0 引言
鋼鐵行業(yè)是我國重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，目前共有鋼鐵企業(yè)上百家，受世界經(jīng)濟高速發(fā)展的帶動，中國鋼鐵行業(yè)增長迅速，國際地位與日遞增。1996 年至今，中國粗鋼產(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；我國已成為全球最大的精密無縫管生產(chǎn)國和出口國；我國不銹鋼產(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 年中國產(chǎn)鋼5 億噸，占全球粗鋼產(chǎn)量的38.4% ，國內(nèi)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(mào)易量的15% 。
鋼鐵工業(yè)的基本生產(chǎn)過程是在煉鐵爐內(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)活動中既有連續(xù)型的特征，又有離散型的特征，整個過程介于離散生產(chǎn)和連續(xù)生產(chǎn)之間，是一種半離散半連續(xù)型生產(chǎn)過程，具有多樣性、復(fù)雜性和階段性等特點。
1 冶金行業(yè)的生產(chǎn)特點
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，對于鋼鐵其化學(xué)成分、機械性能、規(guī)格尺寸有相應(yīng)的國家標(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)過程包括原材料處理、煉鐵、煉鋼、鑄造、軋鋼等工藝過程；其生產(chǎn)過程是連續(xù)與離散相混合的生產(chǎn)工藝流程，產(chǎn)線長、工序多、設(shè)備復(fù)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(chǎn)過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��；從生產(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。
與國際上發(fā)達(dá)國家冶金行業(yè)相比較，國內(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% ； 熱軋工序能耗國內(nèi)重點企業(yè)平均為96.29kgce/t，國外先進(jìn)水平為80.28kgce/t， 相差16.01kgce/t。
2 冶金行業(yè)MES 解決方案
針對冶金行業(yè)的特點、面臨的問題和挑戰(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)變的實際特點，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、質(zhì)量管理、生產(chǎn)計劃與調(diào)度、生產(chǎn)執(zhí)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(chǎn)品管理、實驗室管理（LIMS）、計量管理、磨輥間管理等業(yè)務(wù)模塊，實現(xiàn)冶金行業(yè)計劃、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)計劃為主線
以全局、協(xié)調(diào)的生產(chǎn)計劃為主線，實現(xiàn)企業(yè)統(tǒng)一、協(xié)調(diào)生產(chǎn)計劃的制定。生產(chǎn)計劃是全局的，一體化計劃可以將京唐公司所有生產(chǎn)線有機地結(jié)合起來，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)計劃能大大提高從煉鋼到下游機組的整體物流的平衡和協(xié)調(diào)，以提高訂單的按時完成率、生產(chǎn)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(fā)到M E S 后的整個生命周期狀態(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，對于現(xiàn)有材料不能滿足的銷售訂單，物料計劃會生成對煉鋼生產(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，即根據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，對訂單產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量設(shè)計給出訂單成分、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。從橫向上，按生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)組織的不同特點，把整個生產(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
主要確保庫內(nèi)的物流清晰并對其生產(chǎn)物流進(jìn)行優(yōu)化和完善；實現(xiàn)對庫存定置管理，保證生產(chǎn)過程中物流、信息流一致。為作業(yè)計劃、生產(chǎn)調(diào)度提供準(zhǔn)確存貨信息和庫位，以減少庫存倒垛量；合理規(guī)劃庫區(qū)，合理分配運輸工具，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(jù)二級（或一級）實時傳來的跟蹤信息，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)計了冶金MES 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程參考模型。流程包括十多個主要流程，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、成品入庫檢驗流程、倉儲管理流程、發(fā)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(chǎn)組織流程、熱軋執(zhí)行控制與反饋流程。
各流程通過引入先進(jìn)的管理模式和運行機制，對鋼鐵生產(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，通過計劃和反饋控制實現(xiàn)從訂貨合同到生產(chǎn)計劃、到物資采購供應(yīng)、到制造作業(yè)計劃、到制造作業(yè)指令、到產(chǎn)品入庫出廠發(fā)運的信息化，生產(chǎn)與銷售連成一個整體，計劃調(diào)度和生產(chǎn)控制有機銜接。同時，圍繞產(chǎn)銷過程形成相關(guān)的信息收集系統(tǒng)為產(chǎn)銷的動態(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)不限于針對鐵前或者煉鋼熱軋、冷軋，而是一個通用的架構(gòu)平臺，該通用平臺是在整個MES體系的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計的，提供了一體化的、高可維護性的架構(gòu)，MES 各類應(yīng)用可以在這個架構(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 個系統(tǒng)通過接口相互連接，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 二級系統(tǒng))、ERP 系統(tǒng)、計質(zhì)量系統(tǒng)、能源計量系統(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/訂閱以及點對點的消息代理的功能，支持企業(yè)內(nèi)外事件驅(qū)動數(shù)據(jù)流的高可靠性和異步性。
引擎層：這是一個構(gòu)件化的應(yīng)用程序引擎，使報表、工作流、規(guī)則管理具有了靈活性、可擴展性。重要引擎有工作流引擎、規(guī)則管理引擎、報表管理引擎。
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：計劃、執(zhí)行、監(jiān)控、報表、安全和配置等。
服務(wù)層：這一層封裝了MES 所有的應(yīng)用邏輯以及對外部系統(tǒng)的接口。
訪問層：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；使用者通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器(例如Internet Explore)或者桌面應(yīng)用客戶端GUI操作系統(tǒng)。
通過冶金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M E S 產(chǎn)品特點主要體現(xiàn)在以下幾個方面。
3.1 一體化計劃優(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，從計劃中進(jìn)行煉軋協(xié)調(diào)，保證熱送、熱裝計劃的順利實施。根據(jù)銷售訂單的交期，客戶，訂單的優(yōu)先級，生產(chǎn)線的產(chǎn)能來安排出每件材料的計劃生產(chǎn)日程。計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完成的同時，提高機組的產(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、計劃管理、生產(chǎn)管理相集成，實現(xiàn)檢驗計劃的制定、實績收集和質(zhì)保書管理的一體化，形成了質(zhì)量問題快速反饋和處理機制。通過建立一套以質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的集質(zhì)量設(shè)計、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。對板坯庫、鋼卷庫、成品庫等物料堆場均設(shè)置了帶有自動定位的倉庫管理系統(tǒng)，并與MES 緊密集成，實現(xiàn)從作業(yè)命令發(fā)送到物料搬運的自動執(zhí)行。倉庫管理系統(tǒng)的自動定位，可以確保對物料的異動（搬物料的送）進(jìn)行全程跟蹤，并將異動信息實時上傳給MES 系統(tǒng)，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(shè)備的信息集成
通過組通用的接口件，Q-MES 實現(xiàn)與二級自動化設(shè)備系統(tǒng)的數(shù)據(jù)連接，使數(shù)據(jù)能在不同系統(tǒng)間自由流動起來，為企業(yè)創(chuàng)造更大財富。最后，該軟件實施在具體的冶金企業(yè)中，并取得了不錯的效果，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。
4 結(jié)束語
本文通過對冶金行業(yè)的生產(chǎn)特點進(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(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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本文標(biāo)題：一種面向冶金行業(yè)的MES/ERP解決方案
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