流程行業MES解決方案

1、概述

力控科技為企業提供的信息化整體解決方案中，涵蓋過程控制系統、生產執行系統、企業資源計劃管理、決策支持系統，實現企業一體化管理。其中MES系統實

底層與上層的連通，實現系統的無縫連接與信息的充分共享。如圖所示：

 

大量應用實踐表明該產品的應用不僅為ERP的PP、MM和SD模塊提供了在線數據支持，為更好地發揮ERP的作用提供了數據基礎; 并且為企業提供了一個良好的管理平臺，為企業今后信息化擴展應用及系統集成奠定了良好的基礎。同時MES的成功實施與應用不僅提升了企業精細化管理水平，提高了生產效率，而且降低了企業生產成本，取得了良好的經濟效益和社會效益。

力控科技MES系統的特點是將經營目標轉化成生產過程中的操作目標，通過反饋執行結果，不斷調整和優化，形成一個周期性的從生產經營到生產運行和過程控制的高效能閉環系統。它與國外MES產品相比的最具特色之處就是，針對我國石化行業生產規模相對偏小、現場基礎條件相對落后、自動化水平相對較低的實際情況，開發了裝置校正、調度平衡和統計平衡的平衡策略，利用移動誤差偵破及平衡超差報警技術彌補了計量儀表的不足，解決了由于計量儀表的不足而導致的計量數據偏差過大問題。

同時，近十年國內石化企業搭建了實時數據庫系統，為企業建立基礎數據平臺以后，企業有兩個困惑，一是缺少實時數據的深入應用，二是供電、供水、供氣及其進出廠計量等數據沒有進入到實時數據庫中。尤其第二項工作的缺失，影響了實時數據庫的深入應用。而力控科技pSpace6.0產品內置了各電力廠家的保護測控裝置、直流屏、小電流選線裝置、VQC自動裝置、可編程控制器(PLC)、DCS、智能模塊、板卡、智能儀表、變頻器等共有3000多種的IO驅動，可以有效地解決企業水電風等公共工程的數據采集問題。這一點對于流程企業精細化管理來說非常重要，因為流程企業一來要求物料移動數據準確，二來企業需要計量儀表的點很多，如果都采用高性能質量流量計，則成本非常高，難以推廣。

2、體系結構

力控科技MES體系結構以數據集成平臺pSpace6.0為核心，以物料平衡為主線，全面支持生產計劃、調度管理、操作管理、進出廠管理、公用工程管理、化工輔料管理等關鍵業務。

● 以數據平臺為核心

基于石化企業的核心數據模型建立統一的數據集成平臺。核心數據模型包括工廠數據模型和業務數據模型。其中工廠數據模型描述了企業生產工廠所涉及的工藝流程、加工裝置、管道與拓撲連接關系、原料物性、產品質量等生產過程所涉及的對象，而業務數據模型側重描述生產管理相關的核心業務流程。核心數據模型為MES系統提供統一的數據視圖。

● 以物料平衡主線

裝置數據校正: 裝置數據校正是基于裝置的設計參數模型和裝置投入產出模型，綜合考慮生產加工方案，按照一定的邏輯進行數據校正，實現裝置級的物料平衡。裝置數據校正的主要數據來源是生產實時數據采集系統、手工錄入和其他系統。數據校正的結果，作為全廠油品平衡和全廠物料平衡的裝置數據基礎，提供裝置投入產出統一數據源。

統計平衡: 依據全廠物料邏輯模型，在全廠油品平衡的基礎上，全面綜合考慮氣體和固體等數據，通過平衡推量，實現全廠物料統計平衡。全廠物料統計平衡的結果滿足生產統計部門的業務需求，為ERP系統提供生產績效數據支撐。

