钢铁行业MES解决方案解决方案，钢铁行业MES。

钢铁行业MES解决方案

钢铁企业是我国国民经济的重要支柱产业之一，随着我国加入WTO以来，钢铁企业面临着全世界范围内的竞争，如何提高我国钢铁企业的竞争力，很大程度上取决于我国钢铁企业的信息化建设水平。对我国钢铁企业而言，其基础自动化部分，如加热炉控制系统、燃烧控制系统等等大都实现了技术改造，基本采用了PLC，DCS等实现控制，这为企业信息化建设中的设备集成提供了硬件基础。而在信息化建设过程中，实现基础自动化控制系统与管理系统之间的有效集成，即制造执行系统MES，将对实现企业的信息化产生重要作用。

1MES在钢铁企业中的应用

当前，MES在国外知名大型企业中得到了广泛的应用，成为这些企业保持市场竞争优势的重要手段，但是在国内，对MES的认识还比较少，MES的应用并没有得到充分的重视。我国钢铁企业过去往往注重建立管理信息系统（MIS）和过程控制系统（PCS），而忽视这两个系统中间的连接层，致使经营管理决策和实际生产过程不能有效衔接。这已经成为我国钢铁企业实行信息化、发挥生产经营信息系统整体效能的瓶颈。20世纪90年代中期，国际上逐步发展起来的制造执行系统MES，成为打通这一瓶颈不可或缺的手段。

随着技术的发展，市场的全球化和管理的扁平化已成定势，冶金行业的综合集成制造系统（CIMS）已经由过去的6层结构发展为现在的3层结构，即上面的经营管理决策层、中间的生产执行层和下面的工艺过程与设备自动化控制层，将这三层结构集成起来，才能产生最大的效益，真正实现冶金企业的信息化。特别是在用户越来越多地需要定制产品以及品种多变的情况下进行计划和生产时，更需要上、下层快速衔接和及时反馈。中间层MES应起到生产调度、质量控制、设备诊断、物流跟踪等重要作用，目前国内基本上还是以人工衔接为主，完备的MES技术尚未发展起来，因此冶金企业在实现CIMS的过程中就不可避免地受到MES这一中间技术断层的制约，为此，本文提出了型钢轧机的MES控制系统。

2型钢轧机的工艺流程

型钢轧机原料采用由初轧厂及电炉连铸厂提供的合格的钢坯，用汽车运入车间原料跨间，堆存在料架内。根据生产指令，用磁盘吊车将钢坯从料架内吊送至上料台架上，经表面质量检查，核对钢号，称重，测长，合格的方可入炉加热。

钢坯加热温度取决于钢种，加热温度在980～1150℃之间。出炉钢坯经高压水除鳞后进入粗轧第1机架，轧件经粗轧、中轧、预精轧及精轧各机组轧制。在轧制过程中，每个机组之间都设有飞剪，用以切去轧件头尾。当出现故障时，飞剪可立即将轧件碎断。预精轧后轧件经水冷至850～980℃进入精轧机，以避免轧件在精轧机中升温过高，对钢的冶金质量产生不利的影响。

轧件出精轧机后，根据不同钢种的工艺要求进行不同方式的控制冷却。然后由倍尺飞剪剪切成冷床长度，进入冷床，矫直，定尺，打捆/码垛，称重，随即送入成品库堆存，由汽车运出。

3系统等级

近来在国际上提出流程工业现代集成制造系统框架，即ERP（企业资源规划）/MES（制造执行系统）/PCS（过程控制系统）三层结构。这种结构结合了先进的工艺制造技术、现代管理技术和以先进控制为代表的信息技术，集成了企业的经营管理、生产过程控制、运行与管理等各个方面，将其作为一个整体进行控制与管理，实现企业优化运行、控制与管理，从而成为提高企业竞争力的重要高技术。

在此，我们将这种框架应用于型钢轧机的控制等级，即由三级组成：

第一级：基础自动化及过程控制级（即PCS），其主要功能有：完成全线设备的顺序控制、位置控制、温度控制、速度级联控制、张力控制、活套控制、轧件跟踪、人机对话、故障报警和记录等实时控制功能。

第二级：生产控制级（MES，即制造执行系统），轧机和成品区生产控制：该等级主要接受由公司计划管理计算机系统下达的生产计划，形成相应的生产指令，收集和处理有关生产实际数据，完成全轧钢车间内的物料跟踪、钢坯库管理、成品库管理、质量控制和质量管理、轧辊管理、操作指导和生产数据的记录及故障报警和设备监视以及与其它系统之间的数据通信。

