來源:  北京軟件開發公司

         冶金行業的發展，在整個重工業制造中占有絕對的比例，在資源的利用上，污染排放上，冶金業的多對其有著很大的影響，如何響應國家政策的號召下，降低耗能，提高資源的利用率是每一個制造企業都將面臨的重大問題，本文通過 本文通過對冶金行業的生產特點進行分析，指出冶金行業目前在生產管理方面所面臨的問題，提出面向冶金行業的MES 解決方案，并在實際項目中實施。通過實際生產應用，證明這一解決方案對冶金行業的生產管理提供很大幫助，對生產和管理效率的提高方面，起到很大作用，具備一定實用性。

 引言

         鋼鐵行業是我國重要的基礎產業，目前共有鋼鐵企業上百家，受世界經濟高速發展的帶動，中國鋼鐵行業增長迅速，國際地位與日遞增。1996 年至今，中國粗鋼產量突破年產一億噸，占世界第一位，且連續13 年居世界第一；我國已成為全球最大的精密無縫管生產國和出口國；我國不銹鋼產能和產量早已達到世界第一的規模；2009 年寶鋼粗鋼產量超新日本制鐵躍居世界第二；2008 年中國產鋼5 億噸，占全球粗鋼產量的38.4% ，國內粗鋼表觀消費量4.53億噸；2008 年我國直接出口折合粗鋼6000 萬噸，占世界鋼鐵貿易量的15% 。

         鋼鐵工業的基本生產過程是在煉鐵爐內把鐵礦石煉成生鐵，用生鐵水煉成鋼，再鑄成鋼錠或連鑄坯，經軋鋼等方法加工成各種用途的鋼材，鋼鐵企業的生產活動中既有連續型的特征，又有離散型的特征，整個過程介于離散生產和連續生產之間，是一種半離散半連續型生產過程，具有多樣性、復雜性和階段性等特點。

1 冶金行業的生產特點

1.1 產品多樣性

    鋼鐵產品一般是標準化和系列化的產品，對于鋼鐵其化學成分、機械性能、規格尺寸有相應的國家標準和行業標準；鋼鐵企業的原材料品種少，但最終成品品種規格多達數萬種，產品主要包括各種板材、管材、線材、型材等鋼材。

1.2 工藝復雜性

    典型的鋼鐵工業的基本生產過程包括原材料處理、煉鐵、煉鋼、鑄造、軋鋼等工藝過程；其生產過程是連續與離散相混合的生產工藝流程，產線長、工序多、設備復雜，而且每一個工序所需物料的屬性，檢驗的條件不盡相同。

1.3 生產過程具有鮮明的階段性

    冶煉階段以化學變化為主，要求控制產品的化學成分；澆鑄、軋制階段以物理變化為主，要求控制產品的相變和外形尺寸的大小；從生產效益出發，在冶煉階段要求將制造標準、化學成分相同的產品合爐冶煉，在軋制階段需要將軋制規格相同的產品進行集中軋制。

    與國際上發達國家冶金行業相比較，國內冶金行業在能耗指標、能源利用率、污染物指數上存在較大的差距。例如2006 年我國的鋼鐵產量達4.18 億噸，連續十年穩居世界第一，能耗約占全國工業總能耗的11% ，排放的廢水和廢氣約占工業總排放量14% ； 熱軋工序能耗國內重點企業平均為96.29kgce/t，國外先進水平為80.28kgce/t， 相差16.01kgce/t。

2 冶金行業MES 解決方案

    針對冶金行業的特點、面臨的問題和挑戰，圍繞冶金行業由統一標準規格大宗產品制造模式向大批量個性化訂制模式轉變，由單一產品剛性制造系統向多產品柔性制造系統轉變的實際特點，以“鐵前”和“鋼后”相結合的質量管控和生產管控為主線，本文提出了一套適應冶金企業的MES 解決方案。

     冶金行業MES 解決方案包括訂單管理、供應管理、質量管理、生產計劃與調度、生產執行及反饋、能源管理、倉儲及運輸管理、大型工器具管理、原輔料管理、廢料副產品管理、實驗室管理（LIMS）、計量管理、磨輥間管理等業務模塊，實現冶金行業計劃、質量、能源、成本的協同優化，支持可持續發展的精細化冶金生產制造。

2.1 以全局、協調的生產計劃為主線

       以全局、協調的生產計劃為主線，實現企業統一、協調生產計劃的制定。生產計劃是全局的，一體化計劃可以將京唐公司所有生產線有機地結合起來，達到總體的平衡和優化，并且優化每條生產線上下游的生產節奏。集成的、一體化的生產計劃能大大提高從煉鋼到下游機組的整體物流的平衡和協調，以提高訂單的按時完成率、生產率、機組的利用率，并且削減庫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銷售訂單下發到M E S 后的整個生命周期狀態進行管理和跟蹤。客戶可以很清楚自己的訂單在工廠進行到何種情況，產品物料進行到哪道工序。掌控所有銷售訂單產品階層的信息，以制定全局的物料到銷售訂單的最佳分配，對于現有材料不能滿足的銷售訂單，物料計劃會生成對煉鋼生產的凈需求。

2.3 以精細化質量管理為主線

       包括從上到下的質量設計，即根據質量標準數據，對訂單產品進行質量設計給出訂單成分、性能、外觀、綜合判定標準及煉鋼、軋鋼的制造標準和工藝路線設計。從橫向上，按生產工藝和生產組織的不同特點，把整個生產線劃分為“鐵前”和“鋼后”兩大區域，質量管理的生產線質量判定、質量控制貫穿始終。

