前言

    首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司目前共建設了2 條熱軋帶鋼生產(chǎn)線。熱軋生產(chǎn)線設計能力940 萬t/a，每年共438.23 萬t 熱軋鋼卷通過鐵路、汽車、海運運出。為了帶鋼配送滿足更多的用戶需求、增加帶鋼產(chǎn)品附加值，公司決定建設熱軋帶鋼剪切加工中心。剪切加工中心共包括1 條30 萬t 橫切線、1 條40 萬t 橫切線、1 條酸洗線及1條罩退線。首先進行試生產(chǎn)的是30w萬噸橫切線。

    熱軋帶鋼剪切加工中心MES 系統(tǒng)（以下簡稱剪切加工中心MES系統(tǒng)）是熱軋帶鋼剪切加工中心工程的信息化配套工程。配套中心MES系統(tǒng)的核心功能是建立產(chǎn)銷一體化系統(tǒng)，把鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)和銷售一體化，由信息化系統(tǒng)來綜合平衡、優(yōu)化設定生產(chǎn)銷售的模式，由信息化系統(tǒng)來進行生產(chǎn)計劃排程，最終目的是實現(xiàn)企業(yè)效益最大化。

    剪切加工中心MES 系統(tǒng)另外一個核心功能是質量管理和控制，通過質量標準，質量設計，質量追蹤，質量判定，質量分析，實現(xiàn)在線過程質量控制和管理，最大限度地滿足客戶訂單質量要求，支持新鋼種的開發(fā)，實現(xiàn)產(chǎn)品質量的持續(xù)改進。對生產(chǎn)線的橫切、罩退、酸洗等各工序進行一貫質量設計，同時根據(jù)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)和實績數(shù)據(jù)能夠判定生產(chǎn)過程中發(fā)生的異常的品質，及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品質量問題，達到對產(chǎn)品質量的全面掌控。

1 工藝簡介

    依據(jù)市場上越來越多高強板需求，帶鋼剪切加工中心橫切機組需要能夠生產(chǎn)出高強鋼板。40 萬t 橫切機組為采用德國SUNDWIG 公司先進技術，可剪切屈服強度1250MPa的高強鋼板；30 萬噸橫切機組由國內(nèi)自主集成，可剪切屈服強度850MPa鋼板；酸洗機組則采用國內(nèi)最先進的推拉式酸洗技術，生產(chǎn)出高質量的熱軋酸洗鋼卷；另有罩式退火機組，除生產(chǎn)罩退卷之外，部分罩退卷還作為橫切線的原料，可加工為熱軋罩退橫切板。工藝流程示意圖如圖1所示。

圖1 工藝流程示意圖

2 系統(tǒng)架構

    熱軋帶鋼剪切加工中心MES系統(tǒng)的系統(tǒng)框架如圖2所示。

    從縱向上，剪切加工中心MES 分為3 層：分別為生產(chǎn)計劃層、作業(yè)計劃層和生產(chǎn)執(zhí)行層。上層對下層具有指導作用，層次越高，時間周期越長，層次越低則相反；上層的輸出即為下層的輸入，下層計劃調(diào)度不能得到滿意解時返回上一層重新調(diào)整控制參數(shù)進行求解，然后再往下進行，層與層之間構成反饋閉環(huán)系統(tǒng)。

    在生產(chǎn)計劃層，主要制訂生產(chǎn)和質量計劃，包含訂單管理、生產(chǎn)計劃管理。它是以銷售訂單為原始數(shù)據(jù)，經(jīng)過質量設計和材料設計將其轉換為生產(chǎn)訂單，根據(jù)生產(chǎn)訂單交貨期、物料計劃和各主要生產(chǎn)工序的生產(chǎn)能力情況，制訂能力計劃和短期生產(chǎn)計劃。根據(jù)生產(chǎn)計劃制定能源需求計劃。

圖2 剪切加工中心三級系統(tǒng)（MES）的總體架構

    在作業(yè)計劃層，主要依據(jù)生產(chǎn)計劃層下達的生產(chǎn)計劃，進行各產(chǎn)線排程/排序，制定各產(chǎn)線的作業(yè)計劃。一般為日班作業(yè)計劃。作業(yè)計劃層還包括質量管理的質量跟蹤和能源管理的能源平衡計劃。

    在生產(chǎn)執(zhí)行層，把產(chǎn)線排序結果轉換為生產(chǎn)指令（PDI）向生產(chǎn)線L2 下達，并收集各種生產(chǎn)實績信息，該層為在線實時調(diào)度系統(tǒng)，需要與

