【牛工厂】基于信息集成的石油化工企业管理研究宝钢集团上海一钢公司整体产销系统

    作者于2002年12月参加了在人民大会堂举行的中国机械工程学会年会，席间全国政协副主席宋健同志指出：“信息技术已经或正在把几乎所有的传统工业从机械化提升到自动化。设计、制造和运销管理都正在实现自动化、智能化、信息化，由计算机控制的机械和生产线代替或减少了劳动者的工作量，提高了效率。计算机虚拟技术的应用加速了产品的设计和生产过程，提高了产品质量和可靠性，降低了成本。”石油化工行业是中国国民经济的支柱行业。作为传统工业之一的石油化工企业碰到的问题和困难，在于不能在激烈的市场竞争中提供质优价廉的适销对路产品，这说明要解决目前石油化工企业的困难，不仅要依靠现代化的科技、人才和管理，而且实现信息化也已成为亟待解决的问题。

    近几年，信息技术在石油化工行业应用已有了很大的进展，CIPS等思想和技术得到企业广泛认识，其应用意义和价值也被逐步得到认同，实施和加快石油化工企业信息化进程。

1 中国石油化工企业信息化建设现状及分析

    传统制造技术和电子信息技术相结合所形成的先进制造技术是发展制造业的基础，中国信息化应用经过近20年的发展，已从简单的信息集成发展到过程集成和企业集成，信息化被赋予了更广阔的内涵和更高层次的意义，迫切需要集现代信息技术与现代管理技术于一体的新型管理模式。
    20世纪80年代中期以来，一些石油化工企业采用管控一体化思想来指导企业信息技术应用工作，取得了良好的效益。进入90年代，在“效益驱动、总体规划、重点突破、分布实施及推广应用”的方针指导下，中国率先在部分较先进的企业中逐步采用先进自控技术，着重解决产品设计及经营中的信息集成，提高了企业的技术管理层次，为传统企业的技术改造及发挥技术改造效益起到一定的牵引、导向作用。像一些大中型石化、炼化和化纤公司针对各自的实际情况开始逐步建设和实施信息石油化工工程，开发和采用了以生产经营和生产调度为主的管理信息系统，以优化生产经营和优化生产过程为主要目标，综合利用线性规划、流程模拟等技术，优化生产计划，优化生产调度和操作条件。

    尽管中国石油化工企业实施信息化取得了一定的进步，但由于认识和技术等因素的限制，石油化工企业信息化应用到目前为止仍处于相对初级阶段，信息集成尚限于企业内部并主要集中在生产过程和生产管理信息集成范围。就网络与数据库两大支撑技术而言，网络应用离高性能、高可靠性、高安全性、可缩放、智能化、集成服务等差距很大，数据仓库、数据挖掘、知识发现、异构数据库集成技术等研究刚刚起步；有关供应链管理、柔性敏捷制造等未曾涉及，随着流程型企业中DCS等过程控制系统、数据采集系统、管理信息系统以及市场信息等企业内外部信息的不断应用，从而导致信息孤岛的形成。总的来说，中国石油化工企业信息化建设过程面临以下主要问题：

    （1）决策的信息主要来源于分管部门内部，横向信息交流不畅

    中国大部分石油化工企业是按计划经济模式建设起来的大中型企业，长期在计划经济体制下运行，缺乏竞争，信息化管理是按职能分工归口管理，纵向的信息流为主。决策的信息主要来源于分管部门内部，横向信息交流不畅。先进的信息技术和过程系统技术是就应用而应用，没有和现代企业制度、企业重组或改革紧密结合起来。

    （2）忽视了与外部信息的共享和集成

    大多数石油化工企业将信息化优化目标放在生产过程自动化，或者管理信息系统上，做得好的能将二者有效集成，但忽视了与外部信息的共享和集成，未能借助Internet的力量有效建设网站，实现电子商务或者市场信息的有效发布和收集，内、外部的信息集成出现脱节。

    （3）人员素质普遍不能适应信息化的要求

    石油化工企业的信息工作队伍存在着人员匮乏、青黄不接、人员结构不合理、人员素质及业务水平有待提高的问题，急需按信息管理不同层次合理配备充实专业的信息人员，并加强业务培训工作，尤其是企业领导层的素质和观念急需改变，因为对技术革新和采用先进技术的需求往往从生产车间自下而上提出来，越往上越淡化。例如CIPS在功能上可以有效运转，但越往上层越是仅当作信息查询工具，甚至弃之不用，使企业决策还不是信息综合集成的结果，仍是主观判断的结果。

    （4）在公司信息基础设施建设上，“重硬，轻软”

