从国外流程工业MES看国内MES的应用与发展加重钻杆

从国外流程工业MES看国内MES的应用与发展

从国外流程工业MES看国内MES的应用与发展 2011年12月04日 来源： 国外流程工业的MES MES属于企业管理应用软件的范围，起源于离散工业，又扩展到流程工业。在离散工业和流程工业，生产管理存在着极大差异。即便是流程工业，也差异不小。例如炼油工业和化工业，虽说像姊妹俩，但炼油却有油品输、转、调和功能模块，而化工则不需要。至于冶金、轻工甚至其他行业，差异就更大了。因此，目前形成了炼油工业、化学工业、医药工业、食品工业、化纤纺织工业、机器制造业、汽车制造业、航空业、造船业、半导体制造业、冶金业、炼铝业等不同行业和领域的MES。在石油、天然气、石油化工领域，装置之间都由配管连接，过程控制非常必要。作为工厂运行信息系统的DCS从20世纪70年代开始普及，较早地实现了过程监控和自动化，但是至今DCS和MES之间的接口还是薄弱环节。在MES中，专门设计了PIMS（工厂信息管理系统）接收DCS实时数据，实现生产绩效管理和运行数据的集成。 对于流程工业，作为填补计划系统和控制系统狭缝的MES的主要功能模块，一般包括短期生产计划，作业排产和调度（APS），过程控制和管理，维护管理，技术信息管理，过程优化控制（APC），提高质量管理功能的LIMS以及与ERP之间的连接。还有流程工业生产的特殊需求，如数据调理和校正、运行数据统计、公用工程平衡管理、设备寿命预测、设备性能计算、罐区管理、罐区平衡、物料平衡等，都作为MES的单一功能模块，并往往集成到MES系统中。 下面列举国外3个针对流程工业，尤其适用于石油化工工业的较为突出和优秀的MES产品方案。 1、Honeywell的MES方案 Honeywell公司其MES产品从20世纪90年代末开始，先由单一的MES功能模块发展到整体解决方案。该产品将经营目标转化为生产操作目标，同时将经过处理验证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三个层次的周期循环。 另外，Honeywell又将其MES解决方案与资产管理解决方案、先进控制与区域优化解决方案、生产信息集成平台等应用套件和信息集成平台整合为协同生产管理解决方案，也可看成是其广义的MES或者是MES功能模块的扩充。 2、ASPEN Tech的MES方案 美国ASPEN Tech公司是化学工业领域著名的流程模拟、先进控制和供应链管理优化软件公司，近几年经过并购和整合，也定位在MES解决方案供应商。它提出了企业运营管理的理念并开发集成了相应的软件产品。把ERP层、MES层和DCS层进行整合，高效地设计、管理和运营制造与供应链的相关业务，即智能工厂解决方案。 3、EMERSON的MES方案 EMERSON公司也是一个国际知名的过程控制和企业管理软件产品制造商，它针对传统的集成方案中用户界面繁杂，系统与系统之间、人与系统之间仍然不能很好的对话和协同等问题，提出了MES的集成指导原则，即注重提高投入产出效率和利润等业务目标，为实现协同工作而进行集成设计，构建标准化、开放性、扩展性、适应性、灵活性、简易性高的技术平台，追求系统的可用性、数据的一致性、安全性和可靠性，降低系统总拥有成本（TCO），保护现有的应用与资源等。 国内的MES进展 尽管在国外MES和ERP的概念同一年提出，但是ERP却比MES的发展势头迅猛。因此，国内尽管关于MES的研究、开发和应用只是近年来的事情，但是与国外的差距并不大。 20世纪90年代初期，中国就开始对MES以及ERP的跟踪研究、宣传或试点，而且曾经提出了“管控一体化”，“人、才、物、产、供、销”等颇具中国特色的CIMS、MES、ERP、SCM等概念，只是总结、归纳、宣传、坚持或者提炼、提升不够，发展势头不快。 中国最早的MES是20世纪80年代宝钢建设初期从SIEMENS公司引进的。1982年开始实施能力为2200万吨的第一冷轧厂，1984年开始实施能力为420万吨的第一热轧厂。MES功能为订单管理、物料管理、生产单元调度、调度管理、生产目标数据管理、生产历史数据管理、物料跟踪、物料分配与调整、质量管理、库存管理、物料装载分发、故障管理、信息管理、报告管理、实绩报表管理。其中热轧厂还增加了运输控制、先进库存管理、进料优化等模块。 中国工业信息化基本上是沿着西方工业国家的轨迹前进，只是慢半拍而已。70～80年代以工厂自动化为主，80～90年代以管理信息化为主。进入21世纪初，仍然以提升工厂自动化水平，普及DCS、SCADA、PLC、FCS和提升管理信息化水平，由开发MIS转向推广普及ERP为主。但是，尽管MES层仍然是断层、残缺环和狭缝，然而，人们对MES的概念、MES在企业信息化中的地位已不陌生，并开始形成共识。 但是，从总体上看，相对于应用来说，仍以研究居多，而且仍处于浅层研究；就产品来讲，自主研发才刚刚开始，尽管有少数国内IT公司一方面模仿国外的模式，同时也总结提炼中国工业企业MES层面的经验，但是仍以实验室产品居多，离商品化还有一段路程；就应用来说，像冶金、石化、烟草、食品等行业虽已有应用，但仍属拓荒者或先行者。 