    生產(chǎn)線不斷交換信息。實時監(jiān)控生產(chǎn)過程的各種設備狀態(tài)、工藝運行參數(shù)、計劃執(zhí)行情況、物流情況等，并進行生產(chǎn)狀態(tài)判斷；當發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)異常或故障時對生產(chǎn)過程進行干預和調(diào)整，使生產(chǎn)能夠重新順利進行。

    在生產(chǎn)執(zhí)行層還包括質量管理的質量判定和能源管理的能源調(diào)度。倉庫運輸管理系統(tǒng)是管理和協(xié)調(diào)鋼卷、板包的庫管理，以及相關的運輸作業(yè)指令，以協(xié)作生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)完成物流調(diào)度，成品庫管理根據(jù)ERP 下達的發(fā)貨計劃進行配車和發(fā)貨。實驗室管理系統(tǒng)（LIMS）接收檢化驗指令，并把檢化驗結果上傳給質量管理模塊，進行質量判定。

3 系統(tǒng)功能

    熱軋帶鋼剪切加工中心的生產(chǎn)組織的對象包括兩條橫切產(chǎn)線，以及酸洗和罩退線，同時在上下游的產(chǎn)線之間還存在協(xié)作生產(chǎn)的可能性。在這種情況下，需要由信息系統(tǒng)來協(xié)調(diào)和幫助業(yè)務人員實現(xiàn)對于生產(chǎn)的組織：（1）根據(jù)業(yè)務規(guī)則對訂單進行技術展開，為訂單選擇工藝約束允許的工藝路線和設備。（2）能夠對系統(tǒng)內(nèi)的生產(chǎn)能力進行計劃，為訂單選擇合適的產(chǎn)線，這種選擇還應該可以根據(jù)生產(chǎn)實際情況的變化進行調(diào)整。（3）將產(chǎn)線選擇和平衡結果發(fā)送給執(zhí)行系統(tǒng)，由其執(zhí)行生產(chǎn)。（4）將生產(chǎn)執(zhí)行的結果與訂單進行匹配并將結果反饋給ERP系統(tǒng)。

    系統(tǒng)的功能主要包括質量管理、計劃管理、生產(chǎn)控制管理、倉儲運輸和綜合管理5個模塊。

3.1 質量管理

    技術展開模塊接收ERP系統(tǒng)下達的計劃訂單，計劃訂單中包括基本的銷售訂單的客戶要求和產(chǎn)品信息，并提供基本的工藝路線和物料清單信息。

    技術展開模塊根據(jù)預先配置的工藝參數(shù)對計劃訂單進行技術展開，形成最終的生產(chǎn)訂單，生成后的生產(chǎn)訂單包括如下內(nèi)容：（1）基本的產(chǎn)品要求；（2）可用工藝路線；（3）每個工序的可用設備；（4）面向各個工序和設備的物料形變信息；（5）PDI等其他信息在上述信息中，前面4 項信息是與后續(xù)的產(chǎn)線平衡和分配有直接的關聯(lián)。除了基本的業(yè)務要求外，對于后續(xù)的業(yè)務操作，技術展開需要滿足：（1）能夠根據(jù)基本的原料和成品的規(guī)格品種要求，為生產(chǎn)訂單選擇可用的工藝路線和設備組。過濾掉無法使用的工藝路線和設備組。（2）如果因為工藝路線的不同而使得物料形變有所不同，技術展開應該在相應的設備和工藝路線中指出其中的差異。

3.2 計劃管理

    MES計劃系統(tǒng)接收到技術訂單展開后的生產(chǎn)訂單，將生產(chǎn)訂單存入相應對應邏輯中。

    （1）生產(chǎn)計劃管理

    在計劃員配置了產(chǎn)線能力參數(shù)、工廠日歷后，系統(tǒng)可以根據(jù)目前產(chǎn)線的能力，考慮訂單的交貨期，來自動分配訂單所在產(chǎn)線。這個結果是一個參考值。此訂單上的物料最終在哪條產(chǎn)線上面生產(chǎn)，取決于最終此物料被編入哪條產(chǎn)線的序列里面。

    （2）作業(yè)計劃管理

    軋制序列的創(chuàng)建在作業(yè)計劃中完成，作業(yè)計劃在創(chuàng)建軋制序列時，可以充分考慮當前系統(tǒng)產(chǎn)線前的可用物料，并可以自由地在可用的產(chǎn)線前選擇所有當前類型產(chǎn)線可以使用的物料。通過這種方式，用戶可以自由的確定產(chǎn)能分配的結果，同時在產(chǎn)線情況發(fā)生變化的時候，還可以隨時地進行調(diào)整。在創(chuàng)建序列成功后，將序列發(fā)送到MES生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)。其中的信息包括為MES生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)指明序列對應的工廠和產(chǎn)線信息。

