关键字：煤化工 MES
 
介绍制造执行系统(MES)的概念，主要功能模块及其现状与发展趋势，分析其在煤化工行业的应用前景。
1 背景

　　1）煤化工指的是以煤炭为原料经化学方法将煤炭转化为气体、液体和固体产品或半产品，而后再进一步加工成一系列化工产品或石油燃料的工业。随着世界石油和天然气资源的不断减少、煤化工技术的改进、新技术和新型催化剂的开发成功、新一代煤化工技术的涌现，新型煤化工以生产洁净能源和可替代石油化工的产品为主，如：柴油、汽油、航空煤油、液化石油气、乙烯原料、聚丙烯原料、替代燃料（甲醇、二甲醚）等，它与能源、化工技术结合，可形成煤炭——能源化工一体化的新兴产业。煤炭能源化工产业将在能源的可持续利用中扮演重要的角色，是今后20年的重要发展方向，面临着广阔的市场需求和发展机遇。

　　2）中国神华煤制油化工有限公司已经建成并运行的大型煤化工示范工程有：采用神华自主知识产权技术建设的煤直接液化百万吨级示范工程、采用神华自主研发费托合成催化剂技术的年产18万吨煤间接液化示范工程、采用现代煤化工和石油化工技术建设的年产聚乙烯、聚丙烯各30万吨的神华包头煤制烯烃工程、年处理能力10万吨的二氧化碳捕集与封存示范工程。公司正在筹建的大型煤制油化工项目有：年产120万吨煤基烯烃及下游化工产品的神华－陶氏榆林循环经济煤炭综合利用项目、年产20亿立方米鄂尔多斯煤制天然气项目、呼伦贝尔褐煤精炼多联产项目、新疆煤炭清洁转化项目、山西煤焦化一体化项目、陕西甲醇下游加工项目等。

2 制造执行系统（MES）概要

　　1）制造执行系统（MES）是为了保证产品的质量、数量和交货期，有效地使用工厂资源：即人力、机械、设备、原料等综合管制工厂生产活动的软件系统。是位于企业上层企业资源计划（Enterprise Resource Planning, ERP）和底层工业控制（Process Control System, PCS）之间，面向车间层的生产管理技术与实时信息系统。MES强调制造计划的执行，它在计划管理层和底层控制层之间架起了一座桥梁，填补了两者之间的鸿沟。

　　2）MES的定义。制造执行系统协会（Manufacturing Execution System Association，MESA）将MES解释为“MES能通过信息传递，对从订单下达到产品完成整个的生产过程进行优化管理，当工厂里面有实时事件发生时，MES能对此及时做出反应、报告，并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。”

　　按照国际MES协会所给出的定义，MES提供从接受订货到制成最终产品全过程的生产活动实现优化的信息。它采用当前的精确数据，对生产活动进行初始化，及时引导、响应和报告工厂的活动，对随时可能发生变化的生产状态和条件做出快速反应，重点削减不会生产附加值的活动，从而推动有效的工厂运行过程。MES改善运行设备的回报，以及改善及时交货、库存周转、毛利和现金流通性能。MES通过双向通信，提供整个企业的生产活动以及供应链中以任务作为关键因素的信息。其关键是精确的实时数据，这是以业务为基础的ERP系统未曾加以考虑的。

　　美国先进制造机构（Advanced Manufacturing Research, AMR）将MES定义为“位于上层计划管理系统与底层工业控制之间的，面向车间层的管理信息系统”。MES为操作人员、管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源（人、设备、物料、客户需求等方面）的当前状态信息AMR继1990年提出MES概念后，1992年又紧接着提出了三层的企业集成模型，如图1所示。

　　3）MES的主要功能模块。通常，MES起着一个类似信息集线器的作用，用来实现上层管理与底层控制之间的实时通信和指令执行，并与企业内其他制造管理信息系统进行信息传输与交换，实现企业信息的无缝集成。MES应该具有可扩展性、模块化和广泛适用性，以及分析生产资源的性能及资源最优化分配功能，在控制系统与业务系统之间起着高柔性连接的桥梁作用，各种时间系列的过程数据与生产数据的采集、分析、可视化及记录、监督、评价制造工程的性能，易于识别非效率的生产操作及引起停止的原因，满足对效率、调度、最优化、跟踪等必需的各种生产工程的管理等要求。