第三级：公司计划管理级（即ERP），该级为全公司的计算机管理系统，主要有销售及生产计划管理、原料及能源管理、财物及成本管理、人力资源管理等。该系统依据用户订单，向生产控制级下达轧制订单，轧制订单也可以由生产控制级计算机人工输入到控制系统。

4MES系统（即生产控制级）的控制功能

作为企业信息建设的重要组成部分，MES系统包含多种不同的功能模块，每个功能模块的取舍，取决于特定的工厂环境以及所期望的效益。针对型钢轧机的生产特点，选择如下功能：

（1）订单管理。这项功能虽然不是MES直接定义的功能，但是对MES的完整性却是不可缺少的。这项功能的表现形式独立于上层的ERP系统，它至少可以取代一部分ERP功能，或包括在其中。

该功能负责轧制订单入口及其数据更新。它提供了最终排序的手段，在这个手段中订单会被处理、强制删除和重新排序，MES有能力改变已下达的计划，实时控制生产线负载，而且，它通过不同的状态调节约束因素，监视它们的进展。最后，把成品分配给用户订单。

订单管理的主要功能有：

①轧制订单数据输入、修改和显示的入口；

②生产计划中对轧制订单进行列表和显示；

③短期计划，即轧制订单的重新排序和删除；

④设置不同轧制订单进展状态；

⑤把成品（捆或垛）分配给用户订单。

用户代码、产品代码、质量要求、订货重量及交付时间。

轧制订单是生产计划的基本组成。一个轧制订单中包括总的订单数据、产品相关数据、用户订单数据以及系统中需人工创建的数据。

（2）生产监控。生产监控功能发布沿生产过程区域的操作信息，显示当前订单、钢坯、捆/垛的特征，把相关的订单数据和生产指令联系起来。它传达设定点，并且，从加热炉控制系统、轧机和成品处理控制设备收集实际值。它对物料跟踪作微小修正，并且是轧机延误原因和成品降级的人工入口。爱ERP网www.loveerp.com

生产监控任务是协调订单管理、报表、轧辊管理、物料跟踪和生产指令模块的任务，同步交换这些功能模块之间的具体订单、产品和物料相关的数据。

生产监控的主要功能有：

①显示位于不同操作段的材料识别号、顺序和关键产品数据；

②为生产操作员提供校正操作的方式；

③为外部计算机系统和生产控制设备提供订单数据和控制设定点；

④收集用于记录和报表的过程数据；

⑤明了钢坯不足。

（3）报表。生产报表不仅用来选择数据、完成计算、处理文本和编排以及执行一套准备好的报表，而且为用户提供创建各种可被显示、打印和存储报表的方法。

报表的主要功能有：

①报表生成；

②报表选择和执行。

预制好可以用于生产订单、生产班次、轧机故障、成品检验及延时的报表。报表可统计不同的生产时间段、重量、钢坯数、小时产量及班产量等。主要的报表有：报表菜单、主生产订单报表、主生产班报表、日报表、周报表、月报表、盘卷检验报表、轧机故障报表、延时报表等。

（4）钢坯库管理。钢坯库管理功能提供了输入和处理钢坯数据、监视钢坯的入库和倒垛、分解炉次号的手段，并对钢坯库内的钢坯特征、数量和位置有一个总的监控。

钢坯库管理模块的主要功能有：

①存储位置的指定；

②输入和处理钢坯数据；

③监视钢坯的入库和倒垛；

④分解炉次号；

⑤维护库内钢坯存储印象和显示钢坯特性。

当钢坯装入到指定位置后，人工进行确认。入库和倒垛过程相似，如果前工序运来的钢坯需要清理，则把钢坯位置安排在清理区域。输入的钢坯原始数据需根据清理结果来决定。清理完毕后，钢坯倒垛到钢坯库料架内。如果前工序运来的钢坯直接装入钢坯库，则指定钢坯位置，并存储钢坯数据。

（5）钢坯分配。把钢坯分配给轧制订单，并形成一张表，管理从钢坯库到加热炉的钢坯装卸。

钢坯分配的功能有：

①提供合适钢坯清单；

②钢坯的分配；

③钢坯的再分配；

④准备钢坯的装卸清单。

对于一个具体的轧制订单，钢坯分配功能支持计划员人工给轧制订单分配合适的钢坯（合适的条件是：释放的炉次状态、钢坯未分配和正确的钢种），用于最后决定它们的轧制序列。钢坯只能分配给具有“释放”或“生产中”进展状态的轧制订单。

