MES系统在生产运行管理中的运用

第十二届中国化工学会信息技术应用专业委员会年会ＭＥＳ系统在生产运行管理中的运用张海锋黄金晖独山子石化公司８３３６００摘要：主要介绍了姬Ｓ系统生产实时数据、操作运行管理、物料移动及平衡、生产报表分析、管理层查询等功能的应用情况作了介绍。关键词：ＩｄＥＳ生产运用管理炼油与化工运行系统简称为ＭＥＳ系统（ＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｘｅｃｕｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ），独石化公司ｆ１２００６年１２月２８日开始实施，２００７年１２月２８日上线运行，之后，结合生产运行实际，经过半年多时间对系统进行了优化，目前ＭＥＳ系统已基本满足了生产运行过程中的需要。现通过生产实时数据、操作运行管理、物料移动及平衡、生产报表分析、管理层查询等功能运用情况作以分析了解。１生产实时数据生产实时数据在独石化公司原有一套ＣＩＭＭＩＳ实时数据系统，企业经过这几年的发展，此系统由于没有统筹维护，已不能满足实际需要，ＭＥＳ系统在项目成立时，已考虑了维护团队，所以在系统上线运行后，信息中心专门成立了ＭＥＳ维护小组，用于系统维护、升级和扩张，保证系统根据生产运行实际及时更新。实时数据库（ＰＨＤ）为流程工业提供了一个用于生产管理的统一信息化数据库。它将生产过程数据、物料移动数据、设备状态、产品质量指标等各种数据采集、存储并加工成新的信息资源，提供给管理、销售、技术、操作等各层次人员，解决了企业各个部门信息不一致的问题，帮助他们做出及时而有效的决策：因此，生产实时数据是ＭＥＳ系统运行的基础，其它功能的运用都基于此功能上，所以至关重要。实时数据库（ＰＨＤ）数据来自公司各生产装置的ＤＣＳ及其它数采系统的实时信息，共采集了３５套ＤＣＳ，上万个数据点，实时数据流程图查询绘制了系统总貌、原则流程图、公用工程、装置流程图等共计５０７幅流程图画面，并以网页形式展现了石化公司各个装置的生产实际，帮助管理人员实时掌握第一手生产信息，指导生产。结构图如表１１５４第十二届中国化工学会信息技术应用专业委员会年会表１历史数据查询功能实现了多点、任意时问段查洵，可以在公司范围把需要的数据点综合在一张历史数据趋势图中，帮助各级管理人员进行数据分析，查找装置运行规律，优化操作方法．提供了定的基础，在装置发生异常情况，事后分析原因也有一定的帮助。２操作运行管理包括了操作工艺指令、操作控制参数监控、班长交接班日志三个功能。操作工艺指令通过车间丁艺技术员根据生产排产计划，通过相关工艺、安全、质量约束条件，将生产方案创建为指令模板。在装置生产方案切换时，下达操作指令，岗位班长或运行工程师将操作指令激话，岗位操作人员开始执行生产方案切换后的生产指标，实现Ｔ生产方案在系统中的体现。在不同的生产方案情况下，通过操作控制参数监控进行操作参数的偏差监控咀及偏差原因分析。对十蕈要生产控制参数进行实时监控，保证生产装置的平稳性：将与实际生产紧密相关的重要的计划控制参数、Ｔ艺参数、质量参数定义、收集和整理清楚，参照各自标准醴定小同的上Ｆ限限制条件，从而保证生产按计划顺利进行．及保持装置在生产中的平稳性，也能够通过对原料和产品质量参数的监控逃到实时控制生产指标，及时纠正生产中ｍ现的质量偏差等问题。通过警示显示偏差数据，操作人员随时记录监控参数的偏差原固，便于管理人员及时诵用分析，改进优化操作方法，以提高操作整体水平。操作参数监控的控制指标分为车问级、分厂级和公司级三级工艺控制指标，以满足各级管理人员的需要，实现了公司的分级管理要求，如图Ｉ。圈１班长交接班日志将日常操作造稗中存在的问题和重要操作参数及时记录，为各级管理人员提供了进步管理分析的依据。由于目前文本记录运行了多年，系统运行受外界影响因素较多，公司未作要求，第十二届中国化工学会信息技术应用专业委员会年会各基层车间根据本单位实际情况运用此电子记录，主要是以文本记录为主。３、物料移动及平衡此部分主要以岗位人员录入或采集的生产数据，通过生产数据查询来实现观察物料的状态、库存变化及原料进出厂等数据，以随时指导各级人员的生产调整。３．１装置产量系统维护人员对各装置的侧线编码、计量类别、产品编码、采集位号、修改位号、收率上下限、层级关系等参数进行配置。系统会对装置产量进行自动累积计算（有采集条件的侧线），各车间操作人员根据实际生产情况对计算的数据进行确认审核，实现了装置产量数据收集及收率自动计算功能，系统以班为单位保存数据，这也为班组核算系统可以提供数据，实现公司的生产数据数出一源的目标。３．２油位数据审核、录入对于罐区的油位数据，设计了生产油位审核、录入功能，由于目前我们罐区计量条件限制，大部分采集的数据可信度不高，为此，在数据录入中，ＤＣＳ采集的罐区实时数据作为参考，目前以手工与自动采集相结合运用。