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侯子良（1935－）
男，上海人，教授級(jí)高級(jí)工程師。電力行業(yè)熱工自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)一、二屆主任委員，火電廠廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)(SIS)研究會(huì)會(huì)長(zhǎng)，過(guò)程自動(dòng)化技術(shù)中心常務(wù)副主任，東方自動(dòng)化網(wǎng)總裁，從事電廠自動(dòng)化行業(yè)管理、規(guī)劃設(shè)計(jì)、咨詢等工作。
摘要：本文介紹了國(guó)際上廣泛流行的制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System,簡(jiǎn)稱MES）概念，以及流程企業(yè)信息化的MES+ERP模式，分析了它與我國(guó)電廠信息化過(guò)程中形成的獨(dú)特的廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)（Supervisory Information System in Plant level,簡(jiǎn)稱SIS）概念，以及電廠信息化的SIS+MIS模式的相同點(diǎn)和不同處，揭示了我國(guó)電廠信息化模式及SIS概念形成的國(guó)際意義。本文還簡(jiǎn)述了我國(guó)電廠信息化發(fā)展現(xiàn)狀。本文可供各流程企業(yè)信息化工作參考。
關(guān)鍵詞：制造執(zhí)行系統(tǒng)；廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)；實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)
Abstract: It is introduced that the conception of Manufacturing Execution System(MES) popular in the world and its MES + ERP mode in process enterprises. The conception of Supervisory Information System in Plant Level(SIS) and its special SIS + MIS mode in power plant in China are presented. Also, the similar and different part between MES and SIS,international meaning of SIS conception and information system developing in the power plant in China are described. The paper should be conferred by the work of the enterprise for developing information system. 電廠信息化模式 實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程 非實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程 企業(yè)管理 中國(guó) SIS MIS 外國(guó) MES ERP SIS數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)模 套數(shù) 所占份額 ≤20000點(diǎn) 50 39.7% 30000-40000點(diǎn) 25 19.8% 50000點(diǎn) 36 28.6% ≥60000點(diǎn) 15 11.9%
Key words: Manufacturing Execution System(MES) Supervisory Information System in plant level (SIS) Real-time Information System
1 MES概念
1992年，美國(guó)先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu)（Advanced Manufacturing Research,簡(jiǎn)稱AMR）在對(duì)流程企業(yè)做了大量調(diào)查研究基礎(chǔ)上提出了企業(yè)的三層集成模型，即自下而上為控制層、執(zhí)行層和計(jì)劃層。每一層有對(duì)應(yīng)的控制和/或管理系統(tǒng)及其相應(yīng)的軟件。對(duì)應(yīng)控制層的DCS、SCADA已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，并取得了明顯的安全經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)應(yīng)計(jì)劃層的ERP在發(fā)達(dá)國(guó)家的許多企業(yè)中也逐步廣泛應(yīng)用。但是，由于當(dāng)時(shí)對(duì)對(duì)應(yīng)執(zhí)行層的信息系統(tǒng)沒(méi)有人關(guān)注，計(jì)劃層ERP與控制層DCS互相隔裂運(yùn)行，ERP沒(méi)有生產(chǎn)實(shí)時(shí)信息的支持，以致企業(yè)信息化成效甚微。