2.4 以精確的物流跟蹤、管控為主線

    主要確保庫內的物流清晰并對其生產物流進行優化和完善；實現對庫存定置管理，保證生產過程中物流、信息流一致。為作業計劃、生產調度提供準確存貨信息和庫位，以減少庫存倒垛量；合理規劃庫區，合理分配運輸工具，使生產物流合理化、高效化。

       使相關專業人員能夠全面了解產銷存生產組織的全過程；實時掌握各個倉庫庫存情況。如實時跟蹤輥道上的板坯和托盤上的鋼卷，根據二級（或一級）實時傳來的跟蹤信息，并且結合業務規則，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，設計了冶金MES 系統業務流程參考模型。流程包括十多個主要流程，分別是“鋼后”生產訂單創建/修改流程、排產下達流程、生成排程執行監管流程、生成訂單執行監控流程、成品入庫檢驗流程、倉儲管理流程、發運管理流程、熱軋原料管理流程、熱軋原料上料流程、熱軋生產組織流程、熱軋執行控制與反饋流程。

       各流程通過引入先進的管理模式和運行機制，對鋼鐵生產線上復雜的物流進行精確的控制，在物流精確控制的基礎之上，通過計劃和反饋控制實現從訂貨合同到生產計劃、到物資采購供應、到制造作業計劃、到制造作業指令、到產品入庫出廠發運的信息化，生產與銷售連成一個整體，計劃調度和生產控制有機銜接。同時，圍繞產銷過程形成相關的信息收集系統為產銷的動態調度、綜合分析、指標控制提供系統的支撐。

3 面向冶金行業的MES 產品

        結合冶金MES解決方案，本文開發了冶金MES 軟件產品。 

       冶金MES 產品軟件架構不限于針對鐵前或者煉鋼熱軋、冷軋，而是一個通用的架構平臺，該通用平臺是在整個MES體系的基礎上進行設計的，提供了一體化的、高可維護性的架構，MES 各類應用可以在這個架構的框架下，進行模塊、服務的組合，以提供特定于該廠的應用。提出的6 層解決方案架構是：

    數據源層：與6 個系統通過接口相互連接，并提供所有與MES 管理相關的數據源。包括：LIMS 系統、PCS(MES 二級系統)、ERP 系統、計質量系統、能源計量系統和天車系統。

    整合層：系統間的整合和連接消息引擎，能夠可靠地傳送接收信息，確保應用之間數據的可靠傳輸，并支持發布/訂閱以及點對點的消息代理的功能，支持企業內外事件驅動數據流的高可靠性和異步性。

    引擎層：這是一個構件化的應用程序引擎，使報表、工作流、規則管理具有了靈活性、可擴展性。重要引擎有工作流引擎、規則管理引擎、報表管理引擎。

    模塊層： 這一層代表MES 系統主要的模塊切割，這些模塊是MES 的核心應用程序，關鍵模塊有：計劃、執行、監控、報表、安全和配置等。

    服務層：這一層封裝了MES 所有的應用邏輯以及對外部系統的接口。

    訪問層：這是單入口通道，是內部人員、公司主管、客戶使用系統的入口或窗口；使用者通過網絡瀏覽器(例如Internet Explore)或者桌面應用客戶端GUI操作系統。

    通過冶金MES 解決方案、業務流程參考模型和產品架構的分析，總結冶金M E S 產品特點主要體現在以下幾個方面。

3.1 一體化計劃優化

       綜合考慮了煉鋼、連鑄、熱軋等各工序的工藝約束、設備約束，從計劃中進行煉軋協調，保證熱送、熱裝計劃的順利實施。根據銷售訂單的交期，客戶，訂單的優先級，生產線的產能來安排出每件材料的計劃生產日程。計劃可以采用不同的優化  的策略，如確保盡可能多的訂單按時完成的同時，提高機組的產能利用率，縮減訂單履行的提前期等等。

3.2 精細化質量管理與控制

      將質量管理、計劃管理、生產管理相集成，實現檢驗計劃的制定、實績收集和質保書管理的一體化，形成了質量問題快速反饋和處理機制。通過建立一套以質量標準為基礎的集質量設計、質量跟蹤、質量判定和質量分析于一體的持續改進的質量保障系統，為企業提高和改進質量系統提供一套完整的體系結構，為不斷提高和改進產品質量提供良好的工具。

3.3 精確物流管控技術的應用

        涵蓋了鋼鐵企業煉鐵、煉鋼、熱軋、冷軋等從原料進廠一直到產成品出廠的整個流程，可提供生產、技術、質量、設備等各方面的信息。對板坯庫、鋼卷庫、成品庫等物料堆場均設置了帶有自動定位的倉庫管理系統，并與MES 緊密集成，實現從作業命令發送到物料搬運的自動執行。倉庫管理系統的自動定位，可以確保對物料的異動（搬物料的送）進行全程跟蹤，并將異動信息實時上傳給MES 系統，使物料信息與實物位置始終保持同步一致。

3.4 二級自動化設備的信息集成

    通過組通用的接口件，Q-MES 實現與二級自動化設備系統的數據連接，使數據能在不同系統間自由流動起來，為企業創造更大財富。最后，該軟件實施在具體的冶金企業中，并取得了不錯的效果，達到了預期的目標。

4 結束語

        本文通過對冶金行業的生產特點進行分析，提出了一種面向冶金行業的MES 解決方案，并且為這一方案設計了一種面向冶金行業的MES 產品，最后在某冶金企業實施。從該軟件的實施效果來看，該解決方案有效地提高了冶金行業生產管理的效率，推進了企業的信息化程度。

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