基于炼化企业的MES应用与实现

摘要：介绍了MES系统在炼化企业的实际应用，阐述了mes在生产管理平台中所处的地位和作用，并对系统的业务功能模块和整体架构进行了简要描述。该系统通过Web Services接口集成和协同多个生产应用系统使整个企业实现了生产信息化从而形成综合性的管理平台，为企业管理和生产决策提供了重要依据。

关键词：MES； Web Services；接口

中图分类号：TP319文献标识码：A文章编号：16727800（2013）004009103

0引言

随着企业信息化技术的全面发展，打造“数字化工厂”已成为衡量每个企业能否跟上现代化企业发展的重要标杆。在以往的企业信息化建设中，经营管理平台和生产过程控制之间缺乏紧密联系，不能及时掌握实际的生产状况，缺乏对物料和能耗的控制、生产工艺质量的管理、数据之间一致性等必要决策手段。由于MES系统（生产执行系统）是企业信息化中的一个中间环节，向上对经营管理平台起着数据支撑的作用，向下连接过程控制层＼[1＼]。它的实施为企业生产建立了核心数据库，统一了工厂模型，规范了生产流程，优化了生产调度，统一了业务集成和业务协同，最终达到了日平衡、旬确认、月结算，实现生产数据信息在经营管理层和生产业务层以及过程控制层之间的数据信息共享＼[2＼]。

1MES系统业务模块

在实际的企业生产过程中，MES业务需求分为两个主线：物料管理和能源管理。图1是MES系统中主要的业务需求模块。

1.1物料管理

在物料管理中对每一个生产环节、每一个生产动态都采用实时追踪，从原料产品进厂到装置加工和投入产出以及产品储存和收付动态到最后成品出厂，每个事件的动态都实行全部监控。根据业务层次的不同，在物料管理中主要包含进出厂、炼油装置、灌区管理、仓储管理、调度生产平衡和统计平衡等业务需求。

进出厂：进出厂模块主要是对汽车、火车、管输等进出厂方式的计量单、装卸单进行管理，体现了进出厂业务操作的全过程，推动从人工分散管理方式转变为实时集成管理的方式，其业务范围涉及装置、灌区等相关进出厂业务。计量是业务的关键，所有计量的数据和进出厂班量都将作为调度平衡的基础数据，而进出厂计量单则为统计平衡提供数据支持。

炼油装置：在每个班次的6∶00和18∶00时刻，MES装置操作人员开始从实时数据库自动采集各个装置的物料侧线仪表数据，按事先配置好的侧线模型计算公式获取物料侧线的原始量，根据所采用的加工方案投入产出模型，对装置投入产出的数据能够进行自动校正。这样可以消除由于计量仪表所产生的显著误差，使投入产出的数据量符合实际生产状况，从而对某一装置达到初始平衡。同时还要记录装置相关侧线的收付操作类型、收付双方的移动节点名称以及收付双方的开始和结束时间。

灌区管理：在灌区业务中主要是通过实时数据库和LIMS数据库提供的灌计量数据和化验分析数据按班次进行各种罐检尺、灌收付等相关业务，同时还拥有灌的收拨存记录台帐等管理业务。在生产平衡中它提供了每个班次的储收付和检尺数据，统计平衡中则提供了灌库存在统计周期内的盘点数据。

仓储管理：通过网络化方式管理仓储物流，对仓储管理进行总体设计，实现最优化组合，提供各种收付的基础信息，能够让生产调度部门可以及时掌握化工成品库的库存数据，以及出入库和库内操作情况。

调度平衡：该业务流程主要是对装置、灌区和进出厂所提及的各种操作记录进行移动模型解析，形成生产平衡所需数据。根据这一数据，通过各种平衡计算方法进行数据平衡，如算法库和模型求解器等，在调度生产这个级别完成数据平衡。并且利用平衡工具，可以对生产平衡节点之间的移动关系以及节点量的检查，这样能够降低平衡周期，提高平衡效率。最后根据平衡后的生产数据生成调度日报，满足企业调度生产的需要。

统计平衡：通过调度生产平衡后的数据，以进出厂、灌区和互供计量数据为基础，并且全面参考固体和气体等数据，最后达到厂级的统计平衡。从而为上层经营管理平台提供生产数据支持，满足计划部门的业务需求。

1.2能源管理

通过访问实时数据库，MES系统获取能源计量仪表的实时数据，由操作管理人员对所取数据进行确认，按所需求的计量时间，通过计算得到每个公用工程测量点的能源消耗数据，经过平衡确认，利用接口将数据输送到ERP系统，根据能源介质输出日报、旬报、月报等各类报表。

