SMES在生产平衡中应用与提升

【摘 要】 SMES3.0是中国石化信息化建设的一项重要成果，生产平衡功能基于生产平衡数据准备后的物理节点量和物理移动关系，利用系统提供的统一规则库、算法库、工厂模型及模型求解器，自动完成节点拓扑模型动态生成和节点量平衡计算，达到炼化企业的调度级平衡，为生产调度提供数据支撑。本文就长岭分公司SMES系统在生产调度的实施进行了阐述，根据企业装置物料移动特点，在遵循系统规则的前提下优化运用，细化了管理粒度，使业务流程更规范、生产执行更科学。

【关键词】 SMES 生产平衡 移动盈亏差量 应用提升

长岭分公司MES（Manufacturing Execution System：生产执行系统）建设，采用中国石化SMES V3.0软件。MES通过对企业生产运行相关信息的收集，实时掌握企业的排产计划、运行管理、生产执行和生产统计等情况；集成各种生产数据，形成及时、准确、真实、清晰的企业信息；利用先进的统计分析、优化软件进行分析、处理，来指导企业合理地配置资源、找出潜在的效益增长点或制约企业发展的“瓶颈”，及时调整经营战略和生产计划；使企业获得的最大整体效益的生产信息管理平台。MES是企业信息集成的重要环节，在整个信息集成系统中起到承上启下的作用，是生产活动与管理活动信息的桥梁，是炼化行业信息化建设发展的关键。SMES在长岭分公司运用实现了对公司原油、原料的进厂管理，汽、煤、柴、以及其它化工产品的生产、销售和库存管理，与其它多个系统的有效接口集成，开发各种报表，均衡和细化了管理粒度，使业务流程更规范、生产执行更科学。

1 SMES理念与目标

1.1 MES理念

生产运营是企业核心价值链，也是实现企业战略目标的业务主体，业务主体目标的实现需要生产执行提供保障，MES正是在生产执行层面管理意志的体现。中国石化MES建设的核心价值观如下：

1.1.1 精细化管理的重要手段

通过MES的实施，规范业务流程，提升企业的精细化管理水平。

1.1.2 管理的重点是监控和预防

事前有计划、事中重监控、事后可分析。

1.1.3 规章制度的延伸

体现管理者的意志、变意念性约束为技术性约束、变事后检查为事中监督、多级权限管理为内控制度提供支撑。

1.1.4 实现企业生产的闭环管理，计划跟踪与反馈调整

提升管理效率：事务性工作下移、使管理者有更多时间进行管理和分析。实现班组数据电子化、操作流程规范化、操作信息网络化、管理监控实时化。

1.1.5 生产物流跟踪与平衡

生产计划执行与跟踪；以物流为中心，记录物流的“收、付、存”信息；实现装置缓存罐、缓存料仓的在制品管理；跟踪产品按照既定的规格生产，跟踪产品性质，并提供追述手段。

1.1.6 实现物流生产平衡和统计平衡

生产成本监控、产量和产率控制、公用工程监控、化工辅料监控、损耗管理监控。

1.2 长岭SMES建设目标

长岭分公司生产执行系统（MES）项目于2010年4月21日启动，并于2010年11月实现了与大炼油项目北区装置投产同步上线，2011年11月实现了与南区装置投产同步上线。2012年5月统计模块等所有模块上线运行。2012年8月16日通过了总部专家组的测试，10月18日通过总部验收。长岭分公司MES系统成功应用，对提高分公司生产管理水平产生了重大的推动作用。

长岭MES建设实现以下目标：（1）建立以生产物流管理为核心的生产管理信息平台；（2）规范公司生产业务流程，优化资源利用；（3）实现生产过程的可视化展示与监视，实现调度日报、罐表和交接班的综合分析管理；（4）为统计板块提供优质数据，实现统计业务“日平衡、旬确认、月结算”；（5）为ERP系统提供生产数据；（6）实现对油品质量升级改扩建新装置运行管理的同步支撑。

2 生产平衡

“生产调度”模块主要包括生产平衡数据准备、生产平衡、调度日报三个功能。生产平衡数据准备从生产装置获取装置投入产出数据和装置收付操作信息，解析形成装置投入产出侧线节点量和装置收付移动记录；从罐区获取储罐收拨存信息，解析形成储罐节点量和罐区收付移动记录；从进出厂班量、互供班量获取进出厂班量、互供班量，解析形成进出厂点、互供点节点量，为生产平衡作数据准备。

生产平衡数据准备基于解析结果，检查“物料移动”模块提供的原始数据的完整性、及时性和准确性，识别物料移动记录的缺失和错误，识别各节点量记录的缺失和超差，并及时进行补录或者修正。

