MES发展及应用

流程行业MES发展及应用

杭州和利时自动化有限公司总经理助理 邓全亮

（杭州市“356工程”第25期浙江大学信息与软件服务业总裁高级研修班学员）

摘要：流程行业MES（manufacturing execution system，生产执行系统）是企业信息化发展的必然结果，它是企业实现综合自动化的必备条件。本文简要介绍了MES在企业综合自动化三层结构中的重要作用；对国际上流程行业MES几家主力供应商及其技术进行了综述，并把国内流程行业MES的主力供应商及其技术构架进行了简单说明；对中国国内做的最早、应用范围最广的中国石化和中国石油的MES应用情况进行了简要介绍；通过实际案例，对MES的应用背景、解决方案、实现功能、应用效果进行分析；最后在多年实际应用的基础上，对MES近几年的发展趋势进行了展望。

关键词：生产执行系统（MES） 分布式控制系统（DCS） 企业资源计划（ERP）

随着计算机技术、网络技术、信息技术、自动化技术快速发展，企业在生产自动化和办公自动化方面得到了快速的提升，使生产过程更加安全和稳定，办公更加快捷高效。

许多企业虽然拥有了DCS和ERP系统，仍感觉企业还有许多可以提升的空间。如生产计划虽然可以由ERP帮助制定，但还是要以纸质的形式传递到各分厂或车间；生产信息在DCS上已有，但还是要各个车间或分厂经过统计后，再送到生产统计处，造成信息的不一致或严重滞后，影响公司的及时决策。工厂管理人员和操作人员难以在生产过程中跟踪产品的状态数据，不能有效地控制产品的库存，无法实时地了解订单的执行情况；各个控制系统，实验室分析系统以及其它独立系统，各自分政，信息不能及时共享；许多集团级的公司想在总部及时了解各子公司关键设备的运行状态，及时得到生产的统计信息，以便及时对子公司的运营作出指示。这些问题越来越明显成为企业综合自动化的障碍。而其中问题的关键，是在DCS和ERP中间，少了一个承上启下的介质—MES。因而MES的出现，正好适应企业信息化的潮流，解决企业困惑已久的问题。

一、MES简介

MES是介于ERP和PCS(过程控制层)的一层，它的地位如图1所示：

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图1 MES在企业综合自动化中的位置

如上图所示，ERP作为业务管理系统，DCS/PLC作为控制系统，而MES则作为生产执行系统。MES与上层ERP等业务系统和底层DCS等生产设备控制系统一起构成企业的神经系统，一是把业务计划的指令传达到生产现场，二是将生产现场的信息及时收集、上传和处理。MES不单是面向生产现场的系统，而是作为上、下两个层次之间双方信息的传递系统，是联结现场层和经营层，提高生产经营效益的前沿系统。

对于流程行业，MES一般会包括以下主要功能模块：短期生产计划、作业调度模块、生产管理、操作管理、实时数据库、物料平衡、生产统计、生产分析、绩效管理、设备管理、能源管理 、优化控制、LIMS以及与ERP系统的集成等。对于特定的行业，如炼化行业，可能还会有油品移动、油品调合模块。

二、国内外流程行业MES发展现状

国外流行的MES方案主要来至于Honeywell、ASPEN Tech、EMERSON等几家公司，国内有代表性的MES产品为杭州和利时的MES方案和浙江中控的ESP-suite方案，由于篇幅限制，这里主要以Honeywell和杭州和利时的MES方案为例进行说明。

（一）国外主流MES—Honeywell的MES方案

Honeywell是世界著名的自动化仪表过程控制和工业软件公司，其MES产品从20世纪90年代末开始，由单一的MES功能已发展到整体的解决方案。其主要行业背景是石化行业，因此MES也最适合用于石化行业。

其MES的品牌是Business FLEX PKS，它将经营目标转化为生产操作目标，同时将经过验证推荐精选

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3个层次的循环优化。推荐精选

该产品由价值链管理、先进计划与调度、运行管理、油品调合和储运自动生产管理5大部分构成。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、供应链事件管理等模块；先进计划与调度包括材料供应及产品分销优化、原油组分分析、原油采购计划、生产计划优化、调度优化等模块；运行管理主要包括运行指令下达、运行监视、运行日志、实验室分析系统等；油品调合和储运自动化主要包括离线调合调度、在线调合优化、移动自动化等模块；生产管理模块主要包括物料平衡、数据校正、生产分析、绩效考核以及MES与ERP的集成等。

