煉化行業(yè)裝置平穩(wěn)率計(jì)算與應(yīng)用
煉化企業(yè)生產(chǎn)裝置長(zhǎng)期平穩(wěn)運(yùn)行將為企業(yè)帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)效益，是企業(yè)生產(chǎn)追求的目標(biāo)。裝置平穩(wěn)率是評(píng)估裝置運(yùn)行狀況的量化指標(biāo)，是企業(yè)工藝管理的重要內(nèi)容。本文針對(duì)煉化企業(yè)裝置平穩(wěn)率考核的業(yè)務(wù)，綜合考慮裝置、人員和管理制度等因素，設(shè)計(jì)了基于MES的平穩(wěn)率考核系統(tǒng)．改進(jìn)了傳統(tǒng)平穩(wěn)率計(jì)算方法，將工藝指標(biāo)的偏差時(shí)間作為平穩(wěn)率計(jì)算公式因子，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用案例，分析優(yōu)缺點(diǎn)。最終得出結(jié)論，通過(guò)應(yīng)用基于MES的平穩(wěn)率考核系統(tǒng)，使工藝技術(shù)與信息技術(shù)有機(jī)結(jié)合，提升了對(duì)裝置操作運(yùn)行的考核評(píng)估水平，細(xì)化了工藝管理，從而促進(jìn)了裝置平穩(wěn)運(yùn)行，降低1 引 言
裝置平穩(wěn)率考核是煉化企業(yè)工藝管理業(yè)務(wù)中的重要內(nèi)容之一。現(xiàn)代煉化企業(yè)的生產(chǎn)工藝管理主要包括裝置工藝卡片執(zhí)行情況，裝置操作規(guī)程、開停工程序、工藝方案切換的執(zhí)行情況，工藝指標(biāo)記錄、保存情況以及裝置交接班、巡檢情況等內(nèi)容。
而工藝卡片作為裝置生產(chǎn)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其執(zhí)行情況正是由裝置平穩(wěn)率考核來(lái)衡量，其考核方法就是用裝置運(yùn)行過(guò)程中各種指標(biāo)數(shù)據(jù)與工藝卡片上的工藝約束條件進(jìn)行比較。來(lái)分析判斷指標(biāo)偏差情況，從而對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行、產(chǎn)品質(zhì)量和人員操作水平進(jìn)行量化考核。裝置運(yùn)行效率是裝置能夠“安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期、滿負(fù)荷、優(yōu)質(zhì)”運(yùn)轉(zhuǎn)的保證，因此企業(yè)從技術(shù)、制度、管理方面采取了大量的措施來(lái)保證裝置的平穩(wěn)運(yùn)行，裝置平穩(wěn)率考核正是企業(yè)所采取的重點(diǎn)關(guān)注的技術(shù)手段。目前，大多數(shù)企業(yè)均將裝置平穩(wěn)率的標(biāo)準(zhǔn)定為95％以上。
在煉化行業(yè)大力發(fā)展信息化的今天，MES系統(tǒng)（生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)）正被越來(lái)越多的企業(yè)所重視。作為企業(yè)生產(chǎn)執(zhí)行層面的信息系統(tǒng)，MES集成了過(guò)程控制層面DCS、PLC系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，側(cè)重于對(duì)企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，對(duì)各項(xiàng)生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)的優(yōu)化。如今，借助MES系統(tǒng)的實(shí)施應(yīng)用，裝置平穩(wěn)率考核業(yè)務(wù)得到了進(jìn)一步的提升。
2 裝置平穩(wěn)率通用計(jì)算原理和考核方法
2.1 通用計(jì)算方法
工藝卡片是指導(dǎo)工人操作裝置運(yùn)行，判斷裝置運(yùn)行狀態(tài)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。工藝卡片上的工藝指標(biāo)表示裝置在不同情況下能夠平穩(wěn)運(yùn)行的工藝條件范圍，因此判斷一段時(shí)問(wèn)內(nèi)裝置是否平穩(wěn)運(yùn)行的方法就是統(tǒng)計(jì)出該時(shí)間段內(nèi)裝置運(yùn)行超出工藝約束條件的指標(biāo)數(shù)量。由此得出裝置平穩(wěn)率的基本計(jì)算公式如下：
裝置平穩(wěn)率＝（1－工藝指標(biāo)超標(biāo)次數(shù)累計(jì)和／總的工藝指標(biāo)參與考核次數(shù)累計(jì)和）×100％
目前在企業(yè)工藝管理的實(shí)際應(yīng)用中，裝置平穩(wěn)率考核主要分為以裝置為單位計(jì)算月、季、年的裝置平穩(wěn)率和以班組為單位計(jì)算月、季、年的裝置平穩(wěn)率兩大類。前者用來(lái)滿足分廠級(jí)和公司級(jí)工藝管理部門對(duì)裝置考核的需求。后者用來(lái)滿足車間管理人員對(duì)班組操作考核的需求。無(wú)論是以裝置為單位。還是以班組為單位，其基本的計(jì)算原理都是基于每個(gè)工藝指標(biāo)在考核時(shí)間段內(nèi)（月、季、年）的平穩(wěn)率，再進(jìn)行算術(shù)平均得出的結(jié)果。
以裝置為單位，計(jì)算裝置月平穩(wěn)率，其計(jì)算原理為該裝置所有工藝指標(biāo)月平穩(wěn)率的算術(shù)平均值，其公式如下：
裝置月平穩(wěn)率＝該裝置所有工藝指標(biāo)月平穩(wěn)率之和／所有工藝指標(biāo)數(shù)量之和
