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一、化工企业信息建设背景随着中国加入WTO及全球经济一体化趋势的加快，国内化工企业正面临着国外大型化工公司的竞争和挑战。在知识经济快速发展与经济全球化趋势日益明朗的今天，信息化是决定企业成败的关键因素！坚持以信息化带动工业化，以工业化促进信息化，走出一条科技含量高，经济效益好，资源消耗低，环境污染少，人力资源优势得到充分发挥的新型工业化路子，是企业提高对市场的响应能力，在市场竞争中立于不败之地的必然选择！目前，以信息集成为核心的企业综合自动化系统在国外的许多企业已经投用，并且取得良好的使用效果。实践表明：它能够将先进的、科学的管理方法更好地应用于化工企业，将生产管理的经验和领域专家的知识结合起来，协调并参与实时生产管理过程，再结合产品的市场行情，搞好市场分析，形成最佳的生产结构，从而创造更大的经济效益。20世纪90年代，我国化工企业基础自动化建设与改造基本完成，部分企业还实施了ERP(EnterpriseResourcePlanning，企业资源规划)，但因缺乏将ERP和控制系统集成并连接在一起的中间层，ERP的实施效果受到了极大的限制，信息化建设进程一度陷入窘境。工厂制造执行系统(ManufacturingExecutionSystem,MES)恰好能填补这一空白。MES是处于计划层和现场自动化系统之间的执行层，主要负责车间生产管理和调度执行。一个设计良好的MES系统可以在统一平台上集成诸如生产调度、产品跟踪、质量控制、设备故障分析、网络报表等管理功能，使用统一的数据库和通过网络联接可以同时为生产部门、质检部门、工艺部门、物流部门等提供车间管理信息服务。系统通过强调制造过程的整体优化来帮助企业实施完整的闭环生产，协助企业建立一体化和实时化的ERP/MES/SFC信息体系。二、MES概述MES(ManufacturingExecutionSystem)直译成制造执行系统，俗称生产管理系统。直到1990年，才由AMR组织提出并使用。20世纪90年代初，工业界开始认识到需要一个可以将业务系统和控制系统集成在一起的中间层。制造执行系统(MES)从一开始就是一个特定集合的总称，用来表示一些特定功能的集合以及实现这些特定功能的产品。美国的咨询调查公司(AdvancedManufacturingResearch,AMR)，倡导制造业用三层模型(3rdlayermodel)表示信息化。将位于计划层的控制层的中间位置的执行层叫做MES，并说明了各层的功能和重要性。在中国，生产和制造两词有时混用或等同。MES处于企业信息系统ERP/SCM和过程控制系统DCS/PLC的中间位置。ERP作为业务管理系统，DCS/PLC作为控制系统，而MES则作为生产执行系统。MES与上层ERP等业务系统和底层DCS等生产设备控制系统一起构成企业的神经系统，一是把业务计划的指令传达到生产现场，二是将生产现场的信息及时收集、上传和处理。MES不单是面向生产现场的系统，而是作为上、下两个层次之间双方信息的传递系统，是连结现场层和经营层，改善生产经营效益的前沿系统。MES也不是一个特定行业的概念，而且应用于各种制造业的重要信息系统。MES系统设置了必要的接口，与提供生产现场控制设施的厂商建立合作关系。MES能通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工厂发生实时事件时，MES能对此及时做出反应、报告，并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。这种对状态变化的迅速响应使MES能够减少企业内部没有附加值的活动，有效地指导工厂的生产运作过程，从而使其既能提高工厂及时交货能力，改善物料的流通性能，又能提高生产回报率。MES还通过双向的直接通讯在企业内部和整个产品供应链中提供有关产品行为的关键任务信息。