73-石化行业MES体系结构的研究PSE2006.

1、本文由百有任何贡献pdf文档可能在 WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT,或下载 源文件到本机查看。主题九:信息集成技术研究及应用 石化行业 MES体系结构的研究王妙云，郭武，刘伟（中国石化长岭分公司，湖南岳阳市,414012摘 要:本文探讨了流程行业 MES的体系结构与特征，介绍了适合我国石化行业的MES的系统功能、技术 特点以及未来的发展趋势。关键字:MES、体系结构0概述目前，中国石化的大部分企业实现了以ERP为代表的企业管理信息系统，以及以 DCS、 PLC和SCADA 为代表的过程控制系统。尽管这两 类系统的推广取得了较大成果，但其应用效益没有达到充分发挥，主要原因是企 业在

2、信息化过程中忽略了两者之间的有效配合，导致企业上层计划缺乏有效的企业经营管理层与生实时信息支持、下层控制环节缺乏优化的调度与协调。产过程执行层双向信息流交互割断，使得企业难以实时反应。十多年前诞生的 生产执行系统 MES致力于解决这一问题，它作为 ERP系统的执行机构,对从生产命令下发到产品完成的整个生产过程进行优化管理，并实时的将生产 过程信息反馈给 ERP系统，从而将生产活动与管理活动信息有效的集成起来23。目前 MES 在发达国家已经普遍推广。在我国,90年代末期开始MES 的研究与应用，涌现出了一些 MES 产品。1国外石化行业 MES解决方案MES 的概念一经提出，就引起来各界广泛关

3、注，在进行 MES 标行业的年代末开始,MES产品由单一的 MES功能模 块发展到整体解决方案。石化 行业作为典型的流程行业，由于信息化基础较好，其对MES系统的需求很早就显 现出来，国内外很多著名的公司也投入了较大的精力开发实施面向石化MES 系统。其中较为著名的MES 产品解决方案有:Honeywell的 MES 方案、Aspen 的 MES 方案、SK 的 MES 方案等。1.1 Hon eywell 公司的相关产品和技术Hon eywell的所有业务模块是基于Un iforma nee平台实现的，其本质是一个一体化的完整的业务系统的数据库（包括实时数据库、关系数据库、历史数据库、事件日

4、志数据库，业务模块和平台是紧耦合的关系。Honeywell的 MES 产品的核心是Busi ness.FLEX PKS。该产品将经营目标转化为生产操作目标，同时将经过处理验证的生产绩效数据进行反馈，从而形成计划管理层、生产执行层和过程控制层三个层次的周期循环。Hon eywell又将其MES解决方案与资产管理解决方案SSET.MAXTM、先进控制与区 域优化 解决方案一一Profit.PlusTM、生产信息集成平台 一Uniformanee 等应用套件和信 息 501主题九:信息集成技术研究及应用 集成平台整合为协同生产管理解决方案（Un ified Man ufacturi ngSoluti

5、o ns,也可看成是其广义的MES或者是 MES功能模块的扩充。如图 1-1所示。图1-1Hoe ny well MES 系统总体架构1.2Aspen Tech公司的相关产品和技术美国 ASPEN Tech公司用于过程工业运营管理的MES 产品为 ASPEN P la nt ellige nee,即智能工厂解决方案。Aspen的软件模块由于历史原因相对独立 各模块是通过 Aspen op eration Man geme nt前身是 AEP采用适配器集成为As pen one的解决方案。业务模块和平台是松耦合的关系。以信息总线为集成基础,具有分布存储可扩展、功能丰富、事件驱动等特点。ASPEN

6、 Tech的MES解决方案自1998年推出，并不断发展和完善，得到了许多大型石油化工公司的采用。方案主要包括流程模拟、虚拟工厂模拟器、生产计划与优化、生产调度 与优化、先进控制与实时优化（RT-O PT、实时数据库与信息管理、数据校正与 物料平衡、绩效监控与绩效管理、油品调和、生产指令管理与操作日志、油品移动和罐区管理等功能模块以及 AS PEN En terpise PI atform（AEP集成平台，实现生产经营管理与生产过程控制的一体化。这些模块主要分布在 5个应用套件中，即绩效管理、生产计划系统（PIMS 、生产调度 优化（O RION 、油品调合计划调度和生产管理与执行。图 1-2

