MES在石油化工行业的重要性

    石化企业的核心业务流程复杂，是典型的流程型企业，要实现生产过程优化、节能降耗等目标，MES必不可少。

    石化行业是一个典型的流程型行业，其核心业务流程涉及原油储运、油品加工和产品发运三个主要业务，其中油品加工涵盖将原油加工成产品的整个过程，也是石化企业生产管理业务的重点。整个过程涉及油品的多次流转及物性的改变，从原油运输进厂，到输入一次加工装置（以物理反应过程为主）、二次加工装置（以化学反应过程为主）、精制装置等进行油品加工，然后输出到罐区进行油品调和，直至产品合格。在这一系列油品加工移动过程中，涉及大量过程数据的实时采集与分析、生产现场设备与物料的监控、生产调度优化以及能源合理供应等问题，迫切需要利用信息技术，实现石化企业生产管理的优化。

MES在石化行业的应用概况

    由于石化企业核心业务流程的复杂性，信息系统的建设面临如下挑战。

    过程优化困难 石化企业MES的决策具有混杂性，不仅包括连续过程变量，而且包含离散过程变量。为了对生产过程及产品质量进行控制，必须建立反映连续过程主要物理、化学变化过程的过程模拟模型，并将过程模型与优化模型结合起来。

    生产操作复杂石化企业生产环境苛刻，生产过程包含复杂的物理、化学过程及各种突变和不确定性因素。特别是装置启动、停机和应急处理等暂态过程的各项操作，不仅影响生产效率，而且存在着安全隐患。因此，操作管理是石化企业MES的一项重要任务，它负责监督在所执行的每一项操作中遵守操作步骤和规范，在连续、混合及间歇生产环境下为操作员提供流程启动、平稳运行及停机等过程的标准操作指令。

    能耗高、污染重能耗成本占原油加工成本的70%以上，因此石化企业信息化不仅要集成信息流和物料流，还要考虑能量流的集成，使调度决策功能能够对物料和能量提供最佳控制策略，不仅达到提高生产效率和降低生产成本的目标，而且实现节省能源、减少污染等目标。

    从20世纪90年代末开始至今，MES产品已由单一的MES功能模块发展到整体解决方案，国内外很多著名的公司都推出了面向石化行业的MES，如美国Honeywell公司的MES方案、美国Aspen Tech公司的MES方案和德国西门子公司的MES方案，以及中国石化牵头，由石化盈科、浙江中控、中科院软件所和北京时林公司共同开发的石化企业MES解决方案——SMES。

    石化行业作为典型的流程行业，由于信息化与自动化基础较好，其对MES的需求迫切，国内外石化行业都非常关注MES的建设，通过MES将生产经营管理和生产操作集成起来，用来支持整个企业的供应链优化，并从中受益。如BP、ExxonMobile、ChevronTexaco、Shell等国际知名公司都已在美国和欧洲的企业实施了MES系统的大部分功能。

    作为我国石油化工行业的两个主要企业，中国石化和中国石油在MES的实施策略上有所不同：中国石化在国家863计划的支持下，以自主知识产权的MES产品SMES研发与实施为主；而中国石油则以美国Honeywell公司的MES产品为主。应用实践表明两个产品各具特色，下文将对其进行重点介绍。

国外石化行业MES解决方案对比分析

    1．Honeywell公司的相关产品和技术

    Honeywell的所有业务模块是基于Uniformance平台实现的，其本质是一个一体化的完整的业务系统的数据库（包括实时数据库、关系数据库、历史数据库和事件日志数据库），业务模块和平台是紧耦合的关系。

    Honeywell MES产品的核心是Business.FLEXPKS。该产品将经营目标转化为生产操作目标，同时将经过处理验证的生产绩效数据进行反馈，从而形成计划管理层、生产执行层和过程控制层三个层次的周期循环。

