沙钢炼轧集成MES系统特点及应用效果

lihuolin958

1 引言
    2009年，沙钢集团成功跻身世界500强，并且成为中国内地唯一一家上榜的民营企业。近年来，沙钢坚持科学发展观和可持续发展战略，走新型工业化道路，大力推进产品结构、技术结构和装备结构的调整升级，包括荣盛炼钢改造、1450热轧、宽厚板二期、宽厚板热处理等一批项目相继投产，加上原有的650万吨板材产能，在不久的将来，沙钢的板材产量将达到1300万吨以上，居国内前列。
    2006年，伴随着 沙钢5M宽厚板厂的投产，沙钢从上海宝信软件引进了沙钢第一个MES系统一沙钢宽厚板IVIES系统。3年来该系统的使用效果显著，宽厚板厂的生产组织顺畅，物流调度快捷，产品成材率稳步提高，成品的出厂周期及生产周期缩短，货款回收加快，产品的质量也不断提升。
    在看到了信息化给公司管理带来了显著成果后，沙钢集团决定继续引入宝信公司的冶金集成MES系统，该系统将炼钢、连铸、宽厚板等前后关联的六个生产厂的管理集成在一个系统，将沙钢所有板材生产线的生产过程控制、优化、运行、计划与管理作为一个整体进行控制与管理，利用信息技术手段实现制造企业向现代化数字企业的跨越，提升快速响应能力，提高企业的核心竞争力。
    本文主要介绍沙钢集成化MES系统的特点及引入后的效果。
2 方案设计
2.1 设计思路
    根据沙钢炼钢、轧钢等多个生产单元的生产管理现状，分析沙钢生产组织的特点和面向客户快速响应的技术难点，结合沙钢现有钢铁制造流程、管理信息系统存在的问题，考虑沙钢多产线交叉生产的需求，对制约流程制造企业制造集成的难点及关键技术进行分析、研究并给出解决措施，充分利用信息化平台对原有的计算机信息系统进行改造，研究、消化现有过程控制系统，把现有的过程控制、网络、系统设备控制与检测技术与生产作业优化、管理和经营高度集成。在炼轧集成制造执行系统的总体技术上采用了以下几个设计原则：
    ●在业务流程设计上，采用全生产与管理工序集成设计的模式，把生产合同管理、材料设计、质量设计与控制、生产计划与调度管理等公司生产制造管理的全流程进行纵向集成和横向集成，形成统一的集成制造执行系统。
    ●对生产计划进行炼钢、轧钢一体化计划设计，采用动态调整技术。
    ●采用合同分割技术实现合同在多产线并行、交叉生产的生产组织模式，同时对合同的完成情况进行实时动态跟踪。
    ●通过计划监控、生产调度，来对生产现场各种复杂问题进行实时处理和动态优化，通过上下连通企业管理平台与现场控制设备，实现数据的无缝连接与信息共享，前后贯通所有生产工序，实现生产全过程的控制与优化，实现与原有自动化系统的无缝集成。
    ●对于生产过程实施实时动态监控，实现制造执行过程的可视化跟踪；全过程合同动态实时跟踪技术：在生产执行层运用物料实时跟踪技术实现了各生产单元动态库位图、成品出厂发货动态监控。
    ●贯彻“一贯质量管理”理念，采用全过程质量管理与跟踪，按用户需求控制实物质量水平。
    ●采用统一编码技术，对销售、质量、生产涉及的代码进行规范一致的管理，满足沙钢炼钢、轧钢生产制造与业务全流程一体化管理的要求。
2.2 方案主要内容
    2.2.1 集成制造执行系统总体架构
    根据沙钢的生产组织特点，结合沙钢的信息化现状，对沙钢炼轧集成制造执行系统的体系架构进行了深入的探讨研究，确定了沙钢炼轧集成制造执行系统分为两个层次：
    ●制造管理层：即制造管理系统。主要功能包括质量管理、生产管理、作业计划管理、存货管理、出厂管理。它是整个企业生产制造的管理核心，对沙钢炼钢、轧钢所有六个生产单元进行统一的生产调度、物流管控和质量管理，实现对合同、质量、计划、材料的一贯制管理。
    ●生产执行层：即一炼轧生产执行系统和二炼轧生产执行系统。一炼轧生产执行系统覆盖沙钢现有的650万吨板材生产线(包括宏发炼钢、1700热轧、l群宽厚板)，二炼轧生产执行系统则覆盖沙钢新建的650万吨板材生产线(包括荣盛炼钢、1450热轧、2撑宽厚板)。
    生产执行系统主要功能包括作业命令管理、实绩管理、在线质量管理、仓库管理、发货管理、工器具及轧辊管理。相对制造管理层，生产执行系统是计划的执行者，它直接与各生产机组L2或者L1进行接口，将最新的作业命令下达给下位机控制系统，同时通过收集生产过程中的大量实时数据，对生产现场的实时事件进行及时的反应和处理，并把生产实绩数据实时反馈上层制造管理系统。为整个企业的生产组织、管理及决策提供强大的数据支撑。
    系统层次架构如图1所示。
    沙钢炼轧集成制造执行系统采用宝信软件在钢铁企业使用广泛的产品化MES软件，该软件系统应用为满足前后工序顺序、连续生产的需要，实时性要求非常强，在中间应用服务器层选用适合大型关键OLTP应用的交易中间件平台TUXEDO，后台采用Oracle企业级数据库软件。系统的前端采用GUI图形界面，界面友好，操作方便。采用交易中间件TUXEDO的C／S三层体系架构非常适台钢铁企业24小时连续化、实时性强的特殊生产需要，可保证大用户量访问下系统的可用性、稳定性及相应速度。具体系统架构见图2所示。

