Die petrochemische Industrie ist ein kontinuierlicher, großtechnischer Produktionsprozess, der aus vielen komplexen, intern miteinander verbundenen Anlagen besteht. Diese Anlagen sind durch Material- und Energieflüsse sowie Anlagen miteinander verbunden. Petrochemische Unternehmen nutzen Rohöl und Erdgas als primäre Rohstoffe zur Herstellung von Kraftstoffen, Schmierölen, Paraffinwachs und anderen Produkten, um gesellschaftliche Bedürfnisse zu decken und gleichzeitig den wirtschaftlichen Nutzen der Unternehmen zu maximieren. Dadurch nehmen sie eine bedeutende wirtschaftliche Stellung in der nationalen Wirtschaft meines Landes ein. Petrochemische Unternehmen zeichnen sich durch einen hohen Automatisierungsgrad der Instrumentierung, rasante technologische Fortschritte und einen frühen Einstieg in die Informationstechnologie aus. Jüngste Anwendungen lassen sich wie folgt zusammenfassen: Aufbau der IT-Infrastruktur, z. B. Informationsnetzwerke und Datenbanken; fortschrittliche Steuerung von Produktionsanlagen und Optimierung von Produktionsprozessen; computergestütztes Design (CAD); Produktionsprozesssimulation; Büroautomation (OA); Managementinformationssysteme (MIS); computerintegrierte Fertigungssysteme (CIMS); und Enterprise-Resource-Management (ERP). I. Kernkomponenten des MES in petrochemischen Unternehmen Die Gesamtarchitektur des MES eines petrochemischen Unternehmens ist in der Abbildung dargestellt, und seine Kernkomponenten sind im Folgenden aufgeführt. (I) Datenkorrektur: Daten sind die wichtigste Grundlage für das Verständnis, die Steuerung und die Entscheidungsfindung in Bezug auf Produktion und Management eines Unternehmens. Fehler aufgrund von Messgenauigkeit und anderen Faktoren beeinträchtigen direkt das Verständnis und die Anpassung der Produktionsprozessparameter durch die Bediener vor Ort und erschweren so die Materialbilanzierung im Einklang mit der tatsächlichen Produktion. Datenkorrektur und -anpassung stellen einen Engpass für die Weiterentwicklung der Unternehmensinformatisierung dar und erfordern dringend praktische Lösungen. 1. Datenkorrekturfunktionen: Korrektur einzelner Zähler, Korrektur von Zählern an der Anlagenseite, Korrektur der Anlagenbilanz, Korrektur einzelner Tanks, Korrektur der Tankfläche, Korrektur der Tank- und Zählermengen beim Ein- und Austritt in die Anlage und das Werk sowie dynamische Überwachung des Zählerbetriebszustands. 2. Mengenermittlungsalgorithmus: „Mengenermittlung“ bezeichnet die Berechnung der Zählermenge an der Anlagenseite auf Basis der Tankmessung. Die Mengenermittlung für alle Anlagenmaterialien erfolgt mittels eines multivariaten linearen Gleichungssystems, das durch mehrere zyklische Scans und einen schrittweisen iterativen Algorithmus gelöst wird. Es verwendet Tankmengen zur Schätzung der Zählerstände der einzelnen Einheiten und wendet eine Lösungsstrategie an, bei der zunächst die Gesamtmenge und anschließend die Komponenten ausgeglichen werden. 3. Momentaufnahme-Modell: Aufgrund zahlreicher Einflussfaktoren ist die gleichzeitige Erfassung von Zähler- und Tankmengen schwierig. Materialbilanzberechnungen auf Basis von Daten, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfasst wurden, spiegeln die tatsächliche Situation der Produktionsaktivitäten des Unternehmens nur unzureichend wider. Um diesen Engpass im Produktionsmanagement zu beheben, führt das System das Konzept eines „Momentaufnahme-Modells“ ein, um Datenkorrekturen zum „gleichen Zeitpunkt“ zu ermöglichen, da dies realistischer und aussagekräftiger ist. 4. Selbstlernendes Datenkorrektursystem: Aufbau einer Datenkorrekturdatenbank, Aufbau einer Datenkorrekturmodellbibliothek und halbautomatische Datenkorrektur durch Mensch-Computer-Interaktion. (II) Das Logistikmanagement des Ölprodukttransports ist das zentrale Element des MES. Für petrochemische Unternehmen bedeutet „Logistik“ im Wesentlichen „Ölprodukttransport“. Ziel der Implementierung der Komponente für den Ölproduktfluss ist es, Produktionsleitern und -bedienern schnell aktualisierte Logistikdaten bereitzustellen. So können Produktionsanweisungen zeitnah und präzise erteilt, Produktionsabläufe optimiert und die Wettbewerbsfähigkeit des Unternehmens gestärkt werden. 