面向石油装备制造的MES应用与探讨

２０１４年第４２卷第１０期石油机械ＣＨＩＮＡＰＥＴＲＯＬＥＵＭＭＡＣＨＩＮＥＲＹ

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面向石油装备制造的ＭＥＳ应用与探讨张晗亮罗超秦莲香（中国石油天然气集团公司装备制造分公司）

摘要：介绍了中国石油装备制造业务及ＭＥｓ建设情况，阐述了ＭＥｓ系统架构、车间级ＭＥｓ和总部级ＭＥＳ的功能，以连续型的钢管生产为例对ＭＥＳ的应用效果进行分析。分析结果表明，应用ＭＥｓ可实现各类生产数据实时采集及信息共享，优化生产流程和工艺，提高生产效率、质量管理水平和设备管理水平，降低生产运行成本。今后将进行ＭＥｓ与ＥＲＰ、ＰＤＭ等系统的深度集成，并通过物联网、云计算和大数据等新技术的应用，为企业生产经营搭建资源共享的大数据平台和统一完整的智能化工厂信息平台，使企业资源配置管理、产品研发设计和生产制造执行通过信息系统统一协调，为实现资源配置最优化、生产过程柔性化和加工手段自动化的现代智能制造提供支持，逐步建成数字化工厂。关键词：石油装备制造；ＭＥｓ；数据采集；信息共享；生产流程；生产工艺；优化中图分类号：Ｃ９３１．６文献标识码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｉ．ｉｓｓｎ．１００１—４５７８．２０１４．１０．００１

ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＭＥＳｉｎＰｅｔｒｏｌｅｕｍ

ＥｑｕｉｐｍｅｎｔＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ

０引言近年来，信息化特别是信息化与工业化的融合在装备制造企业日常业务管理中的作用越来越重要，各类信息系统陆续得到应用，ＥＲＰ系统迅速普及，可编程控制器ＰＬＣ得到大量应用。生产执行系统（ＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｘｅｃｕｔｉ０１１Ｓｙｓｔｅｍ，ＭＥＳ）由美国ＡＭＲ公司在１９９０年提出，被定义为“位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之问的面向车问层的管理信息系统”，由此形成了计划层、执行层和控制层的３层企业集成模型＿１Ｊ，为装备制造

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万方数据石油机械２０１４年第４２卷第１０期

企业信息化建设顶层设计提供了依据。伴随着信息技术的发展，装备制造的业务呈现２个发展趋势：①依托数字化、网络化，实现生产过程和经营过程各环节的集中计划、监控、管理和协调；②依托模型化、智能化，对生产过程、经营过程以及战略决策进行模拟和调整。２００７年，美国钢铁技术公司首先在冷轧钢、钢管和热轧等生产线上实施了ＭＥｓ，对车问现场产品生产、计划执行、工人和设备使用情况实现实时准确的了解，进行现场高效精细化管理。２０１０年，美国卡特彼勒公司实现了ＭＥｓ与设计和ＥＲＰ的应用集成，打通了从设计到现场生产之问的环节，突破了企业在车问生产管理上的瓶颈。公司通过加强管控一体化，严格控制单位生产能耗，同时应用虚拟技术，缩短产品的开发周期，降低成本，优化产品设计质量，进而达到提高生产效率的目的。１中国石油装备制造业务及ＭＥＳ建设情况中国石油天然气集团公司装备制造业务包括直属的装备制造生产型企业——宝鸡石油机械有限责任公司、宝鸡石油钢管有限责任公司、济柴动力总厂、渤海石油装备制造有限公司和直属的装备贸易型企业——中国石油技术开发公司，以及其他业务下装备制造企业，在总部设有装备制造分公司负责整个业务的管理。生产业务类型分为钢管、钢丝绳等冶金产品生产的连续型和钻机、发动机、抽油机等机械产品生产的离散型。当前，中国石油装备业务总体发展较好，具有一定规模，已成为集团式专业化公司，但生产运行管理应根据集团公司发展需要进行调整，实现生产运行的精细化管理。目前亟待解决的问题包括：生产现场不透明、信息共享不足，质量监控、分析滞后，生产、质量管理及绩效统计效率较低等。基于中国石油装备制造业务现状，结合国内外装备制造实践和信息化技术发展趋势，为了提高生产效率、产品质量和整体管理水平，中国石油集团决定实施装备制造ＭＥｓ系统，由总部信息管理部门和业务管理部门装备制造分公司共同组织，于２０１１年９月启动建设。实施对象为４家直属生产型装备制造企业和中国石油集团总部装备制造分公司。为了保证项目管理的规范性、一致性，尽快显现阶段性成果，确定了先试点、再推广的实施策略，并分别建立连续型和离散型实施模板。试点项目选择了直属企业的３家单位，于２０１２年８月上线。２０１２年１０月启动推广建设，第１批推广单位９个月上线，第２批６个月上线，第３批７个月上线，所有ＭＥｓ实施单位均取得了较好的应用效果。

