(huán)境為例說(shuō)明兩種系統(tǒng)部署方式。
1）集中式系統(tǒng)部署
所有服務(wù)器部署在公司層面，車間不設(shè)置專門的服務(wù)器。在公司層面部署Web服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)（Oracle）服務(wù)器、實(shí)驗(yàn)室信息應(yīng)用（LIMS）服務(wù)器，以及磁盤陣列和磁帶庫(kù)等硬件設(shè)備。所有的服務(wù)器通過(guò)100/1000兆以太網(wǎng)鏈路與局域網(wǎng)相連，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)（Oracle）服務(wù)器、實(shí)驗(yàn)室信息應(yīng)用（LIMS）服務(wù)器和域及備份服務(wù)器通過(guò)SAN鏈路與光纖交換機(jī)相連，構(gòu)成了SAN存儲(chǔ)環(huán)境。備份服務(wù)器通過(guò)備份軟件對(duì)光纖磁帶庫(kù)進(jìn)行備份管理，可以做到在線實(shí)時(shí)備份相關(guān)重要數(shù)據(jù)。
2）分布式系統(tǒng)部署
此管理模式的系統(tǒng)部署比較復(fù)雜，在公司層面部署Web服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)（Oracle）服務(wù)器、實(shí)驗(yàn)室信息應(yīng)用（LIMS）服務(wù)器，以及磁盤陣列和磁帶庫(kù)等硬件設(shè)備。考慮到數(shù)據(jù)安全性，在公司層面構(gòu)建SAN存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。在各分廠層面部署Web服務(wù)器、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、實(shí)驗(yàn)室信息應(yīng)用（LIMS）服務(wù)器等硬件設(shè)備。但是如果公司下屬工廠數(shù)量比較多，或者工廠的規(guī)模比較大時(shí)，考慮到系統(tǒng)的性能問(wèn)題，則需要在工廠一級(jí)的層面上追加部署相關(guān)應(yīng)用服務(wù)器。
五、結(jié)束語(yǔ)
MES是連接現(xiàn)場(chǎng)層與管理層的生產(chǎn)管理技術(shù)與實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)，它是實(shí)施企業(yè)敏捷制造戰(zhàn)略，實(shí)現(xiàn)車間生產(chǎn)敏捷化的基本技術(shù)手段。MES在整個(gè)企業(yè)信息集成系統(tǒng)中承上啟下，是生產(chǎn)活動(dòng)與管理活動(dòng)信息溝通的橋梁。我國(guó)石化企業(yè)的MES才剛剛試點(diǎn)、剛剛應(yīng)用，面臨著不少問(wèn)題和障礙，但是隨著客戶化開發(fā)和應(yīng)用的深入，MES將在我國(guó)的石化企業(yè)信息化建設(shè)中發(fā)揮重要的作用，將為企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
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