为了方便操作人员输入及查询，录入界面分为产品名称、罐号、系数、油位（包含上点油位、ＤＣＳ显示油位和当前实际油位）、接班罐库存、当前库存、库存变化、运行状态、产品质量状态、安全高度、最大库存等参数，其中只有当前实际油位、运行状态、产品质量状态需要操作人员按规定时间检查审核录入外，其余参数系统自动继承信息或自动计算，满足了岗位生产需要。根据我公司炼油厂原料、销售车间经常相互交罐的实际情况，要求开发人员增加了自动交罐操作，原料车间岗位人员在油品合格后，选择交罐操作，此罐就可到销售车间相应的操作岗位，及时方便。对单罐经常换装其它产品的情况，通过根据车间存在的所有物料，以车间为单位，将物料分类，减少换装物料时，产品选择繁琐及易出错的现象。３．３报表数据录入对在装置产量及油位数据录入中不能反映出来，而每天生产需要的数据，如固体产品、不能通过油位计算得出的数据等，这部分数据单独建立了一个手工录入平台，以方便各岗位人员录入数据，保持生产数据的完整性。此部分涵盖了炼油厂、乙烯厂、原油处、规划计划处等单位需要录入的固体产品、原油进厂量、月计划等日生产数据。３．４生产数据查询按照组织机构，分为公司、炼油厂、乙烯厂等各级在线查询功能，进行储罐油位、装置产量及组分查询，并提供了部分数据导出功能。储罐油位查询分为产品分类查询、分厂车间查询及单罐查询。查询的内容除了当天的油位外，还增加了罐的当前质量、空量、安全高度和系数，解决了以前需要手工计算库存增加量的不便，也为随时掌１５６第十二届中国化工学会信息技术应用专业委员会年会握产品最大库存及当前库存余量安排生产提供了依据，从管理上细化了应用功能。根据不同管理层的需要，对查询的结果按照产品名称或储罐位号进行排序，以方便实际应用的简洁效果。在查询中，可以随时掌握单罐所装的产品、状态等信息，如表２。车间分类查询分厂车间产品大类产品中类产品小类产品分类查询产品大类产品中类产品小类查询内容罐号产品名称各点油位当前质量当前空量安全高度罐系数表２装置产量查询是以装置为单元，查询装置全天三个班各侧线投入量、产出量及全天各侧线投入量、产出量与收率，再计算出装置加工损失量。通过数据分析为各级管理人员提供第一手数据，为装置平稳生产提供帮助。炼油厂组分查询是对炼油厂汽油、柴油、溶剂油、石脑油等不能单独从装置侧线直接得出的组分数据，根据油位库存变化计算出每天的产量，运用指导生产调度的物料平衡工作。４、生产报表分析各类生产数据最终表现在生产报表上，生产报表以最新的信息全面的反映当天的生产运行情况，并与计划排产进度进行对比，为管理层作出决策提供依据，以指导下一步生产方案的确定。生产报表包括石化公司调度报表、炼油厂调度报表、乙烯厂调度报表，对不同用户的侧重点不同。数据包括原料进厂计划、装置加工计划、产品生产计划、产品销售计划、装置的日加工、月累计、期初库存、期末库存、原料进厂、产品销售等。炼油厂调度报表、乙烯厂调度报表由分厂当班调度人员根据各车间岗位人员录入或审核提交的生产数据，对全天的各类数据在ＭＥＳ生产调度报表中进行统计汇总，通过系统自动计算得到报表所需要的数据。调度人员对所有数据进行审核确认，发现有变差的数据根据生产运行实际进行核对，确保生产数据的真实性。石化公司调度报表根据公司整体物料平衡进行内容设置公司日报，再有向股份公司需要上报的日报。公司和分厂报表的数据全部来自ＭＥＳ系统数据库，实现了“数出一源”，从车间到公司生产数据进行了统一，改变了以前多系统带来的不便。报表形式运用ＥＸＣＥＬＬ文件优势，提取基础数据后生成ｅｘｃｅｌ文件，用户可根据自己需要进行定制生产报表格式，表现形式灵活，满足了各级调度人员的需求。对制作完的报表设置了查询功能，公司各级管理者都可登录到ＭＥＳ系统进行查询，掌握生产信息，实现了生产信息共享。５、管理层查询对大部分的管理者来说，只需要了解表现层的数据，针对需求，专门设计了生产数据查询界面，以１５７第十二届中国化工学会信息技术应用专业委员会年会石化公司、炼油厂、乙烯厂等单位分类进行数据查询，以满足不同管理者的需要，做到简洁、方便、实用。查询项目如表３。表３６、其它功能的运用结合我公司的运行实际，在ＭＥＳ系统中增加了调度值班报到系统、调度指令系统及用于调度内部的调度人员信息等功能，以方便调度人员相互联系，及时安排协调工作，提高调度指挥水平及相应能力。７、总结ＭＥＳ系统在独石化公司生产中运用后，对装置的实时监控更加全面，可以及时准确反映生产实际，油位查询、装置产量查询、生产调度报表为各级管理者及时提供了指挥生产的依据，有效提高了公司的整体生产管理基础。随着大项目的建设竣工，根据公司的要求，在大炼油开工过程中，大炼油的生产实时数据在ＭＥＳ系统中实现监控，这在国内新建装置中属于首例，可以提升整体生产管理水平，为装置开工整体协调及平稳生产创造条件。张海锋１９９６年毕业于西安石油学院精细化工专业，目前从事牛产调度管理‘丁作。黄金晖１９９６年毕业于新疆大学计算数学及应用软件专业，目前从事信息化管理＿亡作。１５８MES系统在生产运行管理中的运用

