袁耀光
上海城投水务（集团）有限公司制水分公司技术管理部上海200086
摘要:生产运行与管理一直是制水公司的主要企业活动，是确保企业实现经营管理目标的关键。长期以来，制水分公司一直探索在生产自动化基本实现的前提下如何提升生产组织与运行管理模式，实现运管信息化、智慧化。本文从现代自来水制造企业信息化总体框架角度，结合制水分公司集中化运管平台的方案构建、长桥水厂中央控制室搬迁工程，梳理制水生产实际运行需求，研究并提出制水公司智能制水执行层的构架策略，为新时期制水企业升级改造、提升生产运管执行力、实现智能生产、智慧管理提供参考。
关键词:智能生产智慧管理自动化
1引言
2015年水务改革及制水分公司的成立，意味着公司的经营战略从制水企业长远发展的角度进行调整并确立了相应的目标。分公司将积极面对市场经济条件下水务市场环境所带来的挑战，走专业化运行与管理的道路，力求在高度信息化、智慧化及国际化的社会发展与竞争环境中求得长期的生存与发展。
专业化运行与管理是制水分公司的核心竞争力所在。公司运行管理的专业化能力越强，则公司的竞争力也就越强。其中关键之处在于其专业化程度，以及怎样保持专业化运行管理的领先水平。外部环境没法改变，公司只能适应，反之还需有较强的利用外部环境提供的各种技术的能力，做到为我所用，真正体现出专业化公司的环境适应能力及市场应变能力。面对国家正在推进的智能制造、智慧城市战略，公司需要及时掌握其配套政策；面对不断应运而生的各类信息技术，需要适当引用并深入地在公司生产、管理活动中付诸实施。内部环境，主要是指我们的生产现状和内在能力，包括工艺设施、设备现状，以及长期以来公司积淀、掌握的各项生产技术、管理方法、员工素质。外部环境的变化在不断逼迫我们去改善、提升现有的内部环境。本文主要以制水公司综合管控平台以及长桥水厂深度处理改造前期配套的中控室搬迁改造工程作为公司提升内部环境的研究案例，通过改造将水厂、公司的生产运行管理功能进行重新定位，利用当前外部环境提供的智能制造平台技术、移动互联等技术研究并改造建立公司智能生产、智慧管理平台，将核心竞争力知识整合于平台软件功能中，并与水务集团整体信息化规划相结合，整体部署自动化、信息化系统架构，最终使得公司内部环境能得到提升并能适应外部环境要求，实现外部、内部环境高效互动，促进并为公司总体管理目标、专业化发展战略的实现提供保障。
2目标与现状需求梳理
在研究、制订长桥水厂中控室搬迁改造方案阶段，遵从公司总体目标，从制水分公司总体生产运管角度，以目标及核心竞争力作为两大立足点来进行方案的编制。因此必须明确公司总体目标的是成为安全、优质、高效的城市居民生活饮用水制造与输送服务商。围绕这一目标，重点基于自来水制造与输送的生产实现，方案形成的策略是：在分公司层面建立智能生产、智慧管理平台，以长桥水厂为试点先行先试，逐步接入各水厂及各泵站并不断向智能生产运行、智慧生产管理方向迈进，并以此不断提高公司的核心业务竞争力。
2.1智能生产、智慧管理在制水公司企业活动中的层次及作用
实现制水生产全链条信息化，将公司的主要企业管理活动分为两个层次，并实现企业的扁平化管理：
决策层：主要制定公司目标计划，进行智慧分析与决策；
现状决策层所制定的目标已非常明确，关键在于执行层执行力的提升：
执行层根据决策层制定的目标、方针、策略、计划分解下达的具体生产与组织任务，组织各项生产活动，并保证任务的完成、计划目标的实现。其中，技术开发及应用管理是组织生产、实现计划目标的保障，它为生产管理提供了先进适用的工艺方法及技术手段。但在一定时期内，投入水厂实际运用的技术工艺是相对稳定的，主要设备配置及工艺技术手段基本不会有经常性大的变化。因此，生产管理较技术管理对公司提升执行力来说更具有针对性和迫切性。生产配置现状与运管间的矛盾是水厂运行面临的主要矛盾，也是公司实现长远战略目标与现有管理状态之间的矛盾。这一点在长桥水厂目前实际生产运行与管理过程中则体现得更为直接而具体。这些矛盾也决定了实现智能生产、智慧管理是公司今后摒除薄弱、取得发展的主要着力点。
2.2作为公司核心竞争力—生产运管业务的梳理
公司生产管理部、设备管理部、水厂、泵站管理所等部门及基层单位进行各类生产运管活动，完成生产任务，主要体现在：
1）根据集团运管中心制定的供水计划对公司全年生产进行计划排产，并进行计划任务的分配。主要包括：编制生产计划、物资供应计划以及设备、设施的修理及更新改造计划等。
