1、MES與中國(guó)節(jié)能經(jīng)濟(jì) 褚 健863計(jì)劃先進(jìn)制造與自動(dòng)化領(lǐng)域浙江大學(xué) 2019.7.23目 錄一、能源現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)二、MES及其主要貢獻(xiàn) 三、“十五”期間MES取得的成績(jī) 四、今后的展望 能源危機(jī)逼近中國(guó) 1993年開(kāi)始，中國(guó)成為原油凈進(jìn)口國(guó)2000年進(jìn)口石油7000多萬(wàn)噸2019年進(jìn)口原油9000多萬(wàn)噸，依存度達(dá)37，2019年進(jìn)口原油將達(dá)到1億噸以上未來(lái)能源缺口將越來(lái)越大背景能源危機(jī)逼近中國(guó) 世界能源構(gòu)成:原油占39%,煤26% 天然氣23%,核能7%,其它再生能源5% 2019年中國(guó)消耗石油2.4億噸， 占全球總量7（GDP占全球4） 石油占中國(guó)能源消費(fèi)總量24中國(guó)原油加工損失比先進(jìn)國(guó)家

2、多0.51%中國(guó)經(jīng)濟(jì)耗油最多是工業(yè)部門(mén)，占40 第二是運(yùn)輸部門(mén)，占25中國(guó)GDP增長(zhǎng)的代價(jià)2019年中國(guó)單位GDP增長(zhǎng)消耗能源1.6單位（標(biāo)準(zhǔn)煤）2020年中國(guó)GDP達(dá)到5萬(wàn)億美元，原油消耗增長(zhǎng)若也增長(zhǎng)四倍，將達(dá)到10億噸，還有煤、水電、核電等？還有其它原料消耗，不可能！國(guó)家規(guī)劃目標(biāo)：20202050年原油總消耗4.5億噸，其中進(jìn)口2.7，國(guó)產(chǎn)1.8億噸環(huán)境污染重大代價(jià)，全球70來(lái)自制造業(yè)，排放55億噸廢物我國(guó)單位國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值耗能是美國(guó)的1.8倍，是日本的3.2倍若2020年再翻兩番嚴(yán)峻形勢(shì)能源我國(guó)將面臨巨大的能源危機(jī)能源利用率遠(yuǎn)低于國(guó)際平均水平原材料礦產(chǎn)和石油是基礎(chǔ)原材料，嚴(yán)重短缺原材料

3、利用率遠(yuǎn)低于國(guó)際平均水平流程工業(yè)是能源和原材料生產(chǎn)的重要工業(yè) 在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中，化工、冶金和建材三大工業(yè)能耗占全國(guó)總量的40.6% 目前我國(guó)8個(gè)高耗能行業(yè)的單位產(chǎn)品能耗平均比世界先進(jìn)水平高47% 近年來(lái)中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，是因?yàn)槿娉幸u了西方傳統(tǒng)工業(yè)的發(fā)展模式，更是因?yàn)橹袊?guó)對(duì)本土能源的過(guò)度消耗。從1990年到2019年：中國(guó)石油消費(fèi)量增長(zhǎng)100（從1.18億噸到2.35億噸）天然氣增長(zhǎng)92（從114億立方米到277億立方米）鋼增長(zhǎng)143（從0.67億噸到1.63億噸）銅增長(zhǎng)189（從72.9萬(wàn)噸到211萬(wàn)噸）鋁增長(zhǎng)380（從72.4萬(wàn)噸到354.5萬(wàn)噸）鋅增長(zhǎng)311（從36.9萬(wàn)噸到152.3萬(wàn)噸