作者：作者单位：

张海锋， 黄金晖

独山子石化公司 833600

1.学位论文 黄学文 制造执行系统（MES）的研究和应用 2003

制造执行系统(Manufacturing Execution System,MES)是位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的面向车间生产的管理信息系统.它能够为车间管理人员提供生产计划的执行、跟踪以及所有资源的当前状态等信息.制造执行系统在企业计划管理层与车间底层控制之间架起了一座桥梁,填补了企业计划管理层和底层控制之间的\"鸿沟\".在市场竞争激烈的现代生产环境下,制造执行系统成为面向车间生产管理和控制的主流技术.国外在制造执行系统的研究和应用上已经取得了长足的进步,国内在制造执行系统的研究和应用上还基本处于起步阶段,该文在分析制造执行系统技术发展趋势的前提下,以大连机车车辆厂的车间生产管理实践为背景,并结合863研究项目,对制造执行系统进行了六个方面的研究:1)面向车间生产分析了车间生产管理的主要角色和用例,建立了制造执行的体系结构,并对制造执行系统中关键技术作了详细的分析.2)面向MES中的产品基础数据管理,提出了xBOM定义和概念,并把xBOM研究扩充到产品全生命周期中,主要研究了各种BOM视图的数据结构、EBOM/MBOM的形式化建模方法和BOM视图之间的映射关系;并研究了如何借助于工作流技术,建立面向产品全生命周期的xBOM视图转换模型.3)面对制造执行系统中的物料工艺状态描述的困惑,建立了集合S(I)的定义以及集合S(I)的相关定理和性质,并在集合S(I)理论的基础上,研究了如何描述物料工艺状态信息,从而为制造执行系统中物料管理和物料跟踪提供科学的方法.4)回顾现有生产调度的描述方法,研究了车间生产调度问题的建模方法,建立了面向对象的车间生产调度模型.在分析各种调度算法的基础上,研究了调度算法配置的问题,从而实现智能化车间生产调度.5)在敏捷制造的环境下,研究制造执行系统中的外协产品的生产管理问题,提出了基于层次分析法的单一外协生产任务的合作企业评价和决策数学模型,并在树图最短路径理论的指导下,建立了面向部件外协生产任务的合作企业评价和决策数学模型,并对算法的可行性进行了论证.6)基于Window DNA体系结构,提出了制造执行系统的软件体系结构.并对制造执行系统的构件规划提出了具体的方法;研究了基于COM构件技术的制造执行系统的设计和开发方法,针对示范企业和车间的生产管理现状,提出了完整的解决方案,实现了MES的原型产品.