3.3 生產(chǎn)控制管理

    MES生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)在接收到產(chǎn)線序列后，根據(jù)產(chǎn)線序列中指定的產(chǎn)線來匹配執(zhí)行，并根據(jù)需要與對應的訂單進行匹配。

    在生產(chǎn)完成后，MES生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)要將產(chǎn)出結果與相應的訂單匹配。如果在某一工序的產(chǎn)出完成后，還需要確認其后續(xù)的生產(chǎn)步驟，以便對物流等信息進行協(xié)調(diào)。根據(jù)ERP的要求，組織產(chǎn)出信息，并發(fā)送給ERP系統(tǒng)。

3.4 倉儲運輸

    倉儲運輸系統(tǒng)主要分為兩個部分：

    （1）倉儲系統(tǒng)

    倉儲系統(tǒng)主要包括鋼卷入庫、鋼卷倒垛、鋼卷投料、鋼卷卸料、廠際間轉儲、生產(chǎn)與銷售間轉庫、廢料管理、運輸工具管理、庫跨區(qū)位配置管理、成品發(fā)運、歷史信息查詢、庫存查詢與統(tǒng)計、天車指令管理、質保書打印、成品標簽打印、報表管理和圖形化倉儲功能。

    （2）天車系統(tǒng)

    天車指令模塊：接收倉儲系統(tǒng)發(fā)來的天車作業(yè)指令，并指導天車工完成吊裝作業(yè)，待天車工完成吊裝指令或發(fā)現(xiàn)吊裝指令有誤時，在天車管理系統(tǒng)上可確認指令完成情況。

    天車定位模塊：定位模塊根據(jù)定位設備傳來的物理地址轉換成庫內(nèi)的邏輯地址以達到輔助天車工精準吊裝的目的。

3.5 綜合管理

    根據(jù)首鋼京唐公司產(chǎn)線發(fā)展需求，結合熱軋帶鋼剪切加工中心產(chǎn)線的投產(chǎn)，在現(xiàn)有LIMS平臺基礎上，拓展軋鋼分析中心及綜合管理區(qū)功能，完善LIMS平臺，為剪切加工中心MES 和ERP 系統(tǒng)提供服務。

    結合目前實時數(shù)據(jù)采集平臺，采用OPC SERVER 和采集器相結合的方式，采集廠際間能源數(shù)據(jù)和工序生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)管控中心展示平臺和計量專業(yè)管理提供依據(jù)。

    收集物資計量和能源計量數(shù)據(jù)，進行分析、整理、各維度統(tǒng)計，為計量專業(yè)管理提供服務。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

圖3 業(yè)務功能輸出配置

    系統(tǒng)采用北京首鋼自動化信息技術有限公司信息事業(yè)部的SGMES 升級版架構，該架構使用J2EE+Flex技術，其技術特點為：

    （1）通過服務層的抽象，簡化IT 的繁雜基礎架構，允許業(yè)務人員通過業(yè)務組件去組合應用。（2）使用標準的技術與接口，兼容異構系統(tǒng)，在組織級內(nèi)實現(xiàn)標準的服務調(diào)用方式。（3）構建可重用、可組合的業(yè)務服務組件，通過松耦合接口方式支持業(yè)務變化。

    以該架構為原型，結合首鋼京唐公司的軋鋼業(yè)務組件，使用XQL語言在系統(tǒng)中對各個業(yè)務功能的輸出內(nèi)容進行配置。如圖3所示。

    在具體的業(yè)務功能界面，通過對已配置的XQL 表達式的調(diào)用，則可根據(jù)業(yè)務需求實現(xiàn)具體的業(yè)務邏輯，以訂單概覽功能為例，其功能界面如圖4所示。

圖4 訂單概覽功能界面

5 結束語

    本文對首鋼京唐公司熱軋帶鋼剪切加工中心MES 系統(tǒng)進行介紹。該系統(tǒng)于2011年11 月上線。目前，30萬t橫切產(chǎn)線正在進行試運行，該MES系統(tǒng)為產(chǎn)線的試車與正式投用提供了有效的系統(tǒng)支撐和保證。該系統(tǒng)實現(xiàn)了業(yè)務組件的可配置與可組裝性，在業(yè)務發(fā)生變化時，只需要在線更改業(yè)務組件配置，即可以實現(xiàn)變化的業(yè)務需求，系統(tǒng)響應用戶需求的能力被大幅提升。同時，系統(tǒng)對從訂單下傳、產(chǎn)品生產(chǎn)到成品發(fā)貨的整個生產(chǎn)管理流程進行了全生命周期的有效跟蹤和管理，為產(chǎn)線未來的達產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)、產(chǎn)品質量的跟蹤和提升提供了有效的保障，并具有很大的推廣價值。

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本文標題：首鋼京唐熱軋剪切加工中心MES系統(tǒng)研發(fā)

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