4、）10種有色金屬增長(zhǎng)276（從217萬(wàn)噸到816萬(wàn)噸）需求分析-本土能源的過(guò)度消耗流程工業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)行業(yè)地位:流程工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位舉足輕重自身特點(diǎn):多變量、強(qiáng)耦合、多約束、多目標(biāo)、 非線性、時(shí)滯、不確定性、干擾、復(fù)雜性發(fā)展方向:大型化、高效化、精確化和綠色化現(xiàn)實(shí)狀況:能耗高、成本高、污染高、 勞動(dòng)生產(chǎn)率低、資源利用率低期望目標(biāo):安全、節(jié)能、降耗、環(huán)保流程工業(yè)的問(wèn)題“三高兩低”能耗高、成本高、污染高、勞動(dòng)生產(chǎn)率低、資源利用率低中國(guó)發(fā)達(dá)國(guó)家能耗130100%勞動(dòng)生產(chǎn)率20%30100%生產(chǎn)成本高出國(guó)外12倍1石化企業(yè)應(yīng)用先進(jìn)控制不到20美國(guó)60在線優(yōu)化增加收益不到1美國(guó)3%5有色金屬采選

5、業(yè)資源利用率不到35%60以上硫利用率(污染)不到5095以上中國(guó)發(fā)布中長(zhǎng)期節(jié)能規(guī)劃201920192020標(biāo)準(zhǔn)煤/萬(wàn)元GDP2.682.251.542019-2020至2020年下降42.3%共節(jié)能4億噸標(biāo)準(zhǔn)煤年均節(jié)能3%，共節(jié)能14億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，相當(dāng)于減少2100萬(wàn)噸二氧化硫的排放量現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)節(jié)能經(jīng)濟(jì)是指在流程工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，圍繞資源、能源的高效利用的目標(biāo)，集成采用生產(chǎn)工藝技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)、優(yōu)化技術(shù)等先進(jìn)制造技術(shù)，達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量、降低物耗與能耗、減少環(huán)境污染之目的，實(shí)現(xiàn)企業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的最優(yōu)化，確?？沙掷m(xù)發(fā)展目 錄一、能源現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)二、MES及其主要貢獻(xiàn) 三、“

6、十五”期間MES取得的成績(jī) 四、今后的展望 圖5是以MES為中心的流程工業(yè)現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。銷售服務(wù)管理供應(yīng)鏈管理產(chǎn)品/工藝設(shè)計(jì)人力資源財(cái)務(wù)管理資產(chǎn)管理質(zhì)量計(jì)劃成本計(jì)劃生產(chǎn)計(jì)劃物料計(jì)劃設(shè)備計(jì)劃質(zhì)量管理動(dòng)態(tài)成本控制作業(yè)調(diào)度物料跟蹤控制與管理設(shè)備維修管理生產(chǎn)過(guò)程管理資源管理在線分配管理生產(chǎn)狀況分析生產(chǎn)文檔管理生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集控制接口與信息界面過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)基礎(chǔ)自動(dòng)化儀表經(jīng)營(yíng)計(jì)劃系統(tǒng)企業(yè)資源計(jì)劃制造執(zhí)行系統(tǒng)過(guò)程控制系統(tǒng)計(jì)劃執(zhí)行控制BPS層MES層PCS層 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)流程企業(yè)典型的以MES為中心的三層兩庫(kù)結(jié)構(gòu)石化企業(yè)物流管理M E S統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)裝置操作數(shù)據(jù)報(bào)表罐區(qū)操作記錄質(zhì)量數(shù)據(jù)計(jì)劃數(shù)據(jù)

7、SAPR/3FISDTDTRMM/MROHRCOPP-PIPMIMISRetailIS-Oil 生產(chǎn)調(diào)度進(jìn)出廠數(shù)據(jù)石化企業(yè)MES生產(chǎn)管理InPlant應(yīng)用MES可獲得的效益美國(guó)ARC公司調(diào)查產(chǎn)品質(zhì)量提高19.2%勞動(dòng)生產(chǎn)率提高13.5產(chǎn)量提高11.5MES：Manufacturing Executive Systeml 優(yōu)化生產(chǎn)調(diào)度，加快在制品庫(kù)存周轉(zhuǎn)l 減少非計(jì)劃生產(chǎn)，降低余材l 提高產(chǎn)品質(zhì)量，大幅增加產(chǎn)品成材率l 提高管理效能，增產(chǎn)減員 例如：轉(zhuǎn)爐優(yōu)化模型在寶鋼股份投入后，在節(jié)省冶煉時(shí)間（每爐節(jié)省1分鐘）、降低石灰、合金的消耗，減少渣中的T.Fe含量、提高鐵合金收得率等方面，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益每