其MES的系统结构如图2所示：

图2 霍尼韦尔MES系统结构图

（二）国内主流MES—杭州和利时MES方案

在国家“十五”计划以前，国内企业信息化管理领域的技术和产品的研究，主要精力都集中在MRPII到ERP，而MES技术研究几乎是空白。

“十五”期间，国家863项目研究将MES作为重点研究课题，流程工业领域MES成为技术研究的突破口。流程工业最突出的特点是，生产线自动化程度高，制造过程的信息已经取得，具备了信息数据基础，MES的重要性充分显现出来，企业对MES产生了迫切需求，流程工业MES实施条件基本成熟。因此，在2001年，国家863/CIMS主题将流程工业中，钢铁、石化行业的MES技术和应用的研究作为重点项目立项，下达了首批研究课题，最终目标是获得MES技术研究成果、形成系统、实现产品的工程应用。推荐精选

目前，MES已经在钢铁、石化行业得到应用，MES应用效益得到用户认可，并且推进了企业信息化的深度发展，不仅仅停留在ERP系统实施上，MES成为企业信息化的主体。

我国MES技术研究已经取得了一些成果，主要体现在以下几方面：首先，在MES系统体系架构、功能等方面的研究取得了一定进展，流程行业MES体系架构、功能、平台的技术开发基本掌握，并形成系统平台。其次，围绕国内生产管理的国情，开发适合国内企业应用的MES，研究开发单位和应用企业已经在向这个方向努力。第三，MES系统开始在企业中进行实施，并且见到了应用成效。

以下是国内代表性的MES产品—和利时的MES方案。

为了满足工业发展需要，和利时公司研发了流程行业生产管理系统HOLLIAS-MES。生产管理系统以企业级实时数据库和关系数据库为核心，提供实时信息系统、质量分析系统、设备维护管理系统、能源消耗管理系统、批量管理系统、生产成本核算系统、生产调度系统等功能。为企业生产管理人员进行过程监控与管理、保证生产正常运行，控制产品质量和生产成本提供了灵活有力的工具。HOLLIAS-MES与DCS、PLC等控制设备具有丰富的通信接口，通过OPC方式与不同的控制系统进行数据交换。I/O Servers支持OPC、DDE等多种通讯接口协议，可连接到几乎所有的工业自动化厂家生产的DCS、PLC、RTU等设备。并提供ODBC接口，可与ERP等企业经营管理系统集成，实现企业生产的管理控制一体化。HOLLIAS-MES以生产过程信息为核心，为企业决策系统提供直接的支持，丰富的可灵活配置的功能模块可以满足不同行业的应用要求。尽管在商品化、产业化、标准化方面还有很多工作要做，但该软件可以算是目前比较贴近中国企业的实用MES。

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图3 和利时公司的MES解决方案

三、流程行业MES应用现状

近几年来，随着石化、钢铁等流程工业的MES系统技术得到较大发展， MES系统成为国内外企业信息化建设的重点，成为企业优化资源利用、降低成本，提升企业生产精细化管理水平，提高企业竞争力的一个重要手段。

国内炼化企业目前正积极推进企业信息化建设，以降低生产成本、实现安全稳定生产、获取最大经济效益。自2004年起，中国石油在其下属的20家最大炼化企业已经全部实施信息化建设，其信息化水平已位居国际领先地位，并带来了可观的经济效益。中国石化也在积极开展生产管理信息系统的建设，并取得了非常可喜的成绩。如海南炼化、广州石化、高桥石化、上海石化、荆门石化、镇海炼化、茂名石化、安庆石化、济南石化等。中海油第一个炼油厂—惠州炼油厂也规划好了生产管理信息系统，目前正在实施。