生产平衡功能基于生产平衡数据准备后的物理节点量和物理移动关系，利用系统提供的统一规则库、算法库、工厂模型及模型求解器，自动完成节点拓扑模型动态生成和节点量平衡计算，达到炼化企业的调度级平衡，为生产调度提供数据支撑；提供平衡工具，实现生产平衡节点间移动关系和节点量的检查，通过生产平衡过程的人机交互，提高平衡效率，降低平衡周期。生产平衡是MES核心步骤之一，该阶段数据调整的准确度直接影响到生产平衡结果，直接关联生产装置侧线数据，并对装置收率的数值产生影响，同时也是调度早报数据源，生产平衡数据质量极大影响到调度早报数据质量，因此需要充分利用推量计算规则，结合生产实际，在掌握物料实际流向的情况下，精细调整、科学平衡同一物料在关联区域数值，实现调度级物料平衡的提升。

调度日报基于生产平衡后的每班生产数据，结合手工录入调度日志等信息，按天进行汇总生成，满足企业调度日报管理需求。

生产装置的投入产出管理、罐区的收付存管理、原料（油）进厂管理、产成品出厂管理、互供管理，为生产平衡提供数据。

生产平衡为统计平衡提供数据，完成统计级物料平衡计算，实现“日平衡、旬确认、月结算”。

2.1 生产平衡业务流程图

2.2 生产平衡规则

为了做好MES生产平衡工作，结合长岭的实际情况和总部的要求，制定和完善了生产平衡规则，包括：罐存量基准规则：罐存量、罐量的不可调整；进出厂基准规则：设置为100%精度的进出厂点班量不可调整；互供基准规则：设置为100%精度的互供点班量不可调整；收方基准规则：对于没有定义准确度的场景，以收方计量为准。等等。

2.3 生产平衡步骤

根据我公司装置操作人员倒班方式，MES系统中生产调度管理的周期划分为每日三班，每班八小时（6：00-14：00，14：00-22：00，22：00-6：00），基层装置、罐区、进出厂量相应的设置为每日三班。每班班末点结束后半小时内，基层班组完成各自生产数据的MES在线检查提报，再由生产调度在每班结束后一个半小时内，通过MES生产平衡模块，将整班的全厂生产物流数据进行汇总，并应用预置的精度级别和计算规则，对当班的全厂生产物流数据进行推量计算。通过自动生成的移动场景图和提示信息，对这一班次的全厂数据，完成数据比对分析、异常检查处理等工作。实现了工厂级生产管理的可视化实时监控。调度早报统计时间为前一日22：00至当日22：00时，当日四点班完成生产平衡后转入调度日报编制。

MES数据流转流程为基层生产装置与罐区数据（包括进出厂班量）直接提交至生产调度，生产调度负责生产平衡操作与装置、罐区操作监管，负责搭建生产装置物料收付关系与装置指标管理，MES数据流转过程未设置生产平衡岗位，上述工作全部由值班调度负责完成操作。生产调度关键用户负责对物料模型、移动关系审核把关。

2.4 试运行期间问题解决

2010年11月22日，为了支撑油品质量升级南区装置开工，SMES生产板块在系统没有试运行和没有老MES系统并轨的情况下直接上线运行，2011年4月，基层装置与罐区基本能够在规定时间内完成数据提报，生产运行调度基本能够独立发现系统故障，指导基层用户整改错误操作，调度早报与罐表数据基本实现自动取数。情况基本稳定，达到预期效果。

存在以下问题，（1）生产装置物料移动关系建立不完善，罐区动态与罐区数据不能及时提交至总调，移动解析无法通过，移动盈亏差量巨大，报表数据严重缺失、质量低下。（2）基层仪表数据偏差较大，操作人员提交数据较随意，基层数据质量低下。（3）关键用户与实施顾问磨合不够，基层关键用户对SMES认识不够深入，不能协助生产调度关键用户有效解决问题，对操作员缺乏指导能力，对关键用户与顾问的依赖性较大。（4）基层大量用户观念尚未转变，不能主动接受系统规则，存在推诿、抵触现象，生产调度工作开展难度大。

调度处与实施项目组提出了以下应对措施，解决了前期应用存在的问题。（1）不断梳理完善系统模型，根据生产实际情况去除富余物料与配置，创造好的条件，约束基层操作，减少错误发生频率。（2）根据系统规则与基层操作习惯，重新编写生产装置操作指南，重点培训关键用户，提升基层数据质量。（3）检查校核装置侧线仪表数据，配置系数提高装置数据质量，同一物料选取精度较高的仪表或借用相关装置仪表替代。（4）加强关键用户培训与实施顾问加大支持力度，缩短系统在企业运行的磨合期。

