石化企业MES应用部署

刘茂

石化工业是一个巨大的产业，石化企业在发展壮大的同时，对信息技术和综合自动化系统的需求也在持续变化。随着目前企业实施ERP系统的经验的增加，企业界和理论界对ERP系统的认识不断加深.MES（生产执行系统.Manufacturing ExecutionSystem）作为ERP系统的执行机构，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，并实时的将生产过程信息反馈给ERP系统，从而将生产活动与管理活动信息有效的集成起来，在企业的综合自动化中起到了承上启下的作用，是整个流程工业综合自动化技术发展的关键。

MES作为企业CIMS信息集成的纽带，是实现车间生产敏捷化和实施企业敏捷制造战略的基本技术手段。工厂制造执行系统MES是近10年来在国际上迅速发展、面向车间级的生产管理的实时信息系统。

一、企业MES系统实施准备工作

MES项目是一个系统工程，涉及到全厂的技术进步和管理的变革，为确保项目顺利实施和成功应用，需要严格按照实施计划安排实施工作，严格控制项目实施的进度与质量。全厂关键用户全程参与项目建设，并与MES项目实施顾问紧密配合。本文中以某石化生产企业为例进行MES系统的建立及应用其前期需要很多的准备工作要做：

1.1 MES系统所包含的工厂数据设计范围

国内某石油化工分公司共包括6个生产车间（成品、水气、乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁烯）、7套生产装置（乙烯装置、汽油加氢装置、聚乙烯装置、聚丙烯装置、制氢装置、苯抽提装置、碳四综合利用装置）、1个罐区（47个罐）、2个仓库（聚乙烯成品仓库、聚丙烯成品仓库）、9个进出厂点。

1.2 MES系统建立组织机构设立及职责落实

企业级组织机构为 在该公司设立企业MES项目组，企业MES项目组设企业MES项目领导组、企业MES项目管理组和企业MES实施组，企业MES实施组下设生产组、能源组、技术组三个专业组。

为做好该分公司MES系统实施工作，根据项目要求，成立MES项目领导组、项目管理组和项目实施组。MES项目管理组，由MES项目领导组进行领导.MES项目管理组下辖生产组、能源组、技术组3个MES专业工作组，进行MES项目的现场实施。其中生产组负责炼油装置、罐区管理和调度平衡、统计平衡、仓储管理。能源组负责模块为能源管理、进出厂和部际互供。技术支持组负责模块为数据平台和报表开发。

二、MES在分公司实施的主要计划

2.1项目前期准备

对现场需求进行调研，进行全方位业务调研，走访了整个公司所有的业务单位。

（1）邀请该单位的业务专家针对不同的专题进行了多次的研讨。

（2）收集各种业务流程，整理、形成了50多个业务案例。

（3）收集整理了整个公司生产调度及计划统计的报表20多张。

（4）初步绘制了整个公司的生产业务流程图，涉及到多个业务流程。

（5）收集各类业务数据达上万条之多，形成了数据的真实模拟。

（6）对该单位的7套装置的流程进行了逐一的分析，形成了装置流程图。

2.2基础数据准备阶段

为了保证数据的收集质量，必须让数据收集人员充分理解系统运行原理。因此，在各个业务部门和信息中心的积极组织和紧密配合下，项目组进行了大量必要的培训工作，从而为数据收集工作奠定了良好的基础。

该单位数据收集工作在生产组、能源组同时展开。各业务组在与实施顾问的通力配合下，完成了200多种物料.7套装置，9个进出厂点.59条侧线.68个罐.5万多条罐容数据的收集工作。

2.3业务流程设计及岗位设计阶段

在基础数据准备基础上进行了业务流程设计和岗位流程设计工作，确定了36个业务流程，共完成两份系统差异报告和3份业务流程差异报告，共设计业务报表20张，完成50个业务岗位设计，300个帐户配置，并就设计结果进行了优化，用户签字予以确认。

2.4模型设计阶段

物理层面的模型组态工作，形成了MES工厂模型。完成了工厂模型主数据收集确认、完成工厂模型主数据的系统导入及配置。在月底，完成全部工厂模型主数据，确认了全部工厂模型。

2.5用户测试阶段

在完成数据收集整理工作之后，标志着系统正式进入集中环境模拟试运行状态。十多位关键用户对36个业务流程进行了测试，将指定班次录入系统中，以测试系统是否能够满足生产业务需要。通过1个多月的模拟运行达到了培训骨干操作人员的效果，并使系统的数据与生产同步，一方面能及时查处纠正数据录入的错误，进一步完善了系统功能，优化了系统配置并使系统的数据与生产同步，另一方面能通过对移动解析、生产平衡、统计平衡结果进行分析，规范了物料移动关系录入，使所有岗位基本能按MES规则收集整理现场数据并熟练操作MES系统。

