流程行业MES解决方案

1、概述

力控科技为企业提供的信息化整体解决方案中，涵盖过程控制系统、生产执行系统、企业资源计划管理、决策支持系统，实现企业一体化管理。其中MES系统实

底层与上层的连通，实现系统的无缝连接与信息的充分共享。如图所示：

 

大量应用实践表明该产品的应用不仅为ERP的PP、MM和SD模块提供了在线数据支持，为更好地发挥ERP的作用提供了数据基础; 并且为企业提供了一个良好的管理平台，为企业今后信息化扩展应用及系统集成奠定了良好的基础。同时MES的成功实施与应用不仅提升了企业精细化管理水平，提高了生产效率，而且降低了企业生产成本，取得了良好的经济效益和社会效益。

力控科技MES系统的特点是将经营目标转化成生产过程中的操作目标，通过反馈执行结果，不断调整和优化，形成一个周期性的从生产经营到生产运行和过程控制的高效能闭环系统。它与国外MES产品相比的最具特色之处就是，针对我国石化行业生产规模相对偏小、现场基础条件相对落后、自动化水平相对较低的实际情况，开发了装置校正、调度平衡和统计平衡的平衡策略，利用移动误差侦破及平衡超差报警技术弥补了计量仪表的不足，解决了由于计量仪表的不足而导致的计量数据偏差过大问题。

同时，近十年国内石化企业搭建了实时数据库系统，为企业建立基础数据平台以后，企业有两个困惑，一是缺少实时数据的深入应用，二是供电、供水、供气及其进出厂计量等数据没有进入到实时数据库中。尤其第二项工作的缺失，影响了实时数据库的深入应用。而力控科技pSpace6.0产品内置了各电力厂家的保护测控装置、直流屏、小电流选线装置、VQC自动装置、可编程控制器(PLC)、DCS、智能模块、板卡、智能仪表、变频器等共有3000多种的IO驱动，可以有效地解决企业水电风等公共工程的数据采集问题。这一点对于流程企业精细化管理来说非常重要，因为流程企业一来要求物料移动数据准确，二来企业需要计量仪表的点很多，如果都采用高性能质量流量计，则成本非常高，难以推广。

2、体系结构

力控科技MES体系结构以数据集成平台pSpace6.0为核心，以物料平衡为主线，全面支持生产计划、调度管理、操作管理、进出厂管理、公用工程管理、化工辅料管理等关键业务。

● 以数据平台为核心

基于石化企业的核心数据模型建立统一的数据集成平台。核心数据模型包括工厂数据模型和业务数据模型。其中工厂数据模型描述了企业生产工厂所涉及的工艺流程、加工装置、管道与拓扑连接关系、原料物性、产品质量等生产过程所涉及的对象，而业务数据模型侧重描述生产管理相关的核心业务流程。核心数据模型为MES系统提供统一的数据视图。

● 以物料平衡主线

装置数据校正: 装置数据校正是基于装置的设计参数模型和装置投入产出模型，综合考虑生产加工方案，按照一定的逻辑进行数据校正，实现装置级的物料平衡。装置数据校正的主要数据来源是生产实时数据采集系统、手工录入和其他系统。数据校正的结果，作为全厂油品平衡和全厂物料平衡的装置数据基础，提供装置投入产出统一数据源。

统计平衡: 依据全厂物料逻辑模型，在全厂油品平衡的基础上，全面综合考虑气体和固体等数据，通过平衡推量，实现全厂物料统计平衡。全厂物料统计平衡的结果满足生产统计部门的业务需求，为ERP系统提供生产绩效数据支撑。