● 其核心功能

Ø生產設備管理：包括：生產裝置管理、設備臺賬管理、設備運行管理、設備維護管理等。

Ø 計量器具管理：包括：計量器具臺賬、計量器具檢定管理等。

Ø生產計劃管理：包括：產品產能管理、計劃排產管理等。

Ø  產品物料管理：包括：物料清單管理（BOM）、物料需求計劃等。

Ø  生產報表管理：包括：生產報表模板、生產日報、月報、季報、年報、生產完成情況統計報表等。

Ø  生產調度管理：包括：生產異常情況管理、交接班日志管理、調度日志管理等。

Ø  能源計量管理：包括：能源計量設備管理、能源計劃、實績、成本，及能源統計分析等。

Ø  生產過程監控，包括：生產工藝流程圖、能流圖等。

Ø  KPI展示等

整個力控科技MES系統整合了生產相關的人力、物料、設備等資源，并通過數據集成、業務集成、界面集成等，把生產的各個環節緊密地結合起來，有效的實現了各生產部門、各車間的協同管理，使得跨地區、跨部門的多人員、多任務的生產任務能夠在統一規劃、統一協調中完成，大大提高了工作效率。

通過自主研發的中間件軟件，實現與實時數據庫、生產調度指揮系統的無縫集成。及時、有效的獲取生產實時數據，自動、高效的生成生產報表、能源報表、生產成本報表，讓生產情況一覽無余，讓智能生產及數字化工廠成為可能。

3、企業信息總體層次

     如圖5所示，化工企業信息系統總體結構包括一個平臺，企業信息門戶、兩個網絡，過程控制網/管理信息網、三個層面(PCS、MES、ERP)。MES作為ERP系統的執行層實現對從生產命令下發到產品完成的整個生產過程進行優化管理并實時地將生產過程信息反饋給ERP層面，從而將生產活動與管理活動信息有效地集成起來，在企業的綜合自動化中發揮承上啟下的作用，是整個流程工業綜合自動化技術發展的關鍵。MES層面的建立要求在生產過程層及經營管理層之間加強數據集成與分析的力度拓展優化技術應用的范圍建立完備的物流管理與控制體系，真正實現企業信息集成和業務集成優化，并為企業決策層和管理層提供可靠、準確、一致的生產經營數據，全面提高企業的經濟效益,提高企業的創新能力和市場競爭能力。 

生產執行層信息系統業務框架

4、MES項目目標

  化工企業MES系統將圍繞企業生產的主流程來進行，以提高企業生產執行能力，規范企業生產管理。

  MES系統圍繞從原料到成品的主要生產流程及與主流程相關的工藝、質量、安環、設備運行維護等輔助流程。完成相關數據的采集、組織、整理、分析和集成，建立從計劃到指令、執行、反饋、歸檔的生產執行工作流，將以上生產信息及工作流通過統一的平臺發布，確保工作執行可追溯可考核。

  從數據角度主要是進行生產相關的數據采集、整理、統計分析,形成報表或相應的表單，將生產數據集成為生產信息。通過對生產數據的分析處理，實現對生產組織、工藝指標的嚴格控制，保證產品質量、降低生產消耗，實現設備完好、原料成品合理庫存等生產經營目標。

從管理角度主要是執行公司下達各類的計劃，調度生產所需的各種資源協調原料、能源、裝置檢修維護、工藝、質量、安環以及成品儲運等與生產相關環節的運作關系，建立規范的工作流，為企業生產管理人員提供生產過程監控與管理工具，保證生產裝置的連續、平穩運行。

這些工作在一個系統平臺上完成該平臺能將相關工作流及生產信息集中顯示，并可在平臺上完成日常生產管理工作。

化工企業MES系統需要達到以下建設目標：

n  生產數據整合利用，提供生產管理所需信息；

n  建立規范的生產管理工作流程，提高生產管理工作效率；

n  建立高效的生產管理工作平臺，確保各級管理人員能及時獲得所關心的信息指揮或執行工作；

n  加強生產管理與過程監控，使生產管理工作可追溯可考核、有據可查；

n  推行先進生產管理理念，建立信息化生產管理手段，提高公司生產管理水平。 

5、業務流程

在化工行業生產執行系統(MES)的主要業務流程如圖6所示：

 

