MES系统生产排产模块结构与功能探讨
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作者:王晨阳
[摘 要]MES生产排产模块是炼化企业MES系统的子模块，能够根据上级下达的生产计划，制订对应的生产方案，规定合理的生产工艺流程和合格的质量标准，在先进计划系统模型的优化下，制订符合实际生产的可执行计划。基于此，本文阐述了炼化企业生产排产模块软件结构与功能，旨在为相关研究提供参考。
[关键词]MES系统;生产排产;生产运行
doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2020.20.030
[中图分类号]F270.7;TP315 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194（2020）20-00-02
0 引 言
炼化企业MES系统生产排产模块的主要功能是优化生产方案，合理安排生产管理，使生产运行更稳定、更高效。利用企业信息化和MES系统其他功能模块提供的生产数据和信息，能够为炼化企业生产运行决策提供及时准确的信息，全面提升企业生产调度的管理水平和工作效率。
1 软件结构
生产排产模块从功能上看由8个功能模块构成，软件结构从组成上看由数据层、应用层和表现层3层结构组成。其中，数据层是生产排产模块、PB模块及LIMS系统的接口，该接口能够获取物料信息、侧线物料信息、产品质量分析以及储运车间储罐最新动态数据。应用层指由存储生产数据组成的数据库及各功能模块，根据APS系统生成的装置优化模型。模块从PHD获取生产数据后按照事先配制好的算法自动优化计算，是整个软件系统最重要的层次。表现层是产品优化与排产结果的输出窗口，把生产排产优化结果展现给用户查看。
2 软件功能八大子模块
2.1 工厂模型维护
工厂模型维护子模块能够根据实际生产情况和产品质量要求，将生产装置模型数据化，同时简化储运车间的储罐结构。根据炼化企业原油评价信息、一次加工能力、二次加工能力制订相应维护方案。工厂模型维护需要提供各装置设备信息、工艺流程信息、原油评价信息、装置之间管道节点信息、塔器出入口物料信息等详细数据。
2.1.1 项目建立与删除
炼化企业可以根据实际业务需求、分工管理或其他应用需求建立不同的项目，每个项目的优化模型相对独立。工厂模型维护子模块采用B/S结构，生产调度人员可以通过浏览器访问系统。工厂模型维护从创建模型项目开始，用户可以在其中创建新项目或删除现有项目。
2.1.2 模型导出与导入
①模型数据的导入/导出：模型的基本信息和相关物理数据信息，是以zip格式文件导入并保存在SQL Server数据库中，或者以zip文件格式导出。②流程图的导入/导出：模型流程图以vsd格式通过Visio软件输入并保存到服务器中，或者通过服务器中输出的zip文件解压后找到对应的vsd文件。
2.1.3 建立图形化的优化模型
使用Microsoft Visio的专用流程图绘制工具，通过拖放各类设备模具图形，可以绘制工厂的生产装置并定义其装置属性，建立图形化的优化模型。油品调和装置由多股物料混合成一股出料，分流器是一进多出装置，所有物流具有同样的物性和组成，分离器将一股进料分割成几股出料，每股出料包含进料的一种特定组分。分馏塔将一股物料分成多股出料，每股出料是进料组分中提取一种新组分，如蒸馏装置。蒸馏装置将不同类型的原油分馏出不同切割组分，如石脑油、煤油、柴油等。
2.1.4 模型参数定义
用户可以通过浏览器登录系统，并通过系统页面的下拉菜单进入各类基础数据配置页面，对已建立的优化模型中的装置逐一进行数据配置。这些基础数据包括：物料类参数、设备设计类参数、设备加工方案类参数。要根据实际生产方案，配置不同的模型优化算法。在常减压装置中需要配置航煤生产方案和-35号柴油方案;催化裂化装置配置0号柴油、-10号柴油、-20号柴油生产方案。每个生产方案都要根据实际情况，配置详细的工艺参数和质量控制指标。
2.2 动态数据更新
储运车间各储罐的当前物料罐存及油品调合的当前物料特性是生产排产模块运行的主要数据依据。为了更新这些动态数据，在生产排产模块中要设计数据导入接口。程序可以使用系统提供的模板进行数据采集，在模板中使用预先设计好的程序将此数据表转换成可以导入系统的文件格式，把生产数据批量导入数据库中。用户也可以通过浏览器进入系统，然后通过当前库存数据录入界面，进行物料移动订单配置，人工录入数据。
2.3 约束条件维护
约束条件维护子模块的功能为批量导入设备检维修及物料路径选择数据和单独数据录入，通过修改各项生产排产的客观条件，制订符合实际需求的生产排产计划，具体功能如下。
2.3.1 设备检修计划维护