    Honeywell MES主要由价值链管理（Value Chain Management）、先进计划与调度（Advanced Planning and Scheduling）、运行管理（Operations Management）、油品调和及储运自动化（Blending & Movement Automation）和生产管理（Production Management）等5个应用套件组成。其中，价值链管理又包括销售预测、运输计划、生产排产、原材料计划、供应链事件管理、库存计划、价值链循环优化和生产计划管理等; 先进计划与调度包括原材料供应及产品分配与优化、原油组分分析、原油采购计划、原油调度优化、生产实况分析、油品调和调度等; 运行管理包括操作指令下达、运行监控、事件监控、实验室信息管理与集成、油罐组分跟踪、产品规格管理、多单元生产运行计划等; 油品调和及储运自动化包括调和调度计划、在线调和优化、调和比率控制和调和绩效统计、油品输转及库存跟踪、罐存计量管理、输转模型建立、油品输转控制、油品移动路径选择等; 生产管理包括物料平衡和库存盘点、成本核算、组分计算与平衡、批量跟踪与控制、原材料消耗统计、物料移动跟踪、多单元生产运行计划、操作指令下达和实验室信息管理等。

    2．Aspen Tech公司的相关产品和技术

    美国Aspen Tech公司是化学工业领域著名的流程模拟、先进控制和供应链管理优化软件公司，近几年经过并购和整合，也定位在MES解决方案供应商。它提出了企业运营管理的理念并开发集成了相应的软件产品。根据Aspen的定义，企业运营管理（Enterprise Operations Management，EOM）是一个企业级的集成解决方案，把ERP层、MES层和DCS（分散控制系统）层进行整合，高效地设计、管理和运营制造与供应链的相关业务。
    Aspen Tech公司用于流程企业的MES产品为Aspen Plantelligence，即智能工厂解决方案。 Aspen MES体系结构的特点是以信息总线为集成基础，实现各业务模块与集成平台的松耦合，并支持事件驱动等服务。 Aspen Tech的MES解决方案自1998年推出后得到不断发展和完善，并在许多大型石油化工企业中采用。方案主要包括流程模拟、虚拟工厂模拟器、生产计划与优化、生产调度与优化、先进控制与实时优化（RT-OPT）、实时数据库与信息管理、数据校正与物料平衡、绩效监控与绩效管理、油品调和、生产指令管理与操作日志、油品移动和罐区管理等功能模块以及Aspen Enterprise Platform（AEP）集成平台，实现生产经营管理与生产过程控制的一体化。这些模块主要分布在5个应用套件中，即绩效管理、生产计划系统（PIMS）、生产调度优化（ORION）、油品调合计划调度和生产管理与执行。而生产管理与执行包括实时数据库与信息管理、数据调理与物料平衡、生产指令管理与操作日志、油品移动和罐区管理、实验室信息管理（LIMS）和能量管理。

    3．西门子公司的MES方案

    SIMATIC IT是西门子公司提出的MES产品框架和解决方案，其突出特色是以生产工艺流程为核心，建立了平台化、组件化的构架，并且建立了大量的控制元器件（控制单元）库和各行业的典型工艺流程库。用户可以使用SIMATIC IT提供的动态建模工具自行配置工艺流程，将自动化控制系统中各个元器件的输入输出、逻辑关系定义清楚，从而将整个车间的信息流集成起来，实现对车间数据的分发、采集、计算与分析。在此基础上，SIMATIC IT根据ISA-95的规范，建立了若干应用组建系统，包括车间生产管理、质量管理、设备管理等方面的功能，实现了与底层自动化系统和ERP之间的双向信息集成。同时，还集成了BI软件，实现对数据的挖掘和绩效分析，并生成各类报表。

    由于系统完全是可配置的，体系结构完全开放，因此，可以根据各个行业的特点，配置出其典型的工艺流程，从而可以实现跨行业的应用，而客户还可以在行业流程模板的基础上，柔性化地配置和修改这些工艺流程。