煉化行業(yè)的制造執(zhí)行系統(tǒng)功能框架模型

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MES 在整個(gè)企業(yè)信息化集成中起著承上啟下的作用，是生產(chǎn)活動(dòng)和管理活動(dòng)的橋梁，對(duì)于面向制造加工業(yè)和過(guò)程工業(yè)的ERP，脫離MES將無(wú)法根據(jù)市場(chǎng)需求去組織、管理和優(yōu)化生產(chǎn)。 MES的發(fā)展和應(yīng)用是一個(gè)過(guò)程，而不是一個(gè)事件，MES的成功實(shí)施需要一個(gè)過(guò)程要改造制造環(huán)境，要求管理機(jī)制作適應(yīng)性改變。MES的實(shí)施需要恰當(dāng)?shù)囊?guī)劃和細(xì)致的分析，根據(jù)不同的行業(yè)和企業(yè)自身情況構(gòu)造MES模型。

1 引 言

在中國(guó)制造業(yè)蓬勃發(fā)展的大潮中，越來(lái)越多的企業(yè)通過(guò)實(shí)施企業(yè)資源計(jì)劃（Enterprise Resources Planning，簡(jiǎn)稱ERP）來(lái)強(qiáng)化管理然而，企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃管理受市場(chǎng)影響越來(lái)越大，明顯感到計(jì)劃跟不上變化。面對(duì)客戶對(duì)交貨期的苛刻要求，面對(duì)更多產(chǎn)品的改型，訂單的不斷調(diào)整，企業(yè)決策者認(rèn)識(shí)到，計(jì)劃的制訂要依賴于市場(chǎng)和實(shí)際的作業(yè)執(zhí)行狀態(tài)，而不能完全以物料和庫(kù)存回報(bào)來(lái)控制生產(chǎn)同時(shí)，ERP解決的是資源計(jì)劃問(wèn)題，ERP能處理以前發(fā)生的事情（作歷史分析），亦可預(yù)計(jì)并處理未來(lái)將要發(fā)生的事件，但對(duì)現(xiàn)在正在發(fā)生的事件卻留下了缺口，制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，簡(jiǎn)稱MES）填補(bǔ)了這一空白。MES就是通過(guò)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行相關(guān)信息的收集，實(shí)時(shí)掌握企業(yè)的排產(chǎn)計(jì)劃、運(yùn)行管理、生產(chǎn)執(zhí)行和生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)等情況；集成各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)，形成及時(shí)、準(zhǔn)確、真實(shí)、清晰的企業(yè)信息；利用先進(jìn)的統(tǒng)計(jì)分析、優(yōu)化軟件進(jìn)行分析、處理，來(lái)指導(dǎo)企業(yè)合理地配置資源、找出潛在的效益增長(zhǎng)點(diǎn)或制約企業(yè)發(fā)展的“瓶頸”，及時(shí)調(diào)整經(jīng)營(yíng)戰(zhàn)略和生產(chǎn)計(jì)劃；使企業(yè)獲得的最大整體效益的生產(chǎn)信息管理平臺(tái)。

煉化行業(yè)MES功能框架模型是綜合國(guó)際流程行業(yè)MES先進(jìn)模型和我國(guó)煉化行業(yè)實(shí)際情況而建立的，為煉化行業(yè)信息化建設(shè)提供一個(gè)先進(jìn)的、合理的和科學(xué)的模型和整體框架。應(yīng)用“煉化行業(yè)MES功能框架模型”可以快速地建立一套快速、靈活、準(zhǔn)確的煉化行業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)的應(yīng)用體系，增強(qiáng)生產(chǎn)的敏捷性和柔性，保證生產(chǎn)裝置始終處于最佳化運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)通過(guò)MES的實(shí)施實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程和業(yè)務(wù)流程的優(yōu)化，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本；“煉化行業(yè)MES叻能樞架模型”為煉油化工以及流程行業(yè)提供一個(gè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的整體的解決方案，從而全面支持生產(chǎn)運(yùn)行密切相關(guān)的業(yè)務(wù)流程運(yùn)作，引入國(guó)際最佳實(shí)踐，推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域業(yè)務(wù)管理模式的轉(zhuǎn)變。

2 MES在企業(yè)信息化建設(shè)中的角色和意義

MES是企業(yè)信息、集成的重要環(huán)節(jié)在整個(gè)信息、集成系統(tǒng)中起到承上啟下的作用，是生產(chǎn)活動(dòng)與管理活動(dòng)信息的橋梁，是煉化行業(yè)信息化建設(shè)發(fā)展的關(guān)鍵因此建沒(méi)MES具有非常重要的意義。

MES的架構(gòu)具體概括為“一個(gè)平臺(tái)、二個(gè)集成、三個(gè)支撐系統(tǒng)”。煉化行業(yè)綜合信息平臺(tái)包括企業(yè)數(shù)據(jù)集成平臺(tái)及應(yīng)用集成平臺(tái)兩大部分ERP/MESIPCS的三層體系就是建立在這個(gè)平臺(tái)之上，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)兩大技術(shù)把整個(gè)企業(yè)聯(lián)為一體。

