基于集成的煤制天然气企业MES系统设计与实施

摘要：国内煤制天然气行业MES系统设计与实施研究，尚处于初级阶段。文章基于集成技术，强化生产过程自动化与企业信息化融合，根据煤制天然气企业生产管理特点，研究MES系统设计与实施方案，推动煤制天然气行业信息化建设，提高企业管理和生产水平。

关键词：煤制天然气企业；集成技术；MES系统设计；MES系统实施；信息化建设 文献标识码：A

中图分类号：TP271 文章编号：1009-2374（2017）03-0012-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.03.006

1 概述

MES生产执行层系统（Manufacturing Execution System）的概念由美国先进制造研究协会（AMR）于1990年11月首次正式提出，1997年国际联合会（MESA）了6个关于MES的白皮书，1999年美国国家标准与技术研究所（NIST）将MES有关概念规范化，2000年美国国家标准协会（ANSI）陆续了SP-95系列标准。MES系统在发达国家已实现了产业化，在医疗产品、塑料与化合物、金属制造、电气/电子、汽车、玻璃纤维、通讯等行业均有应用，国内MES市场处于起步阶段，目前MES已在钢铁、石化、汽车、烟草等行业有应用，且开发完成了若干自主产权的MES系统，如上海宝信MES、中国石化MES（S-MES V1.0）等。随着对离散制造MES探索性研究，国内市场上也出现一些针对离散制造业的MES产品，如ICON-MES、OrBit-MES、天为MES等。

MES市场行业特色明显，要求开发团队对行业工艺生产流程有深入和全面理解，对于MES厂商更要把握好产品标准化和客户需求差异化平衡，虽然国内外MES应用取得了一定成效，但是存在着MES产品市场处于一个分散状态，MES的应用价值得不到管理层的充分认知等不足，随着信息技术在制造企业的推广和应用，MES系统的未来被越来越多的人看好。煤制天然气企业是国家示范工程，对MES系统功能设计和实施研究案例对行业信息化建设有重要意义。

2 现代煤制天然气企业生产管理特点

煤制天然气企业以煤为原料，经过加压气化、变换冷却、低温甲醇洗和甲烷化等主工艺生产天然气，通过长输管道输送给用户。作为现代化的煤制天然馄笠担其生产管理特点主要表现为生产管理数字化、精细化，生产决策可视化、智能化，充分利用企业信息化推动企业降低成本、增强效益、不断提升煤制天然气化工产业化水平。

3 MES系统设计

煤制天然气企业MES设计主流技术包括计算机操作系统（主要采用Windows平台、Unix平台和Linux平台）、数据库技术（开发商主要采用SQL Server和Oracle数据库）、MES体系结构（主要采用C/S、Web使能、瘦客户端等体系结构）、开发应用技术（（MES系统的开发主要采用DCOM、COM+，Active-X、XML，DotNET、J2EE，ODBC、OLE、OPC技术）和系统可配置性（通过标准化、组件、库和客户化定制4个指标评价）、集成技术。本文设计思想为强化生产过程自动化与信息化融合，应用集成技术完成MES功能、技术、安全、可靠性等设计，建立国内煤制天然气企业生产执行系统MES。

3.1 功能设计

根据煤制天然气企业生产管理特点，确定MES系统功能包括生产统计、管线监控、物料移动与平衡、罐区管理、能源管理等功能模块，实现生产运营管理、生产统计管理和生产管理功能。MES功能模块设计内容不是固定的，可根据企业特点、需求、管理模式等因素有所增减。图1为MES功能模块设计图：

3.2 技术设计

要实现MES设计功能，必须借助于网络设置、系统开发、数据库建立等措施，其中来自生产的数据是基础，并且这些数据要做到数出一门量出一家，数据单位要统一。技术设计主要包括五个步骤，即数据源（实时数据、质量数据、关系型数据、衡器数据、SCADA系统数据等）数据集成（数据抽取、数据加工与整合等）数据管理（管道运行监控数据、化工装置监测数据、生产执行数据、汽车衡轨道衡数据等）数据应用（实时监控、开发报表、对外集成、生产计划与统计、生产调度等）展示结果（以画面、图表等形式展示）。

3.3 系统集成设计

MES在企业信息化架构设计中处于中间层，是生产活动与管理活动信息沟通的桥梁，起着承上启下的作用，它一方面接受PCS发出的生产指令；另一方面加工处理PCS的原始数据，为ERP提供及时、准确的生产数据。由此可见，MES系统必须与企业PCS、ERP系统实现集成，为系统之间的数据存取和数据交换提供接口。在集成时，涉及实时数据库、衡器数据库、实验室管理信息系统等接口协议、通信方式、数据传输格式等，这就需要信息化技术人员进行全面考虑，最好在详细设计阶段之前，与DCS、PLC、SIS等厂家开设计协调会，明确接口方式及协议，为MES系统读取数据源打下良好

基础。

3.4 安全设计

MES应用的前提必须保证数据、服务器等具有很高的安全性，若不安全，MES应用不仅起不到良好作用，而且会给企业带来巨大损失，因此安全需求必须作为MES设计的重要部分。MES的不安全对象主要包括业务数据、用户身份、运行服务器和运行系统、数据库和主机。为了保证数据等信息的安全性，安全对策就是保密性，即用户通过统一方式实现用户身份验证，并根据自己的权限在不同的子系统中完成各自授权。

3.5 可靠性设计

为了提高系统高效率和可靠性，主要考虑系统双机热备、数据库备份等方法。对运行服务器避免单点故障，对运行系统的平稳运行建立备份策略。

4 MES系统实施

4.1 结构组织

一个项目的实施，首先应设立组织机构，根据项目特点和技术，设立项目经理，实施组、业务专家组、信息专家组和系统开发组，应分别设立组长，根据岗位职责，完成各自工作。组织机构设置根据项目规模大小、定编定员等情况，可以适当变化。

4.2 关键技术

MES系统实施重点考虑系统集成性和完整性，关键技术主要包括模型搭建、可组态易保护的通用体系架构和分层次核心数据库设计技术等，技术路线如表1

所示：

4.3 预期成果

按照MES系统设计方案，通过系统建模、系统调试、系统上线试运行，做到数出一门量出一家，实现设计全部功能，为调度人员做出作业计划和优化提供平台，该系统应用到企业生产和管理中，运用信息技术指导生产，提高生产水平和能源利用率，增加企业效益。通过设计和实施过程，预计总结出MES系统相关论文5篇，结合煤制天然气企业现状，相关论文对以后MES系统研究打下基础。

5 结语

本文煤制天然气企业MES系统设计与实施研究目的是利用信息化手段提高企业生产自动化水平，促进工业化与信息化融合，帮助企业达到“安稳长满优”目标，进而提高企业市场竞争力。随着信息技术的快速发展，企业信息化建设的重要性已凸现出来，国内煤制天然气企业处于起步阶段，且处于良好势头，这也给信息化建设和工程建设同步建设创造了机会，本文MES系统设计与实施在这样的背景下提出，对正在信息化设计阶段的企业具有指导和示范作用。

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