1 概述
化學工業是我國重要的基礎支柱產業。它是一個多品種、多層次、服務面廣、配套性強的產業，與其他產業和消費市場關系密切，又是資金密集和技術密集的產業，對國家經濟發展起著至關重要的作用。但是長期以來，我國化學工業與發達國家相比還存在著較大的差距，突出的表現就是生產制造過程能耗高，設備運轉周期短、維修費用高，環境污染嚴重，能源利用效率比發達國家低近10個百分點。面對經濟全球化這一機遇和挑戰，我國化工企業已逐步利用自動化技術、管理技術和信息技術在改變原有的生產管控模式。加強生產過程的監控與管理，提高產品質量，降低成本和改善服務，不斷提高自我適應能力。其中信息技術的先進管理體系已成為企業競爭的關鍵所在。
2 化學工業信息技術應用的現狀分析
化學工業生產過程具有如下的特點：1、生產過程連續，加工能力強，物料和能量的供給要求連續、及時、可靠；2、生產工藝復雜，生產過程涉及多種化學變化與物理變化，生產控制技術要求高、信息量大，故障診斷和處理比較復雜；3、產品結構復雜，除了主產品外，還會產生大量副產品和中間產品，產品與產品之間的關聯性較大；4、基礎自動化水平較高，對自動化的依賴性比較強，絕大部分的物料變量依靠儀表進行測量或通過分析儀表間接獲得，少量人工計量；5、生產以安全、穩定、長周期、滿負荷、優質、均衡、高產、低耗和減少污染為主要目標。
由于行業的生產特點，大部分企業都非常重視過程控制方面的系統建設，在重要的裝置上都實施了自動化控制系統DCS或PLC,并且注重實時數據的采集、存儲及整理，實現了過程監控。由于穩定的系統先天條件必須為封閉系統，所以生產裝置中的每一套控制系統都是相互獨立封閉的系統。世界各家軟硬件系統商也在這個前提之下，徑自開發自家的產品，通常不會將“系統整合”的概念放在他的軟硬件規劃中。隨著ERP（EntERPrise Resources Planning）系統的日漸普及和推廣，許多企業也實施了相應的ERP系統，對企業資源進行綜合計劃與管理，使管理得到了優化和提升。由于大部分的企業沒有做信息整合，所以在企業內部各業務單元的信息是相互獨立的，不能共享，形成了一個個信息孤島。給企業經營管理和生產管理帶來了信息溝通上的障礙。
目前，以ERP-SAP為代表的管理信息系統，以及以集散控制系統（DCS）、現場總線控制系統（FCS）為代表的自動化控制系統，在化工行業已經大規模應用，由于缺少有效的信息系統架構和平臺，導致企業上層計劃和管理指令不能迅速準確的下達，同時生產單元的執行結果的也不能做到及時反饋。據資料顯示有49%的ERP系統沒有達到預期的社會效益、經濟效益和目標。其中一個重要因素是與生產現場的信息連接與集成被忽略了，而生產現場的數據，特別是整合過的高質量的數據，即生產信息是ERP的基礎。由于計劃層與控制層無法進行良好的雙向信息交流，阻礙了各系統功能的正常發揮，也無法體現出信息系統的整體效益。MES 作為橫貫計劃經營和過程操作兩個層面的信息管理系統，近些年來受到眾多行業，特別是石油化工行業的重視。MES 系統解決方案給人們帶了來數據共享、實施協調，提高企業執行效率及決策能力的希望。
3 MES（生產執行系統）的發展
20世紀70年代后半期開始，一些企業為了解決生產管理中的個性問題引入了一些單一功能的軟件產品和個別系統，如設備維保系統、質量管理系統、生產統計等功能的生產管理系統，形成了MES系統的雛形。MES(Manufacturing Execution System)直譯為制造執行系統，俗稱生產管理系統。直到90年代初，才由AMR（美國的咨詢調查公司Advanced Manufacturing Research）組織提出并使用。MES在90年代初期的重點功能是實現生產現場信息的整合。