● 其核心功能

Ø生产设备管理：包括：生产装置管理、设备台账管理、设备运行管理、设备维护管理等。

Ø 计量器具管理：包括：计量器具台账、计量器具检定管理等。

Ø生产计划管理：包括：产品产能管理、计划排产管理等。

Ø  产品物料管理：包括：物料清单管理（BOM）、物料需求计划等。

Ø  生产报表管理：包括：生产报表模板、生产日报、月报、季报、年报、生产完成情况统计报表等。

Ø  生产调度管理：包括：生产异常情况管理、交接班日志管理、调度日志管理等。

Ø  能源计量管理：包括：能源计量设备管理、能源计划、实绩、成本，及能源统计分析等。

Ø  生产过程监控，包括：生产工艺流程图、能流图等。

Ø  KPI展示等

整个力控科技MES系统整合了生产相关的人力、物料、设备等资源，并通过数据集成、业务集成、界面集成等，把生产的各个环节紧密地结合起来，有效的实现了各生产部门、各车间的协同管理，使得跨地区、跨部门的多人员、多任务的生产任务能够在统一规划、统一协调中完成，大大提高了工作效率。

通过自主研发的中间件软件，实现与实时数据库、生产调度指挥系统的无缝集成。及时、有效的获取生产实时数据，自动、高效的生成生产报表、能源报表、生产成本报表，让生产情况一览无余，让智能生产及数字化工厂成为可能。

3、企业信息总体层次

     如图5所示，化工企业信息系统总体结构包括一个平台，企业信息门户、两个网络，过程控制网/管理信息网、三个层面(PCS、MES、ERP)。MES作为ERP系统的执行层实现对从生产命令下发到产品完成的整个生产过程进行优化管理并实时地将生产过程信息反馈给ERP层面，从而将生产活动与管理活动信息有效地集成起来，在企业的综合自动化中发挥承上启下的作用，是整个流程工业综合自动化技术发展的关键。MES层面的建立要求在生产过程层及经营管理层之间加强数据集成与分析的力度拓展优化技术应用的范围建立完备的物流管理与控制体系，真正实现企业信息集成和业务集成优化，并为企业决策层和管理层提供可靠、准确、一致的生产经营数据，全面提高企业的经济效益,提高企业的创新能力和市场竞争能力。 

生产执行层信息系统业务框架

4、MES项目目标

  化工企业MES系统将围绕企业生产的主流程来进行，以提高企业生产执行能力，规范企业生产管理。

  MES系统围绕从原料到成品的主要生产流程及与主流程相关的工艺、质量、安环、设备运行维护等辅助流程。完成相关数据的采集、组织、整理、分析和集成，建立从计划到指令、执行、反馈、归档的生产执行工作流，将以上生产信息及工作流通过统一的平台发布，确保工作执行可追溯可考核。

  从数据角度主要是进行生产相关的数据采集、整理、统计分析,形成报表或相应的表单，将生产数据集成为生产信息。通过对生产数据的分析处理，实现对生产组织、工艺指标的严格控制，保证产品质量、降低生产消耗，实现设备完好、原料成品合理库存等生产经营目标。

从管理角度主要是执行公司下达各类的计划，调度生产所需的各种资源协调原料、能源、装置检修维护、工艺、质量、安环以及成品储运等与生产相关环节的运作关系，建立规范的工作流，为企业生产管理人员提供生产过程监控与管理工具，保证生产装置的连续、平稳运行。

这些工作在一个系统平台上完成该平台能将相关工作流及生产信息集中显示，并可在平台上完成日常生产管理工作。

化工企业MES系统需要达到以下建设目标：

n  生产数据整合利用，提供生产管理所需信息；

n  建立规范的生产管理工作流程，提高生产管理工作效率；

n  建立高效的生产管理工作平台，确保各级管理人员能及时获得所关心的信息指挥或执行工作；

n  加强生产管理与过程监控，使生产管理工作可追溯可考核、有据可查；

n  推行先进生产管理理念，建立信息化生产管理手段，提高公司生产管理水平。 

5、业务流程

在化工行业生产执行系统(MES)的主要业务流程如图6所示：

 

