【方案探讨】关于《化工行业MES系统解决方案》的讨论

  概述

制造执行系统（ MES ） 是为了保证产品的质量、数量和交货期，有效地使用人力、机械、设备、原料等工厂资源，综合管制工厂生产活动的软件系统。 MES强调制造计划的执行，它位于企业上层企业资源规划（ERP）和底层工业控制（PCS）之间，面向车间层的生产管理技术与实时信息系统，在计划管理层和底层控制之间架起了一座桥梁，填补了两者之间的鸿沟。MES的设计及关键技术攻关，是化工企业综合自动化系统的核心技术。

  行业特点

化学工业作为我国国民经济的基础产业之一，经过五十多年的发展，已经覆盖了有机化学原料、无机化学原料、树脂、化学纤维、添加剂、日用化学品、染料、涂料、肥料、农料、塑料及制品、玻璃及制品、水泥等领域，与人类生活资源密切相关。从整体上来说，化工行业的特点是对生产原料伴有化学、物理、相变等反应、变化过程的连续加工。和离散的制造业相比，化工企业具有以下特殊性：

◆ 装置系统性强
生产装置大部分是在连续状态下工作。一个环节发生问题就会阻塞整个流程；有的虽然是间歇性生产，一台出问题影响虽然小一些。但因为生产是连续的，上道工序如果出现问题，同样会影响下道工序，带来连锁反应。
◆工艺参数变化多
产成品收率是生产计划密切关注的。而影响化学反应的因素很多，设备、原料、操作都会影响产成品的收率。这些影响主要表现为工艺参数的变化。
◆物料变化复杂
生产加工高度的连续性，各个工序之间通过物料流和能量紧密的联系起来。一旦生产计划改变，整个生产系统各个环节的生产状况都会随之变化。
化工材料会随时间的变化而产生变化，可能变坏或变好，或完全变成另外一种物料；有些原料取自自然界，不同地点、批次的原料，其物理、化学性能会有差异。所以一个针对化工生产的解决方案，需要能够标识并管理物料的这种因时间、批次而产生的变化。
◆生产形式复杂
生产中，“质检计量”不仅有检验的功用。而且也是用于检测多种生成物含量的比例一种手段。也是计算成本要求的。
设备大修一般一年一次，全厂要停车。在开停车时（不仅是设备大修），由于流程长，准备工作多而复杂。
     
当前，化工企业信息化的一个非常明显的趋势是功能综合化，即自动化系统从企业整体出发逐层完成综合信息管理、车间控制、装置协调联合控制、辅助装置与设备的控制、能源监测与计量控制等等，实现综合管理-控制一体化系统。但要达到这个目标，在实际中还存在一些问题：
◆ 数据收集困难，除了DCS显示数据外，现场流量计、配电间电表、磅秤等分散在现场，每天人工抄写、传送这些数据很繁琐；
◆ 日常报表有日报、旬报、月报、生产简况报告等，大部分报表仍然采用人工统计，手段落后、工作量大、准确度难以保证。
◆ 调度员通讯手段落后，一般都以电话调度为主，调度员不了解现场设备运行状况，需要通过电话间接了解，因此难以做到及时准确调度指挥。
◆ 质量检验种类多，信息数据量大，生产工艺参数和质量分析数值依靠人工抄表，效率低，占用定员多；化验报告需要经常送多个部门，化验员大部分时间忙于送化验报告，不便于生产过程分析和工艺技术管理。
◆一些信息化程度较高的企业已经具有了相对完整的PCS、ERP系统。但市场定单无法准确分解转化为生产计划直接下达到生产调度，而ERP层在生产控制数据的获取方面同样存在巨大障碍，传统的手工录入方式不能克服信息滞后、数据失真等问题。
  综上所述，根据化工企业目前的生产状况， 针对化工企业的生产管理信息化的需求，建立企业的生产执行系统(MES)是一个有效的解决方案。

