SMES 3.0在炼化一体化企业中的应用

谢知森

(中国石化上海石油化工股份有限公司，上海 200540)



SMES 3.0在炼化一体化企业中的应用

谢知森

(中国石化上海石油化工股份有限公司，上海 200540)

摘要：介绍了中国石油化工股份有限公司SMES 3.0系统架构及主要功能，在系统建设和实际应用过程中创新性地运用了“多工厂推量”方案解决互供仪表缺失、精度不高等计量条件不足的问题，“复合工厂”解决方案支撑ERP财务核算和提高了生产统计部门月结效率。对SMES 3.0在中国石化上海石油化工股份有限公司的应用效果进行了评价，并且为MES进一步深化应用提出建议。

关键词：生产执行系统系统架构功能应用效果评价

目前，以生产执行系统(MES)为核心的生产运营平台作为信息集成系统在石油化工行业中得到越来越广泛的推广和应用，其以生产物流管理为核心，体现生产管理者的意志，实现典型流程化生产过程的可视化，使生产管理从静态化向动态化转变，在整个信息系统中起承上启下的作用。中国石化上海石油化工股份有限公司(以下简称上海石化)是国内特大型炼油化工一体化企业之一，具有生产装置多、工艺流程复杂、上下游一体、产品种类繁多、物料流向及移动关系变化大等特点。上海石化作为中国石油化工股份有限公司(以下简称中国石化)生产执行系统(SMES 3.0)三期推广单位，于2009年11月项目正式启动建设，2010年5月20日开始试运行，8月23日开始上线运行。2012年为配合上海石化六期工程建设，上海石化对MES系统进行了扩容，对新建的10多套装置建立了MES模型并调试投用，为上海石化六期工程的顺利开车和随后的生产提供了有力的信息化支撑。2014年7月入库及库存集成模块上线运行，2015年4月生产操作管理系统(模块)投入试运行。经过近6年的深化应用及实践，SMES 3.0为企业资源计划(ERP)系统、中国石化生产运营指挥系统和化工销售等提供了有力的数据支撑，同时促进了上海石化管理扁平化、专业化的进程，提升了企业生产运营管理精细化水平。

1SMES 3.0系统架构介绍

1.1技术架构

系统技术架构由四部分组成，分别为：数据存储层，数据访问层，业务逻辑和服务层以及表现层。数据存储层，对应SMES核心数据库，从逻辑上划分为工厂模型库、业务模型库、业务数据库、运行配置数据库；数据访问层，连接业务逻辑与服务层和数据存储层，提供规范统一的公共数据访问接口，实现业务数据访问；业务逻辑和服务层，按系统功能和业务功能汇聚原则，分为系统服务库、业务逻辑、服务接口3个部分，分别封装业务逻辑、系统服务和对外服务；表现层，人机交互接口，利用微软提供的表单技术、智能客户端技术、企业门户技术，开发多种类型用户界面，以不同的展现形式实现与用户交互，满足不同的交互需求。

1.2总体架构

数据集成平台及核心数据库，以数据库为核心，以数据集成平台为基础，是整个MES系统的技术支撑和应用基础，以核心数据库建立工厂模型和业务模型；数据服务功能，向下集成实时数据库(RTDB)和实验室信息管理系统(LIMS)等，实现MES系统外围信息系统的集成与支撑，向上支撑ERP系统、中国石化生产运营指挥系统、技经指标等信息系统，起到承上启下的作用；生产管理业务，从计划跟踪、调度优化、操作管理、物料移动、生产平衡、调度日报、统计平衡、能源管理、KPI绩效等方面进行业务监控和管理，SMES 3.0系统总体架构见图1。

图1　SMES 3.0总体架构

2SMES 3.0系统的主要功能

上海石化SMES 3.0由(数据)集成平台、物料移动、生产调度、生产统计、能源管理、入库及库存集成、操作管理、支撑平台以及报表展示等核心业务模块组成。

2.1集成平台

集成平台是MES系统建设和应用的基础，其主要功能是进行权限管理、工厂模型配置、罐量计算配置，同时集成了大量工厂模型主数据，其中物料3 943种(启用3 727种)，投入产出装置130套，罐区管理702个罐(启用675个罐)，进出厂管理241个计量点(启用235个)，互供点353个点(启用296个)，仓储管理55个仓库(启用44个)，公用工程管网84个(启用83个)。工厂模型包括工厂各层次的基本实体和实体间的关系，以及跨层次模型间的映射规则和将生产信息关联起来的共性规则和约束，支持并实现生产信息连续、实时储存和处理。

