流程制造行业信息系统

1、流程制造造行业信信息系统统架构一、流程程制造业业信息技技术应用用的重要要性经济全球球化趋势势已经给给各国经经济发展展带来越越来越深深刻的影影响，各各国制造造企业在在世界市市场上进进行着日日益激烈烈和残酷酷的竞争争。剧烈烈的和不不可测的的市场环环境变化化，对制制造企业业的生存存与发展展提出了了严峻的的挑战。在我国国，制造造业是国国民经济济的重要要组成部部分，工工业增加加值占GGDP的的36，位居居世界第第四位，我国已已成为世世界制造造大国，以石油油化工、冶金等等行业为为代表的的流程制制造业在在我国制制造业中中占据了了很大的的比例，是重要要的基础础支柱产产业。同同时，流流程制造造工业是是一个多多品

2、种、多层次次、服务务面广、配套性性强的产产业，与与其他产产业和消消费市场场关系密密切。它它又是资资金密集集和技术术密集的的产业，对国家家经济发发展及军军事保障障都至关关重要。但是长长期以来来，我国国制造业业与发达达国家相相比还存存在着较较大的差差距，突突出的现现象就是是生产制制造损失失大、能能耗高，设备运运转周期期短、维维修费用用高，环环境污染染严重，能源利利用效率率比发达达国家低低近100个百分分点，主主要行业业的产品品能耗同同国际先先进水平平相比，则高出出30左右，这个问问题在流流程制造造业表现现得尤为为突出。面对经经济全球球化这一一机遇和和挑战，我国企企业必须须利用信信息技术术、管理理技

3、术和和自动化化技术加加快改革革步伐，彻底改改变原有有的管理理模式，加强产产品设计计创新能能力，提提高产品品质量，缩短交交货期，降低成成本和改改善服务务，不断断提高自自我适应应能力。因此，基于信信息技术术的先进进管理体体系与制制造技术术成为企企业竞争争的关键键所在，流程制制造业的的信息技技术应用用已经成成为企业业具备国国内国际际竞争力力的不可可或缺的的重要手手段。二、我国流流程制造造业在信信息化建建设进程程中存在在的问题题1、 缺缺少有效效的信息息系统体体系架构构标准或或规划设设计追溯我我国流程程企业的的信息化化发展历历史可以以看出，其信息息化建设设从200世纪880年代代就已经经开始了了，而且

4、且随着信信息技术术的发展展在不断断地进步步，经历历了从单单机管理理、单元元操作，到计算算机集成成制造系系统（CCIMSS）的发发展历程程。但在在此过程程中信息息系统的的体系架架构没有有相对固固定的标标准，传传统的架架构是五五层架构构（监控控层、优优化层、调度层层、管理理层、决决策层），由于于这种划划分层次次的方法法造成许许多信息息系统功功能的交交叉和信信息的不不畅，甚甚至出现现信息阻阻断，因因此给信信息系统统的开发发和实施施带来许许多不便便，影响响了信息息系统在在企业发发展过程程中应起起的重要要作用。2、 不少少企业在在管理和和过程控控制方面面都实施施了相应应的系统统，但大大部分是是“信息孤孤

5、岛”难以进进行有效效的集成成由由于流程程行业的的生产特特点，大大部分流流程企业业都非常常重视过过程控制制方面的的系统建建设，在在重要的的设备、装置上上都实施施了过程程控制系系统PCCS（PProccesss Coortrrol Sysstemm），并并且注重重实时数数据的采采集、存存储及整整理。随随着ERRP（EEnteerprrisee Reesouurcees PPlannninng）登登陆中国国市场和和日渐普普及，流流程制造造业中有有许多企企业也都都实施了了相应的的ERPP系统，在管理理方面得得到了优优化和提提高。目目前，可可以说以以MRPP III、ERRP为代代表的管管理信息息系统，

6、以及以以集散控控制系统统（DCCS）、现场总总线为代代表的自自动化技技术，在在流程制制造行业业已经大大规模应应用。尽尽管这两两类系统统的推广广取得了了一定效效果，但但却忽略略了两者者之间的的有效集集成，导导致企业业上层计计划缺乏乏有效的的实时信信息支持持、下层层控制环环节缺乏乏优化的的调度与与协调。计划层层与车间间执行层层无法进进行良好好的双向向信息流流交互，企业难难以实时时反应，阻碍了了各系统统功能的的正常发发挥，也也无法体体现出信信息系统统的整体体效益。3、 制造造执行系系统没有有得到高高度的重重视并清清晰地体体现在信信息系统统中，不不能作为为综合信信息系统统的有机机组成部部分制造执执行系