其中，工藝指標(biāo)月平穩(wěn)率＝（1－該工藝指標(biāo)當(dāng)月超標(biāo)次數(shù)累計(jì)和／該工藝指標(biāo)參與考核次數(shù)累計(jì)和）×100％；
以班組為單位，計(jì)算裝置月平穩(wěn)率，其計(jì)算原理為該裝置所有工藝指標(biāo)在本月該班組值班周期內(nèi)平穩(wěn)率的算術(shù)平均值，公式如下：
班組月平穩(wěn)率＝裝置所有工藝指標(biāo)在本月該班組值班周期內(nèi)平穩(wěn)率之和／所有工藝指標(biāo)數(shù)量之和
其中，工藝指標(biāo)在本月該班組值班周期內(nèi)平穩(wěn)率＝（1－該工藝指標(biāo)在本月該班組值班周期內(nèi)超標(biāo)次數(shù)累計(jì)和／該工藝指標(biāo)參與考核次數(shù)累計(jì)和）×100％；
以此類推，計(jì)算裝置季度平穩(wěn)率和年平穩(wěn)率只是將考核時(shí)間段改為季度和年。
2.2 通用考核方法
早期的煉化企業(yè)自動(dòng)化程度不高，對(duì)裝置進(jìn)行平穩(wěn)率考核時(shí)，主要是通過(guò)人工記錄、統(tǒng)計(jì)和分析各類工藝指標(biāo)得出裝置平穩(wěn)率。工作效率低下并且計(jì)算結(jié)果與裝置實(shí)際運(yùn)行情況存在較大偏差。隨著國(guó)內(nèi)煉化企業(yè)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的日益重視。DCS、PLC等一系列自動(dòng)化控制系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，目前國(guó)內(nèi)所有大中型煉化企業(yè)基本實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)裝置和主要輔助生產(chǎn)裝置的自動(dòng)化控制。在這樣的技術(shù)背景條件下，裝置平穩(wěn)率考核的手段得到了加強(qiáng)，以DCS、PLC等自動(dòng)控制系統(tǒng)為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，解決了實(shí)時(shí)采集裝置運(yùn)行數(shù)據(jù)的難題。
目前煉化企業(yè)進(jìn)行裝置平穩(wěn)率考核主要是每日由裝置主操通過(guò)DCS監(jiān)控畫面記錄指標(biāo)實(shí)時(shí)值，頻率一般為2小時(shí)一次，以此數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)形成裝置操作臺(tái)帳。每月月底前由車間工藝員根據(jù)裝置操作臺(tái)帳記錄，按照每天每班的數(shù)據(jù)顆粒度摘錄裝置主要工藝參數(shù)值，并根據(jù)工藝卡片判斷各指標(biāo)的偏差情況，計(jì)算出每個(gè)指標(biāo)的月平穩(wěn)率，通過(guò)算術(shù)平均得出該裝置的月平穩(wěn)率，形成裝置月平穩(wěn)率考核臺(tái)帳，供車間和分廠管理層進(jìn)行查詢。
2.3 存在不足
盡管應(yīng)用DCS、PLC等自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行裝置平穩(wěn)率考核，解決了裝置運(yùn)行數(shù)據(jù)采集難的問(wèn)題，擴(kuò)大了參與考核的指標(biāo)范圍，提高了采集頻率，但在實(shí)際應(yīng)用中仍存在以下不足：
由于依靠人工記錄工藝參數(shù)。盡管記錄頻率達(dá)到小時(shí)級(jí)，但記錄結(jié)果卻是不連續(xù)的，無(wú)法體現(xiàn)偏差的持續(xù)時(shí)間，導(dǎo)致偏差1個(gè)小時(shí)的指標(biāo)和偏差10分鐘的指標(biāo)其考核結(jié)果相同，這樣的結(jié)果缺乏合理性；
工藝員用來(lái)計(jì)算裝置平穩(wěn)率的工藝指標(biāo)數(shù)據(jù)來(lái)源于裝置操作人員手工記錄的操作臺(tái)帳。難以保證數(shù)據(jù)有較高的真實(shí)性和準(zhǔn)確性；
由于缺乏信息系統(tǒng)支持，只能通過(guò)人工進(jìn)行平穩(wěn)率計(jì)算，并通過(guò)紙質(zhì)報(bào)表進(jìn)行查詢，降低了平穩(wěn)率考核效率，與裝置實(shí)際運(yùn)行情況比較有一定的滯后性，難以滿足現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)工藝管理要求。
3 基于MES的裝置平穩(wěn)率考核系統(tǒng)
煉化企業(yè)MES系統(tǒng)通過(guò)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)的采集、整合和充分利用，來(lái)優(yōu)化企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程和業(yè)務(wù)流程，使生產(chǎn)處于最優(yōu)化運(yùn)轉(zhuǎn)。其系統(tǒng)功能覆蓋了企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行的各個(gè)環(huán)節(jié)，以此為基礎(chǔ)的裝置平穩(wěn)率考核系統(tǒng)，在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)了工藝卡片中各種工藝指標(biāo)范圍，通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)從DCS采集指標(biāo)實(shí)時(shí)值，并進(jìn)行監(jiān)控。對(duì)照指標(biāo)的工藝范圍，自動(dòng)判斷偏差情況，并可以采用統(tǒng)計(jì)偏差次數(shù)或者統(tǒng)計(jì)偏差時(shí)間兩種方法來(lái)計(jì)算平穩(wěn)率，由此得出裝置平穩(wěn)率和偏差指標(biāo)的詳細(xì)信息能夠以圖、表等多種形式進(jìn)行展示，方便用戶查詢，大大提高了裝置平穩(wěn)率考核的及時(shí)性、準(zhǔn)確性和可信度。