1. Ziele des Ölproduktflussmanagements: Ein genaues und umfassendes Verständnis der gesamten Logistik vom Rohöleingang bis zum Produktausgang; zeitnahe und objektive Kenntnis des Produktionsstatus von Verarbeitungsanlagen und Hilfsabteilungen; präzise Abbildung des dynamischen Bestands an Ölprodukten (Fertig- und Halbfertigprodukte); Beitrag zur Material- und Energiebilanz des Unternehmens; und die frühzeitige Erkennung von Betriebsfehlern beim Ölproduktfluss, um Leckagen und Verschmutzungen effektiv zu verhindern. 2. Visualisierte Verfolgung des Ölproduktflusses: Die Komponente bietet eine Funktion zur „visualisierten Verfolgung des Ölproduktflusses“. Basierend auf den tatsächlichen Betriebsbedingungen vor Ort wird automatisch ein Flussdiagramm des Ölproduktflusses erstellt und generiert. Dies ermöglicht komfortable und flexible Abfragen nach Lagertank, Anlagenteil und Verbindungsgruppe. 3. Versandrichtlinien für Ölproduktbewegungen: Diese spielen eine entscheidende Rolle für ein verbessertes Management und eine optimierte Produktion. Da die standardisierten Versandrichtlinien alle Vorgänge im Zusammenhang mit der Ölproduktbewegung abdecken, gelten alle Vorgänge vor Ort, die nicht den Richtlinien entsprechen, als rechtswidrig. Dadurch werden Unfälle vermieden und ein sicherer, stabiler, vollständiger und qualitativ hochwertiger Betrieb des Unternehmens gewährleistet. (III) Materialbilanz: Die Materialbilanz verändert das traditionelle Managementmodell petrochemischer Unternehmen grundlegend. Dieses basiert auf statistischer Zuordnung, Berichtserstellung und monatlichem Abgleich und führt zu einer täglichen Materialbilanz. Ziel der Materialbilanz ist die präzise Verwaltung der Sammlung, Zuordnung und Lagerung von Materialien, Betriebsmitteln und Ölprodukten im gesamten Produktionsprozess der Anlage. Dies liefert genaue Daten für die Berechnung der Ausbeute, Produktionsstatistiken, Kostenrechnung, Leistungsbewertung und Enterprise Resource Planning (ERP). 1. Materialbilanzmodelle: Punkt-, Block- und Flächenbilanzmodelle; vertikale und horizontale Bilanzmodelle; basierend auf Prozessprinzipien, dem Prinzip der Massenerhaltung und dem Prinzip der Energieerhaltung. 2. Erreichen zweier Ebenen der täglichen Materialbilanz für das Unternehmen: Die erste Ebene ist die Bilanz auf Betriebs- (oder Standort-) Ebene, die zweite Ebene ist die Gesamtbilanz des Unternehmens. (IV) Komponentenbilanz: Die Komponenten sind das Produkt der Nebenanlagen der Produktionseinheit. Ob aus Sicht des Gesamtunternehmens oder einer bestimmten Einheit bzw. eines Lagertanks: Zu- und Abfluss der Komponenten sind gleich; dies ist die sogenannte Komponentenbilanz. Sie umfasst die Rohölkomponentenbilanz, die Komponentenbilanz der Nebenanlagen sowie die Komponentenverfolgung und -abstimmung. Basierend auf den Ergebnissen der Komponentenbilanz wird die Genauigkeit der ursprünglichen korrigierten Daten überprüft und weitere Anpassungen und Korrekturen vorgenommen, wodurch die Zuverlässigkeit der Basisdaten erheblich verbessert wird. Die Erstellung des Komponentenbilanzmodells basiert auf dem Prozessprinzip, dem Prinzip der Massenerhaltung und den Daten zur Ölbewegung. (V) Anlagenbilanz: Die Anlagenbilanz bedeutet, dass die Verarbeitungsmenge im Anlagenteil und die Produktmenge (Fertig- und Halbfertigprodukte) im Anlagenteil übereinstimmen (einschließlich Verarbeitungsverlusten). Sie spiegelt objektiv den tatsächlichen Produktionsstatus der Anlage wider und dient als Grundlage für die Anpassung der Prozessparameter durch die Betriebsleitung und die Produktionsmitarbeiter. (VI) Tankflächenbilanz: Die Tankflächenbilanz ist ein wichtiger Bestandteil der Materialbilanz des Unternehmens. Sie spiegelt den Betriebszustand der Produktionsanlage aus logistischer Sicht wider, unterstützt die Produktionsplanung