    我国石油化工企业大多数在信息化建设上，重技术硬件，轻信息资源开发。由于缺乏市场营销、人员、资金、管理等软件技术模型，石油化工企业对市场变化的响应迟钝，原材料价格波动决定企业盈亏的现象不在少数。

    （5）信息管理部门分割相互隔离、封闭，各行其是

    公司没有一个集中统一、全面全权管理公司信息、工作的部门。公司信息管理制度、标准、规范、立法不健全；硬、软件配置集中统一控制不严，存在重复引进及多套不同标准、规范并存的情况。必须及早采取相互融合的管理，以减少人力、物力、资金上的浪费。

2 中国石油化工企业现有信息化体系结构模型

    石油化工企业是中国国民经济的支柱产业，具有规模庞大、连续生产的特点，是典型的过程工业。在石油化工过程工业中，技术、管理等的信息综合集成代表当今的先进经营思想，CIPS工程（computer integrated processing system）的实施是实现先进生产思想的标志，是过程工业实现信息化、传统工业实现现代化生产的必经之路。随着信息技术和先进生产技术的发展与应用，石油化工企业实施CIPS呈现出良好的发展机遇和强大的生命力。发达国家的大型石油化工公司几乎都处在实施CIPS的不同阶段。自20世纪90年代以来，中国许多大中型石油化工企业针对各自的实际情况开始逐步建设和实施CIPS工程，初步实现了生产和管理信息的共享和集成。石油化工企业CIPS主要特点是实现企业生产、管理、经营全程价值链的综合集成，建立供应、生产、销售供应链管理体系，实现物流、能流、决策流、资金流、信息流等价值流的适时融合，各种价值流过程以数据的采集、存储、加工、处理及传输抽象出的信息为核心，将技术、产品、市场、管理、人员通过信息平台有机结合形成一个整体系统。

    现有可供借鉴的体系有欧共体ESPRIT和CIM/OSA体系结构、普渡大学的体系结构、美国SME的圆轮结构以及清华大学自动化系提出的四维体系结构。归结起来，典型的石油化工生产过程的CIPS分层功能体系结构一般如表1所示。

表1 CIPS分层功能体系结构表

    （1）决策或经营层

    分析市场变化，如原料价格、供需情况、产品销售、储存及交通运输、用户对产品性能的要求及利润变化等，应用投入产出优化模型，制定生产经营决策及主计划。

    （2）管理层

    根据公司生产计划、原料供应、产品销售及利润，结合生产过程数据利用相应的数学模型，组织生产和优化计划管理，并完成后勤、维修、财务及销售的管理。

    （3）优化层

    根据公司上层管理信息进行优化调度和优化操作。根据公司生产指令，对各分厂生产任务进行优化调度，并实施优化控制。

    （4）监控层

    主要通过系统丰富的过程控制软件（如常规控制及先进控制软件），实现生产过程监控及优化控制。借助自诊断系统及诊断专家系统，确定系统及生产过程的故障及其原因，并对可能出现的故障及时采取保护措施。

    （5）基础层

    由现场仪表、执行器及特殊仪表组成，实现对生产设备各工艺参数的检测或实时控制，要求基础层检测数据准确，实时控制稳定、可靠。

    以上5个层次中，上3层属管理信息系统，下2层为生产自动化系统，各层通过网络联系，汇集成业务信息主流由下而上、控制决策信息由上而下的有机结合的大系统。

    目前，CIPS基本上可归结为信息技术在过程工业中的综合应用，还处于信息集成阶段，而且信息集成主要局限在企业内部，局限在过程系统的运行阶段，还没有到过程集成阶段。在国内CIPS还处于起步阶段，投入的人力、物力和财力还相当欠缺。由于缺乏深入研究，在实施CIPS过程中尚存在一些片面甚至错误的认识。

1 引 言

    宝钢集团上海第一钢铁有限公司是一个有着60多年历史的老企业，1998年进入宝钢集团。根据宝钢集团的钢铁发展规划，一钢公司将建成为我国的不锈钢精品基地。

    引进先进的生产线和先进的生产工艺，是一钢公司具备成为精品基地的硬件基础。但如何引进先进的管理理念和管理手段，使之与相应的工艺和设备相适应， 以生产出高质量的产品， 满足市场要求，使企业获得最大效益，成为一钢公司面临的主要问题。在以“信息化带动现代化” 的理念指导下，建立了产销系统。最终实现整体产销系统与产线同步投运，取得国内制造业信息化的新突破。产销系统建成后，实现企业生产经营管理的信息化，在此基础上，一钢公司进行管理创新和系统创新，取得在成本、质量、服务、反应速度和技术创新等关键绩效上的突破性进步。