7、统统MESS（Maanuffactturiing Exeecuttionn Syysteem）是是流程工工业综合合自动化化的核心心技术，其主要要功能是是负责生生产管理理和调度度执行。在集成成诸如质质量控制制、文档档管理、生产调调度等功功能的基基础上，MESS为控制制包括物物料、设设备、人人员、流流程指令令和设施施在内的的所有工工厂资源源，提供供了一个个统一平平台，对对提高企企业生产产效率、提高产产品质量量、降低低消耗具具有重要要的作用用。MEES在十十几年前前就已诞诞生，目目前在发发达国家家已经普普遍推广广。在我我国，对对MESS的认识识和应用用还处于于刚刚起起步阶段段。随着着通信瓶瓶颈的解解

8、决，EERP可可以通过过MESS直接与与控制系系统交换换实时数数据，实实现操作作运行层层与管理理层的紧紧密集成成。这一一趋势近近年已在在工业发发达国家家凸现，主要的的工业自自动化设设备和系系统供应应商都在在致力于于开发MMES的的软件平平台和系系统支持持服务。反观国国内， ERPP系统与与生产控控制系统统之间一一般还没没有实现现信息集集成，问问题的关关键在于于 MEES在国国内尚未未引起应应有的重重视。因因此，在在流程制制造业的的信息化化建设中中必须注注重制造造执行系系统的应应用，将将其作为为综合信信息系统统的有机机组成部部分。三、流程制制造企业业的特征征及对信信息化的的核心需需求 流程制制造

9、企业业是指通通过物理理反应和和化学反反应使原原材料增增值的行行业，一一般采用用面向库库存的生生产方式式，主要要依靠产产品价格格和质量量开拓市市场。以以石油炼炼化企业业为例，其生产产过程具具有如下下的特点点：生产产过程连连续，加加工能力力强，物物料和能能量的供供给要求求连续、及时、可靠；生产工工艺复杂杂，生产产过程涉涉及多种种化学变变化与物物理变化化，生产产控制技技术要求求高、信信息量大大，故障障诊断和和处理比比较复杂杂；产品品结构复复杂，除除了主产产品外，还会产产生大量量副产品品和中间间产品，产品与与产品之之间的关关联性较较大，一一套生产产装置单单股进料料可以有有多个出出料；基基础自动动化水平

10、平较高，对自动动化的依依赖性比比较强，绝大部部分的物物料变量量依靠仪仪表进行行测量或或通过分分析仪表表间接获获得，少少量人工工计量；生产以以安全、稳定、长周期期、满负负荷、优优质、均均衡、高高产、低低耗和减减少污染染为主要要目标，通过计计划调度度、优化化操作、先进控控制等手手段使过过程实现现优化生生产，以以获得最最大的经经济效益益。针对对炼化企企业的以以上生产产特点，其对信信息化的的核心需需求体现现在各个个层面上上：在生生产计划划方面，需要根根据装置置的生产产能力和和产品需需求，采采用过程程结构和和配方进进行物料料需求计计划。在在调度管管理方面面，要考考虑配方方、产品品混合、物料平平衡、污污染

11、防治治等问题题，需要要进行主主产品、副产品品、协产产品、废废品、成成品、半半成品和和回流物物的管理理。热蒸蒸汽、冷冷却水、压缩空空气以及及水电等等动力能能源辅助助系统的的管理也也对流程程企业的的运行效效益具有有重要的的意义。生产过过程的柔柔性是靠靠改变各各装置间间的物流流分配和和生产装装置的工工作点来来实现的的，必须须由先进进的在线线优化控控制技术术来保证证。质量量管理与与生产过过程监控控系统紧紧密相关关，产品品检验以以采样方方式为主主，采用用统计质质量控制制。因此此，产品品检验必必须与生生产管理理及过程程控制系系统密切切配合。在信息息处理方方面，流流程工业业要求实实时在线线采集大大量的生生产

12、过程程数据、工艺质质量数据据和设备备状态数数据等，要及时时处理大大量的动动态数据据，并以以图表、图形的的形式予予以表示示。在安安全可靠靠性方面面，流程程企业需需要保证证生产的的高效、安全和和稳定运运行，才才能获取取最大的的经济效效益，因因此，安安全可靠靠生产是是流程企企业的首首要任务务。在经经营决策策方面，流程企企业主要要通过稳稳产、高高产、提提高产品品产量和和质量、降低能能耗和原原料、减减少污染染来提高高生产率率，增加加经济效效益。流流程企业业生产过过程的资资本投入入大，因因而更注注重生产产过程中中的资金金流的管管理。在在人的作作用方面面，过程程企业由由于生产产的连续续性，生生产加工工过程自