durch Lager- und Transportsysteme und ermöglicht die optimale Nutzung begrenzter Lagertanks, um den durch das erhöhte Verarbeitungsvolumen bedingten Lagerbedarf zu decken. Sie umfasst die Tankflächenbilanz einzelner Tanks, die Tankflächenbilanz und die Tankflächenbilanz des gesamten Werks. Ziele der Tankflächenbilanz sind: die Übereinstimmung des bewegten Tankvolumens mit dem Rohmaterial- und Produkteingangs- und -ausgangsvolumen der Anlage; die Übereinstimmung der Misch- und Ölzuführungsprotokolle für Halbfertigprodukte; die Übereinstimmung von Produktausstoß und Lagerbestand; die Übereinstimmung von Produktlieferung und Lagerbestand; sowie die Ermittlung von Gewinn und Verlust für jedes Produkt. (VII) Gasbilanz: Aufgrund der geringen Installationsrate von Gasmessgeräten und der geringen Genauigkeit der verwendeten Geräte ist die Gasbilanzierung mit einigen Schwierigkeiten verbunden. Dazu gehören die Kalibrierung vorhandener Messgeräte, die Schätzung fehlender Messgeräte (basierend auf Erfahrungswerten und Prozessmechanismen), Korrekturen während der Anlagenbilanzierung und Anpassungen während der Gesamtbilanzierung des Unternehmens. (VIII) Energieverbrauchsbilanz: Der Energieverbrauch ist der größte variable Kostenfaktor für petrochemische Unternehmen und gewinnt für Produktionsleiter zunehmend an Bedeutung. Er birgt ein erhebliches Potenzial zur Effizienzsteigerung. Die Energieverbrauchsbilanz erfasst und kalibriert Energieverbrauchsdaten vor Ort und gleicht diese für Wasser, Strom, Dampf, Öl, Gas, Heizöl, Druckluft usw. ab, um eine tägliche Energiebilanz für das Unternehmen zu erstellen. Dies ermöglicht es Produktionsleitern, die Dynamik des Energieverbrauchs zeitnah zu erfassen, Probleme und Engpässe zu analysieren und Verbesserungsmaßnahmen zu ergreifen. Dadurch wird ein stabiler Produktionsbetrieb sichergestellt und unnötige wirtschaftliche Verluste reduziert. (IX) Einsatzleitanweisungen: Um die Kommunikation zwischen Einsatzleitstelle und operativen Einheiten zu verbessern und die Betriebsabläufe zu standardisieren, organisiert, fasst und optimiert diese Komponente die Produktionsabläufe des Unternehmens und erstellt eine Reihe von prozeduralen Einsatzleitanweisungen. Die Einsatzleitanweisungen umfassen nicht nur einige wenige Kennzahlen, sondern einen vollständigen Satz standardisierter Pläne. Sie werden direkt über das Netzwerk an die einzelnen Einheiten übermittelt, sodass die Bediener klare und detaillierte Einsatzpläne erhalten. Autorisierte Bediener bestätigen den Einsatzinhalt und führen die entsprechenden Operationen gemäß den Anweisungen aus. II. MES-Unterstützungsumgebung: Um den Anforderungen von MES gerecht zu werden, soll der Aufbau des Unternehmensnetzwerks und des Rechenzentrums verbessert werden. (I) Netzwerksicherheit: Um den sicheren und stabilen Betrieb des Produktionsdatenservers zu gewährleisten, wird ein separater Produktionsdatenserver eingerichtet. Zwischen der Kernschicht und der Aggregationsschicht wird Layer-3-Switching implementiert. In den sekundären Einheiten wird Routing-Filterung eingesetzt, um den Fluss von Spam-Informationen zu verhindern. Um die Informationssicherheit zwischen den Abteilungen zu gewährleisten, werden VLANs nach Abteilungen getrennt, um eine abteilungsspezifische Isolation zu erreichen und die Sicherheit wichtiger Daten zu gewährleisten. Grundlegende einheitliche Grenzschutzsysteme, Virenschutzsysteme, Intrusion-Detection-Systeme usw. sind implementiert. (II) Echtzeitdatenbanken und relationale Datenbanken: Echtzeitdatenbanken dienen der automatischen Erfassung, Speicherung und Überwachung von Prozessdaten. Die gängigsten Echtzeitdatenbanken in petrochemischen Unternehmen sind PI, InfoPlus und Uniformance. Relationale Datenbanken bilden den Kern der unternehmensweiten Informationsintegration: Sie zeichnen sich durch hohe Offenheit aus und sind auf verschiedenen Hardwareplattformen und Betriebssystemen lauffähig. Sie ermöglichen Datenkonvergenz und -vereinheitlichung und sind auf