 

图1 AMR三层模型

    20世纪90年代中期，又提出了MES标准化、功能组件化和模块化的思路。这时，许多MES软件实现了组件化，也方便了集成和整合。这样，用户可以依据需要灵活快速的构建自己的MES。制造执行系统协会（MESA）于1997年提出的MES功能组建和集成模型如图2所示，包括11个功能模块，同时MESA规定只具有11个功能模块中的一个或几个也属于MES系列的产品。

　　4）MES的现状与发展趋势。国外MES的起步较早，自90年代初到现在，MES已得到广泛的运用，给相关企业带来了巨大的经济效益。据ARM完成的一项市场调查显示：2004年全球MES市场营业收入为10.5亿美元，与2001年相比，增长超过50%，主要得益于企业对规程的积极遵守，以及ERP产品的成熟。

　　国内开展MES的研究、开发和应用只是今年来的事情，进展与国外差距很大。20世纪90年代初期，我国就开始对MES、ERP进行跟踪研究、推广应用试点，还曾提出了“管控一体化”、“入、财、物、管、控、销”等颇具中国特色的CIMS、、MES、ERP、SCM等管理理念。

　　近十年来，MES技术已经在石油、化工、能源、食品和造纸业等行业得到了广泛的实施和应用。中国仪器仪表协会依托浙江中控软件技术公司成立了“MES分会”和“企业综合自动化培训中心”。由于MES能给企业和社会带来非常大的效益，从2002年开始，国家863-CIMS高科技研发计划中已将MES系统作为重点发展项目，并出台了具体扶持方法，从战略的高度上给予了相当的重视，已促进工业化带动信息化、信息化促进工业化的发展战略，将信息流、物流、资金流最佳集成。

　　面向敏捷制造的MES可集成MES（I-MES）通过将面向对象技术消息机制和组件技术应用到系统开发中充分发挥传统MES的优点而发展起来的。通过采用高效的基础框架大大增强了系统的集成性和适应性又能满足关键事务的处理。NIIIP/SMART协会（National Industrial Information Infrastructure Protocols-Solutions for Manufacturing Execution System）为整个MES应用领域提出的一个分布式对象和信息交换模式，代表了发展中MES的技术模型。

 

图2 MES功能模块

3 MES对神华煤化工事业的意义

　　神华煤化工工程是石油替代和洁净煤技术的能源战略项目，中国神华煤制油化工有限公司作为神华集团一个新兴的产业化板块，肩负着保障国家能源战略安全，拓展神华集团公司的资源战略以及促进煤制油化工产业健康发展的使命，是中国乃至世界范围内新型煤化工产业的“领头羊”。神华煤化工事业建设起点高，工艺装备技术先进，经营管理要求精简高效，生产管理要求严格精细。煤制油、煤制烯烃的工艺对煤炭资源、水资源、生态、环境、技术、资金和社会配套条件要求较高，在技术、经济、环境、社会等方面都存在风险，而且在不同的阶段有不同的风险表现形式。综上所述，企业需要通过计划调度、节能降耗、优化操作、装置绩效管理等一系列手段使生产制造过程实现优化生产、提高效率，以获得最大的综合经济效益，同时达到节能降耗的目的，保障企业战略目标的实现。

　　通过MES的建设神华煤化工企业最终达到并实现改善生产执行层的信息交流以及工作效率；降低库存水平，减少资金占用；通过计划调度、节能降耗、优化操作、装置绩效管理等手段使生产制造过程实现优化生产、提高效率，以获得最大的经济效益； 改进物料平衡，提高数据的质量；提高装置运行效果，提高收率转化率、降低损耗；提高装置利用率；降低能耗、水耗，降低环境污染；保障安全生产，减少违规生产；支持生产运行的日常管理和车间运行的监控，及早发现并应对各种紧急事件，避免或减少非计划停工，保证生产的长周期运行；通过对生产运行结果的数据分析，发现制约生产及经济效益的瓶颈问题，支持投资决策的成本和效益分析，使煤化工分公司企业管理向集约型和精细化转变，最终达到实时、可视的理想管理水平，实现生产的安稳长满优的目标。