1、、化工企業信息建設背景隨著中國參加WTO及全球經濟一體化趨勢的加快,國內化工企業正面臨著國外大型化工公司的競爭和挑戰.在知識經濟快速開展與經濟全球化趨勢日益明朗的今天,信息化是決定企業成敗的關鍵因素！堅持以信息化帶開工業化,以工業化促進信息化,走出一條科技含量高,經濟效益好,資源消耗低,環境污染少,人力資源優勢得到充分發揮的新型工業化路子,是企業提升對市場的響應水平,在市場競爭中立于不敗之地的必然選擇！目前,以信息集成為核心的企業綜合自動化系統在國外的許多企業己經投用,并且取得良好的使用效果.實踐說明：它能夠將先進的、科學的治理方法更好地應用于化工企業,將生產治理的經驗和領域專家的知識結合起來

2、,協調并參與實時生產治理過程,再結合產品的市場行情,搞好市場分析,形成最正確的生產結構,從而創造更大的經濟效益.20世紀90年代,我國化工企業根底自動化建設與改造根本完成,局部企業還實施了ERP(EnterpriseResourcePlanning,企業資源規劃),但因缺乏將ERP和限制系統集成并連接在一起的中間層,ERP的實施效果受到了極大的限制,信息化建設進程一度陷入窘境.工廠制造執行系統(ManufacturingExecutionSystem,MES)恰好能填補這一空白.MES是處于方案層和現場自動化系統之間的執行層,主要負責車間生產治理和調度執行.一個設計良好的MES系統可以在統一平

3、臺上集成諸如生產調度、產品跟蹤、質量限制、設備故障分析、網絡報表等治理功能,使用統一的數據庫和通過網絡聯接可以同時為生產部門、質檢部門、工藝部門、物流部門等提供車間治理信息效勞.系統通過強調制造過程的整體優化來幫助企業實施完整的閉環生產,協助企業建立一體化和實時化的ERP/MES/SFC信息體系.二、MES概述MES(ManufacturingExecutionSystem)直譯成制造執行系統,俗稱生產治理系統.直到1990年,才由AMR組織提出并使用.20世紀90年代初,工業界開始熟悉到需要一個可以將業務系統和限制系統集成在一起的中間層.制造執行系統(MES)從一開始就是一個特定集合的總稱,

4、用來表示一些特定功能的集合以及實現這些特定功能的產品.美國的咨詢調查公司(AdvancedManufacturingResearch,AMR),倡導制造業用三層模型(3rdlayermodel)表示信息化.將位于方案層的限制層的中間位置的執行層叫做MES,并說明了各層的功能和重要性.在中國,生產和制造兩詞有時混用或等同.MES處于企業信息系統ERP/SCM和過程限制系統DCS/PLC的中間位置.ERP作為業務治理系統,DCS/PLC作為限制系統,而MES那么作為生產執行系統.MES與上層ERP等業務系統和底層DCS等生產設備限制系統一起構成企業的神經系統,一是把業務方案的指令傳到達生產現場,二

5、是將生產現場的信息及時收集、上傳和處理.MES不單是面向生產現場的系統,而是作為上、下兩個層次之間雙方信息的傳遞系統,是連結現場層和經營層,改善生產經營效益的前沿系統.MES也不是一個特定行業的概念,而且應用于各種制造業的重要信息系統.MES系統設置了必要的接口,與提供生產現場限制設施的廠商建立合作關系.MES能通過信息傳遞對從訂單下到達產品完成的整個生產過程進行優化治理.當工廠發生實時事件時,MES能對此及時做出反響、報告,并用當前的準確數據對它們進行指導和處理.這種對狀態變化的迅速響應使MES能夠減少企業內部沒有附加值的活動,有效地指導工廠的生產運作過程,從而使其既能提升工廠及時交貨能力,

6、改善物料的流通性能,又能提升生產回報率.MES還通過雙向的直接通訊在企業內部和整個產品供給鏈中提供有關產品行為的關鍵任務信息.MES強調了以下三點：1)MES是對整個車間制造過程的優化,而不是單一的解決某個生產瓶頸；2)MES必須提供實時收集生產過程中數據的功能,并作出相應的分析和處理.3)MES需要與方案層和限制層進行信息交互,通過企業的連續信息流來實現企業信息全集成.到90年代,MES開展為I71ES(集成MES)和MES-n(ManufacturingExecutionSolutions)o這樣MES那么作為整個工廠生產現場的集成系統出現,故又稱為IntegratedMES(E-MES)

7、o主要功能為工廠治理(資源治理、調度治理、維護治理)、工廠工藝設計(文檔治理、標準管理、過程優化卜過程治理(回路監督限制、數據采集)和質量治理(SQC-統計質量治理、LIMS-實驗室信息管理系統).在這個模型指導下,MES在90年代初期的重點是生產現場信息的整合.對于離散工業(discretemanufacturing)和流程工業(processmanufacturing)來說,MES有許多差異.就離散MES而言,由于其多品種、小批量、混合生產模式,如果只是依靠人工提升效率是有限的.而MES那么擔當了整合、支持現場工人的技能和智慧,充分發揮制造資源效率的功能.90年代中期,又提出了MES標準化