2 系统概述

    1）系统平台架构

    一钢公司计算机系统整体方案示意图，如图1所示。

图1 系统平台架构

    一钢整体产销系统集成ERP与MES的功能，打破L3，L4从物理平台上分开的传统观念，避免二者之间繁重的数据交换。在硬件设备选型以及系统软件配置上，充分考虑开发性和可拓展性，打破大型企业信息管理系统对专有IT技术的依赖。

    主机系统采用惠普公司新近推出的具有业界最为强大处理能力和扩展空间的高端UNIX服务器——SuperDome。其独一无二的硬件分区技术， 使用户可根据自身的业务需求，灵活多样的规划系统架构。管理机集群架构的应用，以及集群内各主机节点高度耦合与资源共享的优势，使得应用功能及应用负荷在管理机层面的分布更加趋于合理和高效。

    成熟的Oracle数据库管理软件，采用并行方式，数据库驻留在共享磁盘上，松散耦合中的所有计算机均能同时对同一份数据库映象进行数据存储操作，并且通过并行缓冲和分布式锁管理加快各节点之间数据交互，协调各个计算机节点之间的冲突处理。共享映象的数据库管理方式，实现双机备份，自动切换，以达到不间断运行的效果。

    BEA Tuxedo中间件的应用，屏蔽了硬件、操作系统、网络和数据库，在安全性、扩展性、可用性、互联性、交易完整性等方面都进行完善的考虑。中间件的数据库访问调度功能，实现负载均衡。

    2）产销系统功能定位

    一钢信息化系统功能架构，如图2所示。

图2 一钢信息化系统功能架构

    整体产销系统不仅实现了销售管理、财务管理、质量控制、生产管理等公司级管理的功能，也实现了计划编制、在线调整等现场管理功能。如图2所示，产销系统与各级过程控制机直接相连，下达计划、收集实绩，指导现场生产。支撑电子商务系统的运作，拓广企业的市场。为数据仓库提供基础数据，以实现各层面的决策支持。此外，产销系统还与公司事务管理以及生产支持系统进行实时通信，获取采购、设备、能源、人力成本等信息，实现整个公司从采购到销售管理的闭环。

    产销系统的投运，是一钢信息化的起点，采购系统的前端、销售管理的后端可延伸到供应链管理，通过网络，一钢公司的数据可直接传输至宝钢集团数据中心，为一体化运作提供了系统支持。

    3）产销系统主要功能

    ①销售管理

    a）用户管理中的模块采用用户编码为惟一标识，建立统一、集中、规范的用户基本资料档案，以支持订货、资金货款管理、MICLINE 体系及出厂发货、财务结算开票等作业；b）资源管理管理期货资源和现货资源；c）合同管理中合同接受及变更作业，合同下发、合同跟踪及售后服务、价格管理；d）货款管理收取用户的货款，进行款项分配，据分配金额、计息日期和付款基准日自动计算折扣，并生成电子账务信息。

    ②质量管理

    a）产品规范管理其内容包括品名、标准、牌号、表面特性、用户的特殊要求等等，规范其书写格式；b）冶金规范管理一套贯穿产品制造与销售的神经网络，简称MIC SYSTEM，包括冶金规范数据库和冶金规范摘要；c）检化验数据管理对所有产品，在任何一条机组下达取样指令，取样指令不仅规定了有关取样的位置、数量频度等指示，也给出了实验的内容、方法等要求。质量判定以及质保书制作。

    ③生产管理

    a）合同管理接受销售管理系统下达的已经生效的用户订货合同，进行流程设计、质量设计、生产设计。根据机组产能计算计划日期，并进行工序能力和物料能力的平衡，控制生产经过的每一工序的投料量；b）计划管理包括季度生产计划管理、月度生产计划管理、周间生产计划管理和资源计划管理。排定钢区作业计划、出钢计划、热轧轧制计划，并开发一体化计划，实现DHCR 管理；c）存货管理实时收集过程机的生产信息，并根据生产实际情况更新合同、计划、质量的相应参数。形成财务凭证，实现物流、信息流、资金流三者的同步与统一。

    ④财务管理

    a）会计管理规范应付款项的业务流程，对于应付业务通过规则形成电子凭证，自动传送到总账系统。接收各业务系统产生的会计信息，形成资产负债表、现金流量表、主营业务收入表等财务报表，及时为管理层提供财务变动信息；b）成本管理是开发实现“以市场为导向，以会计为核心”管理思想的具体体现之一。自动收集、累计生产活动的原始成本交易资料，实现成本账务处理的自动化。通过成本结转、成本分离等步骤，形成单元成本报表和产品成本报表，并根据标准成本制度，考核各生产厂绩效，以达到全员成本管理的目的；c）统计管理分钢种、规格、各类成材率报表，成品产销存报表，及半成品在制品、产值和进出口公司收发存报表等，原料、能源消耗和综合分析统计等功能。