2.2物料移动

物料移动模块主要包括炼油装置、化工装置、罐区管理、仪表计量管理、互供班量管理、仓储管理及进出厂管理。MES系统操作人员在系统中操作，实时体现装置投入产出、储罐收付存变化、原料进厂及产品外销信息。

2.3生产调度

生产调度模块包括移动模型解析器和生产平衡。通过移动模型解析器获取生产装置投入产出数据和收付操作信息，解析形成装置投入产出侧线节点量和装置收付移动记录；从罐区获取储罐收付存信息，解析形成储罐节点量和罐区收付移动记录；从进出厂班量、互供班量获取进出厂班量、互供班量数据，解析形成进出厂点、互供点节点量，自动完成节点拓扑模型动态生成和节点量平衡计算，最终实现生产平衡。生产平衡为统计平衡提供数据，同时为生产运行管理提供数据支撑，满足管理需求。

2.4生产统计

生产统计模块在全厂生产调度平衡的基础上，建立全厂物料统计平衡模型，以节点量基准，依据物料平衡规则，通过人机交互的迭代求解策略解决平衡冲突及平衡量值锁定问题。统计平衡是站在物理移动和逻辑移动两个视角看待生产过程，关注生产装置的投入产出、物料存储及收付存、原料的采购、以及企业对外销售结算过程，进而实现全厂物料管理的统计平衡，为ERP和技术经济指标等系统提供数据支撑[1]。

2.5能源管理

能源管理模块主要有测量点数据录入及校正、测量点合计、确认节点量、能源互供确认、管网平衡和能源结算六大功能。以水、电、汽等能源介质为基本对象，通过建立能源管网和能源节点，构建企业能源拓扑模型，通过核算单元体系进行能源核算，为能耗统计提供有效数据支撑[2]。

2.6入库及库存集成

入库及库存集成模块通过物料映射、批次等级映射配置、仓库对照地配置、库存地对照配置、装置工作中心配置等进行建模，以实现入库、移库操作，将化工产品生产下线量直接发送销售ERP，及时准确的反映出企业化工产品产销存动态。

2.7操作管理

操作管理模块包括内操管理、操作绩效、装置开停工、综合应用和监控评价等。主要对生产操作过程进行监控、操作记录、下达工艺指令、记录交接班日志；统计分析操作平稳率、合格率、自控率、APC投用率等；计算物耗、能耗，并进行班组经济核算和考核。

2.8支撑平台

生产调度人员根据MES系统装置投入产出报表数据上报生产信息，支撑中国石化(炼油事业部和化工事业部)生产营运指挥系统。

2.9报表展示

报表展示模块主要进行报表配置和报表展示发布。生产调度日报是展示每日生产动态最直接、全面的方式，是在调度执行生产平衡后以报表的形式呈现给生产管理人员、经营管理者，提供准确及时的物料产、销、存数据以及全厂物料平衡情况，为生产及经营管理决策提供支持。

3SMES 3.0在上海石化的应用情况

SMES 3.0系统自2010年正式投用后，随着时间推移，系统响应缓慢等性能问题逐渐显现，技术支持人员通过实时增加索引消除不必要的全表扫描，增加和优化50多个索引字段，将MES系统数据库从32位系统迁移到了64位系统，扩展MES系统数据库的SGA等技术改进，使MES系统运行效率和系统响应用户时间提高10倍。由于历史原因，上海石化虽几经投入改造，炼化4部(炼油部、芳烃部、烯烃部和储运部)之间仍存在互供仪表缺失、互供仪表精度不高的情况，符合MES系统运行要求的高精度的互供仪表仅为52点，只占175个互供仪表总数的29.7%。上海石化在系统建设和实际应用过程中创新性地运用了“多工厂推量”方案解决了互供仪表缺失、精度不高等计量条件不足的问题，“复合工厂”解决方案支撑ERP财务核算，改变了生产统计月结方式，提高了月结效率。