（一）中国石油的MES建设

2004年8月中国石油宣布MES项目正式开工，决定在大连石化等12家地区公司开展MES实施工作。根据“先试点，后推广”的实施策略，于2005年12月17日成功上线运行。

2006年1月，启动一期推广实施工作，先后在中国石油大庆石化公司、大庆炼化公司、锦州石化、锦西石化4家单位启动。2007年3月29日，召开了一期推广单位上线会，标志着MES一期推广工作圆满完成。

MES二期推广工作于2006年底先后启动了中国石油兰州石化、哈尔滨石化、乌鲁木齐石化和独山子石化4家单位。2007年4月启动了吉林石化、抚顺石化和辽阳石化3家单位。二期推广在继承试点和一期推广成果的基础上，进一步完善了实施方法和内容，使技术方案更加完善，更好地适应了生产管理的需要。2007年11月和12月，兰州石化、哈尔滨石化、乌鲁木齐石化、独山子石化4家单位相继成功上线运行，2008年6月中国石油抚顺石化、吉林石化、辽阳石化MES上线。至此，MES项目完成了立项批复的全部实施内容，支持了企业生产运行管理，取得了较好的应用效果。

集团公司于2008年批准开展MES扩展项目。扩展项目在功能架构上新增统计平衡、公用工程计量统计、ERP数据接口3个子系统，实施范围扩展到公司总部以及所有炼化企业。在实施策略上，根据功能范围和业务范围的不同，扩展项目将建设任务分为新开企业（未实施MES企业）、扩展企业（已实施MES的12家企业）和总部3部分。推荐精选

扩展项目于2008年5月启动。新开企业中国石油华北石化、克拉玛依石化、塔西南公司、宁夏石化2008年5月启动，2008年12月上线；大港石化、辽河石化、长庆石化、玉门炼化、呼和浩特石化2008年10月启动，2009年6月上线；格尔木炼厂2009年3月启动，南充炼化及宁夏石化炼油业务部2009年6月启动，2009年12月上线。扩展企业兰州石化、大连石化、独山子石化、乌鲁木齐石化、吉林石化、大庆石化、辽阳石化、锦州石化、锦西石化、抚顺石化、哈尔滨石化、大庆炼化也先后完成扩展建设。独山子石化千万吨炼油、百万吨乙烯项目实现了MES与工程建设同步实施、同步上线，在大项目的开工指挥过程中发挥了重要的作用。总部MES 2008年6月启动，2009年10月系统全面运行。

（二）中国石化MES应用

中国石化从2003年底开始组织开发了具有特色的、适用于流程工业的生产执行系统SMES，该项目得到了国家863计划的大力支持，系统经过不断的完善，于2006年3月形成SMES 2.0，已在中国石化下属9家分公司进行了推广应用。SMES系统在中国石化的成功应用，在炼化企业生产层面建立了统一数据平台和物料平衡系统，构建了生产过程和管理层面的信息集成平台，提升了中国石化生产层面整体信息化水平，同时为企业ERP系统提供了及时、准确、一致的生产动态数据。

中国石化实施SMES之后，大大提升了企业的精细化管理水平，如降低装置加工损失、提高综合商品率、节能降耗等，同时促进了企业ERP系统的深入应用，取得良好的经济效益和社会效益。

五、应用案例-飞翔化工MES

（一）项目背景

飞翔化工(张家港)有限公司是主要生产和经营水溶性高分子及其单体、有机中间体、农用化学品等三大系列产品的高分子化工企业集团。集团总部设在张家港，拥有飞翔股份有限公司、翰普公司、飞翔有限等三家子公司。

公司于2007年实施生产管理系统，已初步将飞翔集团的大部分生产装置的数据、部分能耗数据采集到生产监控中心，同时实现了对现场各生产装置的流程图、主要生产工艺参数的实时/历史趋势和主要生产过程参数以及危险品区域浓度超限报警的实时显示，对批次生产记录等生产过程数据记录实现自动生成，同时结合对全厂各生产区域和控制室的视频图像联网，初步形成了飞翔化工(张家港)有限公司的生产调度指挥平台。推荐精选