2.6用户培训阶段

项目的实施步入了一个崭新的阶段。开始组织、集中各车间的人员，集中到公司培教中心进行岗位操作培训。为做好最终用户的培训，项目组制订了详细的培训计划，编制完成全部系统模块的培训教材和讲义，之前完成的系统集中测试为培养企业MES中坚力量打下了坚实的基础。这将为系统上线后正常运行打下良好用户基础，同时又额外为考试未及格学员安排多次专人培训，经考核全部通过补考，具备上岗操作MES系统能力。之后，各模块顾问下现场进行跟班培训，进一步提高了用户独立正确操作系统的能力。

2.7试运行阶段

完成该企业MES系统生产服务器部署，包括1台数据库小型机.2台应用服务器。

通过系统测试运行，使得该企业各MES业务岗位都参与其中，关键用户把关，各操作岗位实际应用前段时间的培训内容，起到了很好的效果，强化了培训成果。同时，通过人员与系统地磨合，也进一步改进了各部门间的协调过程，使部门间的合作更加紧密，提高了协同工作的能力。高密度的系统操作，也检验出了许多程序方面的问题，经开发部门统一解决以后大大提高了系统的可用性和稳定性。

2.8系统上线运行阶段

提交了项目上线申请，进行单轨运行。

为确保项目能够长期稳定运行，在公司ERP支持中心、生产部、信息科成立一级运维中心，第一时间处理各二级单位上报的各类系统运行问题和需求，不能处理和解决的问题，第一时间上报总部运维小组，保证问题的及时解决，为生产运行提供保障。各二级单位分别成立二级运维中心，由调度负责集中处理各车间岗位用户运行期间出现的各类问题和需求，不能处理的问题第一时间提报一级运维中心。通过半年多的运行，包括春节期间，两级运维体系得到了有效应用，应急预案及时启动，第一时间对现场运行问题进行处理，保障了系统稳定运行。

明确各岗位用户职责，严格按照MES系统业务操作规范要求考评用户，通过管理力度的逐步落实到位，岗位用户提交的数据质量稳步提升，达到了系统要求。运行期间强化数据考核，从生产环节开始到调度和统计每一个层面都严格把关，通过用户对系统认识的不断提升和责任心的增强，应用的不断深化，为提升企业生产精细化管理水平提供有力的支持。

项目组成立攻关小组，日夜奋战，投入多名技术骨干，开发完成了一系列生产报表，满足了生产、统计以及计量部门的管理要求。调度报表开发包括装置生产日报、产品与中间原料库存、产品交库与出厂、杂项等，罐情动态、上传化工事业部报表等，同时开发了多个数据录入的接口及页面。

在此期间完成了详细的用户操作手册，包括数据平台操作手册、化工装置操作手册、罐区管理操作手册、进出厂管理操作手册、仓储管理操作手册、生产平衡操作手册、统计平衡操作手册、ERP接口操作手册、公用工程管理操作手册、系统维护操作手册、报表系统操作手册、报表展示操作手册等。同时制定了MES操作岗位的管理制度，规定了MES操作人员的职责。

运行期间系统基本稳定可靠，基层岗位用户已经严格按照管理要求提交生产数据，保证了生产数据源的完整性、及时性和准确性，为生产平衡和统计平衡提供了有利的数据支撑。目前调度每班平衡，当班问题当班解决，调度日报全部单轨运行，日报已经能够满足调度工作需求和公司管理需要。统计每天日平衡（周末平衡一般统一在周一完成）.每句月平衡已经完全基于日平衡结果再进行综合平衡，每月平衡数据已经正式进入ERP系统，已实现与技术经济指标系统集成，并为其提供完整的物料平衡数据支撑。

三、业务流程优化

原业务流程如表2所示。

优化后的业务流程共形成36个业务流程，覆盖了企业生产过程中实际岗位的全部流程。详细如表3所示。

企业根据新的业务流程，设置了MES系统操作与管理相应岗位职能，主要包括：装置操作与管理岗位、罐区操作和管理岗位、仓储操作与管理岗位、进出厂操作与管理岗位、生产平衡操作与管理岗位、统计平衡操作与管理岗位、公用工程计量岗位、公用工程平衡岗位、系统运行维护岗位以及相关的操作与管理岗位，有力地保障了系统建设应用以及长期稳定运行。

通过分析石化流程行业的生产管理特点，并综合考虑该企业总部对企业生产管理的要求和生产企业的实际情况，进行了优化调整，以物料平衡和能源管理为主线，包括生产计划、生产调度、生产统计、物料移动、能源管理五个方面，涉及企业的生产操作、生产调度、计划统计、ERP支撑等四个层面，体现了总部对企业生产管理业务要求，符合该企业炼化企业生产管理业务特点和业务需求，符合“日平衡、旬确认、月结算”业务目标，体现了生产管理精细化的要求，主要体现在以下几个方面