8、和功能組件化、模塊化的思路.這時,許多MES軟件實現了組件化,也方便了集成和整合,這樣用戶根據需要就可以靈活快速地構建自己的MESo對于化工企業,作為填補方案系統和限制系統狹縫的MES的主要功能模塊,一般包括短期生產方案、作業排產和調度(APS),過程限制和治理,維護治理,技術信息治理,過程優化限制(APC),提升質量治理功能的LIMS以及與ERP之間的連接.還有化工企業生產的特殊需求,如數據調理和校正、運行數據統計、公用工程平衡治理、設備壽命預測、設備性能計算(equipmentperformaneecalculations)、罐區治理、罐區平衡、物料平衡等,都作為MES的單一功能模塊,并往

9、往集成到MES系統中.三、化工行業的特點與MES在化工領域的應用1、化工行業的特點.化工生產屬于連續性生產,生產線一級自動化程度較高.DCS、PLC可編程限制器和IPC工業個人計算機系統已成為化工企業的主要限制手段.另外,化工行業的生產是一個多投入、多產出的過程,即：每套裝置的產出同時包含著各種不同的半成或產成品,其中半成品進入下一套裝置又會產生各種不同的產品,同時還存在著物料回流的現象.2、MES在化工領域的應用隨著信息技術的開展和普及,國外大型化工企業,特別是石油化工企業,均十分重視信息集成技術的應用,紛紛以極大的熱情和精力,構架工廠級、公司級甚至跨國集團公司級的信息集成系統.MES以面向

10、數據的模型為核心系統,連接實時數據庫和關系數據庫,對生產過程進行過程監視、限制和診斷、環境監測、單元整合、模擬和優化,并進行物料平衡、生產方案、調度、排產、離線在線模擬與優化等操作治理.這樣,就使化工企業綜合自動化系統中原來難以處理的具有生產與治理雙重性質的信息問題得到了解決.目前,MES己成為西方先進工業國家化工企業綜合自動化系統理論和產品的主流框架.MES的建設在我國化工行業還處于初級階段.由于市場環境的變化和現代生產治理理念的不斷更新,一個制造型企業能否良性運營,關鍵是使“方案與“生產密切配合,企業和車間治理人員可以在最短的時間內掌握生產現場的變化,作出準確的判斷和快速的應對舉措,保證生

11、產方案得到合理而快速修正.雖然ERP和現場自動化系統已經開展到了非常成熟的程度,但是由于ERP系統的效勞對象是企業治理的上層,一般對車間層的治理流程不提供直接和詳細的支持.而現場自動化系統的功能主要在于現場設備和工藝參數的監控,它可以向治理人員提供現場檢測和統計數據,但是本身并非真正意義上的治理系統.所以,ERP系統和現場自動化系統之間出現了治理信息方面的“斷層,對于用戶車間層面的調度和治理要求,它們往往顯得束手無策或功能薄弱.比方面對以下車間治理的典型問題,它們就難以給出完善的解決手段：1、出現用戶產品投訴的時候,能否根據產品文字號追溯這批產品的所有生產過程信息?能否立即查明它的：原料供給商

12、、操作機臺、操作人員、經過的工序、生產時間日期和關鍵的工藝參數？2、同一條生產線需要混合組裝多種型號產品的時候,能否自動校驗和操作提示以預防工人部件裝配錯誤、產品生產流程錯誤、產品混裝和貨品交接錯誤？3、過去12小時之內生產線上出現最多的5種產品缺陷是什么？次品數量各是多少？4、目前倉庫以及前工序、中工序、后工序線上的每種產品數量各是多少？要分別供給給哪些供給商？何時能夠及時交貨？5、生產線和加工設備有多少時間在生產,多少時間在停轉和空轉？影響設備生產潛能的最主要原因是：設備故障？調度失誤？材料供給不及時？工人培訓不夠？還是工藝指標不合理？6、 能否對產品的質量檢測數據自動進行統計和分析,精確

13、區分產品質量的隨機波動與異常波動,將質量隱患消滅于萌芽之中？7、 能否廢除人工報表,自動統計每個過程的生產數量、合格率和缺陷代碼？四、化工企業MES的技術架構1、化工企業MES的技術架構根據化工企業的特點,可以將化工企業MES的業務領域分解為四個關鍵領域,即生產方案與排產,生產運行治理,生產執行和生產統計,這些業務領域是一個工廠治理的核心.工廠維護,物料治理,質量治理,銷售與分銷,工程工程治理,健康、平安與環保治理、財務治理、人事治理等業務領域雖然不屬于MES直接覆蓋的領域,但MES需要與這些業務領域交換信息.化工企業的生產運行和治理,需要一系列應用系統來支持：1生產運行系統是支持工廠治理的核

