进军主战场，研、学、产三丰收―― 福建炼油化工有限公司CIMS工程

清华大学自动化系教授   徐用懋

清华大学自动化系教授    王  雄

清华大学自动化系副教授  范全义

 

    海上，涛声阵阵，海风徐徐；港口，轮船艘艘，进出繁忙；岸上，塔群林立，机器轰鸣。到了夜晚，更是五彩缤纷，灯火辉煌。这不是海市蜃楼，而是坐落在台湾海峡大陆一侧福建省惠安县境内美丽的湄洲湾的福建炼油化工有限公司。

 

    福建炼油化工有限公司具有得天独厚的海上运输条件，1993年加工能力为250万吨 / 年，现已扩展到400万吨 / 年，是我国东南沿海加工进口原油为主、出口成品油和化工产品、立足国内市场的重要的炼油基地。在满足国内市场需求的同时，建成具有年处理1200万吨原油的世界级的炼油化工企业是公司的战略目标。公司领导层将实现FR-CIMS作为企业发展战略的一项重要组成部分。

    面向国民经济主战场是我们进行科学研究的重要方面。

 

    制造业是国民经济的基础，如何用高技术提高我国制造业的竞争力，促进和带动国民经济跨越式发展是一个非常重要的问题。自动化系提出了以计算机集成制造系统（CIMS，Computer Integrated Manufacturing System）为主题的建议书，被列入了当时八六三计划十五个主题中。多年来，清华人顶“天”立“地”，求实创新，在制造业（主要是离散工业）取得了令世人瞩目的成就。

 

    流程工业企业是对生产过程为连续或半连续的工业企业的统称，是相对于离散工业而言的一大类制造业。

 

    随着我国改革开放的深入发展和加入WTO的临近，工业企业遇到了前所未有的发展机遇，同时也面临着越来越严峻的挑战。

 

    炼油企业是典型的流程工业企业，虽然已取得了很大发展，但与国际先进水平相比还有很大差距。由于原油、成品油市场竞争日趋激烈，随着进口原油加工量逐年增加，生产效益受到国家政策指令及国际原油和产品价格的严重影响，常规的生产管理与控制已很难适应原油品种变化和成品油市场需求的变化，严重限制了市场的竞争能力。

 

     CIMS作为一种高技术，它是集计算机技术、信息技术和自动化技术为一体的综合自动化系统。在流程工业实施CIMS工程，是对流程工业生产过程的物流、生产与经营过程的信息流进行有效的控制和协调、提高产品质量、增加产品产量、减低生产成本、增强企业的竞争能力的重要途径。

 

    因此，进军主战场，在流程工业实施CIMS工程，理论结合实际，提高我们的科研水平、提高我们培养学生特别是研究生的质量，同时为我国的国民经济作出力所能及的贡献是我们义不容辞的选择。

    自1993年元月起，清华大学和福建炼化公司一道历时半年多广泛调研了国内外炼油企业实现CIMS状况，本着全面规划、切实可行、分期实施、逐步受益的指导思想，为福建炼化公司作了CIMS的总体规划，并于1994年1月，按总体规划的设计思想完成了高水平、高起点的福建炼化公司FR-CIMS总体设计。采取一次规划设计，分期实施的原则，95年 ~ 97年实施FR-CIMS一期工程，97年12月 ~ 99年实施FR-CIMS二期工程，共投入资金2900多万元。其中一期工程主要以硬件环境及软件平台建设为主，以生产计划调度为突破口；二期工程以生产为主线，以信息高度集成为特征，以生产经营系统为重点，规范业务管理流程，反映企业的整体运营状况，提高企业现代化管理水平为目标。

     FR-CIMS工程的实施策略为：自上而下规划，自下而上实施，坚持以生产为主线，滚动开发的原则。确定以硬件环境及软件平台建设为主，完成了计算机网络系统和全公司主干网系统、关系数据库系统和实时数据库系统，建立了公司范围内的信息集成环境；以生产计划调度为突破口，完成了基于炼油过程仿真的优化生产计划/调度系统开发及应用；完成了常减压装置、催化裂化装置的先进控制系统开发；完成物资管理系统的和质量管理系统软件的开发和应用。一期工程取得了明显的效益。97年12月通过了国家“863/CIMS”专家组的验收和中石化集团公司的技术鉴定，获得国家科技部《一九九七年度CIMS应用领先企业》奖。并荣获了集团公司98年度科技进步二等奖。

    在一期工程进行的同时，我们就着手准备二期工程的规划，使整个系统以生产为主线，又力求不受现有生产管理模式约束。具有良好的开放性、可扩展性。

 

