流程工業(yè)CIMS管理模式與集成技術-PPT課件

1、MES與中國節(jié)能經濟 褚 健863計劃先進制造與自動化領域浙江大學 2019.7.23目 錄一、能源現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢二、MES及其主要貢獻 三、“十五”期間MES取得的成績 四、今后的展望 能源危機逼近中國 1993年開始，中國成為原油凈進口國2000年進口石油7000多萬噸2019年進口原油9000多萬噸，依存度達37，2019年進口原油將達到1億噸以上未來能源缺口將越來越大背景能源危機逼近中國 世界能源構成:原油占39%,煤26% 天然氣23%,核能7%,其它再生能源5% 2019年中國消耗石油2.4億噸， 占全球總量7（GDP占全球4） 石油占中國能源消費總量24中國原油加工損失比先進國家

2、多0.51%中國經濟耗油最多是工業(yè)部門，占40 第二是運輸部門，占25中國GDP增長的代價2019年中國單位GDP增長消耗能源1.6單位（標準煤）2020年中國GDP達到5萬億美元，原油消耗增長若也增長四倍，將達到10億噸，還有煤、水電、核電等？還有其它原料消耗，不可能！國家規(guī)劃目標：20202050年原油總消耗4.5億噸，其中進口2.7，國產1.8億噸環(huán)境污染重大代價，全球70來自制造業(yè)，排放55億噸廢物我國單位國民經濟生產總值耗能是美國的1.8倍，是日本的3.2倍若2020年再翻兩番嚴峻形勢能源我國將面臨巨大的能源危機能源利用率遠低于國際平均水平原材料礦產和石油是基礎原材料，嚴重短缺原材料

3、利用率遠低于國際平均水平流程工業(yè)是能源和原材料生產的重要工業(yè) 在產業(yè)領域中，化工、冶金和建材三大工業(yè)能耗占全國總量的40.6% 目前我國8個高耗能行業(yè)的單位產品能耗平均比世界先進水平高47% 近年來中國經濟的高速增長，是因為全面承襲了西方傳統(tǒng)工業(yè)的發(fā)展模式，更是因為中國對本土能源的過度消耗。從1990年到2019年：中國石油消費量增長100（從1.18億噸到2.35億噸）天然氣增長92（從114億立方米到277億立方米）鋼增長143（從0.67億噸到1.63億噸）銅增長189（從72.9萬噸到211萬噸）鋁增長380（從72.4萬噸到354.5萬噸）鋅增長311（從36.9萬噸到152.3萬噸

4、）10種有色金屬增長276（從217萬噸到816萬噸）需求分析-本土能源的過度消耗流程工業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢行業(yè)地位:流程工業(yè)在國民經濟中的地位舉足輕重自身特點:多變量、強耦合、多約束、多目標、 非線性、時滯、不確定性、干擾、復雜性發(fā)展方向:大型化、高效化、精確化和綠色化現(xiàn)實狀況:能耗高、成本高、污染高、 勞動生產率低、資源利用率低期望目標:安全、節(jié)能、降耗、環(huán)保流程工業(yè)的問題“三高兩低”能耗高、成本高、污染高、勞動生產率低、資源利用率低中國發(fā)達國家能耗130100%勞動生產率20%30100%生產成本高出國外12倍1石化企業(yè)應用先進控制不到20美國60在線優(yōu)化增加收益不到1美國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以上中國發(fā)布中長期節(jié)能規(guī)劃201920192020標準煤/萬元GDP2.682.251.542019-2020至2020年下降42.3%共節(jié)能4億噸標準煤年均節(jié)能3%，共節(jié)能14億噸標準煤，相當于減少2100萬噸二氧化硫的排放量現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢節(jié)能經濟是指在流程工業(yè)生產過程中，圍繞資源、能源的高效利用的目標，集成采用生產工藝技術、自動化技術、信息技術、優(yōu)化技術等先進制造技術，達到提高產品質量和產量、降低物耗與能耗、減少環(huán)境污染之目的，實現(xiàn)企業(yè)綜合經濟技術指標的最優(yōu)化，確?？沙掷m(xù)發(fā)展目 錄一、能源現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢二、MES及其主要貢獻 三、“

6、十五”期間MES取得的成績 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)的體系結構。銷售服務管理供應鏈管理產品/工藝設計人力資源財務管理資產管理質量計劃成本計劃生產計劃物料計劃設備計劃質量管理動態(tài)成本控制作業(yè)調度物料跟蹤控制與管理設備維修管理生產過程管理資源管理在線分配管理生產狀況分析生產文檔管理生產數據采集控制接口與信息界面過程自動化系統(tǒng)基礎自動化儀表經營計劃系統(tǒng)企業(yè)資源計劃制造執(zhí)行系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)計劃執(zhí)行控制BPS層MES層PCS層 關系數據庫實時數據庫流程企業(yè)典型的以MES為中心的三層兩庫結構石化企業(yè)物流管理M E S統(tǒng)計數據裝置操作數據報表罐區(qū)操作記錄質量數據計劃數據