3.1 計(jì)算方法
基于MES系統(tǒng)的裝置平穩(wěn)率考核，其計(jì)算方法有了較大改進(jìn)。除了可以采用傳統(tǒng)計(jì)算方法，統(tǒng)計(jì)偏差次數(shù)計(jì)算平穩(wěn)率之外，還可以在時(shí)間的緯度上計(jì)算平穩(wěn)率，即通過(guò)統(tǒng)計(jì)超標(biāo)工藝指標(biāo)的偏差時(shí)間來(lái)計(jì)算平穩(wěn)率。在裝置實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，工藝指標(biāo)產(chǎn)生偏差的時(shí)間長(zhǎng)短不同，對(duì)裝置運(yùn)行的影響也就不同。通過(guò)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)偏差持續(xù)時(shí)間來(lái)計(jì)算裝置平穩(wěn)，使偏差時(shí)間長(zhǎng)短不同的工藝指標(biāo)通過(guò)考核系統(tǒng)得出的平穩(wěn)率結(jié)果也不同，從而保證了平穩(wěn)率計(jì)算結(jié)果的合理性。統(tǒng)計(jì)時(shí)間的單位可根據(jù)企業(yè)實(shí)際業(yè)務(wù)需要。定義為按小時(shí)統(tǒng)計(jì)或按分鐘統(tǒng)計(jì)。其基本計(jì)算公式如下：
裝置平穩(wěn)率＝（1－工藝指標(biāo)偏差時(shí)間累計(jì)／總的工藝指標(biāo)參與考核時(shí)間累計(jì)）×100％
其中，工藝指標(biāo)偏差時(shí)間累計(jì)，指在考核時(shí)間范圍內(nèi)超出工藝約束條件的工藝指標(biāo)偏差時(shí)間累計(jì)；總的工藝指標(biāo)參與考核時(shí)間累計(jì)，指所有參與考核的工藝指標(biāo)的考核時(shí)間累計(jì)。
以此為基礎(chǔ)得出的裝置月平穩(wěn)率計(jì)算公式如下：
裝置月平穩(wěn)率＝該裝置所有工藝指標(biāo)月平穩(wěn)率之和／所有工藝指標(biāo)數(shù)量之和
其中，工藝指標(biāo)月平穩(wěn)率＝（1－該工藝指標(biāo)當(dāng)月偏差時(shí)間累計(jì)／該工藝指標(biāo)參與考核時(shí)間累計(jì)）×100％
需要說(shuō)明的一點(diǎn)是單個(gè)工藝指標(biāo)參與考核時(shí)間累計(jì)（分母項(xiàng)）不能簡(jiǎn)單計(jì)算為當(dāng)月天數(shù)×24小時(shí)，因?yàn)榭赡苡捎谀承┰颍缪b置停工檢修、儀表位號(hào)發(fā)生故障等，導(dǎo)致當(dāng)月的某幾天這個(gè)指標(biāo)不參加考核，因此考核時(shí)間可能是不連續(xù)的。
班組月平穩(wěn)率計(jì)算公式如下：
班組月平穩(wěn)率＝該裝置所有工藝指標(biāo)在本月該班組值班周期內(nèi)平穩(wěn)率之和／所有工藝指標(biāo)數(shù)量之和
其中，工藝指標(biāo)在本月該班組值班周期內(nèi)平穩(wěn)率＝（1－該工藝指標(biāo)在本月該班組值班周期內(nèi)偏差時(shí)間累計(jì)／該工藝指標(biāo)參與考核時(shí)間累計(jì)）×100％
3.2 平穩(wěn)率考核系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
根據(jù)上述計(jì)算原理和方法，設(shè)計(jì)的基于MES的平穩(wěn)率考核系統(tǒng)，既可以滿足按照偏差次數(shù)計(jì)算平穩(wěn)率，也可以按照偏差時(shí)間計(jì)算。其具體功能架構(gòu)如圖1所示：
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圖1 平穩(wěn)率考核系統(tǒng)功能架構(gòu)
3.2.1 系統(tǒng)主要功能
（1）基礎(chǔ)配置，將工藝卡片上的考核指標(biāo)靜態(tài)信息，包括指標(biāo)名稱，對(duì)應(yīng)DCS位號(hào)。工藝約束條件，指標(biāo)級(jí)別（公式級(jí)、分廠級(jí)、車間級(jí)）等配置到關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，并可以根據(jù)需要對(duì)工藝約束條件進(jìn)行及時(shí)修改；
（2）實(shí)時(shí)記錄，基于MES實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)讀取各工藝指標(biāo)的實(shí)時(shí)值。根據(jù)配置的約束條件自動(dòng)判斷指標(biāo)超標(biāo)情況并記錄，包括指標(biāo)名稱、偏差開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、偏差峰值、指標(biāo)的歷史趨勢(shì)、指標(biāo)約束條件和班組崗位等信息；
（3）綜合查詢，根據(jù)記錄的偏差信息和平穩(wěn)率計(jì)算公式，自動(dòng)計(jì)算月、季、年的平穩(wěn)率，并可以選擇裝置或班組為單位進(jìn)行查詢；可以根據(jù)用戶需求查詢計(jì)算任意時(shí)剛段內(nèi)的裝置平穩(wěn)率并提供柱狀圖、趨勢(shì)圖等多種查詢方式；可以對(duì)偏差指標(biāo)的詳細(xì)信息進(jìn)行查詢；