２系统架构及功能２．１系统架构ＭＥｓ的总体架构分为车间级ＭＥｓ和总部级ＭＥＳ２部分，见图１。车问级ＭＥＳ分为４层，包括９个模块，服务于生产现场。总部级ＭＥＳ分为３层，包括４个模块，服务于集团总部和企业总部。

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万方数据２０１４年第４２卷第１０期张晗亮等：面向石油装备制造的ＭＥｓ应用与探讨方式，减少操作人员工作量，降低错误率，提高工作效率和质量。（６）质量控制管理。对现场产品质量数据进行采集、记录，实现对产品、零件质量状态的全程跟踪，及时反映生产现场的产品质量情况。（７）作业计划管理。通过ＥＲＰ接口或手工录入方式制订详细生产计划，对离散型生产的详细生产计划分解到工序，指导生产派工；对连续型生产的详细生产计划计为日生产计划，实现对生产计划的优化。（８）生产调度管理。对生产过程中出现的各种问题进行响应、分析，使车问人员可以实时得到生产数据并及时处理生产问题。（９）绩效统计与分析。对车问、生产线的关键指标进行分析，包括生产、设备、质量和工时的统计分析，并提供各种分析图形、报表，提高生产管理人员的决策能力。车间级ＭＥＳ生产跟踪界面及现场监控界面如图２所示。

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（１）生产业务管理。面向总部生产业务管理工作，提供计划、生产、质量、设备数据报表生成和综合查询等功能。（２）现场监控。通过ｗｅｂ方式，使总部管理人员能够实时查看下属单位的设备运行状态、运行参数，了解各生产线在线物料分布信息、加工岗位的相关信息等。（３）综合展示平台。以图形化方式展示整个装备业务以及企业的关键指标，并提供多维度的分析，为总部提供决策支持，如图３所示。ｚ一…ａ】■■■■■■■—■—墨基一Ｅ—璺一ｌ

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图３总部级ＭＥＳ综合展示界面Ｆｉｇ．３ＧｅｎｅｒａｌｄｉｓｐｌａｙｉｎｔｅｒｆａｃｅｏｆＨＱ—ｌｅｖｅｌＭＥｓ

３应用效果分析以连续型的钢管生产为例对ＭＥｓ的应用效果进行分析。３．１提高生产管理水平（１）通过可视化管理提高生产效率。ＭＥｓ系统通过对钢管自动编号，实现钢管加工信息的全程跟踪和管理，梳理、优化了钢管生产流程，强化了对特殊流程的管理，实现了生产管理的规范化，降低了流程差错率。同时，通过对生产过程的实时分析统计，发现生产瓶颈工序，及时调整工序配置，提高工序保障能力和生产效率，如大大缩短钢管开垛时问租发动机生产周期等。（２）提高制造工艺技术水平。应用ＭＥｓ可实现大量历史工艺数据的自动采集与积累，工艺技术人员可以据此分析原材料指标、加工参数、产品性能之间的关系，优化制造工艺，进而开发新工艺，促进工艺技术的进步，如大大提高钢管焊缝一次性通过率和成品一次性通过率；并且应用时问越长，积累的数据越丰富，将形成有效的专家系统，工艺改进效果将更加明显。（３）通过生产物料跟踪实现最优管理。ＭＥＳ的应用实现了从原料投料环节到生产、检验环节的全

