來(lái)源:北京軟件開(kāi)發(fā)公司

冶金行業(yè)的發(fā)展，在整個(gè)重工業(yè)制造中占有絕對(duì)的比例，在資源的利用上，污染排放上，冶金業(yè)的多對(duì)其有著很大的影響，如何響應(yīng)國(guó)家政策的號(hào)召下，降低耗能，提高資源的利用率是每一個(gè)制造企業(yè)都將面臨的重大問(wèn)題，本文通過(guò)本文通過(guò)對(duì)冶金行業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)進(jìn)行分析，指出冶金行業(yè)目前在生產(chǎn)管理方面所面臨的問(wèn)題，提出面向冶金行業(yè)的MES解決方案，并在實(shí)際項(xiàng)目中實(shí)施。通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用，證明這一解決方案對(duì)冶金行業(yè)的生產(chǎn)管理提供很大幫助，對(duì)生產(chǎn)和管理效率的提高方面，起到很大作用，具備一定實(shí)用性。

引言

鋼鐵行業(yè)是我國(guó)重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，目前共有鋼鐵企業(yè)上百家，受世界經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的帶動(dòng)，中國(guó)鋼鐵行業(yè)增長(zhǎng)迅速，國(guó)際地位與日遞增。1996年至今，中國(guó)粗鋼產(chǎn)量突破年產(chǎn)一億噸，占世界第一位，且連續(xù)13年居世界第一；我國(guó)已成為全球最大的精密無(wú)縫管生產(chǎn)國(guó)和出口國(guó)；我國(guó)不銹鋼產(chǎn)能和產(chǎn)量早已達(dá)到世界第一的規(guī)模；2009年寶鋼粗鋼產(chǎn)量超新日本制鐵躍居世界第二；2008年中國(guó)產(chǎn)鋼5億噸，占全球粗鋼產(chǎn)量的38.4%，國(guó)內(nèi)粗鋼表觀消費(fèi)量4.53億噸；2008年我國(guó)直接出口折合粗鋼6000萬(wàn)噸，占世界鋼鐵貿(mào)易量的15%。

鋼鐵工業(yè)的基本生產(chǎn)過(guò)程是在煉鐵爐內(nèi)把鐵礦石煉成生鐵，用生鐵水煉成鋼，再鑄成鋼錠或連鑄坯，經(jīng)軋鋼等方法加工成各種用途的鋼材，鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)中既有連續(xù)型的特征，又有離散型的特征，整個(gè)過(guò)程介于離散生產(chǎn)和連續(xù)生產(chǎn)之間，是一種半離散半連續(xù)型生產(chǎn)過(guò)程，具有多樣性、復(fù)雜性和階段性等特點(diǎn)。

1冶金行業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)

1.1產(chǎn)品多樣性

鋼鐵產(chǎn)品一般是標(biāo)準(zhǔn)化和系列化的產(chǎn)品，對(duì)于鋼鐵其化學(xué)成分、機(jī)械性能、規(guī)格尺寸有相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；鋼鐵企業(yè)的原材料品種少，但最終成品品種規(guī)格多達(dá)數(shù)萬(wàn)種，產(chǎn)品主要包括各種板材、管材、線材、型材等鋼材。

1.2工藝復(fù)雜性

典型的鋼鐵工業(yè)的基本生產(chǎn)過(guò)程包括原材料處理、煉鐵、煉鋼、鑄造、軋鋼等工藝過(guò)程；其生產(chǎn)過(guò)程是連續(xù)與離散相混合的生產(chǎn)工藝流程，產(chǎn)線長(zhǎng)、工序多、設(shè)備復(fù)雜，而且每一個(gè)工序所需物料的屬性，檢驗(yàn)的條件不盡相同。

1.3生產(chǎn)過(guò)程具有鮮明的階段性

冶煉階段以化學(xué)變化為主，要求控制產(chǎn)品的化學(xué)成分；澆鑄、軋制階段以物理變化為主，要求控制產(chǎn)品的相變和外形尺寸的大?。粡纳a(chǎn)效益出發(fā)，在冶煉階段要求將制造標(biāo)準(zhǔn)、化學(xué)成分相同的產(chǎn)品合爐冶煉，在軋制階段需要將軋制規(guī)格相同的產(chǎn)品進(jìn)行集中軋制。