（4）統(tǒng)計(jì)報(bào)表，根據(jù)用戶需求自動(dòng)生成各類裝置平穩(wěn)率考核臺(tái)帳，以及超標(biāo)工藝指標(biāo)的詳細(xì)信息報(bào)表，以供工藝人員進(jìn)行工藝分析；
（5）權(quán)限管理，為不同的用戶角色分配相應(yīng)的權(quán)限，滿足其配置或查詢的不同需求。
3.2.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)基于MES系統(tǒng)的主體功能框架。從訪問(wèn)的遍歷性、快速開發(fā)和實(shí)施、高擴(kuò)展性、高可維護(hù)性等幾個(gè)技術(shù)角度進(jìn)行了充分考慮。
（1）軟件開發(fā)流程：采用軟件工程中的原型模型，進(jìn)行了多次原型遞歸開發(fā)。采用國(guó)際先進(jìn)的CMMI系列軟件開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)規(guī)范整個(gè)開發(fā)流程，確保系統(tǒng)開發(fā)的高效率、快節(jié)奏、有條不紊地進(jìn)行；
（2）數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)：在開發(fā)的過(guò)程中，同時(shí)使用了關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)（R-DBMS）、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)（PHD），在2種不同類型數(shù)據(jù)庫(kù)高度協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上，將工藝指標(biāo)相關(guān)的靜態(tài)配置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)讀取指標(biāo)實(shí)時(shí)值，從而保證了適度的隔離管理功能；
（3）框架設(shè)計(jì)：基于．NET Framework的模塊化多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保證系統(tǒng)高擴(kuò)展性、高可維護(hù)性。采用三層架構(gòu)模型（數(shù)據(jù)層、邏輯層、表示層），使用OLEDB技術(shù)連接整合數(shù)據(jù)源，建立各類邏輯對(duì)象封裝在邏輯層，在表示層采取B／S運(yùn)行模式并加入了人性化的UI設(shè)計(jì)理念，提高系統(tǒng)界面的友好程度和人性化水平。
3.3 應(yīng)用舉例
下面以某煉廠催化重整裝置為例，分析裝置平穩(wěn)率考核系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用情況，其業(yè)務(wù)流程如圖2所示。
![[MES]煉化行業(yè)裝置平穩(wěn)率計(jì)算與應(yīng)用](http://www.zhongshanjiudian.com/plc/plcedit/UploadFile/200982791846894.jpg)
圖2 平穩(wěn)率考核系統(tǒng)應(yīng)用流程圖
首先，車間工藝員根據(jù)調(diào)度指令切換裝置生產(chǎn)方案，在平穩(wěn)率考核系統(tǒng)中設(shè)定工藝參數(shù)范圍；然后每日下班前，車間工藝員通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行每日偏差分析，檢查裝置操作情況；每班結(jié)束前，裝置主操通過(guò)系統(tǒng)查看本班偏差情況，進(jìn)行注釋說(shuō)明，生成操作臺(tái)帳；月底前，車間工藝員通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行本月生產(chǎn)偏差分析，生成裝置平穩(wěn)率考核臺(tái)帳；最后，分廠管理層和車間管理層可以隨時(shí)通過(guò)系統(tǒng)查詢生產(chǎn)裝置運(yùn)行情況，對(duì)裝置和班組進(jìn)行績(jī)效考核。
從流程圖中可以看出，更多的記錄、統(tǒng)計(jì)工作由信息系統(tǒng)來(lái)完成，保證了裝置運(yùn)行過(guò)程的全程跟蹤，降低了人工操作的誤差，提高了平穩(wěn)率考核的準(zhǔn)確性和工作效率。
下面以催化重整裝置一個(gè)月的運(yùn)行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。計(jì)算裝置月平穩(wěn)率，其考核指標(biāo)范圍如表1所示。
表1 重整裝置工藝指標(biāo)
![[MES]煉化行業(yè)裝置平穩(wěn)率計(jì)算與應(yīng)用](http://www.zhongshanjiudian.com/plc/plcedit/UploadFile/200982791846357.jpg)
通過(guò)應(yīng)用系統(tǒng)計(jì)算，得出采用統(tǒng)計(jì)偏差次數(shù)方法計(jì)算裝置月平穩(wěn)率，結(jié)果為96．4％；采用統(tǒng)計(jì)偏差時(shí)間方法計(jì)算裝置月平穩(wěn)率，結(jié)果為95．8％。
由結(jié)果可以看出，通過(guò)信息系統(tǒng)自動(dòng)記錄偏差，避免了人為原因造成的誤差，因此采用統(tǒng)計(jì)偏差次數(shù)方法的計(jì)算精度也有所提高，與統(tǒng)計(jì)偏差時(shí)間的方法算法結(jié)果差距不大，但后者由于考慮到了指標(biāo)偏差持續(xù)時(shí)間對(duì)裝置運(yùn)行帶來(lái)的影響。因此更具合理性。
4 結(jié) 論