7、SAPR/3FISDTDTRMM/MROHRCOPP-PIPMIMISRetailIS-Oil 生產調度進出廠數據石化企業(yè)MES生產管理InPlant應用MES可獲得的效益美國ARC公司調查產品質量提高19.2%勞動生產率提高13.5產量提高11.5MES：Manufacturing Executive Systeml 優(yōu)化生產調度，加快在制品庫存周轉l 減少非計劃生產，降低余材l 提高產品質量，大幅增加產品成材率l 提高管理效能，增產減員 例如：轉爐優(yōu)化模型在寶鋼股份投入后，在節(jié)省冶煉時間（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，產生經濟效益每

8、年500多萬元。冶金MES的效益 將經營目標轉化成生產操作目標，通過反饋執(zhí)行結果，不斷調整和優(yōu)化，形成一個周期性的從生產經營到生產運行和過程控制的高效能閉環(huán)系統(tǒng)。例如，茂名石化應用MES后，取得顯著經濟效益。 ：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)展趨勢二、MES及其主要貢獻 三、“十五”期間MES取得的成績 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4 項發(fā)明專利 20 篇論文 （其中10篇被 SCI 、 EI 索引）10項軟件著作權 項目成果的推廣應用（合同額）茂名石化MES系統(tǒng) 750萬元

9、 安慶石化MES系統(tǒng) 750萬元 荊門石化MES系統(tǒng) 750萬元 濟南石化MES系統(tǒng) 650萬元項目應用的經濟效益加工成本降低 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% 經濟效益估算：1,000萬元/年（茂名）已完成的四項主要工作石化工業(yè)MES整體架構的研究 關鍵技術的研究 模塊化MES軟件產品的設計、開發(fā) 示范工程的實施 項目的應用的效果在線質量優(yōu)化控制提高產品質量全廠油品移動、物料平衡及時、準確的生產績效統(tǒng)計及時、優(yōu)化的計劃和調度?！耙苯鸸I(yè)MES”取得的主要成果專利、論文、軟件著作權8 項發(fā)明專利 67 篇論文 （其中31篇被 SCI 、 EI 索

10、引）17 項軟件著作權 1 項國家標準項目成果的推廣應用（合同額）上海一鋼公司MES系統(tǒng) 1,556萬元 寧波寶新一體化管理系統(tǒng) 1,400萬元 吉林通鋼UTSP(MES)系統(tǒng) 855萬元 漣鋼冷軋MES系統(tǒng) 610萬元上海五鋼信息化工程 2,400萬元梅鋼產銷一體化系統(tǒng) 1,850萬元項目應用的經濟效益生產周期 縮短1天成品出廠周期 縮短2天庫存 降低20%交貨周期 縮短10天能耗 降低5% 貨款回收 提前2天 經濟效益估算：1,000萬元/年（一鋼） 已完成的四項主要工作冶金工業(yè)MES整體架構的研究 關鍵技術的研究 結構化MES軟件產品的設計、開發(fā) 示范工程的實施 項目的應用的效果優(yōu)化生產

11、調度，加快在制品庫存 周轉減少非計劃生產，降低余材在線質量判定，提高產品質量， 大幅增加產品成材率提高管理效能，增產減員MES主要單元技術的貢獻先進控制與優(yōu)化實時數據庫與監(jiān)控平臺數據校正與物流跟蹤數據挖掘監(jiān)控與在線維護如：PTA生產過程先進控制與優(yōu)化粗 TA(4-CBA)Air進料混合罐氧化反應器緩沖罐第三結晶器第二結晶器第一結晶器過濾機干燥器AirPXHAc母液催化劑抽出水加氫反應器溶劑脫水塔水HAc結晶干燥PTAPTA生產優(yōu)化控制系統(tǒng)優(yōu)化控制系統(tǒng)效果夏季72小時裝置產能考核按氧化反應器PX消耗量推算增長2.2%夏季72小時裝置消耗考核醋酸單耗下降1.23kg/tPTA非夏季裝置產能按氧化反