生產執行系統業務流程

6、系統功能設計

        MES系統涉及的內容有：生產計劃管理、生產調度管理、生產統計管理、生產記錄管理、工藝管理、質量管理、安全環保管理、系統管理。與實時數據庫平臺的集成、與ERP系統的應用集成。按照力控科技設計，這些功能模塊按如下分類進行組織：

n  基礎信息收集：實時數據采集接口，數據整合及調理；

n  計劃調度一體化：計劃管理、調度管理，包括調度作業中的操作管理、記錄管理、調度日報管理；

n  生產運行一體化：操作管理，包括操作管理、生產記錄管理、工藝管理、化驗管理、安環監控；

n  統計核算一體化：物料計量、罐區管理、倉庫計量、計量匯總、平衡管理調度平衡、統計平衡、績效管理； 

n  系統輔助管理：工作流平臺、報表管理、數據接口、系統管理；

另外，從加強化工企業信息系統集成能力、實現信息化建設可持續發展的角度考慮，MES能夠保證：

n  支持與ERP的集成，提供ERP所需基礎數據；

n  支持與將來與調度優化系統、計劃優化系統集成；

n  MES管理與數據整合應著眼于未來應用的信息需求。

各子系統在模塊內協同運行，形成生產管理模塊的整體。 以化工企業

制造執行系統MES上的主要功能可以如圖8的方法進行劃分。  

生產運行及生產統計業務流程

6.1基礎信息收集

6.1.1數據整合與調理

在數據整合處理中需要考慮到如下情況：

參與計算的過程數據都是累計數值，而儀表的過程數據累計值因為檢修或標定的原因要不定期的清零，正樣就需要考慮到修正累計值的這種情況。

過程數據在修正時需要保持原有采集的數據不變，修正后的數據需要單獨列出。 過程數據的修正權限需要嚴格控制統一由調度人員修改。

實時數據庫pSpace6.0接口工具方便實現與關系型數據庫Oracle系統的聯接，進行數據轉換，轉換過程進行時間匹配、范圍匹配、粒度匹配、數據合并過濾等操作。

對部分裝置缺少計量儀表或儀表計量不準的情況,將通過三種方式獲得數據:

n  軟儀表:通過相關位號儀表的計算獲得。 

n  消除誤差:對儀表計量不準確并且可以預知誤差值的,采用消除誤差的方法。

n  趨勢校正:對儀表偶爾不工作的情況,從裝置負荷、上下游產量/消耗量和儀表停止工作前的趨勢計算獲得。

數據整合依據化工企業的具體情況,整合時間(計算機自動計算)如下:

n  班數據：每日8:00,16:00,24:00計算。 

n  日數據：每日24:00計算。 

n  罐區數據：每6分鐘計算。

6.2計劃調度一體化

6.2.1生產計劃系統

生產計劃管理是落實企業戰略目標和年度經營計劃的一個重要的系統，它牽涉的面大，涉及企業方方面面的資源。生產計劃編制的質量高低直接關系到客戶的滿意程度和企業績效的高低。

計劃管理模塊包括錄入、修改、刪除、打印、審批、回退、掛起等功能：

n  生產計劃：生產計劃的編制、分解、傳達、執行；

n  物料需求計劃：與生產、檢修等計劃相關的物料計劃編制、分解、傳達、執行；

n  檢修計劃：檢修計劃的編制、分解、傳達、執行；

n  銷售計劃：反饋銷售及成品庫存數據，對公司制定的銷售計劃執行進行追蹤。

建立與計劃工作相關的工作流包含制定、審批可多級、工作追蹤、反饋、歸檔等功能。

實現計劃與實際的對比分析功能：

n  年、季、月、旬生產計劃與實際生產情況對比分析 

n  年、季、月、旬生產計劃與實際生產情況對比餅棒折線圖分析 

n  年、季、月、旬銷售計劃與實際生產情況對比分析 

n  年、季、月、旬銷售計劃與實際生產情況對比餅棒折線圖分析 

n  年、季、月、旬檢修計劃與實際對比分析 

n  年、季、月、旬檢修計劃與實際對比餅棒折線圖分析 

n  年、季、月、旬物料需求計劃與實際對比分析 

n  年、季、月、旬物料需求計劃與實際對比餅棒折線圖分析

6.2.2生產調度系統

制定生產計劃，生產組織協調、生產指揮調度、控制工藝規范，生產信息發布是調度部門的主要職能。

生產記錄管理主要包括：

n  會議記錄：記錄與生產相關會議的記錄，包括生產經營計劃會、調度會、專題會議等，會議記錄通過流程簽發后，還需要對會議上安排的工作情況進行反饋掌握工作的執行情況，會議記錄分類要求能靈活自定和修改，以滿足管理變更的需要；

n  調度記錄及交接班記錄：記錄裝置上各班組的交接班記錄，該記錄需要支持將未完成或其他關鍵信息突出顯示，提醒下一班操作人員。

n  裝置運行維護記錄：記錄生產裝置日常發生的須進行處理或維護的事件，同時指定該事件的響應部門，響應部門在規定時間內對所須維護或處理的事件進行確認，響應部門在完成維護工作后提交完成反饋，由裝置班組長確認工作已完成。在本功能中，沒有在響應時間內確認工作，需要突出顯示，未完成工作需要一直置頂并在交接班記錄中有顯示。