3.1“多工厂推量”解决方案，弥补互供计量条件不足的问题

基于MES系统生产平衡的基准和规则，并结合生产实际创新性地研发出“多工厂推量”功能，将工厂间能满足MES系统运行要求的互供点设为“高精”，不能满足MES系统运行要求的互供点设为非高精。对上述互供点的互供报量操作进行了如下优化：(1)52个高精度的互供班量，继续采用实时数据库系统采集，或现场抄表后手工录入；(2)123个既非高精度又无自动数据采集的互供点，互供班量确认量统一手工确认为0.001 t(初始值)；(3)实际的互供班量数据，利用系统提供的统一规则、算法库、工厂模型及模型求解器等进行多工厂推量操作。经过上述优化操作，减轻了MES系统生产操作人员的工作量，提高了炼化4部间互供报量的工作效率，同时提高了炼化4部间互供班量、移动组平衡数据质量。

在MES系统建成投用后，本着以最小的投入获取最佳效益的原则，上海石化对现有二、三级计量仪表的安装进行了优化。首先，对一对一单路管线上同时装有计量仪表的情况，选择测量环境较好、精度较高的仪表作为结算点，将另一仪表移作它用；其次，结合生产流程，将部分运行情况良好，可以作为互供结算依据的三级以及侧线仪表提升至互供表使用；最后，优化流程、合并互供点，使互供点减少21%。通过调整仪表安装位置、流程优化、重建模型等手段，使公司的互供点基本上配备了符合二级计量要求的计量仪表，MES系统整体数据质量明显提升。

3.2“复合工厂”解决方案，支撑ERP财务核算

MES系统统计平衡需要完成上海石化企业内实体工厂的平衡和核算工厂的调整，即炼化4部中的储运部根据核算方法需要拆分到另外3个部进行核算，为满足炼化3部ERP系统财务核算需求而开发了“复合工厂”解决方案，通过复合工厂模型实现了储运工厂的拆分结算。该方案适应ERP工厂划分，支撑ERP系统“N+1”财务核算，同时为技术经济指标系统等提供平衡后的数据源。

该方案使得上海石化统计平衡方式发生了极大的转变，生产统计业务流程得以优化，统计月结效率大大提高，数据更真实、准确，实现了从生产调度到生产统计数据集成。

3.3开发MES系统统计增强模块，进一步提高统计月结算效率

由于上海石化生产业务的特殊性，工厂和板块存在多对多的关系，金森特统计系统不太适用于上海石化，导致ERP月结时从MES系统获取数据存在诸多不便。为解决这种情况，上海石化进一步提高月结速度，开发了MES系统统计增强模块。在MES系统统计模块的基础上，建立装置(车间)、二级单位、统计工作站等层面的生产统计系统，整合各生产单位统计业务和基础台账，优化统计业务流程，提高了统计月结速度，缩短提供ERP统计数据时间12 h。

4SMES 3.0系统在上海石化的应用效果

4.1为生产运行提供信息共享平台，实现装置(车间)生产管理从静态化向动态化转变

基于MES系统的信息平台与实时数据库为生产运行提供了信息共享的平台环境，装置(车间)生产管理可通过这个平台监控实时数据、查询历史数据，通过指标分析与工艺参数计算，运用统计分析与控制把握生产运行趋势，推动装置生产管理从静态化向动态化转变。利用物料动态工艺实时数据加强生产车间的自我评价，对生产装置进行动态成本分析，对产品收率变化实时跟踪，对生产计划指标与实际完成数据比较，对存在的偏差，及时分析查明原因，调整生产方案。利用物料动态工艺实时数据加强车间班组的绩效考核，细分生产工序。在工艺管理方面，利用实时数据获得各装置操作参数，监控装置运行状况，提高装置运行平稳率。通过调度日报数据、班量数据可及时了解装置运行动态，为生产管理人员及时发现装置出现的问题以及更加深入了解装置生产情况提供可靠方式。

4.2充分发挥生产运营平台作用，提升公司生产管理精细化水平

MES系统集成了LIMS、实时数据库(RTDB)等重要信息系统，为生产管理提供了展示生产过程的数据平台，为生产事前预测、事中控制、事后评价提供了有力工具。通过生产现场与生产管理信息的双向沟通，实现动态管理、优化控制。MES系统的建设与应用为企业生产指挥和经营决策提供了及时准确的数据支撑。