2MES系统体系架构

MES系统采用的SOA（面向服务的架构）框架模型技术是以业务驱动服务，然后服务驱动技术的一种架构＼[3＼]。操作用户可以通过企业服务总线ESB模式转换后发送消息来调用服务，这样可以支持相互独立的异构环境中的消息、服务、事件之间的交互。它将MES系统中不同功能单元抽象为服务，通过这些服务之间定义良好的接口和契约联系起来，这使得MES系统具有用户操作界面、统一的数据存储结构、统一的公共服务组件和统一的数据接口。按照系统的逻辑结构总体上分为四层，即Web层、MES业务逻辑层、MES核心数据层以及基础数据层＼[4＼]。图2是MES系统的体系架构。

Web层是人机交互页面，主要是由浏览器作为Web客户端，通过界面控件库为操作用户提供了友好的操作界面，方便用户使用该系统，是Web页面向服务器发送请求，并获得反馈信息的交互过程，用户在系统中进行的数据输入、数据提交和数据查询等各种业务操作，都是由Web层来表现出来。

业务逻辑层集成了MES系统中的主要业务逻辑处理，它位于MES系统的服务端，当用户在Web层调用数据时，首先向MES服务端提出调用申请，然后由该层对所调用数据进行业务处理，最后Web层将数据展示给用户，它在很大程度上决定了软件系统的健壮性、灵活性。业务逻辑层包括业务流程层、业务组件层和业务实体层，业务流程层负责处理所有的业务流程，是整个系统的核心，业务组件层用于存放系统在进行数据交换时所调用的组件，包括仓储、装卸台、移动记录和移动节点等组件，业务实体层指的是业务数据的载体，用于数据之间的传递，包括原料、生产单元、产品、库存等。

核心数据层包括数据服务层和Oracle关系型数据库，负责对MES系统的数据进行管理，根据业务逻辑层的调度指令对系统数据进行业务处理，例如写入、查询、修改等操作，MES系统采用数据库集群技术搭建，将多台数据库服务器组成一个逻辑数据库，这样它具有负载均衡、所有节点服务器之间数据同步、容错和高可用性等功能，在数据层中还包括历史数据库和测试数据库。

基础数据层：在MES系统中数据采集和过程控制贯彻始终，数据是系统的根本所在，这些数据都是在基础数据层中实现的，它集成了RTDB、LIMS等服务接口组件，统一了接口标准。在炼油企业中，使用数据采集系统可以提取到所有车间装置中的计量仪表的实时数据，这样MES系统就只需要通过实时接口提取实时数据库中的所需数据。进出厂所需的数据也可以通过Web Services从计量管理系统中抽取数据，通过标准接口采集LIMS系统数据。

3MES系统协同应用

MES系统作为炼化企业信息中一个承上启下的生产执行系统，并不仅仅是一个孤立的系统，它是一个面向生产管理的集成、协同、数据共享的平台，为企业的其它信息系统输送唯一的、同步的生产数据，这样形成数据的统一性高，提高了数据质量。MES系统向下集成了RTDB（实时数据库）、LIMS等基础数据；向上为ERP、总部生产运营指挥系统提供了数据支持。系统内部实现了进出厂、灌区、仓储以及生产装置的业务协同和集成，并且和ORION、PIMS、计量管理等系统形成了数据共享和业务协同，这也是MES系统的一个重要的核心目标之一，而这些需求功能都是由Web Services标准接口来实现的。例如MES系统为了及时、准确、完整地实现物料平衡，就必须由计量管理系统为其提供进出厂的计量单数据，这就需要一个名为SmtInOutBillIf的Web Services接口实现，当通过Web Services向MES系统写入计量单数据时可以由返回的信息编码来判断数据是否发送成功，如00表示数据发送成功，01表示用户权限不足，02表示进出厂点不存在，03表示进出厂点物料不匹配，等等。表1是SmtInOutBillIf接口的输入输出参数。

4结语

MES系统的应用实现了企业生产由以往的依赖人工经验向系统精细化管理的转变，梳理了业务流程，解决了物料和能源的全程跟踪问题，实现了“日平衡、旬确认、月结算”，并通过超差报警优化了调度生产，提供了ERP数据支撑，保证了企业生产稳定均衡。同时与其它信息系统业务协同和数据集成，使企业信息化建设由“点”及“面”，实现了数据共享，形成了生产管理一体化综合应用平台。总之，MES系统的应用对炼化企业增强行业竞争力和打造“数字化工厂”有着重要意义。

参考文献：

＼[1＼]李锋钢.MES系统在石化企业的应用＼[J＼].电脑知识与计算，2011（27）.

＼[2＼]宋智慧.MES在石油化工装置的应用＼[J＼].石化技术，2010（4）.

＼[3＼]兰睿欣.基于MES的信息系统设计优化技术研究＼[J＼].制造业自动化，2011 （12）.

＼[4＼]钱玉萍.基于SOA架构的海事安全监管业务分析系统＼[J＼].中国水运，2012（6）.