3 应用提升

3.1 提升应用解决方案

（1）根据生产装置、罐区物料移动实际情况、分析判断生产平衡解析过程中存在的原因，在不违背系统运行规则的前提下，精简物料模型与生产方案，删除冗余动态，减少误操作的发生几率。如常减压装置取消生产方案选择，常一线组分根据实际产品流向建立移动关系，不仅提高了生产装置操作效率，也大幅减少了因信息沟通不及时造成的罐区动态建立错误，解析无法通过的问题。又如加氢装置原料涉及多套装置汽柴油，不再建立上游产品与下游原料一一对应的关系，取而代之的是根据产品性质，减少收方装置侧线，针对油品性质合并建立统一进料线，如焦化柴油、催化柴油、常减压柴油全部汇集到加氢装置的原料柴油进线，该方法不仅清晰了物料移动关系，也减少了一一对应状态下的盈亏差量。

（2）健全物料移动模型，建立虚拟装置、新增汇流点彻底解决侧线数据缺失的情况，保证系统解析一次合格。虚拟装置是为了实现生产装置侧线实际运行状况，又充分的考虑系统解析不存在移动关系与数据缺失而建立的装置，该虚拟装置不用考虑装置收率。如催化装置烧焦，如果取消该侧线，那么装置产品收率无法达到100%，但是催化装置烧焦无装置或罐区接收，因此解析过程中因缺少接收方而会丢失，生产平衡后装置收率会因为缺少烧焦而无法达到100%，为此有必要在生产装置中建立一个“虚拟装置”或“虚拟罐”，并且建立与之关联的移动关系，有效解决因侧线确实而出现的收率降低问题。各企业因生产实际情况不同，物料移动关系可能会出现较大差异，当罐区某一收油线组分较多时，罐区人员可能会因为不清楚装置物料流向而少建或错建移动关系导致装置侧线因无接收方而丢失，进而影响装置收率，汇流点的建立能够有效规避上述情况出现。

（3）加强与统计板块沟通交流，在不影响统计业务的前提下，删除部分物料罐，减少盈亏差量，提高装置数据质量。如系统中去除油港作业部水运柴油罐（非非公司业务）、油品处小品种出厂罐、焦化装置排水污油罐等，借用SMES操作平台，改由表格方式录入罐区数据，即减少了生产平衡中盈亏差量，又满足了统计业务需求。

（4）充分运用系统生产平衡规则，调整部分装置侧线仪表精度，确保单一装置收率与物料数据的质量，实现生产平衡后数据与装置校正确认值一致。如重整装置重芳烃侧线精度的修改（以装置仪表取数为准）就较好解决了装置收率波动大的问题；对于两条以上侧线产品同时进罐的业务流程，针对性考察上游装置侧线仪表误差率，再根据各条侧线偏差情况设置不同精度，最大限度实现目的侧线量在生产平衡推量计算过程中受控，在盈亏总量不变的情况下确保部分精度高产品侧线摊薄数值变小，保证关键装置收率。再如轻污油装置的设置成功解决了轻污油罐罐量上涨与装置侧线数据、罐脱水、送水造成的罐量差异的问题。

（5）规范物料平衡方法。因装置高精度计量仪表少，因此统一以罐区变化量作为系统评判准则，长期跟踪仪表数与罐变化量差异，及时修正仪表系数，缩小仪表量与罐变化量差异。在装置物料平衡方面，保关键装置收率平稳，尤其是装置进料在仪表取数后的修正方式，即利用装置标定期间收集的数据调整侧线系数，实现后台配置，在仪表原始取数的同时进行修正计算，提高计量精确度，实现装置一次数据不调整或少调整。在物料品种方面，重点做好汽柴油与蜡渣油平衡，调整原则为抓大不放小，先轻油后重油。

（6）创新运用。根据调度早报平衡数据，IT人员开发了图像展示模块。实现了任意时间段对指定数据的查询及图形化展示。该功能的实现，为生产管理技术人员提供了查询历史数据、分析趋势提供了平台。

3.2 实施效果

3.2.1 实现数据和信息集成，为支撑其他业务系统应用奠定基础

MES实施前，企业主要通过不同的软件系统完成日常的生产业务处理，各业务之间没有统一的平台对企业生产数据进行交换，存在数据源不统一、数据不一致、部门之间协调工作量大等问题。通过MES实施，建立了企业核心数据库，统一了生产业务操作平台，统一了数据源，通过集成实时数据库和LIMS等专业系统，对公司生产数据进行统一集成、管理，同时为ERP、TBM、技术经济指标统计系统提供数据支撑，为下一步进一步完善计量信息、销售数据等基础信息奠定了基础。