MES系统实现了生产调度与生产统计数出一门、信息共享，报表一致性大大提高。物料管理实现了“日平衡、旬确认、月结算”、能源管理实现了“日跟踪、旬平衡、月结算”，细化了管理粒度。规范了运转班模式，统一了各生产单位间的结量时间，消除了报数时间不一致产生的差异。进出厂、互供业务和装置投入产出管理业务等实现无缝连接，大大地提高了公司内跨部门(条线)业务的处理效率。

MES系统的多层递解平衡策略及可视化的平衡场景(见图2)、组分跟踪和超差报警等功能可以及时掌握生产过程中物料移动和平衡情况，直观地跟踪装置产品收率和加工损失，检视装置能耗等，及时发现并纠正MES系统操作过程中的漏操作、误操作、互供单边桥等情形，提升了数据质量，使得MES系统状态与生产实际情况保持高度一致。

图2　可视化的平衡场景示意

4.3规范和优化生产业务流程，推进公司专业化重组进程

MES系统建设及应用过程中，通过业务流程优化重组，规范了业务流程，将上海石化生产过程中的全部流程归纳成26个标准业务流程和35个扩展业务流程。同时使生产核算及边界更加明晰，有效支撑了生产统计、计量的扁平化管理。MES系统对管理部门监控生产经营动态，及时掌握生产信息，研究和制订工作措施提供了快速、有效的手段。

MES和ERP等信息系统的建设和投用，使上海石化实现扁平化管理有了信息技术支撑。2011年上海石化按照扁平化、专业化、规范化原则，对组织机构作了重大调整，压缩了管理层级，实现了三级管理模式，推动了专业化集中管理工作，提高了专业管理工作水平和效率。

5结语

MES系统建设与应用的关键是要实现企业生产业务过程的有效集成和可视化，它需要连接控制层面的自动控制系统(PLC)、分散控制系统(DCS)、数据采集与监视控制系统(SCADA)等控制系统,这意味着MES系统要解决企业数据集成技术问题，同时也要解决基础设施配置问题。上海石化SMES 3.0系统的深化应用面临机遇与挑战，基础设施有待进一步完善，首先需要加强计量仪表投资力度，解决数据采集率偏低的问题，以有利于进一步提高数据质量和工作效率；其次要开发个性化应用，提高系统数据利用率；第三要加强对MES系统用户(包括操作用户、关键用户)的培训力度，提升MES系统应用水平，有效挖掘上海石化MES系统创新与深化应用的潜力。

随着信息技术发展越来越成熟，大数据时代来临，以及物联网和云计算等新兴信息技术的兴起，信息集成系统的建设与应用能够有助于企业实现管理创新、转型升级、提质增效，使企业保持可持续发展竞争力。MES系统作为生产运营平台必将成为石化企业推进信息化与工业化深度融合、建设智能石化工厂不可或缺的重要信息系统。

参考文献

[1]陆峰.中国石化SMES 3.0物料管理复合工厂统计平衡模型探讨[J].信息系统工程，2011(6)：21-22.

[2]宋智慧.MES在石油化工装置的应用[J].石化技术，2010，17(4)：27-30.

Application of SMES 3.0 in Refining-Chemical Integrated Industry Enterprises

Xie Zhisen

(SinopecShanghaiPetrochemicalCo.,Ltd.,Shanghai200540)

ABSTRACT

Keywords：MES,system architecture,function,application,effect,evaluation

收稿日期：2016-01-14。

作者简介：谢知森，男，1981年出生，2006年毕业于兰州理工大学化学工程与工艺专业，本科，工程师，现主要从事炼油化工生产运行管理工作。

文章编号：1674-1099(2016)02-0042-05中图分类号：TP273

文献标识码：A

The system architecture and main function of manufacturing execution system(MES)SMES 3.0 were introduced.In the process of system construction and application,the multi-plant balance calculation solution was used for solving the problems of inadequate measurement conditions,such as lack of mutual instruments and poor accuracy.In addition,the composite plant solution could support the financial accounting in ERP and improve the efficiency of monthly?balance.The application effects of SMES 3.0 in Shanghai Petrochemical Co.,Ltd.were evaluated,and suggestions were proposed for deepening application of MES.