生产执行系统业务流程

6、系统功能设计

        MES系统涉及的内容有：生产计划管理、生产调度管理、生产统计管理、生产记录管理、工艺管理、质量管理、安全环保管理、系统管理。与实时数据库平台的集成、与ERP系统的应用集成。按照力控科技设计，这些功能模块按如下分类进行组织：

n  基础信息收集：实时数据采集接口，数据整合及调理；

n  计划调度一体化：计划管理、调度管理，包括调度作业中的操作管理、记录管理、调度日报管理；

n  生产运行一体化：操作管理，包括操作管理、生产记录管理、工艺管理、化验管理、安环监控；

n  统计核算一体化：物料计量、罐区管理、仓库计量、计量汇总、平衡管理调度平衡、统计平衡、绩效管理； 

n  系统辅助管理：工作流平台、报表管理、数据接口、系统管理；

另外，从加强化工企业信息系统集成能力、实现信息化建设可持续发展的角度考虑，MES能够保证：

n  支持与ERP的集成，提供ERP所需基础数据；

n  支持与将来与调度优化系统、计划优化系统集成；

n  MES管理与数据整合应着眼于未来应用的信息需求。

各子系统在模块内协同运行，形成生产管理模块的整体。 以化工企业

制造执行系统MES上的主要功能可以如图8的方法进行划分。  

生产运行及生产统计业务流程

6.1基础信息收集

6.1.1数据整合与调理

在数据整合处理中需要考虑到如下情况：

参与计算的过程数据都是累计数值，而仪表的过程数据累计值因为检修或标定的原因要不定期的清零，正样就需要考虑到修正累计值的这种情况。

过程数据在修正时需要保持原有采集的数据不变，修正后的数据需要单独列出。 过程数据的修正权限需要严格控制统一由调度人员修改。

实时数据库pSpace6.0接口工具方便实现与关系型数据库Oracle系统的联接，进行数据转换，转换过程进行时间匹配、范围匹配、粒度匹配、数据合并过滤等操作。

对部分装置缺少计量仪表或仪表计量不准的情况,将通过三种方式获得数据:

n  软仪表:通过相关位号仪表的计算获得。 

n  消除误差:对仪表计量不准确并且可以预知误差值的,采用消除误差的方法。

n  趋势校正:对仪表偶尔不工作的情况,从装置负荷、上下游产量/消耗量和仪表停止工作前的趋势计算获得。

数据整合依据化工企业的具体情况,整合时间(计算机自动计算)如下:

n  班数据：每日8:00,16:00,24:00计算。 

n  日数据：每日24:00计算。 

n  罐区数据：每6分钟计算。

6.2计划调度一体化

6.2.1生产计划系统

生产计划管理是落实企业战略目标和年度经营计划的一个重要的系统，它牵涉的面大，涉及企业方方面面的资源。生产计划编制的质量高低直接关系到客户的满意程度和企业绩效的高低。

计划管理模块包括录入、修改、删除、打印、审批、回退、挂起等功能：

n  生产计划：生产计划的编制、分解、传达、执行；

n  物料需求计划：与生产、检修等计划相关的物料计划编制、分解、传达、执行；

n  检修计划：检修计划的编制、分解、传达、执行；

n  销售计划：反馈销售及成品库存数据，对公司制定的销售计划执行进行追踪。

建立与计划工作相关的工作流包含制定、审批可多级、工作追踪、反馈、归档等功能。

实现计划与实际的对比分析功能：

n  年、季、月、旬生产计划与实际生产情况对比分析 

n  年、季、月、旬生产计划与实际生产情况对比饼棒折线图分析 

n  年、季、月、旬销售计划与实际生产情况对比分析 

n  年、季、月、旬销售计划与实际生产情况对比饼棒折线图分析 

n  年、季、月、旬检修计划与实际对比分析 

n  年、季、月、旬检修计划与实际对比饼棒折线图分析 

n  年、季、月、旬物料需求计划与实际对比分析 

n  年、季、月、旬物料需求计划与实际对比饼棒折线图分析

6.2.2生产调度系统

制定生产计划，生产组织协调、生产指挥调度、控制工艺规范，生产信息发布是调度部门的主要职能。

生产记录管理主要包括：

n  会议记录：记录与生产相关会议的记录，包括生产经营计划会、调度会、专题会议等，会议记录通过流程签发后，还需要对会议上安排的工作情况进行反馈掌握工作的执行情况，会议记录分类要求能灵活自定和修改，以满足管理变更的需要；