7、As pen MES 系统总体架构502主题九:信息集成技术研究及应用1.3SK的相关产品和技术韩国的 SK公司推出了 CIM 技术生产管理系统（OIS,其总体架构如图所示。OIS产品技术特点在于：1.强大的计算引擎,包括:静态及动态的流程计算、流量补偿计算、储罐毛、净容积计算、物料移动计算、成分和质量跟踪、不可测移动物料的计算等。2.所有工厂的事务数据统一存放在Oracle数据库,包括:流程物料（实时数据、手工数据、计算数据、进出厂业务数据、公用工厂消耗数据、计划及调度信息、制造成本、成品质量、环保数据等，为用户及应用提 供统一的数据库。3.应用数据集成,包括从独立的实时系统（RTS分离出相

8、关数据、从实验室信息系统ERP（LIMS接受质量分析数据、从储罐测量系统（TGS接受储罐液位数据、 从进出厂系 统接受进出厂物料数据、为其他应用提供直接查询、与 交换收发料确认信息 及会计信息等。图1-3SK OIS系统总体架构 1.4国外 MES产品特点和不足国外 MES系统和产品大都采用C/S模式,综合运用了面向对象技术、分布式对象计算技术（COM/DCOM、CORBA以及实时数据库技术等,对MES中资源配置、作业调度、生产过程的实时管理以及质量管理等基本功能进行了应用集成，有效的实现了对车间生产的跟踪、控制和优化。虽然这些 MES产品各有优势和侧重点，并在国外企业的应用中取得了显著的效果

9、但是由于它们所建立的、作为 MES 核心的企业生产过程模型不适应国内企 业环境的特点，需要重新开发；大部分的 MES产品缺乏一个通用、标准的应用集成平台，各种厂家的 MES应用所采用的软件技术差异较大，难以与遗留应用以及其它 MES应用形成无缝的集成，需要对系统进行二次应用开发。足。要采用其作为国内企业实施MES的完整解决方案存在诸多问题和不2中国石化 MES的体系结构中国石化紧跟时代发展的步伐，在信息化建设与研发方面一直走在行业前列多年的 503主题九:信息集成技术研究及应用系统应用经验使大家清楚的认识到MES是流程工业综合自动化技术发展的关键1。中国石化信息化总体规划明确提出了实现以ERP

10、/MES/PCS为核心架构的综合自动化系统,进一步加强 MES系统的建设，为 ERP提供数据支撑，从而使 ERP发挥最大的应用效益。中石化MES的体系结构如图 2-1所示。中石化的 MES系统总体架构以数据集成平台为核心，以物流跟踪主线，全面支持罐区管理、仓储管理、进出厂管理、公用工程管理、化工辅料管理等关键业务。该体系结构的设计过程中，重点考虑了以下因素：（1MES 与 ERP、PCS间的数据集成关系，充分体现它石化企业综合 自动化体系中的 重要性和纽带作用。（2体现石化行业的特色，进行合理的模块不同的模块可独立实施，保证了 MES化,各模块之间相对独立，又互有联系。系统的开放性和柔性。它们

11、最终通过 MES 数据集成平台 实现计划、调度、控制、统计各模块信息的准时传递。（3参考石化行业业务模型，建立企业核 心生产数据模型，采用数据驱动的思想，实现生产和管理等不同信息集成的功能。在数据集成过程中考虑人为因素的集成。图 2-1中石化 MES 的总体架构 中石化的 MES通过生产过程信息处理和支持系统提供的信息与知识，对生产统计、生产 调度、装置运行、生产成本等进行实时管理，强调实 现生产过程优化运行、优化控制和优化 管理等核心技术，以实现生产全过程的调度平衡、统计平 衡来保证生产过程的优化管理，以 实现生产过程的物流跟踪、加强罐区管理、进出厂管理、仓储管理、装置管理来保证生产过程的优