從上述系統(tǒng)介紹和實(shí)例分析可以看出，通過(guò)應(yīng)用基于MES的裝置平穩(wěn)率考核系統(tǒng)，能夠有效地利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行偏差分析，利用信息系統(tǒng)完成傳統(tǒng)的工藝管理業(yè)務(wù)，提高了管理效率；基于偏差時(shí)間的平穩(wěn)率計(jì)算方法，解決了傳統(tǒng)平穩(wěn)率計(jì)算方法難以真實(shí)評(píng)價(jià)裝置實(shí)際運(yùn)行情況的弊端，切實(shí)反映了工藝指標(biāo)偏差對(duì)生產(chǎn)裝置運(yùn)行造成的影響，在衡量工藝卡片執(zhí)行情況的同時(shí)，有利于促進(jìn)操作人員提高裝置操作水平；便捷的統(tǒng)計(jì)查詢功能，使工藝人員可以把更多的精力投入到工藝分析方面，進(jìn)一步優(yōu)化工藝指標(biāo)，從而提高裝置工藝管理水平，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)生產(chǎn)效益。
裝置平穩(wěn)率考核是煉化企業(yè)工藝管理業(yè)務(wù)中的重要內(nèi)容之一。現(xiàn)代煉化企業(yè)的生產(chǎn)工藝管理主要包括裝置工藝卡片執(zhí)行情況，裝置操作規(guī)程、開停工程序、工藝方案切換的執(zhí)行情況，工藝指標(biāo)記錄、保存情況以及裝置交接班、巡檢情況等內(nèi)容。
而工藝卡片作為裝置生產(chǎn)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其執(zhí)行情況正是由裝置平穩(wěn)率考核來(lái)衡量，其考核方法就是用裝置運(yùn)行過(guò)程中各種指標(biāo)數(shù)據(jù)與工藝卡片上的工藝約束條件進(jìn)行比較。來(lái)分析判斷指標(biāo)偏差情況，從而對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行、產(chǎn)品質(zhì)量和人員操作水平進(jìn)行量化考核。裝置運(yùn)行效率是裝置能夠“安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期、滿負(fù)荷、優(yōu)質(zhì)”運(yùn)轉(zhuǎn)的保證，因此企業(yè)從技術(shù)、制度、管理方面采取了大量的措施來(lái)保證裝置的平穩(wěn)運(yùn)行，裝置平穩(wěn)率考核正是企業(yè)所采取的重點(diǎn)關(guān)注的技術(shù)手段。目前，大多數(shù)企業(yè)均將裝置平穩(wěn)率的標(biāo)準(zhǔn)定為95％以上。
在煉化行業(yè)大力發(fā)展信息化的今天，MES系統(tǒng)（生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)）正被越來(lái)越多的企業(yè)所重視。作為企業(yè)生產(chǎn)執(zhí)行層面的信息系統(tǒng)，MES集成了過(guò)程控制層面DCS、PLC系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，側(cè)重于對(duì)企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，對(duì)各項(xiàng)生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)的優(yōu)化。如今，借助MES系統(tǒng)的實(shí)施應(yīng)用，裝置平穩(wěn)率考核業(yè)務(wù)得到了進(jìn)一步的提升。
2 裝置平穩(wěn)率通用計(jì)算原理和考核方法
2.1 通用計(jì)算方法
工藝卡片是指導(dǎo)工人操作裝置運(yùn)行，判斷裝置運(yùn)行狀態(tài)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。工藝卡片上的工藝指標(biāo)表示裝置在不同情況下能夠平穩(wěn)運(yùn)行的工藝條件范圍，因此判斷一段時(shí)問(wèn)內(nèi)裝置是否平穩(wěn)運(yùn)行的方法就是統(tǒng)計(jì)出該時(shí)間段內(nèi)裝置運(yùn)行超出工藝約束條件的指標(biāo)數(shù)量。由此得出裝置平穩(wěn)率的基本計(jì)算公式如下：
裝置平穩(wěn)率＝（1－工藝指標(biāo)超標(biāo)次數(shù)累計(jì)和／總的工藝指標(biāo)參與考核次數(shù)累計(jì)和）×100％
目前在企業(yè)工藝管理的實(shí)際應(yīng)用中，裝置平穩(wěn)率考核主要分為以裝置為單位計(jì)算月、季、年的裝置平穩(wěn)率和以班組為單位計(jì)算月、季、年的裝置平穩(wěn)率兩大類。前者用來(lái)滿足分廠級(jí)和公司級(jí)工藝管理部門對(duì)裝置考核的需求。后者用來(lái)滿足車間管理人員對(duì)班組操作考核的需求。無(wú)論是以裝置為單位。還是以班組為單位，其基本的計(jì)算原理都是基于每個(gè)工藝指標(biāo)在考核時(shí)間段內(nèi)（月、季、年）的平穩(wěn)率，再進(jìn)行算術(shù)平均得出的結(jié)果。
以裝置為單位，計(jì)算裝置月平穩(wěn)率，其計(jì)算原理為該裝置所有工藝指標(biāo)月平穩(wěn)率的算術(shù)平均值，其公式如下：
裝置月平穩(wěn)率＝該裝置所有工藝指標(biāo)月平穩(wěn)率之和／所有工藝指標(biāo)數(shù)量之和
其中，工藝指標(biāo)月平穩(wěn)率＝（1－該工藝指標(biāo)當(dāng)月超標(biāo)次數(shù)累計(jì)和／該工藝指標(biāo)參與考核次數(shù)累計(jì)和）×100％；
以班組為單位，計(jì)算裝置月平穩(wěn)率，其計(jì)算原理為該裝置所有工藝指標(biāo)在本月該班組值班周期內(nèi)平穩(wěn)率的算術(shù)平均值，公式如下：