到了90年代后期，特別是流程制造工業提出了整體解決方案和信息系統的需求，希望通過各種功能，諸如資源分配管理、調度、質量保證管理、設備維護管理、生產績效分析、排程、文件控制、及物料和生產跟蹤等之間的交互作用來描述MES過程。同時將MES生產執行系統與上層ERP等業務系統和底層PCS等生產設備控制系統一起定義為企業的神經系統，一是把業務計劃的指令傳達到生產現場，二是將生產現場的信息及時收集、上傳和處理。MES不單是面向生產現場的系統，而是作為上、下兩個層次之間雙方信息的傳遞系統，是連結現場層和經營層，改善生產經營效益的前沿系統。
4 我國化工行業MES開發及應用探討
對于流程工業，特別是石油化工行業，國內外涌現出一批MES 產品解決方案，如Honeywell的Business、 FLEXPKS；ASPEN Tech 的ASPEN Plantelligence，石化盈科的SMES，浙大中控的MES Suite等。目前MES在發達國家“離散制造業和流程制造業”都已經普遍推廣，隨著通信瓶頸的解決，ERP可以通過MES直接與控制系統交換實時數據，實現操作運行層與管理層的緊密集成。在我國，對MES的認識和應用還處于起步階段。反觀國內，ERP系統與生產控制系統之間一般還沒有實現信息集成，問題的關鍵在于 MES在國內尚未普遍推廣。從目前國內的應用情況來看，已實施MES 的企業大部分是以實時數據庫、物料平衡、生產計劃及調度等模塊為主，而“流程制造業”關注的操作管理、工藝管理、質量管理、設備維護管理、績效管理等模塊應用的很少，成功經驗不多。正因為如此，我國化學工業生產制造能耗高，設備運轉周期短、維修費用高，環境污染嚴重等問題沒有得到較大的改善，很多企業還在繼續探討和開發運用MES的功能。
借鑒國外成功企業的做法，日本的文化內涵更接近于東方。日本在MES的基礎上，提出了“制造管理系統”、“制造實行系統”、“生產實行系統”和“綜合生產管理系統”的新解。臺塑關系企業提出“實時生產管理系統”和“管控一體化”的理念。除了遵循AMR的定義和描述外，兩者更強調對生產現場各種信息的實時采集與集成，將過程信息(PIMS，工廠信息管理系統)作為MES的核心，通過CIM(計算機集成制造)將工廠系統和業務系統進行理想整合。根據ERP提出“生產什么、生產多少”的宏觀指令，進行何時何分、哪條生產線投入何種原料、用何種工藝、完成何種產品的具體指令和調度。強調生產現場信息數字化管理、工藝管理、物流管理、質量管理、生產指令、進度跟蹤管理、設備運行監督與控制和運維管理等生產環節的管理。真正幫助生產廠解決生產管理問題，提升生產力，進而達到節能、減排、增效、降耗的目標。
對于準備引入MES系統的企業，建議借鑒日本企業以及臺塑關系企業的做法，關注以下幾個步驟和注意事項。即項目計劃編制、組織組建、培訓與準備、需求定義、建模與差異分析、概要設計與詳細設計、軟件接口規格定義與設計、接口開發與聯調等步驟。注意MES在經營系統的重要地位，考慮生產現場信息系統的幾個要素：人、信息系統、業務規則、設備、MES軟件包的適應性。強調應用效果，生產現場信息系統是MES成功的基礎等事項。以下是開發應用的想法與大家探討。
4.1 基礎系統建設
建立工廠區全面性的數據整合平臺，是發展MES的基礎。但是在將實時生產數據整合前，首先要將生產系統建設完整。
4.1.1 檢化驗信息管理系統LIMS系統
LIMS各項功能依據ISO17025的要求標準設計，實現作業流程標準化；實現實驗室數據自動化管理，降低人為處理、復制數據低效率且易出錯的問題；與MES高度整合，才能使生產與質量實時結合，對最終產品質量的提升起到關鍵作用。
4.1.2 重大設備在線監控系統(震動、轉速、軸偏移監測)