13、自动化程程度较高高，人的的作用主主要是监监视生产产装置的的运行、调节运运行参数数等，一一般不需需要直接接参与加加工。四、 流流程制造造业信息息系统体体系架构构a) 流流程制造造业信息息系统体体系架构构针对目目前我国国在流程程行业信信息化建建设方面面存在的的问题，根据流流程制造造业的生生产特点点及对信信息化的的核心需需求，流流程制造造业的信信息系统统体系架架构应该该由“ERPP（EIIS）MESSPCSS”三层架架构组成成，见下下图1所所示：图 1 ：流程程制造业业的信息息系统体体系架构构 三层构构构的优优势： （1）更适合合于扁平平化的现现代企业业结构 过去，制造企企业一般般采用传传统的五五层

14、CIIM结构构，虽然然这种体体系框架架在制造造业信息息化发展展进程中中起过很很大的推推动作用用，但随随着研究究与开发发的深入入，在综综合信息息系统的的设计和和应用实实践中遇遇到了较较大问题题。在流流程制造造业的生生产经营营活动中中，除了了底层的的过程控控制和顶顶层的管管理决策策外，中中间层次次是很难难将生产产行为与与管理行行为截然然分开的的。因此此，在牵牵涉到大大量既有有生产性性质又有有管理性性质的信信息时，根据五五层结构构就很难难明确应应该归于于哪一层层次，造造成了企企业综合合信息系系统在开开发过程程中标准准的难以以统一和和概念的的混乱。相比于于传统的的五层结结构，PPCS-MESS-ERR

15、P（EEIS）构成的的三层结结构更符符合现代代企业生生产管理理结构的的“扁平化化”思想，促使管管理以职职能为中中心向以以过程为为中心的的转变，更易于于集成和和实现，进而解解决信息息系统在在经营层层和生产产层之间间脱节的的现状。 （22）信息息流通畅畅 这种种结构信信息流形形式清晰晰，控制制信息自自顶向下下，反馈馈信息自自底向上上。各层层的控制制模块同同时进行行信息处处理，可可以处理理大量的的信息，满足实实时控制制需求。 （33）适用用范围广广 这一一结构将将企业综综合信息息系统分分为考虑虑生产过过程问题题的过程程控制系系统PCCS，考考虑企业业经营管管理问题题的企业业资源计计划ERRP，以以及

16、考虑虑生产与与管理结结合问题题的中间间层制造造执行系系统MEES，使使企业综综合信息息系统中中原本难难以处理理的具有有生产与与管理双双重性质质的信息息问题得得到解决决。 （4）适适应性强强 这种种结构具具有很强强的模块块性，相相对比较较独立，功能模模块之间间界面分分明，可可以分阶阶段实施施，也可可以并行行开发缩缩短实施施周期。同时，这种结结构具有有较好的的可修正正性和扩扩展性，当生产产环境或或目标发发生变化化时，可可以进行行局部修修正的扩扩展。 （5）开发成成本低 MESS广泛采采用分布布式技术术和重构构技术，逻辑严严谨，形形式规范范，容易易建立和和被操作作人员迅迅速掌握握。目前前许多软软件供

17、应应商支持持MESS软件，而且提提供了相相应的接接口或接接口标准准，MEES厂商商在开发发MESS软件时时也比较较注重与与其他应应用系统统的集成成问题，所以在在MESS与管理理系统EERP的的集成时时，开发发费用较较低。 对石油油炼制企企业来说说，对应应于三层层架构的的信息系系统体系系架构如如下图22所示：图 2：石油炼炼制企业业的信息息系统体体系架构构b) 体体系结构构中各部部分的主主要内容容 （11）企业业资源计计划（EERP） 炼化化企业中中ERPP系统主主要包括括人力资资源管理理、财务务管理、采购/物料管管理、生生产计划划、工厂厂设备维维护、质质量管理理、销售售和分销销以及健健康安全全

18、环保管管理等模模块，还还可以由由此出发发建立数数据分析析、数据据仓库等等决策支支持系统统。其作作用主要要是根据据企业的的人、财财、物各各种资源源的状况况和产、供、销销各个环环节的信信息，对对生产进进行合理理有效的的计划、组织，使生产产经营活活动协调调有序地地进行。并由决决策支持持系统根根据企业业内外部部信息对对企业产产品决策策、中长长远目标标、发展展规划和和企业经经营进行行决策。 （22）生产产执行系系统（MMES） MEES主要要对整个个生产过过程进行行动态优优化管理理，从根根本上解解决流程程行业生生产过程程的多变变性和不不确定性性问题。包括生生产计划划与调度度、操作作管理、数据调调理与物物