12、應器FIC114推算增長0.67%72小時考核關鍵受控變量波動幅度比先控投運前降低20%以上產能保持130%的運行時間增加3%實時數據庫與監(jiān)控平臺技術成果基于微內核的多線程體系結構事件驅動的主動規(guī)則觸發(fā)和處理基于反饋控制的實時消息通信自適應的海量數據壓縮與解壓SQL實時性擴展Real-Time SQL 總體性能指標與PI、Infoplus相當，已有多家成功案例，打破國外產品的壟斷地位。實時數據庫用戶清單中國石油華北石化公司中國石化長嶺分公司中國石化巴陵石化合成橡膠廠山西天脊煤化工集團內蒙古蒙華海勃灣發(fā)電有限公司秦皇島發(fā)電有限責任公司華潤登封發(fā)電有限公司野馬寨發(fā)電有限責任公司山西陽泉煤炭集團五礦

13、同仁堂科技股份有限公司XX空間攻防狀態(tài)監(jiān)測航天科技集團東方紅衛(wèi)星公司重慶鋼鐵股份有限公司西昌太和鐵礦濟南鋼鐵股份有限公司揚州石化日本電信雪蓮羊絨有限責任公司秦皇島奧林匹克體育中心中關村西區(qū)地下空間開發(fā)秦皇島廣播電視大廈國家大劇院（中標）。解決了流程工業(yè)企業(yè)物流平衡的一系列問題：數據的準確性和一致性大大降低了物流的損耗率為企業(yè)的經營決策和計劃調度等應用提供了高置信度的數據支撐數據校正與物流跟蹤技術應用誤差數據數據校正數據利用$ 效益數據校正福建煉化公司應用對象：福建煉化煉油廠全廠主要生產裝置，全廠7個主要生產裝置，廠區(qū)內84個儲罐，198個流量及其相關的溫度、壓力補償，密度，流量積算。DCS數據

14、占90%，LAB數據占3%，人工數據占7%問題：裝置眾多，生產信息不夠準確，影響決策目標：對各項生產數據進行準確核算給調度、計劃部門提供準確的生產信息，為儀表檢修提供建議方法：線性準穩(wěn)態(tài)數據校正算法效果：裝置物料平衡率達98.5%，數據校正結果與物料平衡數據基本一致 年經濟效益 達1000萬元以上對象：常壓塔的熱裂解裝置問題：汽油產量偏低方法：數據挖掘診斷結果：冷卻盤管的長度太短效益： 每年增加汽油產量10000噸DistillationTowerCrudeoil inletJet fuelgasolinedieselnaphthaheavy oilasphalt heat 數據挖掘應用于燃油

15、生產診斷對象：重整過程問題：產量低方法：數據挖掘診斷結果：進料口位置錯誤措施：將進料口從99層移至111層 效益：產量增加35NaphthainletPlatinum reformingheatbenzeneethylbenzenesolvent oil platinumcatalystDistillationTower數據挖掘應用于燃油生產診斷一、能源現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢二、MES及其主要貢獻 三、“十五”期間MES取得的成績 四、今后的展望 “十一五”目標“集成創(chuàng)新、系統(tǒng)優(yōu)化”，工藝技術、裝備技術、自動化技術和信息技術有機集成 。研究流程工業(yè)節(jié)能優(yōu)化的MES共性關鍵技術 物流和能流的平衡計算與校

16、正技術 節(jié)能目標下的物流與能流整體優(yōu)化系統(tǒng) 產品質量、能耗、物耗、環(huán)保等關鍵績效指標管理 設備及過程健康診斷系統(tǒng)石化、冶金、煤化工、市政等行業(yè)進行綜合自動化系統(tǒng)研發(fā)與應用示范綜合能耗指標下降2% 面向節(jié)能的MES單元技術與系統(tǒng) 面向節(jié)能的MES集成技術與系統(tǒng) 典型行業(yè)綜合自動化系統(tǒng) 在工業(yè)裝備領域MES系統(tǒng) 新的總線技術與標準研究、開發(fā)的展望冶金、石化大型爐、窯節(jié)能控制與優(yōu)化過去的標準（現(xiàn)場設備）010mA, 420mA, 05V, 15VRS232, 485國際標準FF, Profibus, LonWorks, DeviceNet, CAN等存在的問題無法統(tǒng)一，專利壟斷，如GSM/CDMA5.新的總線技術與標準 現(xiàn)場控制層網絡過程監(jiān)控層網絡信息管理層網絡ERPMESPCS能否用新的標準來統(tǒng)一？EPAEthernet for Plant AutomationYES!EPA的特點實現(xiàn)E網到底，統(tǒng)一數據通訊協(xié)議打破以國外企業(yè)制定協(xié)議或標準的壟斷通用、普及、成本低廉有可能產生工業(yè)控制的一次變革制造成本低開發(fā)成本低適用面寬以工業(yè)以太網為研究主體，實現(xiàn)現(xiàn)場設備互聯(lián)兼