webbasiertes Informationsmanagement ausgerichtet. Sicherheit und Zuverlässigkeit der Datenbankoperationen sowie die Schnittstelle zu Anwendungssystemen werden umfassend berücksichtigt. Die gängigsten relationalen Datenbanken in petrochemischen Unternehmen sind Oracle und Sybase. Die Integration von relationalen Datenbanken mit Echtzeitdatenbanken erfolgt in der Regel über ODBC. ODBC ist ein von Microsoft entwickelter Standard für die SQL-Zugriffskontrolle. Unabhängig von der verwendeten Anwendungssoftware im Frontend oder der im Backend eingesetzten Datenbank können Benutzer auf verschiedene Datenbankprodukte zugreifen, sofern sie die entsprechenden ODBC-Treiber installieren. (III) Die Datenplattform stellt ein einheitliches Datenabbild (Single Data Image, SDI) für Anwendungen höherer Schichten in einer verteilten, heterogenen Umgebung bereit. Dadurch muss jedes Anwendungssubsystem Datenoperationen auf der darunterliegenden Schicht transparent durchführen, wodurch alle Daten als ein vollständig nahtlos integriertes System behandelt werden. Dank der offenen Architektur, kombiniert mit ausgereiften professionellen Datenintegrationswerkzeugen und unter Verwendung von Komponenten-, Workflow-, XML- und Modellierungstechnologien, wird die Integration von Produktionsprozessdaten und Geschäftsdaten des gesamten petrochemischen Unternehmens realisiert. Dies bietet eine effektive Datenunterstützung für ERP, Produktionsmanagement und Geschäftsentscheidungen. 1. Die geschichtete Architektur der Datenplattform umfasst: Datentransformationsschicht, Datenintegrationsschicht und Datenschnittstellenschicht. 2. Kerndatenmodell für petrochemische Unternehmen: Das Kerndatenmodell für petrochemische Unternehmen bildet den Kern der gesamten Plattform. Es repräsentiert die Datensammlung, die alle MES-Anwendungen innerhalb des petrochemischen Unternehmens gemeinsam nutzen und austauschen müssen. Das Kerndatenreferenzmodell der Unternehmensdatenplattform muss von den Kernprozessen des Unternehmens ausgehen und die wichtigsten wertschöpfenden und unterstützenden Geschäftsdaten aus der Perspektive des gesamten Unternehmens präzise beschreiben. Die unternehmensweiten Anforderungen betonen die Identifizierung und Hervorhebung der Gemeinsamkeiten zwischen verschiedenen lokalen Anwendungen, die Aufdeckung und Beseitigung redundanter Informationen, die Erkennung und Behebung verschiedener Konflikte sowie die einheitliche Prüfung, ob die Anwendungsbedürfnisse des gesamten Unternehmens erfüllt werden. Dies umfasst: die Datenorganisation innerhalb der MES-Datenplattform, die Datenaustauschspezifikationen für alle MES-Anwendungen auf dem unternehmensweiten Datenbus und das unternehmensweite Datenmodell. III. MES-Implementierungsfahrplan (I) Implementierungsmethodik Viele Fehlschläge bei der Unternehmensinformatisierung sind nicht auf veraltete Technologie oder fehlende Mittel zurückzuführen, sondern darauf, dass die Veränderungen in Personal, Organisation und Unternehmenskultur nicht mit den Managementreformen Schritt gehalten haben. Daher ist die Implementierungsmethodik für die Unternehmenstransformation von entscheidender Bedeutung. Anforderungen: Auf Basis des Rahmenwerks für die Unternehmensmanagementreform werden das Gesamtziel, die Teilziele und der Projektumfang des Informationssystems festgelegt. Auf Basis des Rahmenwerks für die Unternehmensmanagementreform und des Geschäftsreferenzmodells wird wiederholt mit den Nutzern kommuniziert, iterativ vorgegangen und der Geschäftsbedarf des Unternehmens ermittelt. Das unternehmensweite Datenmodell wird mithilfe von Workflow-Modellierung und Simulationstechnologie abgeleitet. Aufbauend auf dem bestehenden Unternehmensinformationssystem wird der Transformationsprozess von Mitarbeitern, Organisation und Unternehmenskultur integriert und das System durch Wiederholung der oben genannten Schritte kontinuierlich verbessert, um schließlich das Informationsanwendungssystem fertigzustellen und das Unternehmensmanagementmodell zu reformieren. (II) Eine