MES處于三中間通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)相連相連，即與上層ERP和下層的PCS（Process Control System，即過(guò)程控制系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的交換MES通過(guò)連接上下兩個(gè)層次的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口，實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程并優(yōu)化過(guò)程控制參數(shù)，隨時(shí)向上層提供生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析并調(diào)整生產(chǎn)作業(yè)調(diào)度，同時(shí)也把上層的計(jì)劃或決策下達(dá)到下層生產(chǎn)單元。

MES起到了ERP/MRPⅡ和車間自動(dòng)化系統(tǒng)間承上啟下的作用，其主要表現(xiàn)在：

（1）為ERP/MRPⅡ系統(tǒng)及時(shí)、準(zhǔn)確地提供數(shù)據(jù)和信息；

（2）提高系統(tǒng)的運(yùn)行能力，維持計(jì)劃與運(yùn)行能力的平衡；

（3）解決實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的計(jì)劃運(yùn)行波動(dòng)對(duì)制定生產(chǎn)計(jì)劃的影響，提高M(jìn)RPⅡ/erp系統(tǒng)適應(yīng)性；

（4）通過(guò)低層數(shù)據(jù)的采集和分析一為改進(jìn)生產(chǎn)線的運(yùn)行提供依據(jù)和保證，適應(yīng)敏捷制造模式對(duì)生產(chǎn)敏捷性的要求。

3 煉化行業(yè)MES過(guò)程管理模型

根據(jù)國(guó)際MES協(xié)會(huì)的定義，MES是指在開(kāi)放的體系結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)過(guò)程運(yùn)行的管理和企業(yè)級(jí)的信息系統(tǒng)與低層生產(chǎn)數(shù)據(jù)的集成，是連接上層計(jì)劃與低層設(shè)備的橋梁。其目標(biāo)是降低在制品縮短產(chǎn)品制造周期，分析并找出生產(chǎn)中的瓶領(lǐng)，改進(jìn)生產(chǎn)線運(yùn)行，提高生產(chǎn)效率并控制生產(chǎn)成本如果說(shuō)ERP是決策中心和利潤(rùn)控制中心，那么MES就是成本控制中心。

過(guò)程管理是MES的主休，過(guò)程管理的核心任務(wù)是通過(guò)描述企業(yè)經(jīng)營(yíng)過(guò)程中的活動(dòng)及活動(dòng)之間的連接關(guān)系，抽象出企業(yè)的工作流、物流、資金流和能源流等過(guò)程流，抽取這些過(guò)程流之間的相互制約關(guān)系，全面描述企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理與生產(chǎn)活動(dòng)，建見(jiàn)合理的過(guò)程流模型指導(dǎo)企業(yè)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中各種流的優(yōu)化控制。

4 煉化行業(yè)MES功能模型的結(jié)構(gòu)和組成

MES在工廠綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中起著中間層的作用，因而，E在ERP產(chǎn)生的長(zhǎng)期計(jì)劃的指導(dǎo)廠，根據(jù)底層控制系統(tǒng)中采集的與生產(chǎn)有關(guān)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行短期生產(chǎn)作業(yè)的計(jì)劃調(diào)度、監(jiān)控、資源配置和生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化等工作。具體包括以下一些功能

：過(guò)程管理（Process Management）、人力資源管理（Labor Management）、維護(hù)管理（Maintenance Management）、質(zhì)量管理（Quality Management）、文檔控制（Document Control）、產(chǎn)品跟蹤和譜系管理（Product Tracking & Genealogy）、資源分配和狀態(tài)管理（Resource Allocation）、工序詳細(xì)調(diào)度（Operations / Detailed Scheduling）、派遣生產(chǎn)單元（Dispatching Production Units）、性能分析（Performance Analysis）和數(shù)據(jù)采集（Data Collection Acquisition）等功能模塊。MES的外部與供應(yīng)鏈、企業(yè)資源計(jì)劃、生產(chǎn)過(guò)程控制等相連接。

MES與上下層的信息交互是整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集成的關(guān)鍵MES向上層ERP/供應(yīng)鏈提交生產(chǎn)能力、材料消耗、勞動(dòng)力和生產(chǎn)線運(yùn)行性能、生產(chǎn)進(jìn)程、油品質(zhì)量、成本分析及各種生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)；向底層系統(tǒng)發(fā)布生產(chǎn)指令及有關(guān)的控制參數(shù)；同時(shí)分別接受_上層的中長(zhǎng)期計(jì)劃和底層的數(shù)據(jù)采集、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等，圖4 為國(guó)際通用的典型的MES“龜甲”功能模型。

上面的劃分主要來(lái)自國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，但MES功能組成的劃分并不是定死的。通過(guò)對(duì)我國(guó)煉化企業(yè)運(yùn)行機(jī)制和管理模式的研究和實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)施和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

