MES在各行业中的需求与解决方案（六）

MES在各行业中的需求与解决方案（六）

罗克韦尔自动化（中国）有限公司 华镕

炼油与石化企业管理的需求正变得日益迫切，特别是在全球需求变化和经济条件不稳定的情况下。因此，MES的实施在日益增长。

1 典型运行的一般说明

运行过程包括时间周期为几个月或几年（一般基于线性规划LP模型）的长期规划、短期生产计划和调度、生产管理、过程控制与监视、材料和能源管理以及采购和质量保证。图1给出了整个价值链的概览。

图1 炼油厂价值链

长期线性规划（LP）模型的时间周期从一个月至五年（取决于什么任务，范围可以从生产调度到投资规划），使用ERP生成需求预测，附加从原油数据库获得的原料数据。LP模型优化目标值— 通常盈利— 这取决于原油数据、市场驱动的经济要求和现在运营的约束。此外，使用非线性仿真模型和所谓的流表单模拟器进行进一步计算。这些工具可以对不同生产区域进行互联模拟。考虑了要求的产品结构、原料和能量要求以及二氧化碳的排放，该结果为特定炼油厂优化选择了合适的原油等级。交付的原料是通过（LIMS）验证的，并纳入库存管理。基于这些数据，可以计划原油部署、过程单元分配，以及随后的产品混合。该调度数据然后传送给过程控制工具和系统，它们使用该数据优化运行策略，例如先进过程控制（APC）。

除了购买和储存原料，采购还要负责保持备件可供运行使用。同时，质量控制需要检查和记录原材料以及中间品和制成品。为了出具发票，还要使用附加工具来计划、监视和记录产品的储存和装运。

一个炼油厂的所有区域，关于供应原料、过程和事件等生产过程的数据，通常存储在中央数据库中。中央数据库不仅能够提供全面的文档，还能为进一步优化运行及时进行分析和推论。

生产调度要求：

（1）对时间周期在1至3个月的需求，使用LP模型进行规范和分析。ERP提供LP模型以及其它数据。

（2）在原油数据库，提供有关原料的信息。

（3）为几个炼油厂和石化厂（供应链管理）创建和优化供应与生产计划。

这个规划为一个或多个炼油厂选择原油。

生产准备要求：

（1）中期规划（1～15天），为炼油厂调度原油分配和特定单元的具体位置。基于LP模型的结果为成分混合（多周期，多产品）提出要求。目标是优化设备和能力的利用。

（2）从ERP系统传递数据。

生产执行要求：

（1）把调度要求转换成过程控制的设定值（APC软件或过程控制系统）。

（2）为成分混合的过程单元和软件模块执行计划指令。

（3）过程控制包括资源优化（设备，能源，原料）。

（4）混合管理软件，过程控制系统和APC的软件。

（5）在LP模型中原料利用的规划，要根据更新的运行数据进行实时修正。

（6）获取、计算和显示能源消耗（KPI）。APC可使用目标函数实现优化。

生产评估要求：

（1）收集和归档全厂范围的生产数据，包括长期数据库中的实验室数据。

（2）分析生产和实验室数据，写报告，并把数据反馈到规划模型。

（3）月计划或重算计划（回测计划）应与实际生产的结果进行比较。

2 由MES功能支持的操作

（1）资源管理

生产 质量 维护 库存炼油厂装载长远规划· 检查当前和预期市场需求，对企业、工厂和生产级现有能力的分配· 为企业和各个厂原料供应长期规划，同时考虑原料可用性以及原料运输成本（战略，战术和运营供应规划）·按照一般的市场需求和客户实际需求，长期规划运营中所需的资产·参数优化，如原料采购，产品需求，分散成本，分散能力，生产能力，制造成本和库存水平·最小化运营的不适应性·人员规划原料特性的收集与评估·原料分析并使用原油的数据库；可用原油导致的产量和质量数据·为L P模型或在供应链中其他模拟工具输入数据长期规划确保关键资产的及时可用·工厂设备的计划停机和维护· 面向生产状况的备件采购·按照预期的生产阶段，计划在线人员为人员，材料和设备在线的长期计划，规划需求和容量·调整库存水平· 工单，（暂时的）容量增加