班組月平穩(wěn)率＝裝置所有工藝指標(biāo)在本月該班組值班周期內(nèi)平穩(wěn)率之和／所有工藝指標(biāo)數(shù)量之和
其中，工藝指標(biāo)在本月該班組值班周期內(nèi)平穩(wěn)率＝（1－該工藝指標(biāo)在本月該班組值班周期內(nèi)超標(biāo)次數(shù)累計(jì)和／該工藝指標(biāo)參與考核次數(shù)累計(jì)和）×100％；
以此類推，計(jì)算裝置季度平穩(wěn)率和年平穩(wěn)率只是將考核時(shí)間段改為季度和年。
2.2 通用考核方法
早期的煉化企業(yè)自動(dòng)化程度不高，對(duì)裝置進(jìn)行平穩(wěn)率考核時(shí)，主要是通過(guò)人工記錄、統(tǒng)計(jì)和分析各類工藝指標(biāo)得出裝置平穩(wěn)率。工作效率低下并且計(jì)算結(jié)果與裝置實(shí)際運(yùn)行情況存在較大偏差。隨著國(guó)內(nèi)煉化企業(yè)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的日益重視。DCS、PLC等一系列自動(dòng)化控制系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，目前國(guó)內(nèi)所有大中型煉化企業(yè)基本實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)裝置和主要輔助生產(chǎn)裝置的自動(dòng)化控制。在這樣的技術(shù)背景條件下，裝置平穩(wěn)率考核的手段得到了加強(qiáng)，以DCS、PLC等自動(dòng)控制系統(tǒng)為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，解決了實(shí)時(shí)采集裝置運(yùn)行數(shù)據(jù)的難題。
目前煉化企業(yè)進(jìn)行裝置平穩(wěn)率考核主要是每日由裝置主操通過(guò)DCS監(jiān)控畫面記錄指標(biāo)實(shí)時(shí)值，頻率一般為2小時(shí)一次，以此數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)形成裝置操作臺(tái)帳。每月月底前由車間工藝員根據(jù)裝置操作臺(tái)帳記錄，按照每天每班的數(shù)據(jù)顆粒度摘錄裝置主要工藝參數(shù)值，并根據(jù)工藝卡片判斷各指標(biāo)的偏差情況，計(jì)算出每個(gè)指標(biāo)的月平穩(wěn)率，通過(guò)算術(shù)平均得出該裝置的月平穩(wěn)率，形成裝置月平穩(wěn)率考核臺(tái)帳，供車間和分廠管理層進(jìn)行查詢。
2.3 存在不足
盡管應(yīng)用DCS、PLC等自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行裝置平穩(wěn)率考核，解決了裝置運(yùn)行數(shù)據(jù)采集難的問(wèn)題，擴(kuò)大了參與考核的指標(biāo)范圍，提高了采集頻率，但在實(shí)際應(yīng)用中仍存在以下不足：
由于依靠人工記錄工藝參數(shù)。盡管記錄頻率達(dá)到小時(shí)級(jí)，但記錄結(jié)果卻是不連續(xù)的，無(wú)法體現(xiàn)偏差的持續(xù)時(shí)間，導(dǎo)致偏差1個(gè)小時(shí)的指標(biāo)和偏差10分鐘的指標(biāo)其考核結(jié)果相同，這樣的結(jié)果缺乏合理性；
工藝員用來(lái)計(jì)算裝置平穩(wěn)率的工藝指標(biāo)數(shù)據(jù)來(lái)源于裝置操作人員手工記錄的操作臺(tái)帳。難以保證數(shù)據(jù)有較高的真實(shí)性和準(zhǔn)確性；
由于缺乏信息系統(tǒng)支持，只能通過(guò)人工進(jìn)行平穩(wěn)率計(jì)算，并通過(guò)紙質(zhì)報(bào)表進(jìn)行查詢，降低了平穩(wěn)率考核效率，與裝置實(shí)際運(yùn)行情況比較有一定的滯后性，難以滿足現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)工藝管理要求。
3 基于MES的裝置平穩(wěn)率考核系統(tǒng)
煉化企業(yè)MES系統(tǒng)通過(guò)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)的采集、整合和充分利用，來(lái)優(yōu)化企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程和業(yè)務(wù)流程，使生產(chǎn)處于最優(yōu)化運(yùn)轉(zhuǎn)。其系統(tǒng)功能覆蓋了企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行的各個(gè)環(huán)節(jié)，以此為基礎(chǔ)的裝置平穩(wěn)率考核系統(tǒng)，在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)了工藝卡片中各種工藝指標(biāo)范圍，通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)從DCS采集指標(biāo)實(shí)時(shí)值，并進(jìn)行監(jiān)控。對(duì)照指標(biāo)的工藝范圍，自動(dòng)判斷偏差情況，并可以采用統(tǒng)計(jì)偏差次數(shù)或者統(tǒng)計(jì)偏差時(shí)間兩種方法來(lái)計(jì)算平穩(wěn)率，由此得出裝置平穩(wěn)率和偏差指標(biāo)的詳細(xì)信息能夠以圖、表等多種形式進(jìn)行展示，方便用戶查詢，大大提高了裝置平穩(wěn)率考核的及時(shí)性、準(zhǔn)確性和可信度。
3.1 計(jì)算方法