建立獨立的重要設備監測系統，作為設備預防保養的基礎，是設備開展計劃性檢修的依據。
4.1.3 廠內安環系統（火警、氣體監測、門禁與報警系統）
化工屬高危行業，安全是各項工作的前提和保障，是預防性的做好廠區安全的基礎。
4.2 基礎系統整合
通過實時數據庫，集成生產過程中的動態信息，建立企業生產的工廠統一模型（數據模型與業務模型），從而為生產管理的各功能模塊應用提供標準化的一致信息。
生產信息整合架構示意圖
4.3 成立跨部門項目小組：
建立一套全公司所有系統共通數據平臺，非一朝一夕可完成，需要一套完整的計劃循序漸進。考慮每個系統的數據特性差異，并確保每套控制系統在安全與穩定運行基礎上作數據采集工作。項目執行前每一個廠的調研工作(設備系統接口規格，工藝上的功能需求，生產瓶頸，以及未來規劃的目標)要確實。項目成員具備相關專業技能（如系統整合、軟件開發技術），生產單位要積極參與并提供工藝相關經驗，以確保項目功能滿足生產廠的需求，真正幫助生產廠解決生產管理問題，提升生產力，進而達到節能、減碳、增效、降耗四大目標。
4.4 MES功能開發
從生產管理的需求和目的出發，分階段的開發為生產管理服務的一些功能模塊。如：
4.4.1 工藝管理
流程畫面管理：集成DCS畫面，開發流程畫面管理功能，整合質量、設備、保養等相關信息。對于生產流程管理效率可以得到大幅的提升，當遇到工藝異常時，也能利用實時數據庫的歷史數據快速判定原因，排除異常。
趨勢分析管理：運用實時數據庫，開發各類型的趨勢分析與歷史數據分析統計功能。
工作規范管理：各種工藝、保養操作，集成在文件管理中心，并結合在流程畫面管理功能中，按下超級鏈接實現隨時、隨地查詢。
4.4.2 設備狀態管理與異常報警功能
開發設備狀態集成管理功能，依照設備所在區域或管理權責，展開設備配置樹形圖，點選設備立即顯示設備所有相關信息，實時動態、歷史趨勢、運轉時數、開關次數等等。并能設定警戒值，具有異常報警功能。計算運轉時數，開發條件式保養策略。
4.4.3 生產管理
每日生產管理：開發每日實時、歷史生產動態集成畫面，提供依據管理目的設定的實時生產信息，必要的計算、統計、分析作業全部交由計算機自動完成，管理人員可以更專注思考問題處理對策。
成品庫存與原副料耗用管理：成品儲存、包裝量管理，原副料消耗采用自動統計功能。產量、質量統計報表自動產生。
4.4.4 能源管理
集成水、汽、電耗用數據，自動產生耗用統計報表，作為節水、節能改善重要參考依據。
4.4.5 質量管理
質量趨勢變化統計報表、生產質量追溯功能、質量異常報警與追蹤管理等作為質量管理的重點。自動導入LIMS數據，降低人為處理、復制數據等低效率且容易出錯的問題。LIMS與MES完整集成，使質量信息具有實時性，在MES功能中能實時掌握到質量信息，對于制造質量提升起到關鍵性的作用。
4.4.6 安全環保管理
集成全廠區氣體檢測系統于實時數據庫，開發危險氣體檢測管理系統，提供泄漏立即報警與報警記錄、查詢功能。將消防受信主機信號集成至實時數據庫，開發在MES平臺實時掌握火警異常動態。保障整個生產廠區的安全生產。
4.5 全公司布署
全公司系統布署時要考慮的問題層面會逐漸擴大，例如：考慮建立跨廠的獨立控制系統網絡，信息安全的設置就變的相對重要。MES要思考如何與企業ERP及保養管理系統數據庫作信息交換，全公司的使用者如何定權限管控，網站網絡頻寬是否充足、全廠報警系統通知層級為何，哪些系統必須納入MES之中等等問題，都是在全公司系統布置時必須考慮規劃的，避免全公司系統過于龐大，投資金額過高或是擴充性不足妨礙系統未來的發展。
轉載請注明出處：拓步ERP資訊網http://www.guhuozai8.cn/
本文標題：MES系統在化工行業的開發應用探討
相關文章