随着飞翔化工企业的不断扩大和自动化系统改造的不断进行，原有的生产调度平台已无法满足生产调度的要求。同时飞翔化工对精细化生产提出了更高的要求，不仅要求生产过程记录的规范性、完整性，对设备管理的标准化和生产安全提出了更高的要求，生产系统平台不仅要作为全厂的调度指挥平台，又要成为全厂的信息管理和集成平台。

（二）系统总体方案

MES在整个企业的信息化体系结构中起着承上启下的作用，在系统的下层是生产控制系统，系统的上层则是ERP管理系统，因此联接上下层、优化数据流、集成各类数据、传递生产信息是MES系统所肩负的重要任务。

飞翔化工的MES系统使管理者能最大限度的掌握生产运行中的问题，避免了因信息不畅所产生的信息鸿沟，整个系统由数据采集系统、数据库平台、基础业务平台，以及与外部各系统的接口系统构成，如图4所示。

图4 飞翔化工MES系统结构图

（三）主要功能介绍

飞翔化工MES系统旨在建立以实时数据库为核心的联接DCS控制系统与SAP的ERP系统的生产管理系统。建设全集团--3个下属分公司的完整的生产管理系统，从生产、业务、管理三方面进行平台整合，真正达到管控一体化的建设目标，实现以下功能：推荐精选

1．实时数据监控及危险源报警

实现DCS、现场仪表等系统远程连接，采集来自生产、能源、安全环保等实时数据，通过流程图画面、趋势曲线等方式实时监控生产过程，使企业生产经营管理人员对企业生产过程和状态有全面的掌控；共计16套系统约10000点。对重要生产工艺制表和危险源等进行超限监控，提供声光报警，报警记录存入历史数据库，方便随时查询。

2．SAP数据接口

SAP数据接口程序主要负责MES平台数据与SAP ERP管理软件的数据交互，包括：生产订单计划、实际数据交互，原材料、成品检验计划及结果的交互，原料库存信息的同步。功能包括以下几个方面：

订单计划实际生产数据检验计划检验结果订单计划SAP-MES数据接口实际生产数据检验计划检验结果SAPMES

图5 SAP的ERP与MES信息交互图

3．质量管理

质量管理模块用于定义质量检验标准、对质量检验结果进行记录，品管部门通过质量管理模块，可对原料、中间产品、产成品进行质量检验、记录检验结果并进行质量控制。

4．批次管理

批次管理模块用于管理生产批次信息，包括工序定义、工序投入产出定义以及生产订单信息。生产车间可以通过MES系统在批次管理模块中，查询到计划部下达的生产订单排产计划，并按照计划进行实际生产。生产完毕后，车间在批次管理模块中填报实际生产数据，由MES系统负责返回给SAP。

5．设备管理

设备管理功能及业务流程包括：设备的前期管理、设备的资产管理、设备运行管理、设备的维护管理、设备的工单管理、特种设备的管理备品备件管理等。

6．安全管理

以企业的安全生产管理台帐为基础，对企业的安全生产进行系统化的管理，全面提高公司的安全管理水平。根据公司的生产运营情况建立起公司的安全管理系统。明确企业的安全组织机构，推荐精选

规范企业的安全工作会议、安全培训、安全检查、事故管理等相关事项，加强企业危险源监控、隐患排查、安全实施的登记、劳保用品管理等。推荐精选

（四）实施效果

通过建设飞翔化工(张家港)有限公司MES系统，使用全面、实时、精确的生产数据, 全面反映计划、产品生产过程、原辅材料使用、质量控制、设备运行和检维修、培训、应急事故管理等的生产活动，在统一数据平台上集成质量体系、设备管理、应急事故管理、文档管理、综合查询等MES模块并集成SAP系统的配方及生产作业计划数据，提供SAP系统所需的批次生产数据和产成品检化验数据，为集团及各厂的不同生产管理部门如调度、计划、设备、质检、工艺、能源、生产车间等提供数据查询平台；初步建立起企业管控一体化长效运作机制，加强生产管理及时性、准确性，提高预警预测能力。建设全集团--3个下属分公司的完整的生产管理系统，从生产、业务、管理三方面进行平台整合，真正达到管控一体化的建设目标。