12、化控制。以实现公用工程和 化工辅料消耗管理来保证生产过程的优化运行。3石化行业 MES 的应用 国内外石化行业都非常注重企业信息化的建设，90年代，到 企业资源规划系统 （ERP 、 供应链管理（SCM 、先进计划系统（APS 、实时数据库系统（RT DB 、先进控制系统（APC 、504主题九:信息集成技术研究及应用ERP、DCS、实时优化系统（RTO和集散控制系统（DCS等系统都较大程度的得到 应用。如 BP公司在 美国和欧洲的企业实施了非常完备的RTDB和 APC系统，如Shell公司在美国和欧洲的企业实施了非常完备的ERP系统QCS、RTDB 和APC系统实施了大部分功能。MES提出以

13、来,这些公司又积极投入 MES系统的建设中，通过 MES将生产管理和生产操作集成起来，用来支持整个企业的供应链的优化，并从中受益。如 BP公司在美国和欧洲的企业实施了MES系统的大部分功能，ExxonM obile 公司在美国和欧洲的企业实施了MES系统的大部分功能,Shell公司在美国和欧洲的企业实施了 MES系统的部分功能，ChevronTexaco公司在美国和欧洲的企业实施 了 MES系统的部分功能。 中国石化从 2004年开始实施 MES系统，目前部分企业实施了 MES系统的部分功能。中 国石油也开始了 MES系统的实施。目前国内石化企业在信息技术方面的应用，与国际大石油 公司仍然存在

14、一定的差距。中石化从十五规划开始，开展以 ERP为主线的信息化建设，到 现 在已经 4年多了，信息化建设和应用水平有了很大的提高，明显缩短了与国外先进水平的差距。企业的注意力正在转向如何从这些项目中获得利益。目前中石化正大力加强企业 MES 建设，以便于这些实施了的ERP系统更加有用。中石化以国家 863课题为背景，以石化盈科、中科院软件所、浙大中控为技术依托单位，建设炼化企业 MES系统，并先后在茂名分公司、荆门分公司、安庆分公司上线成功。中国石化长岭分公司和中国科学院软件研究所承担的MES 集成平台及关键技术攻关试点项目，经过多年的努力，完成了炼化企业 数据集成平台和企业数据模型的建设，并

15、在此基础上开发了生产调度管理模块、公用工程信息管理模块、基于计划统计的物料平衡模块和质量管理模块。系统构建了炼化企业业务模型，实现了生产层面数据共享，覆盖了油品罐区、生 产调度、计划统计等生产管理环节，解决了困扰企业多年的物料无法闭环控制的难 题，实 现了从原料进厂到产品出厂的精细化管理。4 MES 未来的发展趋势走产品化的道路，从信息集成、事务集成发展到智能集成型的MES,满足可集成性、可 配置性、可适应性、可扩展性和可靠性的要求是MES 今 后的发展趋势4。具体表现在以下几个方面：？ ？ ？ ？通过软总线技术的研究，进一步加大 MES系统与各种厂家、各种类型的已有系统平 滑地连 接集成。通

16、过面向对象技术、组件技术的应用，大大增强企业 MES的可裁减性与适应性。企业生产过程模型的建立和优化手段将更加全面和丰富。MES是以生产过程模型为核心系统，连接实时数据库和关系数据库，对生产过程进行管理的。对生产过程和运行数据进行全面采集、整合和充分利用。首先,MES实现从一线直接采集数据，提高数据采集的质量和效率；其次，将各类生产运行数据进 行实时集 成和联结,形成生产企业层面全面的生产运行数据库，对上/下游生产装置进行关 键指标的监控与分析；接着，利用工厂级生产运行数据进行全厂的统计平衡提供 生产实际与计划数据的比较。?充分利用生产数据，支持各个业务领域运行和优化；例如,优化调和方案，采用