2.会议论文 刘洪明 攀钢提钒炼钢厂制造执行系统 2005

制造执行系统在实现企业范围的信息集成以及从合同到产品的全程自动化生产管理中起着承上启下的重要作用。本文着重介绍了攀钢提钒炼钢厂制造执行系统的主要功能和实现，以及相关软件设计。

3.学位论文 赵维军 制造执行系统在济钢生产管理过程应用的研究 2004

该文论述了MES的定义及其实质、MES的定位模型和其十一项功能,深入分析它与计划层和控制层的关系,并阐述了MES在行业应用中的特点.在分析济钢中厚板厂生产现状及其存在的问题后,研究了系统的体系结构设计、数据库设计和功能模块设计,并对其实现进行了阐述.为了解决人工经验编排轧制作业计划问题的低效性,提出了基于旅行商问题和0/1背包问题的轧制作业计划排序数学模型,并采用最近插入法进行求解,取得了满意的效果.该文根据济钢中厚板厂企业的实际需求,结合MES软件理论的研究,实现了企业生产现场的管理和上层管理软件的有效结合.

4.学位论文 刘艳 制造执行系统(MES)在HT航天电子企业中的应用研究 2010

从世界范围来看，随着航天技术的飞速发展和广泛应用，“太空经济”时代已经悄然来临，航天领域的国际竞争日趋激烈。我国的航天科技工业正处于历史上任务最多、发展最快、竞争更趋激烈的重大战略机遇期。
　　

这样的背景下，我国航天企业企业面临产能不足的瓶颈问题日益突显。因此如何提高航天电子企业生产率、缩短产品生产周期、提高企业的适应能力和竞争能力成为亟待解决的课题。
　　

企业信息化为上述问题找到了一条思路。作为企业上层信息系统与底层工业控制中间桥梁的“制造执行系统”(以下简称MES)研究和开发新的生产管理系统，已被越来越多的应用在生产管理中，基于MES的生产管理平台能有效的解决生产企业的产能不足问题。
　　

本论文在企业生产管理现状及问题的基础上，引出了MES的理论概念，再基于MES理论设计了依照企业特点搭建的的生产管理平台，接下来阐述了MES在HT企业中具体的应用实例，最后尝试分析了MES实施的风险与控制。
　　

最后论文得出结论，对于航天电子企业来说，通过实施该系统，将大力提高企弘生产管理的效率和反应能力，提高产品质量，提高库存管理水平，缩短产品的生产周期，达到生产管理的透明化和高效率。

5.会议论文 唐洪华 有色金属企业信息化发展的新方向制造执行系统MES 2006

上个世纪80年代后期,有色工业过程控制与生产管理发生了巨大变化,多学科间的相互渗透与结合,使过程控制与生产管理朝着一体化的方向发展,形成了企业综合自动化的新模式.在企业管理方面,以企业资源计划(ERP)系统、供应链管理(SCM)系统和客户关系管理(CRM)系统为代表的管理信息系统正在得到广泛应用,提高了管理效率.在生产过程自动化方面,以DCS、PLC为代表的自动化装备得到了广泛的应用,大大提高了生产过程控制水平和产品质量.过程控制层与管理层之间的信息脱节问题已经凸显,制约了生产与管理水平的提高.所以企业急迫需要管控一体化的解决方案.本文研究，1 MES的简介，2MES在国际国内的发展情况，3 有色工业MES模型。

6.学位论文 燕存良 基于数据挖掘的制造执行系统实时数据采集和车间调度关键技术研究 2006

面对日益激烈的市场竞争,如何提高产品质量、缩短交货时间、降低成本、改善服务,是每个企业决策者迫切需要解决的问题。目前,成功的应用实例已经证明ERP/MES/PCS三层管理模式已成为现代企业进行信息化建设,提高竞争力的一种必然选择。制造执行系统(Manufacturing Execution

System,MES)作为面向车间生产的信息管理系统,为企业计划管理层与车间底层控制之间架起了一座桥梁,填补了两者之间的“鸿沟”。目前,MES已成为面向车间生产管理和控制的主流技术。

在详细研究和分析MES结构和功能模型的基础上,本文对MES中实时数据采集、车间实时动态调度两个关键问题进行了深入的研究。针对制造车间设备的具体情况,提出了四种可行的实时数据采集方案。针对车间的Job Shop调度问题,提出了多种群并行混合遗传算法的解决方案。并结合数据挖掘技术对上述两个关键技术中的数据进行处理和挖掘,提出了基于知识的动态调度模型。