（1）强调了生产管理业务流程的适用性、实用性、简约性和规范性。

强调了业务协同，信息共享，实现“跟踪物流、发现问题、提升管理”。

强调了基于现有的计量条件，采用“多层递阶”的物料平衡策略实现物料平衡。

四、MES系统实施的功能设定

4.1 MES系统主要功能与功能模块设立

系统功能主要包括炼油装置管理、化工装置管理、仓储模块、罐区管理、进出厂管理、生产调度、生产统计、公用工程管理和综合展示。

系统接口主要包括ERP系统、LIMS.实时数据库、衡器数据库、总部生产营运系统、IC卡系统、权限管理域认证（该公司）等。

炼油装置管理主要包括：班次数据监控、装置指标管理、炼油装置收付、实时数据库接口（ RTDB）等。

化工装置管理主要包括 仪表计量、料仓计量、装置投入产出、化工装置收付、实时数据库接口（ RTDB）等。

罐区管理主要包括罐区收付、罐检尺、化验分析、进出厂班量、互供班量、移动检尺分析查询、计量单查询、互供查询、进出厂点仪表计量、互供仪表计量、实验室管理信息系统接口（LIMS）、实时数据库接口（ RTDB）等。

仓储管理主要包括 仓库出/入库管理、仓库库存管理、升降级管理、临时入库管理、临时转正管理、一般移动管理、物料变更管理、退库管理、登帐管理、日数据解析、盘点等。

进出厂计量单管理包括火车进/出厂装卸单、管输进/出厂计量单管理、火车进/出厂计量单管理、汽车进/出厂计量单管理、衡器数据库接口等。

生产调度管理主要包括：解析器展示、移动盈亏检查、移动超差检查、生产平衡、多工厂推量互供点消除、多工厂推量平衡、装置平衡分析、生产平衡收拨存分析、通用解锁页面、装置指标配置、规则配置等。

生产统计管理主要包括装置投入产出、区域收拨存、物料收拨存、实物转换、汇总及扣减、统计分析客户端、工厂模型、ERP接口、技术经济指标统计系统接口等。

能源管理主要包括仪表数据录入校正、测量点合计、确认节点量、管网平衡、车间结算量录入、能源结算等。

4.2 MES系统主数据设计

建立了36个业务流程，1个MES工厂的物流模型，1个MES工厂的统计模型，1个MES工厂的计量模型，1个MES工厂的公用工程平衡模型，1个分公司公用工程平衡模型，为今后系统的扩展应用打下了良好的基础。

在目前MES系统中，业务报表33张.36个业务流程参考模型中纳入31个组织机构、30多类关键岗位.50个业务岗位.300个帐户配置，规范了企业的业务流程。

全厂物流模型中包括了200多种物料9套装置（包括2套虚拟装置）.10个进出厂点.1个罐区.59条侧线，68个罐及不少于5万条罐容数据的收集工作。

此外分公司的能耗介质种类繁多，共计17种之多，点多，面广，地理位置分散，数据自动化程度低，计量条件差，通过MES系统成功实施，建立了全厂能源消耗数据的采集网络，实现了对全厂能源消耗数据的及时采集和管理，共采集能耗介质数量1 7种，能耗计量点数量766个。

4.3客户化定制开发工作

根据该单位要求，原MES系统提供的生产调度报表不能满足生产管理的要求，生产管理需要的数据亦不能全部通过MES取得（如计划、装置运行情况数据等）。为了保证系统上线后能减轻一线职工的工作负担，信息部门主动承担了相关报表的开发。信息部门领导牵头，成立攻关小组，日夜奋战，投入多名技术骨干，开发完成了33张生产报表，满足了生产、统计以及计量部门的管理要求。调度报表开发包括装置生产日报、产品与中间原料库存、产品交库与出厂、杂项等，罐情动态、装置生产日志、上传化工事业部报表等，同时开发了多个数据录入的接口及页面。

4.4用户数及权限设置

在该单位MES系统中，设置了30多类关键岗位.50个业务岗位.300多个帐户配置。MES用户权限数据的维护是指对MES现有的用户、角色、权限数据进行增加和修改，完成角色权限、用户角色的配置。MES维护的权限数据分为两大类 MES项目组制定的页面权限和企业按照MES项目制定的权限编码规则进行编制的数据权限。

根据MES框架. M权限包括页面权限和数据权限两大类。其中页面权限主要用于对用户所能操作的页面的控制，数据权限从物料、组织机构、工厂、库位、罐等方面对用户操作进行控制。