17、合 行数据，提高离线和在线模型的精度；理半成品。减少质量浪费；利用实际生产运及时发现收率偏差，及早发现装置的问题，进行维护或修理等。？融入了一些流程行业的专有关键技术，如一体化计划、物料平衡技术、装置校正技术、全面质量管理技术、动态成本控制技术、设备故障监测与分析等，以满足解决 505主题九:信息集成技术研究及应用生产现场各种复杂问题的需要。在石化企业 MES 解决方案的基础上，进一步拓展研究适合流程行业的MES 系统解决 方案。参考文献1王凌，王雄，金以慧.MES-流程工业发展的关键.化工自动化及仪表,2001 ,2 8(4:15 2 于海斌机集成制造系统,2000,12 6 (63,朱云龙

18、.Bria n L.David A. Mushi n . Li nki ngthe P la nt Floor可集成的制造执行系统Harki ns, Elliott S.to the Enterp rise:.计算Middiet on,TheBen efits & Pitfalls. 4htt p: /www.chi .c n/news/news.as p?n ewsid=2005125163054156&classid=106126101国际制造执行 系 统（MES应用与发展5郭超,金晓明，荣冈.数据校正技术在流程工业企业物料平衡中的应用.化工自动化与仪表,2005, Vol.32 6裴瑞凌

19、，荣冈.炼油过程的智能工厂流程模拟仿真平台.化工自动化与仪表,2005, Vol .32506 1本文由百有任何贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT,或下载源文件到本机查看。主题九:信息集成技术研究及应用 石化行业 MES体系结构的研究王妙云，郭武，刘伟（中国石化长岭分公司，湖南岳阳市,414012摘 要:本文探讨了流程 行业 MES 的体系结构与特征，介绍了适合我国石化行业的MES 的系统功能、技术 特点以及未来的发展趋势。关键字:MES、体系结构0概述目前，中国石化的大部分企业实现了以ERP为代表的企业管理信息系统，以及以 DCS、 PLC和SCADA 为代表

20、的过程控制系统。尽管这两 类系统的推广取得了较大成果，但其应用效益没有达到充分发挥，主要原因是企 业在信息化过程中忽略了两者之间的有效配合，导致企业上层计划缺乏有效的企业经营管理层与生实时信息支持、下层控制环节缺乏优化的调度与协调。产过程执行层双向信息流交互割断，使得企业难以实时反应。十多年前诞生的 生产执行系统 MES致力于解决这一问题，它作为 ERP系统的执行机构,对从生产命令下发到产品完成的整个生产过程进行优化管理，并实时的将生产过程信息反馈给 ERP系统，从而将生产活动与管理活动信息有效的集成起来23。目前 MES 在发达国家已经普遍推广。在我国,90年代末期开始MES 的研究与应用，

21、涌现出了一些 MES 产品。1国外石化行业 MES解决方案MES的概念一经提出，就引起来各界广泛关注，在进行 MES 标准、规范、模型的研究的同时,MES的产品也逐渐推出。从20世纪 90年代末开始,MES产品由单一的 MES功能模 块发展到整体解决方案。石化 行业作为典型的流程行业，由于信息化基础较好，其对MES系统的需求很早就显行业的现出来，国内外很多著名的公司也投入了较大的精力开发实施面向石化MES 系统。其中较为著名的 MES 产品解决方案有:Honeywell的 MES 方 案、Aspen 的 MES 方案、SK 的 MES 方案等。 1.1 Hon eywell 公司的相关产品和技

22、术Hon eywell的所有业务模块是基于Un iforma nee平台实现的，其本质是一个一体化的完整的业务系统的数据库（包括实时数据库、关系数据库、历史数据库、事件日志数据库，业务模块和平台是紧耦合的关系。Honeywell的 MES 产品的核心是Bus in ess.FLEX PKS。该产品将经营目标转化为生产操作目标，同时将经过处理验证的生产绩效数据进行反馈，从而形成计划管理层、生产执行层和过程控制层三个层次的周期循环。Hon eywell又将其MES解决方案与资产管理解决方案SSET.MAXTM、先进控制与区 域优化解决方案Profit.PlusTM、生产信息集成平台 一Unifor