MES强调了以下三点：1）MES是对整个车间制造过程的优化，而不是单一的解决某个生产瓶颈；2）MES必须提供实时收集生产过程中数据的功能，并作出相应的分析和处理。3）MES需要与计划层和控制层进行信息交互，通过企业的连续信息流来实现企业信息全集成。到90年代，MES发展为I-MES(集成MES)和MES-Ⅱ(ManufacturingExecutionSolutions)。这样MES则作为整个工厂生产现场的集成系统出现，故又称为IntegratedMES(E-MES)。主要功能为工厂管理(资源管理、调度管理、维护管理)、工厂工艺设计(文档管理、标准管理、过程优化)、过程管理(回路监督控制、数据采集)和质量管理(SQC-统计质量管理、LIMS-实验室信息管理系统)。在这个模型指导下，MES在90年代初期的重点是生产现场信息的整合。对于离散工业(discretemanufacturing)和流程工业(processmanufacturing)来说，MES有许多差异。就离散MES而言，由于其多品种、小批量、混合生产模式，如果只是依靠人工提高效率是有限的。而MES则担当了整合、支持现场工人的技能和智慧，充分发挥制造资源效率的功能。90年代中期，又提出了MES标准化和功能组件化、模块化的思路。这时，许多MES软件实现了组件化，也方便了集成和整合，这样用户根据需要就可以灵活快速地构建自己的MES。对于化工企业，作为填补计划系统和控制系统狭缝的MES的主要功能模块，一般包括短期生产计划、作业排产和调度(APS)，过程控制和管理，维护管理，技术信息管理，过程优化控制(APC)，提高质量管理功能的LIMS以及与ERP之间的连接。还有化工企业生产的特殊需求，如数据调理和校正、运行数据统计、公用工程平衡管理、设备寿命预测、设备性能计算(equipmentperformancecalculations)、罐区管理、罐区平衡、物料平衡等，都作为MES的单一功能模块，并往往集成到MES系统中。三、化工行业的特点与MES在化工领域的应用1、化工行业的特点。化工生产属于连续性生产，生产线一级自动化程度较高。DCS、PLC(可编程控制器)和IPC(工业个人计算机)系统已成为化工企业的主要控制手段。另外，化工行业的生产是一个多投入、多产出的过程，即：每套装置的产出同时包含着各种不同的半成或产成品，其中半成品进入下一套装置又会产生各种不同的产品，同时还存在着物料回流的现象。2、MES在化工领域的应用随着信息技术的发展和普及，国外大型化工企业，特别是石油化工企业，均十分重视信息集成技术的应用，纷纷以极大的热情和精力，构架工厂级、公司级甚至跨国集团公司级的信息集成系统。MES以面向数据的模型为核心系统，连接实时数据库和关系数据库，对生产过程进行过程监视、控制和诊断、环境监测、单元整合、模拟和优化，并进行物料平衡、生产计划、调度、排产、离线在线模拟与优化等操作管理。这样，就使化工企业综合自动化系统中原来难以处理的具有生产与管理双重性质的信息问题得到了解决。目前，MES已成为西方先进工业国家化工企业综合自动化系统理论和产品的主流框架。MES的建设在我国化工行业还处于初级阶段。由于市场环境的变化和现代生产管理理念的不断更新，一个制造型企业能否良性运营，关键是使“计划”与“生产”密切配合，企业和车间管理人员可以在最短的时间内掌握生产现场的变化，作出准确的判断和快速的应对措施，保证生产计划得到合理而快速修正。虽然ERP和现场自动化系统已经发展到了非常成熟的程度，但是由于ERP系统的服务对象是企业管理的上层，一般对车间层的管理流程不提供直接和详细的支持。而现场自动化系统的功能主要在于现场设备和工艺参数的监控，它可以向管理人员提供现场检测和统计数据，但是本身并非真正意义上的管理系统。所以，ERP系统和现场自动化系统之间出现了管理信息方面的“断层”，对于用户车间层面的调度和管理要求，它们往往显得束手无策或功能薄弱。比如面对以下车间管理的典型问题，它们就难以给出完善的解决手段：1、出现用户产品投诉的时候，能否根据产品文字号码追溯这批产品的所有生产过程信息？