页面权限涵盖所有页面，为各模块权限编码划分了编码码段，数据平台模块页面权限还缺分了读/写控制。MES中的数据权限有 MES工厂、组织机构、装置、罐区、装卸台、仓库、能源介质、辅料区域、辅料组等。

五、MES系统标准化工作

5.1标准模板、编码及数据集成

该单位的MES系统共形成26个标准业务流程模板，其中 进出厂6个、仓储管理7个、罐区管理5个、装置校正2个、生产调度2个、生产统计8个、能源管理6个。

采用统一的编码原则、编码原理和方法来实现对各个模板中的数据进行编码。采用统一的WebService方式实现数据集成，通过定制的不同应用适配器，实现与实时数据库和LIMS集成，实现为ERP和技术经济指标统计等系统提供支撑。

5.2数据组织及整理

为了保证数据的收集质量，必须让数据收集人员充分理解系统运行原理。因此，在各个业务部门的积极组织和紧密配合下，项目组进行了大量必要的培训工作，从而为数据收集工作奠定了良好的基础。

数据收集工作在统计、调度和计量同时展开。各业务组在与实施顾问的通力配合下，全厂物流模型中包括了200多种物料9套装置（包括2套虚拟装置），10个进出厂点.1个罐区.59条侧线.68个罐及不步于5万条罐容数据的收集工作。

完成了物理层面的模型组态工作，形成全公司生产模型，完成全部工厂模型主数据。

5.3测试工作

集成测试

由顾问和部分用户对MES进行了单元测试和集成测试，目的在于验证模型的正确性、合理性、完整性，同时也对提供功能进行一次全面的检验。经过集成测试发现了单元测试阶段忽视的问题，并对收集到的数据进行了修正调整，从而帮助调整业务模型过程及时规避日后的实施风险。

用户接收测试

在完成数据收集工作之后，标志着系统正式进入集中环境模拟试运行状态，10多位关键用户对业务流程进行了测试，将指定班次数据录入系统中，以测试系统是否能够满足生产业务需要。通过1个多月的模拟运行达到了培训骨干操作人员的效果，并使系统的数据与生产同步，一方面能及时查处纠正数据录入的错误，进一步完善了系统功能，优化了系统配置并使系统的数据与生产同步：另一方面能通过对油品解析、生产平衡、统计平衡结果进行分析，规范了物料移动关系录入，使所有岗位基本能按MES规则收集整理现场数据并熟练操作MES系统。系统经过测试人员按照测试用例的测试，对其各个功能模块和主流程进行了生产数据的验证，整个系统与预期的结果基本吻合，其差异均在许可的范围内，系统基本通过用户测试，2008年11月20日用户提交了接收测试报告。

5.4验收测试

受该企业信息部委托.MES项目测试组于对该项目进行了现场测试。测试主要工作包括讨论和确认了测试大纲，审查了项目文档资料，对系统进行了测试。通过测试，与会专家认为该项目较好地完成了可研报告和合同技术附件规定的内容和要求，基本满足了企业生产管理需要，同意通过测试。

经测试验证

（1）该单位MES系统实现了MES工厂系统架构，实现了“日平衡、句确认、月结算”。

（2）数据集成平台实现了用户权限的统一授权与访问控制，实现了系统操作日志服务与管理，提供了工厂模型及工厂模型主数据的维护功能，具备与实时数据库和LIMS访问接口的功能。

（3）装置校正模块以生产装置班（12小时）为单位进行数据采集，具有数据自动校正、大误差侦破功能。

（4）罐区、仓储、进出厂等物料移动模块，实现了基于事件的物料移动关系管理和罐量自动计算功能。进出厂管理模块通过集成企业衡器数据库，实现了衡器进出厂数据的采集。

（5）公用工程管理模块实现了公用工程数据的部分自动采集、平衡和管理，能够生成公用工程统计报表，并为ERP提供所需公用工程数据。

（6） ERP支撑模块及技术经济指标统计系统接口，实现了对ERP系统和技术经济指标统计系统的数据支撑。

（7）报表模块能够定制设计生产管理所需要的相关报表，通过企业客户化开发，实现了生产调度日报、统计日旬月报表、车间生产报表及各类综合报表的发布与展示。

（8）生产平衡模块在解析装置校正、罐区、仓储、进出厂等操作信息的基础上，通过模型求解器实现物料平衡计算，以图形化形式展示了从原料进厂、装置加工、物料收付到产品出厂全过程的物料移动信息。

（9）统计平衡模块在生产平衡数据的基础上，通过全厂统计模型较好地实现了全厂物料的日、旬、月平衡，能够生成相关的物料统计报表，并为ERP.技术经济指标统计系统提供所需的生产数据。

作者单位：中石化集团公司信息化管理部