23、manee 等应用套件和信 息 501主题九:信息集成技术研究及应用 集成平台整合为协同生产管理解决方案（Un ified Man ufacturi ngSolutio ns,也可看成是其广义的 MES或者是 MES功能模块的扩充。如图 1-1所示。图1-1测移动物料的计算等。2.所有工厂的事务数据统一存放在Oracle数据库,包Hoe ny well MES 系统总体架构1.2Aspen Tech公司的相关产品和技术美国 ASPEN Tech公司用于过程工业运营管理的MES 产品为 ASPEN P la nt ellige nee.即智能工厂解决方案。Aspen的软件模块由于历史原因相对独立

24、 各模块是通过 Aspen op eration Man geme nt前身是 AEP采用适配器集成为As pen one的解决方案。业务模块和平台是松耦合的关系。以信息总线为集成基础,具有分布存储可扩展、功能丰富、事件驱动等特点。ASPEN Tech的MES解决方案自1998年推出，并不断发展和完善，得到了许多大型石油化工 公司的采用。方案主要包括流程模拟、虚拟工厂模拟器、生产计划与优化、生产调度 与优化、先进控制与实时优化（RT-O PT、实时数据库与信息管理、数据校正与 物料平衡、绩效监控与绩效管理、油品调和、生产指令管理与操作日志、油品移动和罐区管理等功能模块以及 AS PEN En

25、terpise PI atform（AEP集成平台，实现生产经营管理与生产过程控制的一体化。这些模块主要分布在5个应用套件中，即绩效管理、生产计划系统（PIMS 、生产调度 优化（0 RION 、油品调合 计划调度和生产管理与执行。图 1-2 As pen MES 系统总体架构502主题九:信息集成技术研究及应用1.3SK的相关产品和技术韩国的 SK公司推出了 CIM 技术生产管理系统（OIS,其总体架构如图所示。OIS产品技术特点在于：1.强大的计算引擎,包括:静态及动态的流程计算、括:流程物料（实时数据、手工数据、计算数据、进出厂业务数据、公用工厂消耗数据、计划及调度信息、制造成本、成品质

26、量、环保数据等，为用户及应用提 供统一的数据库。3.应用数据集成,包括从独立的实时系统（RTS分离出相关数据、从实验室信息系统ERP（LIMS接受质量分析数据、从储罐测量系统（TGS接受储罐液位数据、 从进出厂系 统接受进出厂物料数据、为其他应用提供直接查询、与 交换收发料确认信息及会计信息等。图1-3SK OIS系统总体架构 1.4国外MES产品特点和不足国外 MES 系统和产品大都采用C/S 模式,综合运用了面向对象技术、分布式对象计算技术（COM/DCOM、CORBA以及实时数据库技术等,对MES中资源配置、作业调度、生产过程的实时管理以及质量管理等基本功能进行了应用集成，有效的实现了对

27、车间生产的跟踪、控制和优化。虽然这些 MES 产品各有优势和侧重点，并在国外企业的应用中取得了显著的效果但是由于它们所建立的、作为 MES 核心的企业生产过程模型不适应国内企 业环境的特点，需要重新开发；大部分的 MES产品缺乏一个通用、标准的应用集成平台，各种厂家的 MES应用所采用的软件技术差异较大，难以与遗留应用以及其它 MES应用形成无缝的集成，需要对系统进行二次应用开发。足。要采用其作为国内企业实施MES的完整解决方案存在诸多问题和不2中国石化 MES的体系结构先进控制系统（APC）5 0 4主题九：信息集成技术研究及应中国石化紧跟时代发展的步伐，在信息化建设与研发方面一直走在行业前