n  调度记录及交接班记录：记录装置上各班组的交接班记录，该记录需要支持将未完成或其他关键信息突出显示，提醒下一班操作人员。

n  装置运行维护记录：记录生产装置日常发生的须进行处理或维护的事件，同时指定该事件的响应部门，响应部门在规定时间内对所须维护或处理的事件进行确认，响应部门在完成维护工作后提交完成反馈，由装置班组长确认工作已完成。在本功能中，没有在响应时间内确认工作，需要突出显示，未完成工作需要一直置顶并在交接班记录中有显示。

注本节只介绍生产记录管理，而操作管理、调度日报在后面功能中实现。

6.3生产运行一体化

6.3.1操作管理系统

以操作管理为重点，实现调度人员对现场操作人员关于操作流程和工艺参数的操作指导、操作监视，实现对生产操作岗位的操作日志、操作记录、装置运行维护记录、交接班记录、会议记录等信息支持，实现对操作日志视图的共享，监控岗位责任制的执行，达到生产运行科学化管理的目的。具体如下：

n  调度指令、操作日志、装置运行维护记录、交接班记录、会议记录电子化； 规范和建立操作指令集；

n  操作指令的生成、执行和反馈；

n  装置、罐区操作监视；

n  强化指令执行的沟通、跟踪和决断。

应用操作管理可以实现化工企业如下功能：

n  提供指令发布功能，为月度计划、调度计划、调度指令、技术管理指令、质量管理指令、计量管理指令、能耗管理指令的发布提供平台；

n  提供操作指令集的定义和维护功能；

n  将操作指令与相关的操作流程对应起来；

n  提供操作 指令的生成辅助工具以及指令发布、执行、反馈、完成的流程控制功能；

n  提供操作指令跟踪功能，为调度人员和操作人员定时刷新当天下达的操作指令执行状态；

n  建立与记录工作相关的工作流，包含制定、审批、可多级、工作追踪、反馈、归档等功能，生产记录可以灵活查询，并可灵活显示在需要的功能模块上。

6.3.2工艺管理系统

工艺管理是生产执行系统的一个重要环节，工艺技术参数是生产状态控制的重要指导指标。日常的工艺指标执行情况考核有助于企业保证安全和产品质量。工艺管理主要功能如工艺指标管理、报警联锁保护定值管理、工艺指标执行情况分析、操作规程管理、提供工艺操作分析工具以及相关审批确认工作流程等。 

n  工艺指标管理：对企业的工艺指标进行统一管理，对工艺指标从提出、修改、审批、下达、归档查询提供工作流支撑工艺指标具有唯一性与工艺指标相关的分析数据必须来源与这唯一的工艺指标库；

n  报警联锁保护值管理：对企业的报警联锁保护值进行统一管理，对报警联锁保护值从提出、修改、审批、下达、归档查询提供工作流支撑，报警联锁保护值具有唯一性，与报警联锁保护值相关的分析数据必须来源与这唯一的报警联锁保护值库；

n  工艺指标执行情况分析：对装置与工艺指标相关位号的实时数据统计分析通过趋势，超标统计等方式，记录装置的工艺指标执行情况，为精细化管理提供依据；

n  操作规程管理：对各装置的操作规程进行统一管理，对操作规程从修改、审批、执行、归档查询提供工作流支撑。

系统需提供多种方式对这些工艺重要数据进行访问，如报表、趋势图、比例图，可以帮助生产指挥人员和现场操作人员及时了解现时的生产工艺状态，指定时间段内的变化趋势等，更好的辅助生产管理和操作。

建立与工艺管理工作相关的工作流，包含制定、审批可多级、工作追踪、反馈、归档等功能。

6.3.3质量管理系统

系统能够提供对企业从原料到成品整个生产流程中与质量检验管理相关的功能，实现对企业一体化文件的管理。对企业从原料、中控、成品的各过程相关分析检验数据进行整合，提供数据分析工具页面。提供对质量管理的相关工作流程及相关管理模块：