MES系统在韶钢炼钢轧钢生产线的应用

MES系统在韶钢炼钢轧钢生产线的应用

 

1 概述
    企业信息化是传统企业向现代企业转变的必由之路。钢铁行业历来重视生产过程的自动化控制；在管理信息化方面，以ERP为代表的管理信息系统近年来在钢铁企业已开始了大规模的应用。然而，在过程自动化与管理信息化之间存在数字鸿沟，导致无法将管理同生产紧密结合，ERP等管理自动化系统的应用效果大打折扣，甚至导致ERP系统实施失败。九十年代中期发展起来的生产制造执行系统（MES），正是打通这一瓶颈不可或缺的手段。虽然MES的发展历史比MRPⅡ，CAD，CAM都要短，但它能有效地实现“以时间为关键”的制造思想，因而在发达国家推广非常迅速，并给工厂带来了巨大的经济效益。
    MES的核心是执行，它位于企业上层企业资源计划系统和底层工业控制系统之间，面向车间层和设备层进行具体细节的生产管理，但又不失企业整体资源计划的主要方向，保证实际的生产过程满足计划，它是联结计划管理层和底层控制层的纽带，把宏观的企业计划管理和微观的生产细节管理紧密联系起来，在有效地使用人力、设备、原料、能源等工厂资源的基础上，保证产品的质量、数量和交货期。
    MES定位为分厂级信息化，旨在提高企业的制造执行能力。其地位不可能简单地被企业级信息化所覆盖，其功能也不仅仅是实现管理与控制的信息交互那么单纯，MES有其独特的内涵和效益目标。
    MES强调控制和协调，使现代制造业信息系统不仅有很好的计划系统，而且能使计划落实到实处的执行系统。因此短短几年间MES在国外的企业中迅速推广开来，并给企业带来了巨大的经济效益。
    广东省韶关钢铁集团有限公司（以下简称“韶钢”）从2004年开始进行MES系统的可行性研究、调研、选型，于2004年底与韩国POSDATA公司签订合同，引进韩国POSCO公司的钢铁生产管理系统技术，与企业自主研究技术相结合，建设具有韶钢特色的生产制造执行系统。一期工程覆盖三钢厂、高线厂、热轧宽板厂三个生产区域，在MES系统覆盖区域内高效运用人力、设备、原材料、能源等资源，提高生产效率和产品质量，保证按期交货，降低生产成本和提高市场反应速度，提升韶钢的核心竞争力，建立具有钢铁行业国际领先水平的MES系统。
2 系统总体架构
    MES实施成效与企业自身管理、业务流程、技术水平以及软件供应商的服务、系统的适应性等等各种因素有着千丝万缕的联系，有其独特性。根据企业上下层信息系统的完善情况，制造执行系统的功能存在不同广度和深度的扩展，因此，除基本的管理理念一致外，制造执行系统在实施过程中定制功能较多是正常的也是必需的，企业充分认识到这一点，不强求一套“拿来即用”的MES版本，投入更多的精力与实施人员共同分析企业自身的特点，才能真正实现最符合自身实际的制造管理。MES技术依然被国外所垄断，MES核心技术保密，国外系统在中国企业的应用，仍然需要较多的客户化工作，才能使得MES系统发挥真正的作用。
    在企业信息系统选型过程中，系统易用性、系统适用性、系统扩展与集成、系统升级、系统可重构性是MES选型的最重要因素。
    钢铁企业MES的软件功能架构及整体应用功能的设计，要以钢铁企业的行业特色为背景，要有先进的管理理念贯穿其中，贯彻按订单组织生产、全面质量管理的理念，实现全过程的一贯质量管理、一贯计划管理、一贯材料管理以及整个合同生命周期的动态跟踪管理，以缩短成品出厂周期以及生产周期，加快货款回收，提高产品质量和档次。
    经多方交流、论证，韶钢在综合考虑以上的需求后，最终选择韩国POSCO作为合作对象，在全面理解消化浦项先进生产管理理念的基础上，构建起符合韶钢现在和未来发展需要的生产制造管理系统。
    系统总体架构见图1。
图1 MES系统总体架构

    在总体系统结构中，有一根主线从上到下贯穿全局，是MES从计划到执行的核心，也反映了定制型MES精细化生产管理的主思路，通过对系统的总结和抽取，可获得简化的MES系统主流程，见图2。

系统从ERP系统接收生产计划一工单，工单可以是经ERP组合后的销售订单及预测计划；也可以是1∶1的直接销售订单。接收的工单以三级质量标准为依据，进行质量设计，通过质量设计，可将工单的需求转化为具体对各工序及管理岗位的要求，包括成分、材质、交付条件、生产工序关键控制参数、取样等。质量设计的结果将随其后的作业指示下发到流程线上的所有相关工序和岗位，指导和控制生产过程，以达到提高产品质量和提高产品命中率、合格率的要求。只有成功通过质量设计的工单才能在MES内成为可执行的对象。质量设计后的工单，将进行材料设计，材料设计的结果是将产品工单转化为坯料需求，最终形成炉次需求、浇次需求。经过材料设计，完成产品需求到流程上各工序需求（如：转炉、连铸、轧制、分断）的转化。材料设计的结果经生产管理人员确认后，作为具体化的生产任务下发给炼钢厂和轧钢厂生产管制人员；生产管制人员通过对现场生产状况及生产任务的综合考虑，将生产任务转化为可执行的炼钢、轧钢作业指示下发给各生产岗位和工序，同时通过对指示在各工序上完成状态的实时、准确的监控，以及对全厂整体状况的实时监控，针对生产中出现的异常情况可及时进行调整，保证生产连续、高效、可控。生产管制中心下达的指示进入作业管理系统，作业管理系统将指示分发到作业线上所有的相关工序、岗位；各工序通过与二级控制系统的直接集成完成生产状况及生产实绩的收集，监视及保证物流进程，在生产发生异常时及时向生产管制中心反馈信息；同时作业管理系统还要完成生产设备的集中统一管理，如炼钢厂的钢包、中间罐，轧钢厂的循环品。

在整体流程中，主要有下面几点：
    1）整体优化的计划与设计：包括一体化的合同计划，材料申请计划，作业计划，发货计划，对产品进行质量设计、材料设计、生产设计等等；
    2）事件触发的实时数据处理：数据是MES的基础与生命，MES的信息不但要具有完整性，也就是该收集的信息都收集到，而且，还要具有时序性、时效性与实时性，按事件进行管理，实时地收集生产实绩，所有生产事件的集合就构成了一个现实工厂的生产模型；
    3）应对突发事件的实时调度：对突发的故障紧急处理提供手段，对计划进行动态调整，对操作作业进行指导；
    4）生产状态的实时监控：主要监控设备的运转状况、在制品的质量状况、工单进度的情况等。