注本節只介紹生產記錄管理，而操作管理、調度日報在后面功能中實現。

6.3生產運行一體化

6.3.1操作管理系統

以操作管理為重點，實現調度人員對現場操作人員關于操作流程和工藝參數的操作指導、操作監視，實現對生產操作崗位的操作日志、操作記錄、裝置運行維護記錄、交接班記錄、會議記錄等信息支持，實現對操作日志視圖的共享，監控崗位責任制的執行，達到生產運行科學化管理的目的。具體如下：

n  調度指令、操作日志、裝置運行維護記錄、交接班記錄、會議記錄電子化； 規范和建立操作指令集；

n  操作指令的生成、執行和反饋；

n  裝置、罐區操作監視；

n  強化指令執行的溝通、跟蹤和決斷。

應用操作管理可以實現化工企業如下功能：

n  提供指令發布功能，為月度計劃、調度計劃、調度指令、技術管理指令、質量管理指令、計量管理指令、能耗管理指令的發布提供平臺；

n  提供操作指令集的定義和維護功能；

n  將操作指令與相關的操作流程對應起來；

n  提供操作 指令的生成輔助工具以及指令發布、執行、反饋、完成的流程控制功能；

n  提供操作指令跟蹤功能，為調度人員和操作人員定時刷新當天下達的操作指令執行狀態；

n  建立與記錄工作相關的工作流，包含制定、審批、可多級、工作追蹤、反饋、歸檔等功能，生產記錄可以靈活查詢，并可靈活顯示在需要的功能模塊上。

6.3.2工藝管理系統

工藝管理是生產執行系統的一個重要環節，工藝技術參數是生產狀態控制的重要指導指標。日常的工藝指標執行情況考核有助于企業保證安全和產品質量。工藝管理主要功能如工藝指標管理、報警聯鎖保護定值管理、工藝指標執行情況分析、操作規程管理、提供工藝操作分析工具以及相關審批確認工作流程等。 

n  工藝指標管理：對企業的工藝指標進行統一管理，對工藝指標從提出、修改、審批、下達、歸檔查詢提供工作流支撐工藝指標具有唯一性與工藝指標相關的分析數據必須來源與這唯一的工藝指標庫；

n  報警聯鎖保護值管理：對企業的報警聯鎖保護值進行統一管理，對報警聯鎖保護值從提出、修改、審批、下達、歸檔查詢提供工作流支撐，報警聯鎖保護值具有唯一性，與報警聯鎖保護值相關的分析數據必須來源與這唯一的報警聯鎖保護值庫；

n  工藝指標執行情況分析：對裝置與工藝指標相關位號的實時數據統計分析通過趨勢，超標統計等方式，記錄裝置的工藝指標執行情況，為精細化管理提供依據；

n  操作規程管理：對各裝置的操作規程進行統一管理，對操作規程從修改、審批、執行、歸檔查詢提供工作流支撐。

系統需提供多種方式對這些工藝重要數據進行訪問，如報表、趨勢圖、比例圖，可以幫助生產指揮人員和現場操作人員及時了解現時的生產工藝狀態，指定時間段內的變化趨勢等，更好的輔助生產管理和操作。

建立與工藝管理工作相關的工作流，包含制定、審批可多級、工作追蹤、反饋、歸檔等功能。

6.3.3質量管理系統

系統能夠提供對企業從原料到成品整個生產流程中與質量檢驗管理相關的功能，實現對企業一體化文件的管理。對企業從原料、中控、成品的各過程相關分析檢驗數據進行整合，提供數據分析工具頁面。提供對質量管理的相關工作流程及相關管理模塊：