2）对生产进行组织与调度，完成生产的物资及技术准备。包括：水质（加药）工艺路线、水量（配水）工艺流程的制定，生产过程的组织，劳动力组织，物资收发及保存（库存管理）、投用，净水设备、设施的巡检、各级保养及维修等。
3）对生产进行控制，完成计划任务。包括：水量计划、水质计划控制，净水原材料投加控制，能源利用率控制以及各类制水成本指标的控制等。
从公司现有的生产组织与管理模式来看，除第3）点—生产控制部分，大部分水厂对水量、水质已基本采用PLC自动化控制外，其余生产管理功能均未能在统一的信息平台上运行，未能实现厂厂、厂站间高度协作的标准化运管作业。即，现有水厂、泵站自动化系统仍停留在完成设备重复操作、连续调控功能上；公司部门与各基层单位能采集一定量的生产实时数据并生成报表，但管控模式、协作活动及计划作业进度等信息数据未尽完善、更未能运行在统一的信息平台上实现与各水厂自动化系统的数据链接。
而作为生产管理核心功能的第1）、第2）点，则更多的是基于手工台账的方式进行上传下达，组织执行。这种手工方式统计分析功能较弱，由于人为主观性数据较多，客观性数据覆盖不足，数据表实性不强，已不符合公司现在的管理要求，与智慧化生产运管要求距离较大。
建立制水分公司智能生产、智慧管理平台主要提升执行层的运管效能，而重复、连续的生产实时运行、设备操作控制则转交生产自动化系统来完成。水厂、泵站的自动化系统依据运行规程全面实现现场无人值守的智能化生产作业，实现第3）点提及的要求。而第1）、2）点作为执行层中生产管理的主要功能，与第3）点有机柔合、建立一体化高效的执行层信息系统则是实现企业智慧管理、提升公司核心竞争力的关键需求。
3智能生产、智慧管理平台架构设计
3.1经过上述需求分析，结合集团信息化规划对制水公司信息框架进行构建，从上至下依次为：
1）集团计划层（公司决策层）：规划中的集团ERP等系统；
2）制水执行层：MES系统（智能生产执行系统，即智能生产、智慧管理平台）；
3）控制层：生产自动化系统（PLC系统、智能仪表及设备层系统）；
4）设备层：水厂、泵站现场一次生产设施、生产设备。
3.2系统架构图
4平台软件模块功能设计
作为专业化运行的制水公司，着重加强执行层和控制层功能的统筹设置与建设，与决策层系统对接并提供各类生产管理决策信息数据。公司决策层则由集团公司统筹建设。
4.1生产执行层—智能生产、智慧管理平台
制水分公司智能生产、智慧管理平台的建立是本文方案的研究重点。平台统一接受集团下达的总体生产计划及指标，依据公司生产设施设备能力建立制水生产能力数据库、能力编排规则库及人工智能学习算法模型库，由平台统一分解编排各水厂、泵站厂级、车间级、单体（设施）设备级生产作业计划：包括水量计划、水质计划、生产线工艺组合调配计划、设施设备运行、巡检、检修作业计划、制水原材料供应计划、用电MD需求计划、生产运管人员班组编制计划等。
依据分公司编制的制水生产运行规程和制水设施设备检修规程（包括应急处置预案）建立统一的设施设备运行、检修知识规则库，规范标准化现场作业流程，并以此建立统一的移动现场智能化作业流程功能，严格水厂、泵站各类生产作业的执行。
4.1.1生产管理模块功能水厂、泵站运行人员通过移动终端自动接收作业任务，并按系统提示的作业任务项目及作业要求进行实际作业操作。根据现场作业的数据、时间、耗时、位置、顺序、现场照片等对作业进行多角度评价，并以实际数据完成作业人员的业绩量化数据考核。例如作业完成率、作业效率、发现故障次数等考核指标的统计自动生成。对接控制层生产自动化系统数据，生成设备、设施，逻辑生成的各生产线模型、整体水厂模型的多维度综合运行效益（绩效），进而实现水厂精细化、信息化、智能化运行管理。同时，模块也能提供应急响应预案现场作业处置的信息化执行功能。
4.1.2物料管理模块功能
根据水量计划、水质计划，自动制定生成制水原材料的消耗（物料拉动）计划、供应计划、库存计划。利用互联网建立企业间信息互联系统，实现与原料厂商、物流商间的信息互联，确保水厂生产的正常需求及应急供应。完成每批次原材料检验入库，并能通过实时系统所提供的使用情况及化学检验信息数据完成质量评定及生产质量事件的追溯及供应商评价。
4.1.3质量管理模块功能