（2）定义管理

生产 质量 维护 库存分析需求的产品质量并决定必要的生产与配方参数产品质量和期限的规范·相关工单的输入定义设备维护周期和标准·维护清单（设备，人员）·运行相关的适配经济库存指标的确定和管理

（3）详细调度

生产 质量 维护 库存运营设施和生产任务的调度·目的是最大化绩效和利润，用物流、数量和质量作为调度标准· 最小化运营成本，同时最大化产量和利用率· 考虑工单数据，原料接收和可用路线·在炼油时调度原油和混合物，分配设备、单元和生产路线·为产品混合调度成分；分配到终端·能源和设施的规划与分配·把数据传输到物流和运营应用·人员管理用质量标准加强物流规划·物流调度的质量修正；把原料特性和运行参数转换为产量、属性和运行限制把规划数据移动到维护模块中把规划数据移动到库存模块中

（4）分派

生产 质量 维护库存根据调度和当前运行数据，优化运行设备的分配·优化原料混合（混合材料，路线）的分配·基于设备可用性优化材料路线选择·优化混合商品的分配，包括管理材料的传输·输入、控制和监测质量参数·混合成分和产品储罐选择路线分析和调整混合质量按照部署和资源计划，使用C M M S帮助组织在线维护任务时间按当前需求，规划/调整在线资源

（5）执行管理

生产 质量 维护 库存优化生产单元的管理· 稳定、一致的设备与单元控制策略（控制系统）· 自动或半自动的运行规程（一致的运行和质量，较少的异常）·为设备控制策略管理可变运行参数集· 优化生产单元（M P C）的运行参数·为优化整体运行（模拟）协调设备参数根据规范的产品混合·混合参数的设定值控制·避免超出规范要求的改进质量·稳定的混合比控制混合质量·调整产品质量（在线，实验室）的测量与记录工厂资产管理（P A M）· 收集运行设备参数·送入维修活动规划·到库存水平和采购备件和材料的接口按工厂需求，在线执行维护活动· 监视和调整工厂资产服务周期（过程相关的资产管理）·控制回路性能监视，主动确定现场设备和阀门所需的行动基于设备条件，调整库存数据

（6）数据收集

生产 质量 维护 库存收集和可视化当前过程和事件参数（控制系统）· 使用当前和最近（天，周）的运行参数，这些参数归档在控制系统组件中长期归档·为当前或未来分析收集和归档全厂范围的运行数据；通常在控制室之外使用为实验室收集生产数据，定义、收集和储存通用质量指标· 来自实验室（L I M S）分析数据的收集和存储根据设备变化的结果，更新维护数据根据设备变化，在线更新库存水平数据

（7）跟踪

生产 质量 维护 库存通过目标对比实际进行评估，显示在现场条件下的运行参数通过目标对比实际进行评估，显示在现场条件下的质量参数可以根据定义的机制，调整维护数据可以根据定义的机，调整库存的数据

（8）分析

生产 质量 维护 库存通过计划对比实际进行分析· 用L P模型拿规档运行数据与规划数据进行比较·用当前数据修正规划模型归档生产参数的评估·分析和记录运行参数的经济指标·分析和记录设备或单元异常情况·分析和记录运行参数的相关性报警，事件和消息列表的评估·分析和记录控制系统中报警、事件和消息归档事件顺序的评估· 分析和记录异常情况的事件顺序数据（S O E）分析和记录质量数据和关键绩效指标（K P I）分析和记录维护数据·运行时间，人员开支，技术有问题地区，成本·运行参数和运行区域的相关性分析和记录库存数据·消耗，水平·与运营数据的相关性

华镕，男，1982年毕业于北京科技大学自动化系，现任罗克韦尔自动化（中国）有限公司全球标准及贸易部中国地区经理。