（6）轧辊管理。轧辊管理功能根据特征、位置和每一个轧辊设备的状态提供一个轧辊库存信息。它监视槽的磨损及磨损的程度，并且设备达到极限时进行报警。

轧辊管理的功能有：

①监视和显示轧辊和孔型状态的信息以及每个轧辊设备的位置；

②对轧辊设备的每个孔型进行计算并存储轧制吨位；

③当一个孔型的轧制吨位到达极限时进行报警；

④预测一个轧制计划中是否需要换辊。

（7）成品库管理。成品库管理提供了捆/垛特征、数量和位置概况，并且，它监视捆/垛的入库、倒垛和出库。

成品库管理模块的功能有：

①存储位置的指定；

②入库、倒垛及出库的监视；

③库内捆/垛存储印象的维护及其特性显示。

成品以捆包为单位进行管理，将成品库划分成许多区域，作为捆包的堆放位置。成品入库时，由成品管理人员向生产控制计算机输入该成品的堆放位置，并且对成品包的位置进行记忆。成品库管理人员通过CRT终端对成品库的库存情况，按用户名或捆包号进行检索、查询、打印。生产控制计算机接受区域管理计算机的发货计划，对发货计划进行管理，对每包发货的成品用汉字打印出发货清单和发货标签。

（8）操作时间监视。操作时间监视功能监视各种设备和器件的使用情况，并且在设备达到极限值时进行报警。此外，还提供了一个器件列表用于所需的预防性的维护工作。所监视的内容为：

①段（加热炉、轧线、钩式运输等）；

②区域（辊道、机架、飞剪等）；

③设备（传动装置）；

④组件（马达、齿轮等）。

监视的内容还可包括操作运行时间和故障时间，如设备组件处于“ON”或“OFF”状态时的累计时间，或者是事件次数如飞剪的剪切次数。

（9）物料跟踪。物料跟踪是生产控制系统的“心脏”，并且它提供了用于其它应用模块的信息，反映沿着工艺区域的材料运动状态，即从初轧厂或电炉连铸厂来的钢坯进入钢坯库开始进行跟踪，通过加热炉区、轧机区、打捆/码垛直至成品出库为止。以每块钢坯、每捆/垛成品作为单位进行物料跟踪，实时向其它功能模块提供信息，同时人工可对跟踪进行修正。

物料跟踪的功能是：

①反映从加热炉到打捆/码垛区的物料运动状态；

②提供轧机跟踪区人工修正的方式或设定启动条件；

③向其它应用模块提供关于跟踪情况信息。

整个生产区域分为几个跟踪段，当物料通过跟踪段的边界线时，从一个跟踪段到另一个跟踪段的物料（组或项目）特征反映物料运动。一个组或项目从头到尾被跟踪，与生产计划和单个的钢坯/捆（或垛）相对应，按组进行跟踪。例如，一个跟踪组可以是一个工作订单，一个跟踪项目可以是一根钢坯或一个捆。根据来自于生产控制设备的自动力化信号，沿生产区域的跟踪项目画面作相应的变换，实时反映物料移动情况。当钢坯/捆（或垛）通过两个跟踪段之间的边界时，跟踪画面及时刷新。通过在生产计划号中加顺序号来创建钢坯/捆（或垛）的标识号。

（10）生产指令。生产指令功能提供建立和维护数据库的工具，包括产品规格参数，主要的设定值和用简明语言表示的指令。

生产指令功能模块处理系统的产品具体数据，为了生产不同的产品，需要所有的指令和参数存储在生产指令数据库中。

该数据库包括：

①生产路线，由生产步骤组成；

②生产步骤参数，即与不同生产步骤联系的指令和参数，包括参数值、过程进度表、冷却进度表、过程步骤指令。

产品是由钢种和生产过程确定。生产过程包括加工代码、界面尺寸、冷却方式代码以及由许多生产步骤组成的生产线的物料流程。通常生产指令数据库具有相同的结构，即每种产品的生产由一系列生产步骤组成、每个生产步骤有一套指令，称之为生产步骤参数。这套指令由质量要求、设备控制设定值以及用简单语言形式表示的指令所组成。

5结束语

MES技术的缺失已成为我国钢铁企业以信息化带动工业化的瓶颈，ERP并不能全面覆盖MES的功能，在发展CIMS的过程中，MES作为流程工业综合自动化的关键技术不可或缺。MES对于企业实现信息化、自动化，降低成本，增强快速响应市场和生产高端产品的能力，提高市场竞争力具有重要作用。企业的信息化必须是过程控制系统（PCS）、制造执行系统（MES）、企业经营管理（ERP）同步推进，不可偏废。只有这样，才能将信息流、物质流、资金流最佳集成，发挥信息化的功能，提升企业竞争力。