根据公司出厂水水质标准，结合生产实际，例如原水条件，分解并制定各厂各线过程水水质控制指标计划。完成化验室水质检验、在线水质仪表的数据比对整合，实现水质计划完成情况智能统计，并与实时系统配合完成生产过程质量的追溯。
4.1.4通用管理模块功能
完成生产单体设备（设施）数字化建模并建立统一的统计分析算法模型。建立实时运行数据、作业管理数据与设备基础信息数据的大数据整合统计分析功能。对历史数据进行统计并进行趋势分析管理，生成设备的利用率等指标性数据，实现设备综合效率评估。对象包括沉淀池、滤池、机泵单体、水库等主要净水设施设备，主要功能如下：
沉淀池：对沉淀池的运行能力、原水水质、原水温度、出口水质、药耗、排泥时间（排泥水消耗）、电耗、累计运行时数、累计运行水量等数据进行相关性分析建模，统计出沉淀池在不同配水、不同原水条件下其运行效益情况，为优化工艺组合及制定检修计划提供数据支撑。
滤池：对滤池的运行能力、沉淀池出口水质、滤后水水质、累计过滤时数、累计过滤水量、累计反冲洗次数（反冲强度）、电耗等数据进行相关性建模分析，统计出各滤池在不同配水、不同过程水水质指标等条件下其去除率性能及运行效益情况，为优化工艺组合及制定检修计划提供数据支撑。
机泵：对机泵出水流量、累计运行水量、累计运行时数、开停次数、进口压力、出口压力、吸水液位、电耗等数据（变频机组还包括机组运行频率）进行机泵性能相关性建模分析，统计出在不同配水条件下其运行效益情况，为优化工艺组合及制定检修计划提供数据支撑。
水库：对水库液位、进出库流量、加药流量、机泵电耗等数据进行相关性分析，统计出在不同配水条件下其运行效益情况，优化水库的运行。
4.1.5系统管理模块功能
完成平台软件Web应用发布功能。管理各类用户的帐户及使用权限。管理平台各应用软件间的数据通讯，确保各软件间正常协调工作。管理平台各软件运行日志文件。
4.2控制层—生产自动化系统及现场移动作业系统
生产控制层属具体操作层，其根据确定的工艺标准、运行及检修规程按执行层计划任务要求严格完成水厂生产的实时运行与自动控制。时至今日，我们完全能实现生产的自动化控制，实现现场的无人值守运行。目前需要解决的问题主要是：需按统一的生产运行及检修规程建立标准化的自动化监控和现场移动作业人机接口功能，真正做到各水厂、泵站运转方式的协调与统一。
5平台硬件、软件配置
5.1硬件配置
平台硬件配置采用基于标准VCE架构（存储节点、计算节点、网络节点分开部署）的虚拟化私有云计算平台。主要配置如下：
存储池：独立磁盘存储阵列，采用双存储控制器，主要配置有25块600G10K转/分的SAS硬盘；
CPU池、内存池：配置两台服务器，均为双CPU配置，12内核，主频2.4GHz。内存配置3块128G内存条。配置2块4口1G网卡，实现服务器网络链接冗余。
互连池：配置2台汇聚堆叠型三层交换机，背板总线带宽160G，48口1G网络电口。
虚拟系统采用vSphere标准版6.0和vCenter管理平台6.0。整体虚拟化平台能支持50台虚拟机同时运行。
5.2软件配置
平台采用FactoryTalk系列软件建立智能生产、智慧管理软件应用。主要由以下软件构成：
SCADA服务器组态软件：FactoryTalkViewSE；
历史数据库系统软件：FactoryTalkHistorianSEServer；
工厂建模及分析软件：FactoryTalkVantagepoint；
生产管理软件：FactoryTalkProductionCentre。
6结论
本文方案的研究直面制水公司特别是水厂运行管理的矛盾及实际需求。重点分析并提出了制水公司生产计划编制、计划执行、执行情况分析、反馈再调整计划编制的循环管理智慧化平台解决思路。方案提出了水厂实时运行、制水公司平台化管控的实现模式。文中水厂实时运行部分的软硬件功能架构方案已在上海城投水务集团制水公司长桥水厂中控室搬迁改造工程中予以实施，今后该厂深度处理改造所涉及的实时运行控制功能也将逐步接入。结合水务集团总体信息化的推进，制水公司智能生产、智慧管理平台可与供水系统进行数据对接，制水生产计划的制定将直接响应来自城市居民、城市设施的用水需求信息数据，结合管理循环，实现精益生产，提升专业化运管的执行力，综合提高制水公司的核心竞争力。
参考文献:
[1]金达仁.SCM、ERP、BPR：企业信息化“三利器”.计算机世界，2002，总第901期