與國(guó)際上發(fā)達(dá)國(guó)家冶金行業(yè)相比較，國(guó)內(nèi)冶金行業(yè)在能耗指標(biāo)、能源利用率、污染物指數(shù)上存在較大的差距。例如2006年我國(guó)的鋼鐵產(chǎn)量達(dá)4.18億噸，連續(xù)十年穩(wěn)居世界第一，能耗約占全國(guó)工業(yè)總能耗的11%，排放的廢水和廢氣約占工業(yè)總排放量14%；熱軋工序能耗國(guó)內(nèi)重點(diǎn)企業(yè)平均為96.29kgce/t，國(guó)外先進(jìn)水平為80.28kgce/t，相差16.01kgce/t。

2冶金行業(yè)MES解決方案

針對(duì)冶金行業(yè)的特點(diǎn)、面臨的問(wèn)題和挑戰(zhàn)，圍繞冶金行業(yè)由統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格大宗產(chǎn)品制造模式向大批量個(gè)性化訂制模式轉(zhuǎn)變，由單一產(chǎn)品剛性制造系統(tǒng)向多產(chǎn)品柔性制造系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的實(shí)際特點(diǎn)，以“鐵前”和“鋼后”相結(jié)合的質(zhì)量管控和生產(chǎn)管控為主線，本文提出了一套適應(yīng)冶金企業(yè)的MES解決方案。

冶金行業(yè)MES解決方案包括訂單管理、供應(yīng)管理、、生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度、生產(chǎn)執(zhí)行及反饋、能源管理、倉(cāng)儲(chǔ)及運(yùn)輸管理、大型工器具管理、原輔料管理、廢料副產(chǎn)品管理、實(shí)驗(yàn)室管理（LIMS）、計(jì)量管理、磨輥間管理等業(yè)務(wù)模塊，實(shí)現(xiàn)冶金行業(yè)計(jì)劃、質(zhì)量、能源、成本的協(xié)同優(yōu)化，支持可持續(xù)發(fā)展的精細(xì)化冶金生產(chǎn)制造。

2.1以全局、協(xié)調(diào)的生產(chǎn)計(jì)劃為主線

以全局、協(xié)調(diào)的生產(chǎn)計(jì)劃為主線，實(shí)現(xiàn)企業(yè)統(tǒng)一、協(xié)調(diào)生產(chǎn)計(jì)劃的制定。生產(chǎn)計(jì)劃是全局的，一體化計(jì)劃可以將京唐公司所有生產(chǎn)線有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，達(dá)到總體的平衡和優(yōu)化，并且優(yōu)化每條生產(chǎn)線上下游的生產(chǎn)節(jié)奏。集成的、一體化的生產(chǎn)計(jì)劃能大大提高從煉鋼到下游機(jī)組的整體物流的平衡和協(xié)調(diào)，以提高訂單的按時(shí)完成率、生產(chǎn)率、機(jī)組的利用率，并且削減庫(kù)存水平和縮短制造提前期。

2.2以訂單跟蹤、管理為主線

訂單的跟蹤和管理主要是對(duì)銷售訂單下發(fā)到MES后的整個(gè)生命周期狀態(tài)進(jìn)行管理和跟蹤?？蛻艨梢院芮宄约旱挠唵卧诠S進(jìn)行到何種情況，產(chǎn)品物料進(jìn)行到哪道工序。掌控所有銷售訂單產(chǎn)品階層的信息，以制定全局的物料到銷售訂單的最佳分配，對(duì)于現(xiàn)有材料不能滿足的銷售訂單，物料計(jì)劃會(huì)生成對(duì)煉鋼生產(chǎn)的凈需求。

2.3以精細(xì)化質(zhì)量管理為主線

包括從上到下的質(zhì)量設(shè)計(jì)，即根據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，對(duì)訂單產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量設(shè)計(jì)給出訂單成分、性能、外觀、綜合判定標(biāo)準(zhǔn)及煉鋼、軋鋼的制造標(biāo)準(zhǔn)和工藝路線設(shè)計(jì)。從橫向上，按生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)組織的不同特點(diǎn)，把整個(gè)生產(chǎn)線劃分為“鐵前”和“鋼后”兩大區(qū)域，質(zhì)量管理的生產(chǎn)線質(zhì)量判定、質(zhì)量控制貫穿始終。

