0 引言
隨著企業信息化技術的全面發展，打造“數字化工廠”已成為衡量每個企業能否跟上現代化企業發展的重要標桿。在以往的企業信息化建設中，經營管理平臺和生產過程控制之間缺乏緊密聯系，不能及時掌握實際的生產狀況，缺乏對物料和能耗的控制、生產工藝質量的管理、數據之間一致性等必要決策手段。由于MES系統(生產執行系統)是企業信息化中的一個中間環節，向上對經營管理平臺起著數據支撐的作用，向下連接過程控制層。它的實施為企業生產建立了核心數據庫，統一了工廠模型，規范了生產流程，優化了生產調度，統一了業務集成和業務協同，最終達到了日平衡、旬確認、月結算，實現生產數據信息在經營管理層和生產業務層以及過程控制層之間的數據信息共享。
1 MES系統業務模塊
在實際的企業生產過程中，MES業務需求分為兩個主線：物料管理和能源管理。圖1是MES系統中主要的業務需求模塊。
1.1 物料管理
在物料管理中對每一個生產環節、每一個生產動態都采用實時追蹤，從原料產品進廠到裝置加工和投入產出以及產品儲存和收付動態到最后成品出廠，每個事件的動態都實行全部監控。根據業務層次的不同，在物料管理中主要包含進出廠、煉油裝置、灌區管理、倉儲管理、調度生產平衡和統計平衡等業務需求。
進出廠：進出廠模塊主要是對汽車、火車、管輸等進出廠方式的計量單、裝卸單進行管理，體現了進出廠業務操作的全過程，推動從人工分散管理方式轉變為實時集成管理的方式，其業務范圍涉及裝置、灌區等相關進出廠業務。
計量是業務的關鍵，所有計量的數據和進出廠班量都將作為調度平衡的基礎數據，而進出廠計量單則為統計平衡提供數據支持。
圖1 MES系統中業務需求模塊
煉油裝置：在每個班次的6：00和18：00時刻，MES裝置操作人員開始從實時數據庫自動采集各個裝置的物料側線儀表數據，按事先配置好的側線模型計算公式獲取物料側線的原始量，根據所采用的加工方案投入產出模型，對裝置投人產出的數據能夠進行自動校正。這樣可以消除由于計量儀表所產生的顯著誤差，使投入產出的數據量符合實際生產狀況，從而對某一裝置達到初始平衡。同時還要記錄裝置相關側線的收付操作類型、收付雙方的移動節點名稱以及收付雙方的開始和結束時間。
灌區管理：在灌區業務中主要是通過實時數據庫和LIMS數據庫提供的灌計量數據和化驗分析數據按班次進行各種罐檢尺、灌收付等相關業務，同時還擁有灌的收撥存記錄臺帳等管理業務。在生產平衡中它提供了每個班次的儲收付和檢尺數據，統計平衡中則提供了灌庫存在統計周期內的盤點數據。
倉儲管理：通過網絡化方式管理倉儲物流，對倉儲管理進行總體設計，實現最優化組合，提供各種收付的基礎信息，能夠讓生產調度部門可以及時掌握化工成品庫的庫存數據，以及出入庫和庫內操作情況。
調度平衡：該業務流程主要是對裝置、灌區和進出廠所提及的各種操作記錄進行移動模型解析，形成生產平衡所需數據。根據這一數據，通過各種平衡計算方法進行數據平衡，如算法庫和模型求解器等，在調度生產這個級別完成數據平衡。并且利用平衡工具，可以對生產平衡節點之間的移動關系以及節點量的檢查，這樣能夠降低平衡周期，提高平衡效率。最后根據平衡后的生產數據生成調度日報，滿足企業調度生產的需要。
統計平衡：通過調度生產平衡后的數據，以進出廠、灌區和互供計量數據為基礎，并且全面參考固體和氣體等數據，最后達到廠級的統計平衡。從而為上層經營管理平臺提供生產數據支持，滿足計劃部門的業務需求。
1.2 能源管理
通過訪問實時數據庫，MES系統獲取能源計量儀表的實時數據，由操作管理人員對所取數據進行確認，按所需求的計量時間，通過計算得到每個公用工程測量點的能源消耗數據，經過平衡確認，利用接口將數據輸送到ERP系統，根據能源介質輸出日報、旬報、月報等各類報表。
2 MES系統體系架構
MES系統采用的SOA(面向服務的架構)框架模型技術是以業務驅動服務，然后服務驅動技術的一種架構。操作用戶可以通過企業服務總線ESB模式轉換后發送消息來調用服務，這樣可以支持相互獨立的異構環境中的消息、服務、事件之間的交互。它將MES系統中不同功能單元抽象為服務，通過這些服務之間定義良好的接口和契約聯系起來，這使得MES系統具有用戶操作界面、統一的數據存儲結構、統一的公共服務組件和統一的數據接口。按照系統的邏輯結構總體上分為四層，即Web層、MES業務邏輯層、MES核心數據層以及基礎數據層。圖2是MES系統的體系架構。