19、料平衡衡、生产产管理、绩效监监控与绩绩效管理理、储运运管理、实验室室信息管管理等功功能。其其主要作作用是根根据ERRP系统统下达的的计划，通过生生产调度度、生产产统计、成本控控制、物物料平衡衡和能源源管理过过程组织织生产，并将信信息加以以采集、传递和和加工处处理，及及时呈报报ERPP系统。达到实实现ERRP与PPCS间间数据的的连接与与共享，实现生生产全过过程的一一体化，统一计计划与物物流调度度，对现现场的生生产、质质量的控控制与管管理的目目的。 （3）过程控控制系统统（PCCS） PCSS系统包包括整个个炼油工工艺过程程控制和和单体设设备基础础自动化化两个部部分，主主要解决决设备的的自动控控

20、制以保保证生产产过程的的连续平平稳、生生产出合合格产品品，完成成对生产产过程的的监测和和常规控控制，并并根据MMES下下达的生生产指令令进行各各流程的的过程控控制，设设定各种种设备的的具体动动作参数数，进行行各种模模型计算算和控制制计算，以达到到过程优优化操作作、先进进控制、故障诊诊断、过过程仿真真等目的的，同时时收集执执行过程程中的实实际数据据上传MMES和和ERPP系统。c) 各层面面信息系系统之间间的相互互关系 各层面面主要信信息系统统之间的的关系如如下图33所示：图3：各各层面主主要信息息系统之之间的关关系 管理决决策层利利用ERRP进行行企业生生产组织织、生产产管理、经营决决策等方方

21、面的优优化，给给出企业业的产品品策略和和生产计计划，其其中包括括产品种种类、产产品质量量与产量量等，并并将生产产计划、安全环环保质量量要求等等信息传传递给生生产执行行系统MMES。MESS根据企企业的生生产计划划、装置置设备、原油、原材料料等情况况，由生生产调度度模块编编制生产产调度指指令，对对各生产产装置（或单元元）进行行优化计计算，给给出优化化配方或或生产方方案，并并据此制制定操作作指令、控制参参数、加加工方法法等，将将这些信信息传递递给过程程控制系系统执行行实际的的生产过过程。控控制层PPCS按按照优化化的配方方或生产产方案对对底层生生产过程程进行实实时操作作与控制制。同时时，过程程控制

22、系系统采集集生产过过程数据据，再把把生产状状态、测测量数据据、质量量数据、设备状状态等信信息传递递给生产产调度模模块，作作为生产产调度模模块进行行生产绩绩效分析析、资源源状况分分析、质质量分析析的基础础数据，也为调调整生产产经营计计划提供供依据。这样，实际上上是完成成了计划划指令下下达和生生产执行行情况反反馈的闭闭环过程程。 从从数据流流方面看看，各层层次上的的应用系系统存在在业务数数据的传传递关系系，主要要表现为为： （1） 过程控控制层次次主要将将过程控控制中产产生的过过程数据据传递给给生产执执行层的的生产实实时数据据库，并并通过数数据整合合和平衡衡手段，进行相相应的生生产数据据平衡。 （

23、22） 生生产执行行层将相相关生产产计划优优化数据据，平衡衡后的生生产数据据（投入入和产出出），传传递给管管理决策策层。 （3） 在管管理决策策层的EERP系系统中，整合了了企业全全部的核核心业务务数据（从原油油原辅料料采购、库存、生产、质量管管理到销销售分销销）、辅辅助业务务数据（设备检检维修、人力资资源以及及健康安安全与环环保）以以及与此此相关的的财务数数据。并并汇总企企业经营营所需的的各种业业务数据据，形成成决策支支持相关关的数据据信息。五、 EERP与与MESS之间的的关系及及接口 ERPP重点是是面向企企业计划划管理，以订单单和市场场需求为为计划源源头，力力求充分分利用企企业内的的各

24、种资资源、降降低库存存、提高高企业的的整体运运作效率率。而MMES则则主要负负责生产产管理和和调度执执行，可可以说MMES是是在企业业计划管管理和车车间生产产控制之之间架起起一座信信息沟通通和管理理的桥梁梁，借助助这个桥桥梁，企企业将更更容易建建立一个个快速反反映、有有弹性、精细化化、统一一的信息息化制造造环境，帮助企企业提高高产品质质量和环环境，降降低材料料和人力力等资源源的消耗耗。一方方面，MMES可可以对来来自MRRPIII、ERRP软件件的生产产管理信信息进行行细化、分解，将来自自计划层层操作指指令传递递给底层层控制层层；另一一方面，MESS可以采采集设备备、仪表表的状态态数据，以实时