經(jīng)過(guò)一段時(shí)期的反思，到九十年代后期，對(duì)應(yīng)執(zhí)行層的MES迅速發(fā)展起來(lái)，根據(jù)AMR研究，近期世界MES市場(chǎng)每年已突破10億美元。
什么叫做MES呢？AMR和MESA都給出了詳細(xì)的定義，簡(jiǎn)言之，MES是位于上層計(jì)劃管理系統(tǒng)與底層控制系統(tǒng)之間的面向車間生產(chǎn)過(guò)程的管理信息系統(tǒng)。
目前國(guó)際上所有流程企業(yè)，以及中國(guó)石化、鋼鐵等行業(yè)大多應(yīng)用MES+ERP模式來(lái)規(guī)劃和發(fā)展企業(yè)信息系統(tǒng)。
2 SIS概念
SIS概念是由我國(guó)行業(yè)專家于1997年在研究電廠企業(yè)特點(diǎn)和總結(jié)中國(guó)電廠信息化發(fā)展過(guò)程的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)基礎(chǔ)上提出的。
早在1993年，我國(guó)唐山發(fā)電總廠就已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一個(gè)類似于SIS的供值長(zhǎng)用的廠級(jí)實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)視和管理系統(tǒng)。但是由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)水平的限制，以及人們主要視線集中解決DCS應(yīng)用問(wèn)題，這種需求沒(méi)有引起注意。
九十年代中期，中國(guó)不少電廠紛紛投入巨資建設(shè)MIS，與國(guó)外一樣，由于多種原因，特別是因?yàn)镸IS沒(méi)有實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)支持，也大多成效甚微。
隨著中國(guó)電廠機(jī)組（車間）級(jí)自動(dòng)化任務(wù)的基本解決，電廠信息化任務(wù)擺到人們面前，迫切要求解決電廠廠級(jí)信息化的規(guī)劃問(wèn)題，正是在這種背景下，在中國(guó)，SIS概念應(yīng)運(yùn)而生，并形成了一條SIS+MIS的中國(guó)電廠信息化道路。
什么叫做SIS呢？當(dāng)時(shí)筆者在提出概念后提議并隨后列入電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中是這樣定義的：“SIS主要是為火電廠建立全廠生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，為全廠實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程綜合優(yōu)化服務(wù)的實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控和管理的信息系統(tǒng)。”
3 SIS與MES概念比較
SIS和MES概念有個(gè)共同點(diǎn)，那就是它們都是企業(yè)三層模型中介于控制層（DCS）和企業(yè)管理層（ERP、MIS）之間的信息系統(tǒng)，都是在總結(jié)ERP或MIS割裂控制層信息而失敗的教訓(xùn)基礎(chǔ)上提出的。
SIS和MES的差異在哪兒呢？
(1) SIS對(duì)象非常明確是指實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程（運(yùn)行），而在規(guī)劃廠級(jí)信息化系統(tǒng)時(shí)將非實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程（檢修等）納入MIS中；而MES對(duì)象泛指生產(chǎn)過(guò)程，包括實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程。兩者優(yōu)化對(duì)象的差異如表1所示。
表1
（運(yùn)行）
（檢修）
電廠信息化采用SIS+MIS模式，系統(tǒng)配置清晰，管理方便，易于保證信息系統(tǒng)安全，因?yàn)椋?br />
a 更好滿足實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)性要求。SIS主要是處理實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)信息，監(jiān)控和管理的時(shí)間性要求相對(duì)較高；而MIS包含大量非實(shí)時(shí)信息，盡管也包括SIS上傳的實(shí)時(shí)信息，但總的來(lái)說(shuō)，實(shí)時(shí)性要求相對(duì)較低。
隨著實(shí)時(shí)信息的增加、實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化功能加強(qiáng)和運(yùn)算工作量增加，SIS模式能更好滿足實(shí)時(shí)性要求的優(yōu)點(diǎn)將日益顯現(xiàn)出來(lái)。
b 服務(wù)對(duì)象清晰。SIS服務(wù)于各級(jí)運(yùn)行值班人員以及研究和管理生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程的相關(guān)管理人員，而MIS主要服務(wù)于設(shè)備檢修，計(jì)劃、經(jīng)營(yíng)以及行政方面的人員，服務(wù)對(duì)象分工清晰，知識(shí)結(jié)構(gòu)專一，便于管理。MES+ERP模式中，由于MES將運(yùn)行和檢修兩個(gè)專業(yè)知識(shí)和機(jī)構(gòu)混在一個(gè)系統(tǒng)中，給系統(tǒng)配置帶來(lái)諸多不便。