圖2 MES系統體系架構
Web層是人機交互頁面，主要是由瀏覽器作為web客戶端，通過界面控件庫為操作用戶提供了友好的操作界面，方便用戶使用該系統，是Web頁面向服務器發送請求，并獲得反饋信息的交互過程，用戶在系統中進行的數據輸入、數據提交和數據查詢等各種業務操作，都是由web層來表現出來。
業務邏輯層集成了MES系統中的主要業務邏輯處理，它位于MES系統的服務端，當用戶在Web層調用數據時，首先向MES服務端提出調用申請，然后由該層對所調用數據進行業務處理，最后Web層將數據展示給用戶，它在很大程度上決定了軟件系統的健壯性、靈活性。業務邏輯層包括業務流程層、業務組件層和業務實體層，業務流程層負責處理所有的業務流程，是整個系統的核心，業務組件層用于存放系統在進行數據交換時所調用的組件，包括倉儲、裝卸臺、移動記錄和移動節點等組件，業務實體層指的是業務數據的載體，用于數據之間的傳遞，包括原料、生產單元、產品、庫存等。
核心數據層包括數據服務層和Oracle關系型數據庫，負責對MES系統的數據進行管理，根據業務邏輯層的調度指令對系統數據進行業務處理，例如寫入、查詢、修改等操作，MES系統采用數據庫集群技術搭建，將多臺數據庫服務器組成一個邏輯數據庫，這樣它具有負載均衡、所有節點服務器之間數據同步、容錯和高可用性等功能，在數據層中還包括歷史數據庫和測試數據庫。
基礎數據層：在MES系統中數據采集和過程控制貫徹始終，數據是系統的根本所在，這些數據都是在基礎數據層中實現的，它集成了RTDB、LIMS等服務接口組件，統一了接口標準。在煉油企業中，使用數據采集系統可以提取到所有車間裝置中的計量儀表的實時數據，這樣MES系統就只需要通過實時接口提取實時數據庫中的所需數據。進出廠所需的數據也可以通過Web Services從計量管理系統中抽取數據，通過標準接口采集LIMS系統數據。
3 MES系統協同應用
MES系統作為煉化企業信息中一個承上啟下的生產執行系統，并不僅僅是一個孤立的系統，它是一個面向生產管理的集成、協同、數據共享的平臺，為企業的其它信息系統輸送唯一的、同步的生產數據，這樣形成數據的統一性高，提高了數據質量。MES系統向下集成了RTDB(實時數據庫)、LIMS等基礎數據；向上為ERP、總部生產運營指揮系統提供了數據支持。系統內部實現了進出廠、灌區、倉儲以及生產裝置的業務協同和集成，并且和0RION、PIMS、計量管理等系統形成了數據共享和業務協同，這也是MES系統的一個重要的核心目標之一，而這些需求功能都是由Web Services標準接口來實現的。例如MES系統為了及時、準確、完整地實現物料平衡，就必須由計量管理系統為其提供進出廠的計量單數據，這就需要一個名為SmtInOutBillIf的Web Services接口實現，當通過Web Services向MES系統寫入計量單數據時可以由返回的信息編碼來判斷數據是否發送成功，如00表示數據發送成功，01表示用戶權限不足，02表示進出廠點不存在，03表示進出廠點物料不匹配，等等。表1是SmtInOutBillIf接口的輸入輸出參數。
表1 SmtlnOutBiillf接口的輸入輸出參數
4 結語
MES系統的應用實現了企業生產由以往的依賴人工經驗向系統精細化管理的轉變，梳理了業務流程，解決了物料和能源的全程跟蹤問題，實現了“日平衡、旬確認、月結算”，并通過超差報警優化了調度生產，提供了ERP數據支撐，保證了企業生產穩定均衡。同時與其它信息系統業務協同和數據集成，使企業信息化建設由“點”及“面”，實現了數據共享，形成了生產管理一體化綜合應用平臺。總之，MES系統的應用對煉化企業增強行業競爭力和打造“數字化工廠”有著重要意義。
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本文標題：基于煉化企業的MES/ERP應用與實現
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