根据制造车间设备的具体情况,提出了四种切实可行的分布式实时数据采集方案。该方案解决了制造执行层和底层控制之间的连接问题,为ERP/MES/PCS三层系统的集成创造了条件。

针对制造执行系统中的车间实时调度问题,提出了多种群并行混合遗传算法。算法结合了多种群并行运算、模拟退火和遗传算法的思想,克服了标准遗传算法(SGA)和模拟退火遗传算法(SAGA)中早熟和易受参数影响的缺点,体现了很好的收敛性和参数鲁棒性,为制造执行系统调度问题的求解提供有力的工具。

在详细分析Apriori、DHP等关联性规则挖掘算法的基础上,提出了DHA(DividingHashing and Array)的关联性规则挖掘算法.算法2-item频繁项集L<,2>的查找效率高,仅需扫描两次数据库即可完成数据挖掘。与Apriori和DHP算法的相比,算法运算效率高,内存使用更加合理。

对数据挖掘技术在制造执行系统中的应用进行了探讨和研究。从知识获取的角度,对制造执行系统关键技术中的数据进行了挖掘和处理,为制造执行系统的研究开辟一条新的途径。

在上述研究成果的基础上,提出了基于知识的MES动态调度模型。对动态调度中设备故障、紧急订单下达等随机事件给出了详细的处理策略。并以上海申模模具制造有限公司的实际生产数据为例,给出了基于知识的动态调度仿真系统,验证了MES动态调度模型的有效性和正确性。

7.期刊论文 陈恩.谷德良 制造执行系统(MES)在卷烟制丝生产管理中的应用 -当代经济2010(2)

本文在卷烟制造自动化和企业内部信息化的基础上,论述生产制造执行系统(MES)在烟草企业制丝工艺过程和质量控制过程中的应用,包括MES的系统结构和功能分析.

8.会议论文 苏州三基铸造装备股份有限公司.哈工大慧通新意信息技术有限公司 MES压铸生产制造执行系统技术研究总结报告 2009

本文分析了压铸生产企业生产效率不高的原因，如用户的生产管理不完善、信息孤岛现象等，然后论述了SJ-MES压铸生产制造执行系统的产品功能，探讨了该系统的技术难点，如瘦客户端服务、灵活性等，并给出了相应的解决办法。

9.学位论文 董火生 攀钢热轧制造执行系统（MES/RZ）研究与实现 2006

制造执行系统(ManufacturingExecutionSystem，MES)作为企业上层事务处理(如ERP、MRPⅡ)和底层工业设备控制系统(如PLC、PCS、DCS等)之间的中间桥梁，是实施企业敏捷制造战略的基本技术手段和企业信息化集成的纽带。MES在生产计划的组织与调度、生产过程的控制与改进、下达指令与收集实时生产数据等方面起着越来越重要的作用。

本论文在对目前国内外制造执行系统设计和应用进行研究分析的基础上，结合攀钢热轧板厂生产工艺，深入研究了制造执行系统中所涉及的三层架构、中间件、面向对象分析、面向设计、数据库等若干关键技术，并开发了攀钢热轧制造执行系统(MES/RZ)。

论文以此次攀钢信息化建设为背景，首先，分析目前攀钢热轧板厂的生产工艺流程，明确建立该厂制造执行系统急需解决的问题。其次，阐述了攀钢热轧板厂制造执行系统采用的体系结构，它包括信息模型、功能模型以及其他相关模型，阐明了该系统在攀钢信息化的地位和作用。第三，结合目前先进的网络技术，进行了攀钢热轧板厂网络系统的设计，保证制造执行系统良好的物理平台。第四，进行应用系统设计，结合三层架构在制造执行系统的优点，设计了攀钢热轧制造系统的功能模块。第五，利用目前先进的数据库集群技术和数据安全技术，对该系统的数据库及安全进行设计。最后进行了程序设计，特别是对本人负责的计划管理模块进行了详细设计。

10.期刊论文 张俊俊.ZHANG Jun-jun 薄板电镀线制造执行系统的设计与开发 -淮阴工学院学报2007,16(3)

为了设计和开发出适合薄板电镀线使用的制造执行系统,应用制造执行系统的主要原理和模型,结合软件工程方法,通过研究电镀线生产过程和生产线现场,分析得出薄板电镀线MES系统的主要流程、功能模块和整体结构,并应用Informix数据库和Informix-4GL/SQL语言,最终实现了一个薄板电镀线MES系统.

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