3.2.2 实现了生产管理数据的在线一体化集成应用

MES系统实现了计量、计划、质量、调度、统计等数据的统一收集、校核与，取消了线下数据流转与管理，实现了生产管理数据的在线一体化集成应用，提升了企业精细化管理水平。物料移动关系建立严格遵循物流走向，借助系统中的各项生产指标，使得班组操作信息与绩效信息有机整合，提高了岗位操作积极性。

3.2.3 实现生产管理过程的“可视化”、“数字化”

生产管理部门应用MES实现了生产过程全方位、全天候跟踪，可视化的物流跟踪能够及时掌握整个公司的生产情况，协调生产装置之间、罐区之间、装置与罐区之间的生产关系，通过厂内生产物流跟踪和移动超差报警，及时分析问题、解决问题，实现生产管理过程的“可视化”、“数字化”。班组及操作人员通过对装置侧线产品、半成品、成品的组分性质和量的跟踪分析，积累操作经验，提出优化生产方案，培养了注重追求装置之间、装置内侧线、罐区计量等数据实时性和准确性的精细工作作风。过去许多业务的操作处理，不同的人处理方式不同，结果就千差万别，实用效果差，不利于知识转移。通过MES的实施和应用，对业务流程进行了梳理并进行规范化和优化，保障了处理效果的一致性，加强了业务部门之间的协同性，简化了工作程序，提升了管理水平。

2012年10月15日，调度在核查推量数据时，发现40万航煤加氢装置的收率低于控制指标，立即分析上下游相关数据，并与现场联系核查。经查为40万航煤加氢实际产量偏低，原因为40万航煤加氢装置由于设备原因发生产品质量波动，产品按柴油品种交罐区2小时左右，罐区没有航煤收油，导致产量减少，装置收率低。

轻污油来源广泛，除装置因生产波动导致产品质量不合格发生的交轻污油外，火炬水封罐、环保装置原料脱油等外送轻污油罐量无法准确计量，轻污油罐区脱水等致使轻污油罐区收入量与上游装置实际外排量存在较大差异，导致装置盈亏数据、装置收率发生波动，无法精确反映生产实际情况。调度关键用户经过反复分析，与计划部门共同研究后，充分利用系统模型可配置性，在系统内建立轻污油装置，直接与轻污油罐建立移动关系，消除由于轻污油产量和罐收量差异的干扰，提高数据精确度，更好的掌握和指导现场生产情况。

3.2.4 在线调度日报、调度罐表，提高调度工作效率

MES上线前，生产调度每日22：30开始调度日报数据汇总与平衡，00：30左右完成调度早报，用时2个小时；MES上线后，通过系统自动推量计算，总调人员22：30左右开始调度早报编制工作，一般在23：30即完成调度早报，时间缩短一半，工作效率明显提高。同时，由于MES系统生产数据均为岗位实时在线提报，并通过全厂统一模型检验校核，可靠性和实时性得到提高。

提高生产罐表数据收集和的频度，提升了生产运行管理实时性。生产调度罐表由过去每日，变成了现在每班，相关报表的数据更新由过去24小时精细到现在的8小时，生产数据更加精准及时。

4 结语

中石化生产执行系统SMES在长岭分公司生产板块实施，涵盖了分公司35套生产装置、14个罐区（219个罐）、71个进出厂点，生产调度等生产管理部门应用MES实现了生产过程全方位、全天候跟踪，通过可视化的物流跟踪及时掌握整个公司的生产情况，协调生产装置之间、罐区之间、装置与罐区之间的生产关系，通过厂内生产物流跟踪和移动超差报警，及时分析问题、解决问题，实现生产管理过程的“可视化”、“数字化”。生产数据依照统一的模型约束，从车间-调度-统计各个层面逐层审核提交，循环分析，做到每一层、每一条数据修改的有迹可循，为实现各个层面生产数据的一致性提供了保证，为生产与统计数出一门，量出一家提供保障。班组及操作人员通过对装置侧线产品、半成品、成品的组分性质和量的跟踪分析，积累操作经验，提出优化生产方案，培养了注重追求装置之间、装置内侧线、罐区计量等数据实时性和准确性的精细工作作风。生产平衡模块在解析装置校正、罐区、进出厂等操作信息的基础上，通过模型求解器实现物料平衡计算，实现了与总部生产调度指挥系统的集成。

参考文献：

[1]中国石化股份有限公司信息系统管理部.石化盈科信息技术有限责任公司.《中国石化SMES推广及试点提升项目可行性研究报告》，2007.

[2]周博才，郭武.MES系统功能模块的开发与应用.数字石油和化工，2007第二届全国石油和化工企业信息化建设与技术应用年会论文.