  系统介绍

系统从生产装置的DCS、PLC、智能仪表等集中采集存储动态数据，进行统计、生成作业报表、跟踪作业过程并对数据进行深入的分析应用；可将生产作业计划转化为作业调度指令和作业过程设定值，通过DCS/PLC控制生产作业过程的进行；并通过采集来的生产作业数据与作业指标进行对比和分析，进行在线质量监控并对作业绩效进行评估。
系统提供的信息和功能使操作人员、技术人员、调度人员、管理人员可以根据各自不同的职责和需求，充分掌控生产作业状况和过程，更好地履行管理职能，挖掘生产能力，降低成本消耗，强化质量控制，客观评价工作绩效，达到提高生产作业管理的能力和水平的目的。
◆ 实时数据采集存储
可将生产装置几乎所有类型控制设备的实时数据通过数据采集接口获取，并发送存储在实时数据库中，供MES的其他功能模块甚至企业ERP系统调用处理。
◆ 生产报表生成
提供报表生成，趋势分析，数据查询，事故追忆，相关曲线分析等功能，具备多种对实时和历史数据进行访问的方式，全面反映企业生产的全貌。
◆ 动态成本管理
通过建立动态成本控制模型，以作业为单位收集成本信息，实时得到动态成本信息，分析作业成本效益关系、评价作业环节的价值，满足企业内部成本控制需要、对外产品定价需要和为生产调度提供基础信息。
◆ 生产调度
将企业管理层下达的生产计划，根据生产工艺、流程要求进行物料、能源平衡计算，结合控制系统采集到的设备状况，自动生成调度令，下达到生产作业现场，经确认后控制并监视生产作业的进行。从而达到优化生产管理，提高生产效率，增加产量的目的。
◆ 生产过程跟踪管理
系统的生产过程可视化前端，用于监视、管理、跟踪和提高生产作业过程，实现在现场级和管理级（甚至在异地）对生产现场关键工序控制点(工艺、安全、环保、质量)指标的动态掌握和实时控制，还能够对相应的指标进行报警管理。能够取代电话汇报现场生产的落后管理方式，并为生产调度做实时的基础信息。
◆ 生产班组绩效考核
根据用户定义的基于工位号或采样点的班组经济核算项目及核算公式，自动计算每个班组的考核数据，进行工艺参数考核、报警考核、产量考核、收率考核，消耗考核等，起到提高产品质量和管理水平的作用。
◆ 在线质量监视管理
可实现产品质量指标在线质量检测、统计、显示，需人工分析和记录的质量、数据、指标按分析时间间隔在系统输入，经系统自动分析、统计整理，制成动态曲线图、质量控制图，并对实时的质量报警进行处置。
◆ 报警管理
对工艺、安全、环保、质量指标的超限进行多种方式的报警。包括模拟量报警、事件报警、重大变化连续重复报警、硬件设备报警等。
◆ 设备停机管理
采集并存储生产设备的启停机数据，对停机数据进行统计分析，实现对设备的减量、开、停车情况的监控，并进行设备停机原因分析追踪，达到优化生产过程并通过缩短停机时间来发掘生产潜力的目的。

化工行业MES系统组件包作为MES解决方案套件（MES Suite）的主要组成部分之一，是由浙江中控软件有限公司在多年工程实施经验和对行业需求深刻理解的基础上研发完成。其解决方案能够覆盖企业核心生产业务流程管理，助力企业敏捷制造、精致管理，迅速体现投资收益，满足未来成长要求。

 系统特点

MES解决方案套件（MES Suite）的体系结构具体设计参考S95标准，使用SOA技术，在NET平台上实现了基于构件的开发，具备很强的自适应性、互操作性、可扩展性和可重用性，着重强调了构件化技术和体系结构技术的实现。在控制系统软件复杂性和快速适应变化方面具有明显的优势。
◆高度可扩展的设计。MES Suite平台对系统的各类元数据进行对象封装提供了完整支持，使其具有良好的可组态性。只需对配置文件稍做修改即可适应大部分设备、工艺在未来的变更。                    　　
◆提高可集成性：从技术发展角度和用户需求来看,软件结构本身应能与其它应用系统集成,做到信息共享和资源共享。在MES Suite的结构设计中，已经充分考虑到这一点，不仅提高了企业MES中遗产系统的生命周期,降低对信息系统的投入,同时,也为企业将来选择较为合适的各种软件提供了更大的空间。                         　　
◆提高互操作性：MES Suite内置了支持各种主流实时数据库（ESP-iSYS，PI，Uniformance，InfoPlus）的数据接口，并通过标准关系数据库接口（ODBC，OLE DB）实现与ERP及其它MIS系统的数据集成。平台的开放性保证今后可从MES系统的不同数据模块中裁剪不同的功能,以满足某个特定任务的需要,实现互操作。

  应用效果

MES Suite目前已在多家企业成功实施，实践证明：系统投用后，极大提高了工作效率；规范了管理流程；并能有效的促进企业各项生产计划、管理、调度工作，使各经济技术指标都有明显提高。

◆促进现代化企业管理制度的建立
系统的投用，使管理人员树立科学管理的理念，生产执行系统的投用，为管理者掌握大量的生产信息，定性定量地分析企业运转过程中的各项技术经济指标提供了可靠的依据，为企业对市场的应变能力，提高企业的竞争能力提供了有力的工具。
◆实现信息集成，提高办公效率
系统集信息管理、生产经营和领导决策为一体。由于建立了统一的数据模型，数据信息都建立在关系数据库和实时数据库中，保证了数据的高度集成和网上共享，改变了传统的手工书面的数据传输方式，缩短数据收集和分析的时间，加强了企业内部各部门之间的信息联系和工作安排，提高了办公效率
◆实现产品质量管理
系统提供产品乃至原材料的跟踪，记录缺陷和实时的质量，为成品合格与否提供了基础，其数据与ERP、MIS等其他应用系统数据高度集成。
◆加强计量信息管理，降低能耗
对各个生产装置侧线的计量数据、互供料数据、公用工程能耗数据，如水、电、汽、风、蒸汽等，为节能降耗，增加经济效益，进行生产调度、全厂物料平衡和领导决策提供了科学的依据。
◆提高了设备利用率
通过报告设备中断时间和设备停机原因，从而缩短停机时间。为生产能力的平衡，跟踪生产瓶颈。通过提高设备利用率，迅速收回设备投资。
◆为生产经营提供决策依据
系统的信息依据两库中的数据，建立统一界面和形式多样的显示方式：如表格、趋势、柱图等。客户端以浏览器方式查询，甚至在外地也可以通过INTERNET进行随时查询浏览，以便及时、全面、准确地了解企业有关生产经营管理的信息，为领导科学决策提供依据。
◆更好的客户服务
通过生产过程动态跟踪订单，保证客户能够了解订单的执行情况。能够提供更准确的生产周期信息，以保证对客户交货承诺。