精益生产

    精益生产既是一种以最大限度地减少企业生产所占用的资源和降低企业管理和运营成本为主要目标的生产方式，又是一种理念、一种文化。实施精益生产就是决心追求完美、追求卓越就是精益求精、尽善尽美，为实现零浪费的终极目标而不断努力。它是支撑个人与企业生命的一种精神力量，也是在永无止境的学习过程中获得自我满足的一种境界。

    工业企业是以盈利为目的的社会经济组织。在市场瞬息万变的今天精益生产采用灵活的生产组织形式，根据市场需求的变化及时、快速地调整生产依靠严密细致的管理，通过“彻底排除浪费”，防止过里生产来实现企业的利润目标。精益生产方式可以很好地实现以下三个子目标：

    (1)零库存。一个充满库存的生产系统，会掩盖系统中存在的各种问题。例如设备故障造成停机工作质量低造成废品或返修横向扯皮造成工期延误，计划不周造成生产脱节等都可以动用各种库存，使矛盾钝化、问题被淹没。表面上看，生产仍在平衡进行，实际上整个生产系统可能已千疮百孔，更可怕的是如果对生产系统存在的各种问题熟视无睹，麻木不仁长此以往，紧迫感和进取心将丧失殆尽。可以说库存是“万恶之源”是生产系统设计不合理、生产过程不协调、生产操作不良的证明。所以说，“零库存”是精益生产方式追求的主要目标之一。

    (2)高柔性。高柔性是指企业的生产组织形式，设备及应用软件灵活多变能适应市场需求多样化的要求，以提高企业的竞争能力。

    (3)零缺陷。传统的生产管理很少提出零缺陷的目标，一般企业只提出可允许的不合格百分比和可接受的质量水平。其观念是：不合格品达到一定数量是不可避免的。而精益生产方式的目标是消除各种产生不合格品的原因，在加工过程中每一工序都要求达到最好水平追求零缺陷。

精益生产初步改造阶段的问题

    南方汇通微硬盘在推广精益化生产的初期由于生产管理成熟度各部门协调程度以及资金方面的限制企业只能在流程控制.基础信息点数据采集进行局部的信息化大部分数据和报告都是通过人工方式采集汇总得到因此在数据准确性，实时性方面存在很大的误差，上层的战略决策市场定位、生产策略得不到底层基础信息的实时性支持，主生产能力计划，物料需求计划人力资源计划设备维护计划都得不到及时的调整。因此企业中各种信息流的非实时性偏移都会造成高层管理人员的决策偏差。

    虽然企业也通过建设ERP来加强供应链的物流管理，但是上层ERP系统的生产计划管理受市场的需求影响越来越大，在企业战略实施过程中，计划跟不上变化。面对客户对交货期的苛刻要求面对更多产品的改型、订单的不断调整生产计划的制订不能与市场和实际的作业执行状态相协调更不能准确地制定物料和库存计划来保障生产。

    第一，市场信息与生产信息的不同步，造成企业生产过多的产品，企业中EOL(end of life)产成品、半成品，原材料成为企业资源浪费的主要部分。“零浪费，零库存”的理想与现实中的物料浪费形成巨大的反差。

    第二，实现多种产品混流生产，即“零转换时间”也非常困难原因主要在于物料控制信息流程控制信息，生产设备等都缺乏足够的柔性，不能够平稳换线，一旦不同的产品同时生产就会产生物料使用错误，测试软件不支持等问题。

    第三，在生产过程控制中，连续平衡的生产除了受到物料半成品供应以及合格率的影响之外设备的故障停机以及流程控制故障是造成生产线停止运行的主要原因，但企业还没有实时故障响应措施，不能够迅速恢复生产。

    最后，质量控制一直是公司面对的首要问题。对于微硬盘产品来说最大的潜在质量威胁就是Contamination(污染)和ESD(静电释放)但这两种因素在生产过程中是不能通过人的视觉所能感知的在组装过程中产品是否存在问题只有通过10个小时的Self Test才能够检测出来，因此从问题产生到问题发现存在10个小时以上的误差，质量的控制就延误了10个小时以上。生产信息的延迟直接影响到质量控制的及时性造成合格率下降、物料的报废率上升生产线的停滞多余的返修环节，多余的库存等等。

    在基础生产信息采集和汇总处理方面虽然企业也通过工厂信息系统来进行生产现场的流程控制报告生产合格率状况，但还是不能与物料的控制设备维护突发事件处理等环节完整地结合起来，各种生产现场的数据不能通过一个整体性的系统得到共享，很多生产中的问题都需要人工干涉才能够得到控制，因此实现现实意义的精益生产迫切需要实时生产现场管理平台的技术支撑。