基于MES系統(tǒng)的裝置平穩(wěn)率考核，其計(jì)算方法有了較大改進(jìn)。除了可以采用傳統(tǒng)計(jì)算方法，統(tǒng)計(jì)偏差次數(shù)計(jì)算平穩(wěn)率之外，還可以在時(shí)間的緯度上計(jì)算平穩(wěn)率，即通過(guò)統(tǒng)計(jì)超標(biāo)工藝指標(biāo)的偏差時(shí)間來(lái)計(jì)算平穩(wěn)率。在裝置實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，工藝指標(biāo)產(chǎn)生偏差的時(shí)間長(zhǎng)短不同，對(duì)裝置運(yùn)行的影響也就不同。通過(guò)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)偏差持續(xù)時(shí)間來(lái)計(jì)算裝置平穩(wěn)，使偏差時(shí)間長(zhǎng)短不同的工藝指標(biāo)通過(guò)考核系統(tǒng)得出的平穩(wěn)率結(jié)果也不同，從而保證了平穩(wěn)率計(jì)算結(jié)果的合理性。統(tǒng)計(jì)時(shí)間的單位可根據(jù)企業(yè)實(shí)際業(yè)務(wù)需要。定義為按小時(shí)統(tǒng)計(jì)或按分鐘統(tǒng)計(jì)。其基本計(jì)算公式如下：
裝置平穩(wěn)率＝（1－工藝指標(biāo)偏差時(shí)間累計(jì)／總的工藝指標(biāo)參與考核時(shí)間累計(jì)）×100％
其中，工藝指標(biāo)偏差時(shí)間累計(jì)，指在考核時(shí)間范圍內(nèi)超出工藝約束條件的工藝指標(biāo)偏差時(shí)間累計(jì)；總的工藝指標(biāo)參與考核時(shí)間累計(jì)，指所有參與考核的工藝指標(biāo)的考核時(shí)間累計(jì)。
以此為基礎(chǔ)得出的裝置月平穩(wěn)率計(jì)算公式如下：
裝置月平穩(wěn)率＝該裝置所有工藝指標(biāo)月平穩(wěn)率之和／所有工藝指標(biāo)數(shù)量之和
其中，工藝指標(biāo)月平穩(wěn)率＝（1－該工藝指標(biāo)當(dāng)月偏差時(shí)間累計(jì)／該工藝指標(biāo)參與考核時(shí)間累計(jì)）×100％
需要說(shuō)明的一點(diǎn)是單個(gè)工藝指標(biāo)參與考核時(shí)間累計(jì)（分母項(xiàng)）不能簡(jiǎn)單計(jì)算為當(dāng)月天數(shù)×24小時(shí)，因?yàn)榭赡苡捎谀承┰颍缪b置停工檢修、儀表位號(hào)發(fā)生故障等，導(dǎo)致當(dāng)月的某幾天這個(gè)指標(biāo)不參加考核，因此考核時(shí)間可能是不連續(xù)的。
班組月平穩(wěn)率計(jì)算公式如下：
班組月平穩(wěn)率＝該裝置所有工藝指標(biāo)在本月該班組值班周期內(nèi)平穩(wěn)率之和／所有工藝指標(biāo)數(shù)量之和
其中，工藝指標(biāo)在本月該班組值班周期內(nèi)平穩(wěn)率＝（1－該工藝指標(biāo)在本月該班組值班周期內(nèi)偏差時(shí)間累計(jì)／該工藝指標(biāo)參與考核時(shí)間累計(jì)）×100％
3.2 平穩(wěn)率考核系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
根據(jù)上述計(jì)算原理和方法，設(shè)計(jì)的基于MES的平穩(wěn)率考核系統(tǒng)，既可以滿足按照偏差次數(shù)計(jì)算平穩(wěn)率，也可以按照偏差時(shí)間計(jì)算。其具體功能架構(gòu)如圖1所示：
圖1 平穩(wěn)率考核系統(tǒng)功能架構(gòu)
3.2.1 系統(tǒng)主要功能
（1）基礎(chǔ)配置，將工藝卡片上的考核指標(biāo)靜態(tài)信息，包括指標(biāo)名稱，對(duì)應(yīng)DCS位號(hào)。工藝約束條件，指標(biāo)級(jí)別（公式級(jí)、分廠級(jí)、車間級(jí)）等配置到關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，并可以根據(jù)需要對(duì)工藝約束條件進(jìn)行及時(shí)修改；
（2）實(shí)時(shí)記錄，基于MES實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)讀取各工藝指標(biāo)的實(shí)時(shí)值。根據(jù)配置的約束條件自動(dòng)判斷指標(biāo)超標(biāo)情況并記錄，包括指標(biāo)名稱、偏差開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、偏差峰值、指標(biāo)的歷史趨勢(shì)、指標(biāo)約束條件和班組崗位等信息；
（3）綜合查詢，根據(jù)記錄的偏差信息和平穩(wěn)率計(jì)算公式，自動(dòng)計(jì)算月、季、年的平穩(wěn)率，并可以選擇裝置或班組為單位進(jìn)行查詢；可以根據(jù)用戶需求查詢計(jì)算任意時(shí)剛段內(nèi)的裝置平穩(wěn)率并提供柱狀圖、趨勢(shì)圖等多種查詢方式；可以對(duì)偏差指標(biāo)的詳細(xì)信息進(jìn)行查詢；
（4）統(tǒng)計(jì)報(bào)表，根據(jù)用戶需求自動(dòng)生成各類裝置平穩(wěn)率考核臺(tái)帳，以及超標(biāo)工藝指標(biāo)的詳細(xì)信息報(bào)表，以供工藝人員進(jìn)行工藝分析；
（5）權(quán)限管理，為不同的用戶角色分配相應(yīng)的權(quán)限，滿足其配置或查詢的不同需求。
3.2.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)基于MES系統(tǒng)的主體功能框架。從訪問(wèn)的遍歷性、快速開發(fā)和實(shí)施、高擴(kuò)展性、高可維護(hù)性等幾個(gè)技術(shù)角度進(jìn)行了充分考慮。
