中石化MES系统应用案例分析

来源:  北京软件开发公司 

    信息化建设工作的统一部署，茂名、荆门、安庆三家企业首批MES上线试点单位已经获得成功，标志着中国石化MES开发与应用取得重大突破，信息化建设又取得一项重要成就。

    该项目大型石化、化工企业实施综合自动化技术及重大示范应用为背景，提出综合自动化整体解决方案，突破制约综合自动化的重大关键技术MES，形成适合石油、化工行业综合自动化整体解决方案的MES关键技术及应用系统，提高过程自动化设备和MES工具软件的研制和产业化水平，形成拥有自主知识产权，具有国际先进技术水平，符合中国国情、石化特色和企业实际的民族软件。

    石化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。

    石化MES的模块中物料平衡之难

    石油化工生产属于连续性生产，虽然生产线一级自动化程度较高，但对物料平衡的管理，仍处于粗放状态。传统的物料平衡管理主要以月度为周期，缺乏及时、准确的物料平衡数据，成为生产精细化管理的瓶颈，尤其在企业实施ERP系统后，ERP的物料、资金流、信息流三流合一的功能受到制约。如何将物料平衡管理周期从月缩短到旬、日，物料粒度精确到组分，资产粒度精确到物理设备（如储罐和塔馏出口等），成为石化行业对MES的一个迫切要求。

    石化MES事业部总经理蒋白桦介绍，石化企业要做到物料管理“日平衡、旬结算”非常复杂，这是因为工厂的生产过程中，原料、半成品、成品始终处于流动状态，整个企业的物流过程呈现“网状”结构。在从原材料的入厂、到产成品的出厂的整个生产过程中，每个生产阶段的物料的具体构成都是动态变化的，而我国石化行业生产规模相对偏小、工厂现场内部计量基础自动化水平又相对较低。

    另外，石化行业的生产是一个多投入、多产出的过程，即：每套装置的产出同时包含着各种不同的半成或产成品，其中半成品进入下一套装置又会产生各种不同的产品，同时还存在着物料回流的现象，即：一些物料可能要从后阶段向前阶段重新循环再加工。这样，物料在装置中往复循环，使得管理者很难搞清楚原料与产成品之间的组分关系，产成品如何分担原料的成本。

    石油化工行业的这些特点使日常生产的精细化管理难度大大提高。从成本核算的角度来看，管理者很难确定哪些产品是哪批原料生产出来的，这样每一批次原料的产成率无从得知，成本核算的精细化管理成了纸上谈兵；从车间、班组绩效考核的角度来看，生产是在设备中连续进行的，一条加工流程上有多套生产装置，每套装置产出的半成品又会沿着不同路线进入其他产线，管理者对每套装置的生产情况只有一个数量上的总概念，但是具体到每个班组生产效率、生产质量上却难以准确考核。

    在实施MES之前，化工企业的成本核算通常是以月为单位，得到的只是粗略的结果。企业的绩效考核一般是以分厂或车间为单位，不能具体到班次，考核指标的权威性缺乏足够的数据支撑。因此，如果不能通过MES把上述问题搞清楚，那么就根本无法做到对企业的各种资源进行科学管理。

    炼化行业生产自动化程度很高，只要对每个环节原料、半成品、产成品的流量、组分进行实时检测，通过计算还是可以做到企业内部物料平衡管理。这种方法理论上可行，但在实际中生产设备进出口众多，每个管道上都安装高精度的计量，检测装置成本高昂，同时这种物料的成分检测也不可能是连续的、实时的，另外物料在管道中处于流动状态，检测结果存在滞后现象，计量仪表也存在着测量误差，因此，单纯靠提高检测手段的方法几乎不可行，只能通过建立数学模型对这些数据进行预测、估算。

    MES的效果

    MES对企业生产、经营有什么作用？　MES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。蒋白桦向记者举了两个例子：炼化企业的原料是石油，这些石油来自世界各地，每个地区的原油物性指标都各不相同，甚至在一口油井里打出的石油用船运到工厂后，由于时间和运输的原因，到达工厂后物性也可能都是不一样的。通常石油商也向企业提供这些原油的简单物性指标，但数据并不准确，不能真正反映原油的实际状况，石化企业还需要对原油进行进一步分析评价。但这种分析评价往往需要一个较长的过程，满足不了工厂生产的适时评价需求，后续的生产装置也因此不能根据油品组分的变化及时调整生产工艺。就需要根据MES层面的原油评价数据库模型，对不同时点的原油成分进行预测，为后续反应装置提供数据。”

    同时，MES也促进了企业产品质量的提高。上世纪80年代、90年代我国花费巨额外汇从国外引进化工生产线，在用进口原料进行试车时产品质量完全达到设计要求，但是一但进入连续生产阶段，使用国产原料时产品的质量却不能保持稳定。经过研究发现，造成这种现象的主要原因是国内化工原料成分不稳定，使得下游企业需要不断地根据炼化企业的产品组分调整生产工艺。而有了MES，在炼化企业产线内部形成生产运行和过程控制的高效能闭环系统，保证了产品组分的稳定，受到下游企业的欢迎。

    “今后，随着MES系统的运行，它将产生大量与生产过程相关的数据，通过对这些数据的统计、归纳、总结，对于改进化工生产工艺，提高成品质量有不可低估的作用，这些都将是企业的宝贵财富。”蒋白桦这样说。

MES系统方案 

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