8、年500多萬(wàn)元。冶金MES的效益 將經(jīng)營(yíng)目標(biāo)轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)操作目標(biāo)，通過(guò)反饋執(zhí)行結(jié)果，不斷調(diào)整和優(yōu)化，形成一個(gè)周期性的從生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)到生產(chǎn)運(yùn)行和過(guò)程控制的高效能閉環(huán)系統(tǒng)。例如，茂名石化應(yīng)用MES后，取得顯著經(jīng)濟(jì)效益。 ：加工成本降低1% 輕油收率提高0.5% 油品損耗降低0.2% 能耗降低1% 石化MES的效益一、能源現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)二、MES及其主要貢獻(xiàn) 三、“十五”期間MES取得的成績(jī) 四、今后的展望 “石化工業(yè)MES”取得的主要成果專利、論文、軟件著作權(quán)4 項(xiàng)發(fā)明專利 20 篇論文 （其中10篇被 SCI 、 EI 索引）10項(xiàng)軟件著作權(quán) 項(xiàng)目成果的推廣應(yīng)用（合同額）茂名石化MES系統(tǒng) 750萬(wàn)元

9、 安慶石化MES系統(tǒng) 750萬(wàn)元 荊門(mén)石化MES系統(tǒng) 750萬(wàn)元 濟(jì)南石化MES系統(tǒng) 650萬(wàn)元項(xiàng)目應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益加工成本降低 1% 操作效率提高 1% 輕油收率提高 1% 油品損耗降低 1% 能耗降低 1% 經(jīng)濟(jì)效益估算：1,000萬(wàn)元/年（茂名）已完成的四項(xiàng)主要工作石化工業(yè)MES整體架構(gòu)的研究 關(guān)鍵技術(shù)的研究 模塊化MES軟件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā) 示范工程的實(shí)施 項(xiàng)目的應(yīng)用的效果在線質(zhì)量?jī)?yōu)化控制提高產(chǎn)品質(zhì)量全廠油品移動(dòng)、物料平衡及時(shí)、準(zhǔn)確的生產(chǎn)績(jī)效統(tǒng)計(jì)及時(shí)、優(yōu)化的計(jì)劃和調(diào)度?！耙苯鸸I(yè)MES”取得的主要成果專利、論文、軟件著作權(quán)8 項(xiàng)發(fā)明專利 67 篇論文 （其中31篇被 SCI 、 EI 索

10、引）17 項(xiàng)軟件著作權(quán) 1 項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目成果的推廣應(yīng)用（合同額）上海一鋼公司MES系統(tǒng) 1,556萬(wàn)元 寧波寶新一體化管理系統(tǒng) 1,400萬(wàn)元 吉林通鋼UTSP(MES)系統(tǒng) 855萬(wàn)元 漣鋼冷軋MES系統(tǒng) 610萬(wàn)元上海五鋼信息化工程 2,400萬(wàn)元梅鋼產(chǎn)銷一體化系統(tǒng) 1,850萬(wàn)元項(xiàng)目應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益生產(chǎn)周期 縮短1天成品出廠周期 縮短2天庫(kù)存 降低20%交貨周期 縮短10天能耗 降低5% 貨款回收 提前2天 經(jīng)濟(jì)效益估算：1,000萬(wàn)元/年（一鋼） 已完成的四項(xiàng)主要工作冶金工業(yè)MES整體架構(gòu)的研究 關(guān)鍵技術(shù)的研究 結(jié)構(gòu)化MES軟件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā) 示范工程的實(shí)施 項(xiàng)目的應(yīng)用的效果優(yōu)化生產(chǎn)