28、列多年的 503主题九:信息集成技术研究及应用系统应用经验使大家清楚的认识到MES是流程工业综合自动化技术发展的关键1。中国石化信息化总体规划明确提出了实现以ERP/MES/PCS为核心架构的综合自动化系统,进一步加强 MES系统的建设，为 ERP提供数据支撑，从而使 ERP发挥最大的应用效益。中石化MES的体系结构如图 2-1所示。中石化的 MES系统总体架构以数据集成平台该体系结构的设计过程中，重为核心，以物流跟踪主线，全面支持罐区管 理、仓储管理、进出厂管理、公用 工程管理、化工辅料管理等关键业务。点考虑了以下因素:(1)MES 与 ERP、PCS 间的数据集成关系，充分体现它石化企 业

29、综合自动化体系中的 重要性和纽带作用。(2)体现石化行业的特色，进行合理的 模块化，各模块之间相对独立，又互有联系。不同的模块可独立实施，保证了 MES 系统的开放性和柔性。它们最终通过 MES 数据集成平台 实现计划、调度、控制、统计各模块信息的准时传递。(3)参考石化行业业务模型，建立企业核心生产数据模型，采用数据驱动的思想，实人为因素的集成。现生产和管理等不同信息集成的功能。在数据集成过 程中考虑中石化 MES的总体架构中石化的MES通过生产过程信息处理和支持系统提供的信息与知识,对生产统计、生产调度、装置运行、生产成本等进行实时管理，强调实现生产过 程优化运行、优化控制和优化 管理等核

30、心技术，以实现生产全过程的调度平衡、统计平衡来保证 生产过程的优化管理，以实现生产过程的物流跟踪、加强罐区管理、进出厂管理、仓储管理、装置管理来保证生产过程的优化控制。以实现公用工程和化工辅料消耗管理来保证生产过程的优化运行。化行业 MES 的应用国内外石化行业都非常注重企业信息化的建供应链管理设， 9 0 年代， 到 企业资源规划系 统 (ER P)(SCM)、先进计划系统(APS)、实时数据库系统(RT DB)实时优化系统（RTO）和集散控制系统（DCS ）等系统都较大程度的得到应用。女口BP 公司在美国和欧洲的企业实施了非常完备的ERP、DCS、RTDB和 APC 系统，如 Shell公

31、司在美国和欧洲的企业实施了非常完备的ERP 系统，DCS、RTDB和 APC系统实施了大部分功能。MES 提出以来，这些公司又积极投入MES 系 统的建设中，通过 MES 将生产管理和生产操 作集成起来，用来支持整个企业的供应链的优化，并从中受益。如BP 公司在美国和欧洲的企业实施了 MES系统的大部分功能，ExxonMobile公司在美国和欧洲公司在美国和欧洲的企业实施了MES 系统 的大部分功能，She的企业实施了 MES 系统的部分功能，ChevronTexaco 公司 在美国和欧洲的企业实施了 MES 系统的部分功能。 中国石化从 2 00 4 年开始实施 MES 系统，目前部分企业实

32、施了 MES 系统的部分功 能。中 国石油也开始了 MES 系统的实施。 目前国内石化企业在信息技术方面的应用，与国际大石油 公司仍然存在一定的差距。中石化 从十五规划 开始，开展以 ERP 为主线的信息化建设，到现 在已经 4 年多了， 信明显缩短了与国外先进水平的差距。息化建设和应用水平有了很大的提高，企业的注 意力正在转向如何从这些项目中获得利益。目前中石化正大力加强企业MES 建设，以便于这些实施了的ERP 系统更加有用。中石化以国家 8 6 3 课题为背景， 以石化盈科、中科院软件所、浙大中控为技术依托单位，建设炼化企业MES 系统，并先后在茂名分公司、荆门分公司、安庆分公司上线成功。中国石化长岭分公司和中国科 学院软件研究所承担的MES 集成平台及关键技术攻关试点项目，经过多年的努力，完成了炼化企业数据集成平台和企业数据模型的建设，并在此基础上开发了生产调度管理模块、公用工程信息管理模块、基于计划统计的物料平衡模块和质量管理模块。系统构建了炼化企业业务模型，实现了生产层面数据共享， 覆盖了油品罐区、生产调度、计划统计等生产管理环节，解决了困扰企业多年的物料 无法闭环控制的难