万方数据石油机械２０１４年第４２卷第１０期过程物料跟踪，保证了投料的准确性和生产过程物料投入的可控性，提高了物料的利用效率，如大大提高螺旋焊管生产的定尺率，减少发动机机体库存。（４）绩效实时统计，减少人力资源投入。ＭＥｓ可提高车问生产信息的实时获取能力，实现车问绩效的实时统计，使生产数据的统计频度可以从月提升到随时，加强了车间各类考核，取消了现场统计人员，减少了车问人力资源投入。３．２提高质量管理水平（１）强化过程质量控制。通过钢管管号与质量信息的自动关联和钢管质量的自动判定，对所有检出的缺陷进行闭环管理，各工序均可通过系统看到产品的质量状态，并及时处理工序缺陷。缺陷没有得到处理的产品在系统中无法通过成品检验，避免缺陷产品出厂造成质量事故。（２）加强工序质量预警。通过底层数据采集，在ＭＥｓ系统中实现了对主要加工设备的运行状态和相关参数的监控功能。当岗位参数与工艺偏离时，将生成的报警信息自动传送到本岗位和相关岗位，并得到及时处理，避免了批量缺陷的产生，减小钢管的质量波动，从而提高钢管的合格率。（３）增强质量追溯能力。ＭＥｓ系统可实现关键加工和检验工序的自动采集和与钢管管号的自动关联，可以更全面准确地收集钢管加工过程工艺参数、检验过程数据和操作人员等相关信息，便于快捷、准确地进行钢管加工全过程质量追溯，为管道完整性管理提供更详细的基础信息。（４）完善质量管理手段。通过ＭＥｓ系统中的质量报表和质量综合查询等信息，可以对各个岗位质量判定情况和缺陷信息进行查询，对批量钢管的质量信息进行统计过程控制分析，为进一步强化质量管理提供数据支撑。３．３提高设备管理水平（１）提高设备检修的针对性。应用ＭＥｓ系统可实现设备运行状态监控。通过分析设备非正常停机记录和检修过程记录，确定故障点、发生频率、停机时问等设备运行状态信息，加强日常检修和设备改造的计划性和针对性，降低检修和改造费用，同时降低故障率，缩短生产停滞和等待时问。（２）提高设备能耗管理水平。通过对生产线主要耗能设备电力消耗情况的实时监测，优化设备运行模式，最大程度缩短设备空运转时问，提高设备运行效率，降低单位产品能量消耗水平。ＭＥｓ上线前、后某钢管和发动机生产管理水平如表１所示。表１ＭＥＳ上线前、后某钢管和发动机生产管理水平Ｔａｂｌｅ１Ｍａｎｕｆａｃｔｕｌ＾ｉｎｇａｎｄｌｎａｎａｇｅｌｎｅｌｌｔｌｅｖｅｌｏｆａｃｅｌ＾ｔａｉｎ

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４结束语经过３年的建设，中国石油装备制造ＭＥｓ系统已基本完成。应用结果表明，ＭＥＳ可实现各类生产数据实时采集及信息共享，优化生产流程和生产工艺，提高生产效率和质量管理水平，降低生产运行成本，提高精细化管理水平，达到了预期效果。今后将进行ＭＥＳ与ＥＲＰ、ＰＤＭ（产品数据管理）等系统的进一步深度集成，并通过物联网、云计算和大数据等新技术的应用，为企业生产经营搭建资源共享的大数据平台和统一完整的智能化工厂信息平台，使企业资源配置管理、产品研发设计和生产制造执行通过信息系统统一协调起来，为实现资源配置最优化、生产过程柔性化和加工手段自动化的现代智能制造提供支持，逐步建成数字化工厂，走内涵式发展的转型升级道路。