11、調(diào)度，加快在制品庫(kù)存 周轉(zhuǎn)減少非計(jì)劃生產(chǎn)，降低余材在線質(zhì)量判定，提高產(chǎn)品質(zhì)量， 大幅增加產(chǎn)品成材率提高管理效能，增產(chǎn)減員MES主要單元技術(shù)的貢獻(xiàn)先進(jìn)控制與優(yōu)化實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與監(jiān)控平臺(tái)數(shù)據(jù)校正與物流跟蹤數(shù)據(jù)挖掘監(jiān)控與在線維護(hù)如：PTA生產(chǎn)過(guò)程先進(jìn)控制與優(yōu)化粗 TA(4-CBA)Air進(jìn)料混合罐氧化反應(yīng)器緩沖罐第三結(jié)晶器第二結(jié)晶器第一結(jié)晶器過(guò)濾機(jī)干燥器AirPXHAc母液催化劑抽出水加氫反應(yīng)器溶劑脫水塔水HAc結(jié)晶干燥PTAPTA生產(chǎn)優(yōu)化控制系統(tǒng)優(yōu)化控制系統(tǒng)效果夏季72小時(shí)裝置產(chǎn)能考核按氧化反應(yīng)器PX消耗量推算增長(zhǎng)2.2%夏季72小時(shí)裝置消耗考核醋酸單耗下降1.23kg/tPTA非夏季裝置產(chǎn)能按氧化反

12、應(yīng)器FIC114推算增長(zhǎng)0.67%72小時(shí)考核關(guān)鍵受控變量波動(dòng)幅度比先控投運(yùn)前降低20%以上產(chǎn)能保持130%的運(yùn)行時(shí)間增加3%實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與監(jiān)控平臺(tái)技術(shù)成果基于微內(nèi)核的多線程體系結(jié)構(gòu)事件驅(qū)動(dòng)的主動(dòng)規(guī)則觸發(fā)和處理基于反饋控制的實(shí)時(shí)消息通信自適應(yīng)的海量數(shù)據(jù)壓縮與解壓SQL實(shí)時(shí)性擴(kuò)展Real-Time SQL 總體性能指標(biāo)與PI、Infoplus相當(dāng)，已有多家成功案例，打破國(guó)外產(chǎn)品的壟斷地位。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)用戶清單中國(guó)石油華北石化公司中國(guó)石化長(zhǎng)嶺分公司中國(guó)石化巴陵石化合成橡膠廠山西天脊煤化工集團(tuán)內(nèi)蒙古蒙華海勃灣發(fā)電有限公司秦皇島發(fā)電有限責(zé)任公司華潤(rùn)登封發(fā)電有限公司野馬寨發(fā)電有限責(zé)任公司山西陽(yáng)泉煤炭集團(tuán)五礦

13、同仁堂科技股份有限公司XX空間攻防狀態(tài)監(jiān)測(cè)航天科技集團(tuán)東方紅衛(wèi)星公司重慶鋼鐵股份有限公司西昌太和鐵礦濟(jì)南鋼鐵股份有限公司揚(yáng)州石化日本電信雪蓮羊絨有限責(zé)任公司秦皇島奧林匹克體育中心中關(guān)村西區(qū)地下空間開(kāi)發(fā)秦皇島廣播電視大廈國(guó)家大劇院（中標(biāo)）。解決了流程工業(yè)企業(yè)物流平衡的一系列問(wèn)題：數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性大大降低了物流的損耗率為企業(yè)的經(jīng)營(yíng)決策和計(jì)劃調(diào)度等應(yīng)用提供了高置信度的數(shù)據(jù)支撐數(shù)據(jù)校正與物流跟蹤技術(shù)應(yīng)用誤差數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)校正數(shù)據(jù)利用$ 效益數(shù)據(jù)校正福建煉化公司應(yīng)用對(duì)象：福建煉化煉油廠全廠主要生產(chǎn)裝置，全廠7個(gè)主要生產(chǎn)裝置，廠區(qū)內(nèi)84個(gè)儲(chǔ)罐，198個(gè)流量及其相關(guān)的溫度、壓力補(bǔ)償，密度，流量積算。DCS數(shù)據(jù)