    二期工程的主要特点是实现信息的高度集成，以生产为主线组织信息，各子系统的宏观信息通过生产综合信息集成系统集成起来实现各种信息共享，供领导和各职能部门查询；全公司具备办公自动化的基本条件，实现无纸化办公；信息管理系统覆盖全公司主要职能部门；实现常减压装置的异常操作预警提示辅助分析。

 

     按照总体规划和总体设计、分期实施的原则，FR-CIMS工程已经实现了预期的工作目标。FR-CIMS工程的建立使公司的生产、经营等信息高度集成，企业生产经营管理更趋于合理，企业各部门的物流、信息流、价值流相互集合成不可分离的有机体。经过五年多的努力，基本上已形成了以财务为核心，将设备管理、物资供应管理中的维修计划、采购计划、资金计划等有机的结合，形成一个相互关联、相互约束的物资设备管理系统；以财务为核心将销售、储运自动化监控、计量管理系统有机结合起来，实现了从生产计划、销售计划、合同管理、客户资金状况、定量装油、市场分析统计等有机结合的营销管理体系；以生产计划调度系统、质量管理系统、操作参数平稳率统计分析系统及全厂装置物流数据校正系统、装置先进控制系统为核心构架了一个公司生产指挥管理及量化考核系统，为科学管理、指挥生产奠定了坚实的基础；以办公信息和宏观生产综合信息为基础，建立了反映企业整体运营状况的信息集成系统，为公司领导及时了解上级、国家、相关系统的政策方针及本企业的标志性运行参数，提高决策的科学性提供有力的帮助；基本上实现了办公自动化。

 

    二期工程完成之后，FR-CIMS呈现出鲜明突出的总体形象和特点。

     FR－CIMS的功能层次结构是在Purdue CIMS参考模型的基础上，结合福建炼油化工有限公司的实际情况确定的。它分为五个层次和两个支持系统：第一层为DCS系统，第二层为过程监控系统，第三层为生产计划调度层，第四层为管理信息系统，第五层为经营决策系统；两个支持系统分别是数据库系统和计算机网络系统。

 

    从总体上看，FR－CIMS集多种高新技术为一体，并根据大型连续过程的特点，构成了有别于离散工业又符合福建炼油化工有限公司生产过程实际情况的、以生产为主线的、力求打破现有生产管理模式的CIMS层次结构模型。整个系统具有良好的开放性、可扩展性。

     FR-CIMS 从总体规划、总体设计到各阶段的主攻方向无不体现了以满足生产急需又具有经济效益这一主线。集中体现在以下三个方面：

 

（1） 统一生产指挥系统的基本数据源，整体优化生产指挥系统

 

     在 FR-CIMS工程建设中选择了对企业指导生产急需的、又具有经济效益的“基于过程模拟的计算机辅助计划/调度系统”为突破口。购买了英国KBC公司的Petrofine流程模拟软件，开发出适合我公司实际情况的“基于炼油过程仿真的优化生产计划/调度系统开发及应用”，统一了生产指挥系统的基本数据源，使个部门站在同一数据源平台上说话，整体优化生产指挥系统，取得了明显的经济效益。

 

（2） 开发了多个子系统，促进公司的生产管理

 

   FR-CIMS工程为促进全公司的生产管理，在管理上要效益，先后开发了多个子系统，将生产、产品质量、原油库存、成品油装车、装船等生产过程动态信息有机的结合起来供公司领导和各职能部门查询，有利地促进了公司的全面生产管理，收效明显。

 

（3） 推广监控层的先进控制技术的应用，向技术进步要效益

 

    推广和应用先进控制技术，向技术进步要效益。我们先后实施了重整装置先进控制系统开发、常减压装置先进控制系统开发、气分和MTBE装置先进控制系统开发及7万吨/年聚丙烯装置先进控制系统开发，装置投入先进控制运行后取得了显著的经济效益。

    FR-CIMS工程的建立基本上实现了物流、信息流和价值流的有机集成，使企业各部门的物流、信息流、价值流集合得更加密切。

 

    信息集成是综合自动化的核心，而数据库管理系统则是信息集成的基础，由于流程工业的特点，有大量的反映生产过程状态的实时测量的数据需要处理、管理和有效地应用，因此实时数据库管理系统是采用实时数据对生产过程的监督控制，生产状态分析、评价的基础。因而流程工业信息集成环境中需要同时设置关系数据库和实时数据库系统，作为整个系统信息的集散地。这两个数据库既可独立地操作，又可协同动作，及时并行或交叉地处理来自全厂的各种信息，真正做到信息集成与共享。

