MES系统在化工行业的应用

卢瑜

[摘 要]生产执行管理系统（MES）是现代化企业信息化建设的一个重要环节，是连接生产系统和信息系统的纽带.本文主要介绍生产执行管理系统（MES）的概念、MES作用、系统设计、业务流程、系统总体架构以及如何提高企业的管理水平、管理效益和经济效益的目标。

[关键词]MES、操作管理、数据平台、数据应用

中图分类号：F426.7；F270.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）09-0071-01

引言

在全球一体化竞争的趋势下，越来越多的企业实现了生产过程自动化，而忽视了生产执行管理的信息化建设，各分厂或车间数据孤立，生产数据资源得不到有效的、充分的利用，企业信息孤岛现象严重。企业生产执行、管理一直沿袭几十年不变的管理方法和习惯，相对于现代企业经营管理的理念和手段远远落后。

1 MES作用

在生产管理方面，以企业资源计划ERP为核心的经营管理信息系统得到广泛应用，实现企业的供应链优化。在生产过程自动化方面，通过实施集散控制系统DCS、可编程逻辑控制系统PLC、数据采集与监视控制系统SCADA等实现过程控制的优化。生产的复杂性要求企业必须对内外环境的各种变化作出快速恰当的反应，方可在全球性激烈的商业竞争中获得优势。企业行为必须从单项、局部的改善向着综合、集成的优化转变，必须更加注重计划、组织、控制三大职能的整体优化，通过信息融合实现企业信息的全面集成。

2 MES系统设计

MES体系结构特别是功能模型的研究对于系统可集成性至关重要。化工企业作为典型的流程工业企业，其生产过程存在如下特点：物料流和能量流连续，产品相对稳定，生产周期长，生产工艺包含各种物理、化学变化，机理复杂并表现出连续性、不确定性、强非线性和强耦合性，生产数据信息量和处理难度都比较大，再加上企业决策、经营销售、计划调度、物资供应、库存运输、产品开发的环环相扣关系，使得企业在生产组织和执行时面临着超强的难度。这就要求MES具有很强的灵活性和适应性。

本文介绍化工企业MES的设计，主要以行业上中下游业务为应用背景，采用基于集成平台和业务模块构架的MES系统架构，形成以MES集成平台为核心、综合集成计划层和控制层，并提供统一数据访问机制的整体解决方案。

3 总体业务流程

MES系统总体业务流程横向涉及生产计划排产、生产管理和设备管理等，纵向涉及数据层、应用层和表现层。重点考虑数据平台建设和生产运营管理两条主线，从而提高企业生产管理效率。

系统作业层面主要涉及生产装置、罐区原料的存储情况，通过生产装置的投入产出管理、罐区原料的进出管理及产成品出厂管理，为调度层面的调度平衡提供基础数据来源。调度人员基于物料移动和企业业务规则，完成调度级物料平衡计算，为ERP等外部数据提供数据支撑，并为生产管理的各个层面提供可组态的报表和查询功能。并以此作为管理工具，发现生产过程存在的问题并进行分析和解决，提升企业管理精细化水平。

4 系统总体框架

4.1 数据平台

数据采集是将生产全过程（包括DCS系统，SCADA系统，PLC控制系统等）中的所有数据进行自动采集、分类。数据采集是控制系统与管理信息系统之间的信息纽带，是MES的基础。通过数据采集为MES提供全面、实时、准确的数据信息，实现生产过程操作、生产过程管理和经营管理层的数据共享。

4.2 操作管理

操作管理包括：操作监控、操作指令和操作日志三个部分，各部分的详细功能如下：

操作监控，可以监控工厂的工艺指标，任何指标出现超标都会及时记录，及时发现问题所在，同时操作人员或工艺人员可以对这些超标指标进行原因分析和注释。操作监控指标分为操作类、产品类、质量类、环保类和厂控类指标等，对厂控类指标和产品质量指标（即工艺卡片指标），严格按照工艺卡片管理流程进行设定、修改，出现超标后填写超标原因，实现工艺卡片的动态化管理。

操作指令，帮助调度人员和计划人员将计划目标精确地下达到各分厂，使得分厂操作人员及时采取行动，并通过操作监视进行目标值与实际值的比较。

操作日志，帮助操作人员快速地获取各种不同信息。操作日志可以作为电子记事本，记录下操作人员的各种意见及建议、操作过程中发生的事件及活动、操作参数及关键绩效指标，实现电子化交接班记录。

4.3 关键指标动态展示

关键指标动态展示是将每日的装置运行关键指标通过图形或图标的方式进行动态展示，让管理层能够及时、直观、全面地了解到装置的运行状况，为生产管理决策或生产指令的制定提供及时的数据依据。

关键指标动态展示中的生产指标主要是化工企业考核的有关指标项，有关装置生产进度，装置平稳率/开停工统计，罐区库存信息，主要经济技术指标。

4.4 生产数据管理

4.4.1 装置物料、化工原材料数据管理

此模块主要是对装置的加工、生产数据进行统计，以班组为单位，记录各班组的某一装置的投入产出数据，同时进行装置平衡运算，以自动计算损失及收益。化工原材料数据是以月为单位统计，包括期初库存、期末库存、收入、消耗等数据。

4.4.2 全厂生产物料统计数据

全厂生产物料数据管理包括每日及每月的数据统计，业务环节上由各分厂进行数据统计，后上报于计划科，计划科对全厂数据进行统计汇总，形成全厂生产物料报表数据。

4.4.3 公用工程消耗数据

公用工程消耗统计模块主要是对水、电、汽等公用工程的产耗数据进行统计，由各分厂将装置的各公用工程数据上报生产科节能组，然后对全厂进行汇总统计。

4.5 实时动态跟踪

工艺流程监视，通过WEB方式浏览装置流程圖，实时查询和监视主要生产装置的关键数据、同时提供实时数据的趋势查询功能。

* 罐区数据监视，实时监视各罐区的动态数据变化。

* 工艺指标，实时监视各类指标。

* 装置开停工监视，通过流量、温度、压力等判断条件，实时监视各主要装置的运行情况。

4.6 设备管理

设备管理主要针对设备日常运行过程中的基准、运行及检修过程进行管理，涵盖业务功能包括设备基准管理、日常点检管理、运行状态管理、设备检修管理以及特种设备、计量设备、备品备件、设备KPI指标等方面。通过设备管理信息系统建设将企业设备管理的各个方面集成为一个规范、透明的体系，建立集各类动静态全过程数据为一体的信息共享平台。

设备管理最终将在系统中形成设备管理完整的过程管理数据，所有涉及设备状态的各类信息为公司生产经营决策、管理提供有力的支撑；实施网络化点检管理系统，实现设备监测和诊断信息共享。

5 MES价值

MES解决方案能为企业带来真正的业绩，能更好地了解整个供应链中的信息，提高了生产的敏捷性，减少了运营资本，并有助于优化生产操作。MES整体解决方案其价值表现在统一数据源，整合数据信息、生产优化、生产的敏捷性、减轻员工工作量及提高工作效率等方面。

结论

生产执行管理系统（MES）可极大提高企业信息管理水平，从而实现更加高效和优化的生产。应用实践表明系统具有良好的可重构性、可集成性和敏捷性，在化工企业中与原有的信息系统相互支持，实现企业内信息的合理有效集成，增强了业务透明度，提高了工作效率。系统在企业的成功实施，对于企业的信息化建设具有重大的指导和借鉴意义。

参考文献

[1] 王宏安，荣冈，冯梅，张朝俊，化工生产执行系统，化学工业出版社，2007.