14、占90%，LAB數(shù)據(jù)占3%，人工數(shù)據(jù)占7%問(wèn)題：裝置眾多，生產(chǎn)信息不夠準(zhǔn)確，影響決策目標(biāo)：對(duì)各項(xiàng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確核算給調(diào)度、計(jì)劃部門(mén)提供準(zhǔn)確的生產(chǎn)信息，為儀表檢修提供建議方法：線性準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)校正算法效果：裝置物料平衡率達(dá)98.5%，數(shù)據(jù)校正結(jié)果與物料平衡數(shù)據(jù)基本一致 年經(jīng)濟(jì)效益 達(dá)1000萬(wàn)元以上對(duì)象：常壓塔的熱裂解裝置問(wèn)題：汽油產(chǎn)量偏低方法：數(shù)據(jù)挖掘診斷結(jié)果：冷卻盤(pán)管的長(zhǎng)度太短效益： 每年增加汽油產(chǎn)量10000噸DistillationTowerCrudeoil inletJet fuelgasolinedieselnaphthaheavy oilasphalt heat 數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用于燃油

15、生產(chǎn)診斷對(duì)象：重整過(guò)程問(wèn)題：產(chǎn)量低方法：數(shù)據(jù)挖掘診斷結(jié)果：進(jìn)料口位置錯(cuò)誤措施：將進(jìn)料口從99層移至111層 效益：產(chǎn)量增加35NaphthainletPlatinum reformingheatbenzeneethylbenzenesolvent oil platinumcatalystDistillationTower數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用于燃油生產(chǎn)診斷一、能源現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)二、MES及其主要貢獻(xiàn) 三、“十五”期間MES取得的成績(jī) 四、今后的展望 “十一五”目標(biāo)“集成創(chuàng)新、系統(tǒng)優(yōu)化”，工藝技術(shù)、裝備技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和信息技術(shù)有機(jī)集成 。研究流程工業(yè)節(jié)能優(yōu)化的MES共性關(guān)鍵技術(shù) 物流和能流的平衡計(jì)算與校

16、正技術(shù) 節(jié)能目標(biāo)下的物流與能流整體優(yōu)化系統(tǒng) 產(chǎn)品質(zhì)量、能耗、物耗、環(huán)保等關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)管理 設(shè)備及過(guò)程健康診斷系統(tǒng)石化、冶金、煤化工、市政等行業(yè)進(jìn)行綜合自動(dòng)化系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用示范綜合能耗指標(biāo)下降2% 面向節(jié)能的MES單元技術(shù)與系統(tǒng) 面向節(jié)能的MES集成技術(shù)與系統(tǒng) 典型行業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng) 在工業(yè)裝備領(lǐng)域MES系統(tǒng) 新的總線技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究、開(kāi)發(fā)的展望冶金、石化大型爐、窯節(jié)能控制與優(yōu)化過(guò)去的標(biāo)準(zhǔn)（現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備）010mA, 420mA, 05V, 15VRS232, 485國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)FF, Profibus, LonWorks, DeviceNet, CAN等存在的問(wèn)題無(wú)法統(tǒng)一，專利壟斷，如GSM/CDMA5.新的總線技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn) 現(xiàn)場(chǎng)控制層網(wǎng)絡(luò)過(guò)程監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò)信息管理層網(wǎng)絡(luò)ERPMESPCS能否用新的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)統(tǒng)一？EPAEthernet for Plant AutomationYES!EPA的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)E網(wǎng)到底，統(tǒng)一數(shù)據(jù)通訊協(xié)議打破以國(guó)外企業(yè)制定協(xié)議或標(biāo)準(zhǔn)的壟斷通用、普及、成本低廉有可能產(chǎn)生工業(yè)控制的一次變革制造成本低開(kāi)發(fā)成本低適用面寬以工業(yè)以太網(wǎng)為研究主體，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互聯(lián)兼