2.4以精確的物流跟蹤、管控為主線

主要確保庫(kù)內(nèi)的物流清晰并對(duì)其生產(chǎn)物流進(jìn)行優(yōu)化和完善；實(shí)現(xiàn)對(duì)庫(kù)存定置管理，保證生產(chǎn)過(guò)程中物流、信息流一致。為作業(yè)計(jì)劃、生產(chǎn)調(diào)度提供準(zhǔn)確存貨信息和庫(kù)位，以減少庫(kù)存倒垛量；合理規(guī)劃庫(kù)區(qū)，合理分配運(yùn)輸工具，使生產(chǎn)物流合理化、高效化。

使相關(guān)專業(yè)人員能夠全面了解產(chǎn)銷存生產(chǎn)組織的全過(guò)程；實(shí)時(shí)掌握各個(gè)倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存情況。如實(shí)時(shí)跟蹤輥道上的板坯和托盤上的鋼卷，根據(jù)二級(jí)（或一級(jí)）實(shí)時(shí)傳來(lái)的跟蹤信息，并且結(jié)合業(yè)務(wù)規(guī)則，提供物流走向，顯示給操作人員。

基于冶金MES解決方案及四條主線，設(shè)計(jì)了冶金MES系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程參考模型。流程包括十多個(gè)主要流程，分別是“鋼后”生產(chǎn)訂單創(chuàng)建/修改流程、排產(chǎn)下達(dá)流程、生成排程執(zhí)行監(jiān)管流程、生成訂單執(zhí)行監(jiān)控流程、成品入庫(kù)檢驗(yàn)流程、倉(cāng)儲(chǔ)管理流程、發(fā)運(yùn)管理流程、熱軋?jiān)瞎芾砹鞒?、熱軋?jiān)仙狭狭鞒?、熱軋生產(chǎn)組織流程、熱軋執(zhí)行控制與反饋流程。

各流程通過(guò)引入先進(jìn)的管理模式和運(yùn)行機(jī)制，對(duì)鋼鐵生產(chǎn)線上復(fù)雜的物流進(jìn)行精確的控制，在物流精確控制的基礎(chǔ)之上，通過(guò)計(jì)劃和反饋控制實(shí)現(xiàn)從訂貨合同到生產(chǎn)計(jì)劃、到物資采購(gòu)供應(yīng)、到制造作業(yè)計(jì)劃、到制造作業(yè)指令、到產(chǎn)品入庫(kù)出廠發(fā)運(yùn)的信息化，生產(chǎn)與銷售連成一個(gè)整體，計(jì)劃調(diào)度和生產(chǎn)控制有機(jī)銜接。同時(shí)，圍繞產(chǎn)銷過(guò)程形成相關(guān)的信息收集系統(tǒng)為產(chǎn)銷的動(dòng)態(tài)調(diào)度、綜合分析、指標(biāo)控制提供系統(tǒng)的支撐。

3面向冶金行業(yè)的MES產(chǎn)品

結(jié)合冶金MES解決方案，本文開(kāi)發(fā)了冶金MES軟件產(chǎn)品。

冶金MES產(chǎn)品軟件架構(gòu)不限于針對(duì)鐵前或者煉鋼熱軋、冷軋，而是一個(gè)通用的架構(gòu)平臺(tái)，該通用平臺(tái)是在整個(gè)MES體系的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)的，提供了一體化的、高可維護(hù)性的架構(gòu)，MES各類應(yīng)用可以在這個(gè)架構(gòu)的框架下，進(jìn)行模塊、服務(wù)的組合，以提供特定于該廠的應(yīng)用。提出的6層解決方案架構(gòu)是：

數(shù)據(jù)源層：與6個(gè)系統(tǒng)通過(guò)接口相互連接，并提供所有與MES管理相關(guān)的數(shù)據(jù)源。包括：LIMS系統(tǒng)、PCS(MES二級(jí)系統(tǒng))、銷售管理軟件免費(fèi)版系統(tǒng)、計(jì)質(zhì)量系統(tǒng)、能源計(jì)量系統(tǒng)和天車系統(tǒng)。

整合層：系統(tǒng)間的整合和連接消息引擎，能夠可靠地傳送接收信息，確保應(yīng)用之間數(shù)據(jù)的可靠傳輸，并支持發(fā)布/訂閱以及點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的消息代理的功能，支持企業(yè)內(nèi)外事件驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)流的高可靠性和異步性。

引擎層：這是一個(gè)構(gòu)件化的應(yīng)用程序引擎，使報(bào)表、工作流、規(guī)則管理具有了靈活性、可擴(kuò)展性。重要引擎有工作流引擎、規(guī)則管理引擎、報(bào)表管理引擎。