尽管如此，仍然有一批出类拔萃者或佼佼者，下面列举流程工业的两个相对成型、成熟和有规模、有影响、有前途、有希望成大气候的国产MES产品。 首先是和利时公司，它很像Honeywell，一开始做仪表，后来向DCS、PLC和FCS发展，走过了硬件从单机到系统的历程。在搞硬件研究生产的同时，又搞软件，先是过程控制软件，后是管理软件，又走过了由硬件到软件、由企业单层信息系统到集成信息系统的历程。为了满足工业发展需要，它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。 另一个国内知名的产品是浙大中控的ESP-Suite——企业综合自动化整体解决方案。浙大中控也与和利时公司相似，也是由从硬件单机到DCS系统，从硬件系统到软件系统，由DCS层、ERP层到MES层的模式发展起来的。ESP-Suite是面向流程工业企业的综合自动化整体解决方案，包括企业资源规划（ERP）、生产执行系统（MES）和过程控制系统（PCS）三个层次的软件产品、工程与技术服务。ESP-Suite企业综合自动化整体解决方案包括以综合信息集成软件平台（基于关系数据库）和实时监控软件平台（基于实时数据库）为核心的一系列应用软件。 综上所述，国内的一些产品不能说达到炉火纯青的程度，但基本上符合AMR、MESA、ISA提出的主要定义、模型和标准。而且，不管是国内，还是国外，要推进MES的推广和普及，还任重而道远。 MES的发展关键是建模技术 随着因需而变的理念提出，西门子公司为MES指出了一个全新的发展方向，它将MES建立在一种结构（生产建模）之上，通过这种结构，用户可以用层级模型将各种专用产品（组件）协同起来，来描述业务和生产作业。这正是西门子在全面集成自动化中所展示的概念。 近年来，一种新的国际标准正在成为企业的行为规范——控制系统集成规范。这就是国际标准化组织/国际电工委员会的IEC/ISO 62264和美国国家标准组织/美国仪表系统与自动化学会的ANSI/ISA-95，它定义了企业级业务系统与工厂车间级控制系统相集成时所使用的术语和模型。该标准还定义了中间层MES系统应支持的生产作业活动。 很多供应商、用户、顾问都参与了该标准的制定和定义。这就确保了该标准具有坚实的基础以及高度的可用性。该标准目前由三部分组成，其中第3部分定义了MES的作业活动。它着重阐述了与生产、维护及质量等有关的作业活动。通常来说，这些活动都是同等重要的，不过，如果和生产或者生产作业无关的话，可能也就不需要维护作业或质量作业了。 供应链的效率很大程度上受制于业务系统与生产系统的功能集成程度。MES正是以ISA-95为蓝本提供了这种集成，系统集成的低下会导致制造系统效率低、可视性差。 要想真正了解工厂正在执行的情况，需要一个系统，它可以产生可配置的符合需要的生产报告来显示各种KPI。这就必须将过程控制的特定数据与生产相关数据关联起来，如订货排程、批次、人员、物料等，以简化绩效问题分析和识别。MES可以提供生产流程的可见性，以创建改善生产流程的条件，并提高制造系统的效率。 过程控制、MES及ERP之间的完全集成对现代企业的商业运作来说是至关重要的。制造系统是由许多不同的功能相互协同而构成的。制造系统的整体集成可以帮助企业实现一流的运营效率，相反，零散的解决方案将成为车间绩效改善的瓶颈。 软件平台的有效重用是实现节约成本的关键。标准的应用产品通常都是一个庞大的系统，它们包含了很多的功能。但是，当这样的系统面对千变万化的客户需求时，却又往往显得力不从心。因为，这些系统很难摆脱那些已经预先在产品中设置好的执行逻辑。通常情况下，这些预设的执行逻辑是无法根据特定需求进行修改的，随着产品的升级换代和相应应用的不断扩展，这种矛盾就尤为突出。 对于今天的制造业企业来说，拥有高度灵活的因需而变的应用系统是企业在商战中决胜的关键。很显然，应用上述固化的标准系统，是无法满足企业变化需求的。因此，西门子公司提出了一种全新而独特的范例，为制造执行系统的发展开辟了崭新的天地。 从国外的发展趋势看，已经形成了一批MES软件产品和解决方案，出现了一批以MES为核心产品的工业企业管理应用软件公司，而且企业信息技术应用的焦点已经由ERP转向MES，然而MES的标准化仍有大量工作要做。 从国内的发展趋势看，CIMS、MES、ERP等概念都进入中国较早，但只以DCS为代表的底层自动化和以ERP为代表的管理系统普及速度较快，因此，中国工业企业的信息孤岛和缺损环链现象比国外更为突出，也就是对MES层的认识相对落后，但是，确实有一些公司在加快开发中国式的MES产品或应用国外的MES产品，而且势头较好，同时，在认识观念上由关注ERP到关注MES的转变也已开始。 从技术角度看，MES的功能正在向控制层和计划层渗透，三层结构的分工可能更模糊。MES功能中的计划排产与执行调度模块（APS）越发突出和普及，它应是MES的核心。单一功能的MES产品正在向集成的MES和整体解决方案发展。信息技术领域的分布对象技术（CORBA、DCOM等）标准日臻成熟是MES发展和集成的基础。DCS和ERP的普及和提高同样也进一步推动了MES的发展和推广。(end)

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