c 保障安全方便。SIS和MES直接與機(jī)組（車間）級(jí)控制系統(tǒng)聯(lián)接，因此，它應(yīng)具有比MIS和ERP更高的安全等級(jí)。此外，廠級(jí)實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控和管理本身也比非實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程管理具有較高的安全等級(jí)。
在SIS+MIS模式中，把安全等級(jí)相對(duì)較低的非實(shí)時(shí)生產(chǎn)管理納入安全要求相似的MIS中，而SIS中集中配置安全等級(jí)較高的實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控和管理，同時(shí)還減少了它面向服務(wù)的人員，安全等級(jí)配置合理，安全性更容易得到保證。
(2) MES主要考慮離線管理，而SIS還考慮在線監(jiān)視和管理，而且根據(jù)電廠獨(dú)有特點(diǎn)，在納入機(jī)組優(yōu)化負(fù)荷分配后還將會(huì)出現(xiàn)全廠綜合優(yōu)化控制功能。
目前，我國(guó)已經(jīng)有一些電廠采用非直調(diào)方式（中調(diào)把全廠負(fù)荷發(fā)給電廠，電廠按優(yōu)化分配算法把負(fù)荷分配給每臺(tái)機(jī)組），取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益，日益受到電網(wǎng)調(diào)度的支持和電廠的重視。如果SIS中的這一功能真正實(shí)現(xiàn)閉環(huán)，那么它的安全等級(jí)將會(huì)提升到與機(jī)組控制級(jí)相同的水平。MES概念中沒(méi)有考慮到電廠這一特點(diǎn)，MES+ERP模式很難滿足這種要求。
綜上分析，中國(guó)電廠信息化的SIS+MIS模式具有一定優(yōu)越性和普遍意義，豐富了國(guó)際上電廠和類似于電廠的流程企業(yè)信息化的模式。
4 我國(guó)SIS發(fā)展現(xiàn)狀
目前，我國(guó)電廠信息化建設(shè)已有一批標(biāo)準(zhǔn)可供遵循，包括2004年頒發(fā)的專門用于SIS的標(biāo)準(zhǔn)“火力發(fā)電廠廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)(SIS)技術(shù)規(guī)程”，這為我國(guó)健康發(fā)展電廠信息化提供了保證。
關(guān)于SIS項(xiàng)目，根據(jù)SIS研究會(huì)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)十五期間已經(jīng)有近200多個(gè)電廠建設(shè)SIS項(xiàng)目基本情況如下：
(1）SIS網(wǎng)絡(luò)
25%項(xiàng)目SIS和MIS是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，中間僅采用防火墻類的邏輯隔離措施；75%項(xiàng)目SIS和MIS網(wǎng)絡(luò)間還采用了網(wǎng)閘類物理隔離措施，而且限制信息只能從SIS向MIS傳送，不允許反向傳送，以確保SIS更高安全等級(jí)。至于SIS與DCS間的接口更是采取了嚴(yán)格的隔離措施，以確保機(jī)組控制級(jí)的更高安全等級(jí)?？梢?jiàn)中國(guó)在發(fā)展電廠信息化時(shí)非常重視信息安全配置的投入。
(2）SIS的實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)
大約78%由國(guó)外企業(yè)提供，如美國(guó)OSI公司的PI，Instep公司的eDNA等，大約22%由國(guó)內(nèi)企業(yè)提供。數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)模見(jiàn)表2。
表2
(3）SIS優(yōu)化軟件
由于這一領(lǐng)域國(guó)外企業(yè)介入較晚，目前約80%由國(guó)內(nèi)SIS公司提供，只有20%由國(guó)外企業(yè)提供，主要是西門子、ABB等企業(yè)，目前國(guó)外企業(yè)已開(kāi)始重視中國(guó)電廠優(yōu)化軟件市場(chǎng)，紛紛進(jìn)入中國(guó)。
(4）SIS評(píng)估
由原電力部副部長(zhǎng)陸延昌先生為首的專家小組于2004年和2005年分別對(duì)盤山電廠(2×600MW)和石嘴山電廠(4×300MW)的SIS項(xiàng)目進(jìn)行了評(píng)估，充分肯定了SIS的巨大安全和經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)我國(guó)電廠信息化向前發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。
根據(jù)預(yù)測(cè)，今后五年內(nèi)平均每年至少會(huì)有70～80個(gè)電廠要配置SIS項(xiàng)目，我國(guó)電廠信息化已進(jìn)入建設(shè)高潮。
編號(hào)：080522
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)