要使用浏览器登录系统，在装置维护订单配置页面，更新和维护装置维护计划。输入的数据包括生产装置检修和维修停工情况，生产装置检修和维修起始时间和终止时间，以自动消减停工期间的排产。
2.3.2 生产优先次序设定
在制订生产计划时，通常需要确定各操作的优先级，以减少浪费并降低生产成本。在加工裝置中，为了减少设备准备、启动、切换和开关等动作发生的频率，多数情况下需要设定装置、储罐操作的顺序。同时也要考虑原材料的性质和加工方案的整合等，设定供给的优先顺序，根据需求紧急程度和对运输的影响决定供料顺序。为了解决这些问题，用户可以在系统中，配置装置的出入口数据，为每个边界设备配置优先级权重参数，同时还要配置原料供应和产品输出的优先级。 2.3.3 生产限制条件维护
在生产过程中，某储罐收料后，只有在质量检验结果出来或储罐静止脱水后，才能送料。基于此，炼油企业在生产限制条件维护页面输入端口配置延迟参数模型设置延迟。此外，当罐内材料库存超过上、下限时，有可能造成生产事故。储罐不仅要有设计能力，还要配置安全上、下限。在生产限制条件维护页面，通过配置模型的最大罐存（上限）和最低罐存（下限）参数设置安全存储容量。
2.4 生产调度模块具体功能
2.4.1 调度排产周期设定
相关人员可以批量导入生产排产调度周期，或者通过IE浏览器访问系统，进入排产调度周期数据配置界面，设定调度周期。
2.4.2 生成路径优化方案
用户首先配置路径优化，应用程序将自动进行目标函数优化运算，运算结果为用户提供多套可供选择路径的生产优化方案。
2.4.3 物料性质优化方案
性质优化的目标函数和路径优化的目标函数类似，目的是实现效益以及效率的最大化。但在性质优化的目标函数中，要用质量变量表示而不是用路径变量表示效率和效益。与路径优化相同，当用户运行性质优化后，系统将自动进行目标函数运算，运算结果将为用户提供性质优化后的调度方案。
2.5 人工调整
如果生成的生产方案未达到最大效率，或者系统无法生成合理且实用的生产优化方案，则当前的方案存在不合理的约束条件。此时，用户可以使用上述数据配置方法，手动修改限制和加工方案等数据，减少对生产运转的限制，再次执行最优化处理直到得到最佳调度方案。
2.6 结果确认
结果确认子模块为生产运行管理人员提供生产排产分析确认功能，确认后将生产排产的结果保存在数据库中。
2.6.1 甘特图分析
甘特图分析在当前生产排产模块中使用最广泛，也是最直观显示排产结果的分析工具。甘特图可以显示所有生产物料循环数据、加工方案的详情、储运车间储罐库存量变化、各装置中间罐的变化、各生产装置测线性质和流量的变化。
2.6.2 趋势图分析
趋势图分析主要是为各储罐提供一种直观的变化趋势，允许选择不同的储罐罐存变化比较和分析罐存趋势，并为最终确定生产计划方案提供参考。
2.6.3 移动汇总分析
移动汇总分析显示了各装置之间互供料移动的路径、流量变化，可以显示不同时间段内各装置进料或送料的流量。
2.6.4 指令汇总分析
与移动汇总界面类似，指令汇总界面也以表格形式显示了与甘特图界面相同的信息。不同之處在于，指令汇总界面显示了装置采用的详细操作模式下的时间周期以及期间加工物料的流量。指令汇总分析显示各装置使用的操作时间段以及该时间段内处理的物料流量变化，通过指令汇总分析中的数据变化能够发现各装置之间互供料是否存在不匹配和瓶颈问题。
2.6.5 惩罚值汇总分析
生产运行人员可以根据惩罚值汇总分析提示信息找到制约生产的问题，从而采取相应的措施进行改进，保证生产顺利进行。
2.7 结果发布
该模块通过MES系统WPKS平台以网页模式发布生产排产结果，以帮助企业各部门管理人员掌握生产情况，所有授权用户都可以登录WPKS平台了解自己负责的相关信息，各生产车间的负责人根据发布的生产排产结果制订本车间的生产方案。
2.8 生产方案研究
生产排产模块可根据现有的生产方案、罐存、市场需求等约束条件，确定各种加工方案的可行性。为了消除生产瓶颈，该模块可以通过调整模型的约束条件或建立新的生产模型模拟企业改造项目，如生产设备改造、技术条件改造等。然后应用系统生成的新方案，并与原方案进行比较，评价模拟改造项目的改进效果，为企业决策提供科学依据。
3 结 语
生产排产模块实现了与先进计划系统、物料平衡模块、储运车间油品调和系统、LIMS系统的高度集成，利用MES系统提供的实时生产数据，保证生产排产数据的及时性和可靠性。优化生产和调度方案，合理安排原油进厂和加工、罐区储存、产品出厂等，提高生产运行人员的工作效率。
主要参考文献
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[3]李坤.基于MES系统的企业信息化系统的集成[J].中国科技信息，2015（4）：66-67，40.
[收稿日期]2020-09-03
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