14、心系統；2集散限制系統DCS、先進過程限制系統APC、實時優化系統RTO等限制系統,是生產運行系統最直接的實時數據來源.3企業資源方案系統ERP和生產運行系統MES是支持生產運行系統的最主要的兩個應用系統,它們為生產運行系統提供有關工廠維護,物料治理,質量治理,銷售與分銷管理,健康、平安與環保,以及財務治理和人事治理的相關信息.生產運行系統的信息又會進一步反響到這些系統中去.4） 一些工程工程治理和工藝治理的業務領域由工程類應用系統或企業資源方案系統的局部模塊來實現.5工廠的一些根底信息,如裝置流程圖等,由工廠根本信息系統來治理和維護.2、各主要模塊的功能主流的化工企業MES系統包括以下模塊,

15、各模塊的功能如下所述：1生產方案與排產：利用生產運行系統的工具,在工廠層面進行更進一步、細化的優化排產；2運行治理：根據生產方案和生產排產系統產生的作業方案,對生產運行的整個過程進行協調和管理;3物料移動治理：對工廠內的物料移動進行方案、執行、監控和記錄;4物料平衡：通過物料平衡和動力平衡的方法,對測量得到的生產數據進行整合,為其它應用提供準確的數據；5收率計算：支持對生產期間加工量和收率的計算；6實時數據庫：用于存儲和治理實時生產過程數據,以及長期的歷史生產數據；7實時數據庫應用：一組附加的面向生產執行層面用戶的應用模塊,用于監控生產操作,跟蹤、分析生產條件,對事件進行預警和處理；8實驗室信

16、息治理系統：對實驗室的質量檢驗信息進行治理,并為生產執行及時提供質檢報告；9生產統計：一組面向最終用戶的應用模塊,用于自定義、顯示并且發布統計報表；10生產運行信息平臺：對生產運行信息進行發布,用于各級用戶的查詢.五、MES與ERP雖然ERP和MES在功能上具有非常良好的互補性,但是在企業信息化建設過程中,它們之間未必需要相互依賴于對方而存在.在生產方案治理、質量治理和物流治理等方面,MES和ERP系統的功能可以互相延伸和對接,共同構建更為完善的現代化企業信息治理體系.當企業已經存在ERP系統時,可以將MES與ERP系統進行集成,以優化公司的信息治理,更加有力地保證商業目標的實現.MES與ER

17、P系統集成的優點表達為： 進一步改良現有的操作流程,實現企業治理層和車間治理層一體化標準運作,從而更加有效地縮短產品周期,提升勞動生產率. 進一步改造信息技術根底設施,實現公司內部信息和數據的集中治理,從根本上減少信息和數據內部流通的時間. 配合供給鏈治理SCM系統,減少供給鏈本錢,增強對顧客需求的快速反響,優化客戶效勞并提升公司的整體工作效率. 增加財務系統數據當日更新和治理報表即時統計的功能,實現當日結帳的目標. 以實時數據為依據的生成方案更加正確及時地反映整個生產情況.六、結束語MES是連接現場層與治理層的生產治理技術與實時信息系統,它是實施企業敏捷制造戰略,實現車間生產敏捷化的根本技術

18、手段.MES在整個企業信息集成系統中承上啟下,是生產活動與治理活動信息溝通的橋梁.從國內的開展趨勢看,CIMS、MES、ERP等概念都進入中國較早,但只以DCS為代表的底層自動化和以ERP為代表的治理系統普及速度較快,因此,中國化工企業的信息孤島和缺損環鏈現象比國外更為突出,也就是對MES層的熟悉相對落后,但是,確實有一些公司在加快開發中國式的MES產品或應用國外的MES產呂,而且勢頭較好,同時,在認識觀念上由關注ERP到關注MES的轉變也已開始.從技術角度看,MES的功能正在向限制層和方案層滲透,三層結構的分工可能更模糊.MES功能中的方案排產與執行調度模塊(APS)越發突出的推廣普及.它應是MES的核心.單一功能的MES產品正在向集成的MES和整體解決方案開展.目前國外知名企業應用MES系統已經成為普遍現象,國內許多企業也逐漸開始采用這項技術來增強自身的核心競爭力.返回企業方案層與過程限制層之間的信息“斷層問題我國制造業多年來采用的傳統生產過程的特點是“由上而下按方案生產.簡單的說是從方案層到生產限制層：企業根據訂單或市場等情況制定生產方案一生產方案到達生產現場一組織生產一產品派送.企業治理信息化建設的重點也大都放在方案層,以進行生產規劃治理及一般事務處理.如ERP就是“位于企業上層方案層,用于整合企業現