模塊層：這一層代表MES系統(tǒng)主要的模塊切割，這些模塊是MES的核心應(yīng)用程序，關(guān)鍵模塊有：計(jì)劃、執(zhí)行、監(jiān)控、報(bào)表、安全和配置等。

服務(wù)層：這一層封裝了MES所有的應(yīng)用邏輯以及對(duì)外部系統(tǒng)的接口。

訪問(wèn)層：這是單入口通道，是內(nèi)部人員、公司主管、客戶使用系統(tǒng)的入口或窗口；使用者通過(guò)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器(例如InternetExplore)或者桌面應(yīng)用客戶端GUI操作系統(tǒng)。

通過(guò)冶金MES解決方案、業(yè)務(wù)流程參考模型和產(chǎn)品架構(gòu)的分析，總結(jié)冶金MES產(chǎn)品特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

3.1一體化計(jì)劃優(yōu)化

綜合考慮了煉鋼、連鑄、熱軋等各工序的工藝約束、設(shè)備約束，從計(jì)劃中進(jìn)行煉軋協(xié)調(diào)，保證熱送、熱裝計(jì)劃的順利實(shí)施。根據(jù)銷售訂單的交期，客戶，訂單的優(yōu)先級(jí)，生產(chǎn)線的產(chǎn)能來(lái)安排出每件材料的計(jì)劃生產(chǎn)日程。計(jì)劃可以采用不同的優(yōu)化 的策略，如確保盡可能多的訂單按時(shí)完成的同時(shí)，提高機(jī)組的產(chǎn)能利用率，縮減訂單履行的提前期等等。

3.2精細(xì)化質(zhì)量管理與控制

將質(zhì)量管理、計(jì)劃管理、生產(chǎn)管理相集成，實(shí)現(xiàn)檢驗(yàn)計(jì)劃的制定、實(shí)績(jī)收集和質(zhì)保書管理的一體化，形成了質(zhì)量問(wèn)題快速反饋和處理機(jī)制。通過(guò)建立一套以質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的集質(zhì)量設(shè)計(jì)、質(zhì)量跟蹤、質(zhì)量判定和質(zhì)量分析于一體的持續(xù)改進(jìn)的質(zhì)量保障系統(tǒng)，為企業(yè)提高和改進(jìn)質(zhì)量系統(tǒng)提供一套完整的體系結(jié)構(gòu)，為不斷提高和改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量提供良好的工具。

3.3精確物流管控技術(shù)的應(yīng)用

涵蓋了鋼鐵企業(yè)煉鐵、煉鋼、熱軋、冷軋等從原料進(jìn)廠一直到產(chǎn)成品出廠的整個(gè)流程，可提供生產(chǎn)、技術(shù)、質(zhì)量、設(shè)備等各方面的信息。對(duì)板坯庫(kù)、鋼卷庫(kù)、成品庫(kù)等物料堆場(chǎng)均設(shè)置了帶有自動(dòng)定位的倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)，并與MES緊密集成，實(shí)現(xiàn)從作業(yè)命令發(fā)送到物料搬運(yùn)的自動(dòng)執(zhí)行。倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)的自動(dòng)定位，可以確保對(duì)物料的異動(dòng)（搬物料的送）進(jìn)行全程跟蹤，并將異動(dòng)信息實(shí)時(shí)上傳給MES系統(tǒng)，使物料信息與實(shí)物位置始終保持同步一致。

3.4二級(jí)自動(dòng)化設(shè)備的信息集成

通過(guò)組通用的接口件，Q-MES實(shí)現(xiàn)與二級(jí)自動(dòng)化設(shè)備系統(tǒng)的數(shù)據(jù)連接，使數(shù)據(jù)能在不同系統(tǒng)間自由流動(dòng)起來(lái)，為企業(yè)創(chuàng)造更大財(cái)富。最后，該軟件實(shí)施在具體的冶金企業(yè)中，并取得了不錯(cuò)的效果，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。

4結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)冶金行業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)進(jìn)行分析，提出了一種面向冶金行業(yè)的MES解決方案，并且為這一方案設(shè)計(jì)了一種面向冶金行業(yè)的MES產(chǎn)品，最后在某冶金企業(yè)實(shí)施。從該軟件的實(shí)施效果來(lái)看，該解決方案有效地提高了冶金行業(yè)生產(chǎn)管理的效率，推進(jìn)了企業(yè)的信息化程度。

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