 

    信息的挖掘和增值目的是充分地、有效地利用信息 。

 

    操作参数统计分析系统借助FR-CIMS的网络和数据库资源优势，根据生产的实际需要，按班、日、月对重要的操作参数进行统计分析，计算其均值、方差、偏差分布及不合格点数，用于综合描述、评价生产过程的操作状态和质量水平等，使重要管理人员以及生产操作人员借助这一工具，了解装置的运行状况，评判比较各个班组的操作水平，并作为定量考核车间和班组的依据。

 

    多元统计过程控制（MSPC）利用主元分析（PCA）、部分最小二乘（PLS）等多元统计投影方法，对存在多个相关变量的生产过程进行监控、分析的技术。多元统计过程监控（MSPM）是MSPC领域的主要研究方向之一，在炼油生产过程中建立MSPM系统，根据不同的监控目标确定反映生产工况不同方面的过程变量组合（即MSPM位号集），建立相应的PCA、PLS等多元统计模型，并通过采集实时数据在线形成多元统计过程控制图（MSPC图），对生产工况是否异常起到实时监控、予警作用，对异常原因的分析起到指导作用。

 

    生产综合信息集成系统是CIMS环境下企业信息集成的重要内容。FR-CIMS工程中的“生产综合信息集成系统”集成了财务宏观信息、营销宏观信息、生产计划调度信息、油品罐区信息、设备管理信息、工程项目进展情况、环保指标信息等信息并以表格和统计图的方式显示这些宏观综合信息，为企业领导提供决策依据，提高了企业的科学管理水平。

     生产经营决策是企业生产经营活动中的重要内容，传统的生产管理模式处于经验决策，具有较大的随意性，而科学的决策支持则是企业经营成败的关键。

 

    成本效益分析是指对企业生产经营活动应用财务分析方法进行分析评价，得到全企业综合经济指标的过程。在炼油企业综合自动化中，成本效益分析是炼油企业生产管理中的重要环节，也是炼油企业生产经营决策中的必需步骤。

 

     成本效益分析以企业获得最大利润为目标，对企业生产经营进行成本／效益分析，并在此基础上进行生产方案的盈亏分析，为企业领导提供实际生产经营过程和生产计划的经济指标，以提高企业决策水平，增强企业在市场中的竞争能力。

 

     盈亏平衡分析对于原油采购，控制成本，提高经济效益具有重要的参考价值，是制定合理生产计划时的重要环节，对于控制生产成本，扩大利润，从而保证利润目标的实现，指导全公司的生产经营，具有十分重要的意义。

 

    FR-CIMS工程使管理人员树立科学管理的理念，在观念上认同现代企业管理思想。FR-CIMS系统的投用，形成了从原油采购Û原油库存预测Û生产计划/调度Û产品质量Û成品油库存预测Û营销管理的供应链信息系统，初步规范了企业内部业务管理流程。 1999年，在增加了原油加工量，减少冗余人员400多人的情况下，仍然保持了生产平稳。

     我们清华大学是FR-CIMS工程的技术依托单位、设计者和开发者。这是一项面向国民经济主战场的重要的科研任务，从一开始就得到了校、系领导的大力支持。派出了跨学科的老中青相结合的科研队伍，校内包括了自动化系、网络中心；系内以过程控制工程研究所为主，包括了系统工程研究所、检测与电子技术研究所；技术人员有教授、副教授、高级工程师、工程师、研究生。

 

    在实际工作中，我们这支队伍不仅在内部分工负责、团结协作，而且与厂方的工程技术人员密切合作，与兄弟院校的师生友好相处，赢得了广泛的赞誉。

 

    FR-CIMS的实践提高了我们的科研水平，发表了几十篇高水平的论文；先后共有45名研究生参与了这项科研，其中 6名博士生、39名硕士生，他们在实践中学习、锻炼、提高，表现和发挥了出色的聪明才智，是我们这支队伍的生力军；2000年7月27日中国石化集团公司主持召开了《福建炼油化工有限公司CIMS二期工程》技术鉴定会。鉴定委员会听取了项目的工作、技术等有关报告，现场考察了系统的应用情况，经委员会认真讨论，给予了较高的评价，认为“该项目立项起点高，在CIMS思想的指导下，遵循全面规划、分步实施、效益驱动的原则，融合了多种高新技术，取得了明显的经济效益和社会效益”，“整体水平在国内炼油化工行业处于领先地位，其中多元统计过程监控等技术，达到了同行业国际先进水平”。