（1）軟件開發(fā)流程：采用軟件工程中的原型模型，進(jìn)行了多次原型遞歸開發(fā)。采用國(guó)際先進(jìn)的CMMI系列軟件開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)規(guī)范整個(gè)開發(fā)流程，確保系統(tǒng)開發(fā)的高效率、快節(jié)奏、有條不紊地進(jìn)行；
（2）數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)：在開發(fā)的過(guò)程中，同時(shí)使用了關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)（R-DBMS）、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)（PHD），在2種不同類型數(shù)據(jù)庫(kù)高度協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上，將工藝指標(biāo)相關(guān)的靜態(tài)配置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)讀取指標(biāo)實(shí)時(shí)值，從而保證了適度的隔離管理功能；
（3）框架設(shè)計(jì)：基于．NET Framework的模塊化多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保證系統(tǒng)高擴(kuò)展性、高可維護(hù)性。采用三層架構(gòu)模型（數(shù)據(jù)層、邏輯層、表示層），使用OLEDB技術(shù)連接整合數(shù)據(jù)源，建立各類邏輯對(duì)象封裝在邏輯層，在表示層采取B／S運(yùn)行模式并加入了人性化的UI設(shè)計(jì)理念，提高系統(tǒng)界面的友好程度和人性化水平。
3.3 應(yīng)用舉例
下面以某煉廠催化重整裝置為例，分析裝置平穩(wěn)率考核系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用情況，其業(yè)務(wù)流程如圖2所示。
圖2 平穩(wěn)率考核系統(tǒng)應(yīng)用流程圖
首先，車間工藝員根據(jù)調(diào)度指令切換裝置生產(chǎn)方案，在平穩(wěn)率考核系統(tǒng)中設(shè)定工藝參數(shù)范圍；然后每日下班前，車間工藝員通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行每日偏差分析，檢查裝置操作情況；每班結(jié)束前，裝置主操通過(guò)系統(tǒng)查看本班偏差情況，進(jìn)行注釋說(shuō)明，生成操作臺(tái)帳；月底前，車間工藝員通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行本月生產(chǎn)偏差分析，生成裝置平穩(wěn)率考核臺(tái)帳；最后，分廠管理層和車間管理層可以隨時(shí)通過(guò)系統(tǒng)查詢生產(chǎn)裝置運(yùn)行情況，對(duì)裝置和班組進(jìn)行績(jī)效考核。
從流程圖中可以看出，更多的記錄、統(tǒng)計(jì)工作由信息系統(tǒng)來(lái)完成，保證了裝置運(yùn)行過(guò)程的全程跟蹤，降低了人工操作的誤差，提高了平穩(wěn)率考核的準(zhǔn)確性和工作效率。
下面以催化重整裝置一個(gè)月的運(yùn)行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。計(jì)算裝置月平穩(wěn)率，其考核指標(biāo)范圍如表1所示。
表1 重整裝置工藝指標(biāo)
通過(guò)應(yīng)用系統(tǒng)計(jì)算，得出采用統(tǒng)計(jì)偏差次數(shù)方法計(jì)算裝置月平穩(wěn)率，結(jié)果為96．4％；采用統(tǒng)計(jì)偏差時(shí)間方法計(jì)算裝置月平穩(wěn)率，結(jié)果為95．8％。
由結(jié)果可以看出，通過(guò)信息系統(tǒng)自動(dòng)記錄偏差，避免了人為原因造成的誤差，因此采用統(tǒng)計(jì)偏差次數(shù)方法的計(jì)算精度也有所提高，與統(tǒng)計(jì)偏差時(shí)間的方法算法結(jié)果差距不大，但后者由于考慮到了指標(biāo)偏差持續(xù)時(shí)間對(duì)裝置運(yùn)行帶來(lái)的影響。因此更具合理性。
4 結(jié) 論
從上述系統(tǒng)介紹和實(shí)例分析可以看出，通過(guò)應(yīng)用基于MES的裝置平穩(wěn)率考核系統(tǒng)，能夠有效地利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行偏差分析，利用信息系統(tǒng)完成傳統(tǒng)的工藝管理業(yè)務(wù)，提高了管理效率；基于偏差時(shí)間的平穩(wěn)率計(jì)算方法，解決了傳統(tǒng)平穩(wěn)率計(jì)算方法難以真實(shí)評(píng)價(jià)裝置實(shí)際運(yùn)行情況的弊端，切實(shí)反映了工藝指標(biāo)偏差對(duì)生產(chǎn)裝置運(yùn)行造成的影響，在衡量工藝卡片執(zhí)行情況的同時(shí)，有利于促進(jìn)操作人員提高裝置操作水平；便捷的統(tǒng)計(jì)查詢功能，使工藝人員可以把更多的精力投入到工藝分析方面，進(jìn)一步優(yōu)化工藝指標(biāo)，從而提高裝置工藝管理水平，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)生產(chǎn)效益。
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