生產(chǎn)計(jì)劃凋度模型：流程企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度是企業(yè)運(yùn)行的核心，也是MES的核心，其作用是根據(jù)市場(chǎng)及企業(yè)中、長(zhǎng)期計(jì)劃要求，對(duì)全廠的生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)與平衡，配置資源，處理意外事故，以求獲得最大的綜合效益調(diào)度主要考慮物流平衡、能力（反應(yīng)能力、存儲(chǔ)能力、運(yùn)輸能力等）平衡及環(huán)保要求等，因此，這一層的控制對(duì)象以企業(yè)的物流為主，包括下達(dá)對(duì)過(guò)程參數(shù)的在線優(yōu)化在內(nèi)的各種控制指令；

成本控制與管理：處理的主要數(shù)據(jù)來(lái)源是生產(chǎn)物耗能耗、原油評(píng)價(jià)結(jié)果、質(zhì)量監(jiān)控結(jié)果等。遵循的基本原則是使生產(chǎn)的物耗能耗更低、原油成本最低、成品油利潤(rùn)最高。生產(chǎn)成本控制是直接為調(diào)度模塊服務(wù)的；

數(shù)據(jù)收集與獲?。横槍?duì)上下層及各個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)提供獲取內(nèi)部數(shù)據(jù)的接口，構(gòu)成相應(yīng)的表格和記錄，數(shù)據(jù)的收集可以是自動(dòng)或手工方式；

物流控制與管理：與供應(yīng)鏈及庫(kù)存管理緊密聯(lián)系，實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)物料出入、使用、消耗的數(shù)據(jù)，并控制物料的儲(chǔ)運(yùn)和使用；

質(zhì)量控制與管理：管理有關(guān)質(zhì)量的檔案，提供度量的實(shí)時(shí)分析來(lái)保證產(chǎn)品質(zhì)量控制并鑒定需注意的問(wèn)題，提出更正的建議，也包括SPC/SQC的跟蹤和離線檢查操作的管理以及LIMS的分析等；

安全控制與管理模型：提供基于數(shù)據(jù)、模型和知識(shí)的生產(chǎn)過(guò)程故障診斷和預(yù)報(bào)過(guò)程故障狀態(tài)下運(yùn)行模式的調(diào)整組態(tài)以及墓于遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)支持的安全事故處理等支持；

設(shè)備監(jiān)控維護(hù)模塊：跟蹤和指導(dǎo)設(shè)備和工具維護(hù)的活動(dòng)來(lái)保證生產(chǎn)和調(diào)度的進(jìn)程，也提供緊急問(wèn)題的反應(yīng)，如報(bào)警，并維護(hù)歷史信息來(lái)支持問(wèn)題的診斷；

生產(chǎn)過(guò)程支持模型：提供基于知識(shí)和墓于信息的支持，將其他模塊送來(lái)的數(shù)據(jù)、信息和知識(shí)進(jìn)行加工、處理，形成相應(yīng)的方法、算法或軟件，對(duì)MES中各功能模塊提供支持；

生產(chǎn)過(guò)程模擬模型：以生產(chǎn)過(guò)程模型化模塊提供的各類模型為基礎(chǔ)，提供MES中各個(gè)功能模塊運(yùn)行的可視化流程模擬支持，也包括集合原油評(píng)價(jià)、設(shè)備狀態(tài)、參數(shù)配置等數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)性模擬生產(chǎn)；

過(guò)程在線優(yōu)化模型：對(duì)流程生產(chǎn)過(guò)程中常見(jiàn)的難以用傳統(tǒng)意義下的模型來(lái)描述的過(guò)程參數(shù)與工藝目標(biāo)或技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之間關(guān)系的情況，在線提供以保證工藝目標(biāo)或技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為前提的過(guò)程參數(shù)優(yōu)化支持；

性能分析：通過(guò)分析不同功能的匯總信息，提供實(shí)際生產(chǎn)操作與歷史記錄和期望結(jié)果的報(bào)告。

5 MES與外部信息交互模型

MES是煉化行業(yè)生產(chǎn)信息和管理信息集成的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是生產(chǎn)指揮和執(zhí)行信息、傳遞的橋梁和紐帶，具有非常重要的位置，起著上傳下達(dá)，承上啟下的作用。

6 結(jié) 語(yǔ)

（1）MES在整個(gè)企業(yè)信息化集成中起著承上啟下的作用，是生產(chǎn)活動(dòng)和管理活動(dòng)的橋梁，對(duì)于面向制造加工業(yè)和過(guò)程工業(yè)的ERP，脫離MES將無(wú)法根據(jù)市場(chǎng)需求去組織、管理和優(yōu)化生產(chǎn)。

（2）MES的發(fā)展和應(yīng)用是一個(gè)過(guò)程，而不是一個(gè)事件，MES的成功實(shí)施需要一個(gè)過(guò)程要改造制造環(huán)境，要求管理機(jī)制作適應(yīng)性改變。

（3）MES的實(shí)施需要恰當(dāng)?shù)囊?guī)劃和細(xì)致的分析，根據(jù)不同的行業(yè)和企業(yè)自身情況構(gòu)造MES模型。（萬(wàn)方數(shù)據(jù)）