25、时监控底底层设备备的运行行状态，再经过过分析、计算与与处理，从而方方便、可可靠地将将控制系系统与信信息系统统整合在在一起，并将生生产状况况及时反反馈给计计划层。a) EPRR与MEES集成成的优点点 （11） 进进一步改改进现有有的操作作流程，实现企企业管理理层和车车间管理理层一体体化标准准运作，从而更更加有效效地缩短短产品周周期，提提高劳动动生产率率。 （2） 实现公公司内部部信息和和数据的的集中管管理，减减少信息息和数据据内部流流通的时时间。 （3） 增加加系统数数据当日日更新和和管理报报表即时时统计的的功能。 （44） 以以实时数数据为依依据的生生产计划划更加正正确及时时地反映映整个生生

26、产情况况。 （5） 配合供供应链管管理系统统，减少少供应链链成本，增强对对顾客需需求的快快速反应应，优化化客户服服务并提提高公司司的整体体工作效效率。 b) ERPP与MEES之间间的接口口 MEES与EERP之之间的数数据关系系和接口口是比较较复杂的的，不同同的行业业其接口口点也不不尽相同同。一般般制造企企业中，企业资资源计划划（ERRP）系系统需要要MESS提供的的成本、制造周周期和预预计产出出时间等等实时生生产数据据；MEES中进进行生产产调度的的数据来来自ERRP的计计划数据据，以保保证MEES自身身正常运运行。EERP-MMES的的接口数数据包括括： （1） 基本资资料部分分：客户户

27、资料、供应商商、资源源（设备备，人力力）、物物料（产产品）编编码、仓仓库编号号、厂别别，ORRG等； （22） 实实时资料料部分：订单或或生产计计划、工工单、仓仓库物料料存量、成品库库存等。MESS-ERPP的接口口数据包包括：实实际投产产情况（可按订订单，工工单，生生产计划划等方式式统计）、产品品在各工工序（作作业站）之间移移转的资资料（可可以根据据需要）、资源源使用情情况 （生产过过程中使使用的设设备，人人工等）、物料料使用情情况 （可按BBOM与与投产数数量计算算出）、成品入入库数量量、生产产线报废废数量等等。 而而对于流流程制造造行业，ERPP与MEES之间间的接口口与一般般制造业业有

28、许多多不同点点。下面面以石油油炼制行行业为例例，如图图4，说说明ERRP与MMES之之间的数数据关系系和接口口。图4：石石油炼制制行业EERP与与MESS之间的的数据流流及接口口 由于大大部分EERP软软件中生生产计划划模型比比较适用用于离散散型生产产的制造造业，定定义物料料清单和和进行物物料需求求计划是是ERPP生产计计划模型型的关键键功能，而炼油油行业因因其过程程的连续续性和物物料的可可调性，故无法法确定物物料清单单，因而而也无法法准确编编制物料料需求计计划。另另外，由由于生产产工序复复杂，并并非单纯纯地按顺顺序进行行，而是是经常出出现交叉叉，故很很难准确确描述。所以EERP软软件中的的生

29、产计计划模块块对炼油油生产计计划的适适应性不不够理想想，对生生产计划划模块一一般采用用专门针针对于流流程制造造业的包包括由生生产计划划及调度度、油品品移动、排产优优化构成成的完整整的生产产计划系系统。由由此系统统制定出出生产计计划，包包括原油油采购计计划、物物料需求求计划、生产装装置加工工计划、产品产产量计划划等，通通过接口口将数据据传输到到ERPP生产计计划模块块中。EERP生生产计划划模块将将数据信信息传递递到采购购/物料料管理模模块，完完成原油油及原材材料的采采购。 炼化企企业的采采购一般般分为原原油采购购和生产产设备及及其他辅辅助原材材料的采采购。原原油采购购根据企企业生产产计划和和原油罐罐存信息息，制定定原油采采购计划划，并且且确定原原油采购购种类与与数量。然后，它根据据原油采采购计划划和生产产装置能能力，对对原油供供应信息息、供应应商信息息及运输输信息进进行分析析评价，做出原原油选择择决策。在采购购执行过过程中，系统动动态跟踪踪采购原原油供应应情况、原油运