能否立即查明它的：原料供应商、操作机台、操作人员、经过的工序、生产时间日期和关键的工艺参数？2、同一条生产线需要混合组装多种型号产品的时候，能否自动校验和操作提示以防止工人部件装配错误、产品生产流程错误、产品混装和货品交接错误？3、过去12小时之内生产线上出现最多的5种产品缺陷是什么？次品数量各是多少？4、目前仓库以及前工序、中工序、后工序线上的每种产品数量各是多少？要分别供应给哪些供应商？何时能够及时交货？5、生产线和加工设备有多少时间在生产，多少时间在停转和空转？影响设备生产潜能的最主要原因是：设备故障？调度失误？材料供应不及时？工人培训不够？还是工艺指标不合理？6、能否对产品的质量检测数据自动进行统计和分析，精确区分产品质量的随机波动与异常波动，将质量隐患消灭于萌芽之中？7、能否废除人工报表，自动统计每个过程的生产数量、合格率和缺陷代码？四、化工企业MES的技术架构1、化工企业MES的技术架构根据化工企业的特点，可以将化工企业MES的业务领域分解为四个关键领域，即生产计划与排产，生产运行管理，生产执行和生产统计，这些业务领域是一个工厂管理的核心。工厂维护，物料管理，质量管理，销售与分销，工程项目管理，健康、安全与环保管理、财务管理、人事管理等业务领域虽然不属于MES直接覆盖的领域，但MES需要与这些业务领域交换信息。化工企业的生产运行和管理，需要一系列应用系统来支持：1)生产运行系统是支持工厂管理的核心系统；2)集散控制系统(DCS)、先进过程控制系统(APC)、实时优化系统(RTO)等控制系统，是生产运行系统最直接的实时数据来源。3)企业资源计划系统(ERP)和生产运行系统(MES)是支持生产运行系统的最主要的两个应用系统，它们为生产运行系统提供有关工厂维护，物料管理，质量管理，销售与分销管理，健康、安全与环保，以及财务管理和人事管理的相关信息。生产运行系统的信息又会进一步反馈到这些系统中去。4)一些工程项目管理和工艺管理的业务领域由工程类应用系统或企业资源计划系统的部分模块来实现。5)工厂的一些基础信息，如装置流程图等，由工厂基本信息系统来管理和维护。2、各主要模块的功能主流的化工企业MES系统包括以下模块，各模块的功能如下所述：1)生产计划与排产：利用生产运行系统的工具，在工厂层面进行更进一步、细化的优化排产；2)运行管理：按照生产计划和生产排产系统产生的作业计划，对生产运行的整个过程进行协调和管理；3)物料移动管理：对工厂内的物料移动进行计划、执行、监控和记录；4)物料平衡：通过物料平衡和动力平衡的方法，对测量得到的生产数据进行整合，为其它应用提供准确的数据；5)收率计算：支持对生产期间加工量和收率的计算；6)实时数据库：用于存储和管理实时生产过程数据，以及长期的历史生产数据；7)实时数据库应用：一组附加的面向生产执行层面用户的应用模块，用于监控生产操作，跟踪、分析生产条件，对事件进行预警和处理；8)实验室信息管理系统：对实验室的质量检验信息进行管理，并为生产执行及时提供质检报告；9)生产统计：一组面向最终用户的应用模块，用于自定义、显示并且发布统计报表；10)生产运行信息平台：对生产运行信息进行发布，用于各级用户的查询。五、MES与ERP虽然ERP和MES在功能上具有非常良好的互补性，但是在企业信息化建设过程中，它们之间未必需要相互依赖于对方而存在。在生产计划管理、质量管理和物流管理等方面，MES和ERP系统的功能可以互相延伸和对接，共同构建更为完善的现代化企业信息管理体系。当企业已经存在ERP系统时，可以将MES与ERP系统进行集成，以优化公司的信息管理，更加有力地保证商业目标的实现。MES与ERP系统集成的优点体现为：●进一步改进现有的操作流程，实现企业管理层和车间管理层一体化标准运作，从而更加有效地缩短产品周期，提高劳动生产率。●进一步改造信息技术基础设施，实现公司内部信息和数据的集中管理，从根本上减少信息和数据内部流通的时间。●配合供应链管理(SCM)系统，减少供应链成本，增强对顾客需求的快速反应，优化客户服务并提高公司的整体工作