Echtzeitdatenbank ist eine Grundvoraussetzung. MES ist zwischen Steuerungs- und Entscheidungsebene angesiedelt und auf die Logistik ausgerichtet. Ziel von MES ist es, Daten zu erfassen, zu korrigieren und zu verarbeiten, um letztendlich die Produktionsaktivitäten durch die Auswertung der Daten zu steuern und so den maximalen wirtschaftlichen Nutzen für das Unternehmen zu erzielen. Ohne vollständige Echtzeitdaten aus dem Betrieb wäre MES wie eine Quelle ohne Wasser oder Reis ohne Reis. (III) Der Systemaufbau erfolgt integrativ. MES basiert auf fortschrittlicher und ausgereifter Technologie. Durch die Erfassung, Analyse, Verarbeitung und Anwendung von Echtzeit-Produktionsdaten wird ein Informationsanwendungssystem geschaffen, das den tatsächlichen Gegebenheiten des Unternehmens entspricht. Unter dieser Voraussetzung sollte der Aufbau von MES auf Integration, die Auswahl fortschrittlicher und ausgereifter Software- und Hardwareprodukte sowie die schnelle und effektive Implementierung im Unternehmen durch Weiterentwicklung ausgerichtet sein. Die Entwicklung von Systemanwendungen dient der Integration, während die Entwicklung von Schnittstellenmodulen eine starke Garantie für die Informationsintegration des Systems bietet. Gemäß dieser Entwicklungsphilosophie werden verschiedene Informationen aus unterschiedlichen Plattformen, Anwendungen und Schnittstellen organisch in das System integriert. (IV) Anwendung fortschrittlicher Designmethoden: Das Unternehmensdatenmodell dient als grundlegendes Framework für die unternehmensweite Informationsintegration. Ein vollständiges Datenerfassungssystem gewährleistet die Datenautorität, wobei jede einzelne Information nur einen eindeutigen Eingang hat. Das Design basiert auf browserbasierter Intranet-Technologie sowie C/S- und B/S-Methoden, wobei die B/S-Struktur so weit wie möglich genutzt wird. Das Plattformkonzept wird eingeführt, um das System an die Informationsdienstanforderungen verschiedener Phasen wie Design, Entwicklung und Betrieb anzupassen und die Organisation von Frontend- und Anwendungsdiensten zu erleichtern. Die Integration mehrerer Anwendungen, Schnittstellen, Plattformen und Informationen erfolgt mit der neuesten Microsoft .NET-Technologie. (V) Betonung der Einrichtung bidirektionaler Kommunikationskanäle: Die Einrichtung und Verbesserung bidirektionaler Kommunikationskanäle sind Schlüsselfaktoren für den Projekterfolg. Damit das MES-System erfolgreich implementiert werden kann und dem Unternehmen Vorteile bringt, ist eine aktive Mitarbeit in vielen Bereichen erforderlich. (VI) Das „Prinzip der obersten Führungsebene“: Dieses Prinzip ist zweifellos die grundlegende Voraussetzung für den Erfolg des IT-Aufbaus und hat sich in der Praxis bewährt. Die oberste Führungsebene sollte dem IT-Aufbau die richtige Priorität für die Unternehmensentwicklung einräumen; der IT-Manager sollte die Planung und Implementierung von Computeranwendungen priorisieren; und die Führungskräfte der mittleren Ebene sollten die konkrete Entwicklung und Anwendung von Projekten direkt leiten und daran mitwirken. (VII) Projektleitung: Gemäß dem Prinzip „drei Teile Technologie und sieben Teile Management“ sollte die Geschäftsabteilung die Projektleitung übernehmen, während die IT-Abteilung für die Entwicklung, Implementierung und den technischen Support verantwortlich ist. Es ist wichtig zu betonen, dass Unternehmen den technologischen Gehalt und den Arbeitsaufwand im Bereich der Informationstechnologie vollumfänglich anerkennen und wertschätzen sollten. (VIII) Direkte Beteiligung der Bediener: Diese Beteiligung beschränkt sich nicht auf das schrittweise Befolgen der Bedienungsanleitung, sondern sollte vom Beginn der Projektanforderungsanalyse bis zur finalen Systemimplementierung reichen, da die Bediener in ihren jeweiligen Positionen das größte Mitspracherecht haben. Die Förderung von Eigeninitiative, Begeisterung und Verantwortungsbewusstsein der Bediener ist ein Schlüsselfaktor für die Effektivität und den Erfolg von MES.