五、MES未来发展趋势

随着信息技术和企业管理思想的进一步发展，MES技术和应用也将会不断前进。从目前的技术现状来看，今后的MES发展将主要体现在以下几方面。

（一）应用范围将不断扩展

从全球范围来看，MES最多的应用在石化和钢铁行业，一是这些行业的信息化基础比较好、经济效益好、改进空间大。做完MES后，效果比较明显。中国最早最多的应用也是如此。如中国石化、中国石油、宝钢集团。

但随着计算机技术、信息技术、自动控制技术的普遍应用，人们对信息化的认识越来越深，其它行业，如化工、建材、冶金、制药、电力等也逐渐认识到MES的重要性，再加上提升企业功作效率、提高企业综合竞争力的需要，许多企业已主动提出来要求上MES系统。

因此，MES必将由大的行业(如石油、钢铁)向其它行业扩展，并逐步发挥其巨大的作用。

（二）功能将越来越专业化

MES包含许多模块，而且针对不行同业，如电力和化工，由于其业务流程差别很大，模块的名称可能一样，但模块的功能可能差别非常大。即使是同是化工行业，石油化工与精细化工又不一样。因此MES功能模块在开发过程中，必须与具体的行业应用紧密结合起来，才有可能真正符合企业的业务管理要求，真正发挥MES的作用。

模块功能越来越专业化，将是MES技术下一步发展的方向。

（三）模块化是快速推广应用重要方式推荐精选

在MES的实施过程中，工作量最大的就是定制开发的问题。许多供应商有比较完备的功能模块，但一到现场应用，这些模块的功能就不能满足客户的要求。而且客户的要求还是随着实施过程的推进，一步一步变化的。因此实施是MES项目中的重要问题。过多的定制开发经常会导致项目延期甚至不好验收。

因此在开发过程中，必须紧密结合现场需要，满足现场应用的要求。而模块化的过程其实也是标准化的过程。只有把模块功能考虑周全了，确实能够满足用户需要，在项目实施过程中，我们才可能尽量减少定制开发量。只需要按进行组态或简单的配置，即可完成实施工作。

成熟、完善的模块化的MES，是快速可靠实施MES项目的重要保障。

（四）数据挖掘是MES深化应用重要发展方向

目前在MES实施项目中，大部分功能集中的数据采集、实时监控、质量管理、设备管理、生产计划、生产调度、能源管理等模块。这些功能的核心在于数据采集和数据的展示和监控。

随着企业的信息化的进程加深，目前企业已经不满足监控功能。许多企业更希望把数据库中存在实时数据和历史数据做进一步的数据挖掘，变成能帮助决策的重要手段。如通过建设设备故障模型，实时监控设备的状态，如果设备有可能出现问题，会提前通知相关人员，要对设备进行预防性维护，它区别于之前的设备出故障后再进行维护的模式。传统的维护方式，属于事后维护，即出现了故障，再维护；而新的维护方式，是保证设备不出故障，即提早发现故障征兆，进行事先处理，进而减少停工时间，提高工作绩效。

其它大量生产数据，也是数据挖掘的重要基础。数据挖掘，将是提高MES功能的重要发展方向。

六、结论

MES在企业综合自动化化中具有不可或缺的作用。但MES也与具体的企业业务相关联。因此要建设好流程企业的MES系统，供应商提供的产品必须能真正反应企业的应用要求，企业也需要根据自己的实际情况，选择合适的产品。MES的产品的专业化、模块化以及对基础数据的深度挖掘将是MES重要的发展方向。

参考文献

[1]王宏安，荣冈、冯梅等.化工生产执行系统[M].北京：化学工业出版社，2007.推荐精选

[2]王华.中国石油MES系统建设和应用进展[R].北京：2010化工与炼油MES过程控制与模拟优化研讨会.

[3]何松伟.飞翔化工MES项目简介[EB/OL].

[4]佚名.中国石化MES系统开发与应用[Z].2006.

/n1180/n1226/n2410/n314319/

[5]邓全亮，邹益仁.基于OPC技术的系统集成[J].计算机应用研究，2005(1).

（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）

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