图1 沙钢炼轧集成制造执行系统体系结构

图2 沙钢炼轧集成制造执行系统硬件平台系统榘构

2.2.2 应用系统主要功能

    沙钢炼轧集成制造执行系统在应用功能设计时，尽可能按“功能覆盖产线”的原则来设计，这样一方面便于沙钢将来产线的扩充，另一方面大大加强功能的整合性、信息的共享度，同时也为沙钢整个板材生产线合理组织生产、物流快速调度、物流信息共享、提高热送热装比打下扎实的基础。
    沙钢炼轧集成制造执行系统按照功能层次划分为制造管理系统和生产执行系统。制造管理系统包括订单管理、质量管理、生产管理、作业计划管理、物料跟踪管理、仓库管理、出厂管理：生产执行系统主要功能包括作业命令管理、实绩管理、在线质量管理、仓库管理、发货管理、工器具及轧辊管理。如图3、4所示。

图3 制造管理系统功能架构图

图4 生产执行系统功能架构图

3 实施效果
3.1 实现了严格按合同组织生产的生产管理方式
    制造管理部门按用户对产品数量、品种、质量、交货期的要求，根据公司整个板材生产线的设备运行状况来编制炼钢计划、轧钢生产作业计划，各生产制造单元严格按作业计划组织生产，并通过系统将实绩实时反馈。基于全过程的合同跟踪技术和基于合同材料申请的炼钢、轧钢生产作业计划编制技术，实现了物料一合同一材料信息的动态匹配关联，对公司物流瓶颈环节进行重点控制和实时动态调整，减少了物流在工序间的停滞时间，降低了在制品库存，缩短了产品生产周期，对用户合同变更、紧急订货等临时要求能够做出快速反应，为实现敏捷生产奠定了基础。
3.2 进一步贯彻了工序服从的理念
    炼轧集成制造执行系统体现了“供应链管理”的思想，只有上工序完全按照下工序的要求严格组织生产，才能最终满足用户的需求。系统为上下工序间的服从提供了量化的标准，系统的有效运行使各工序问的沟通、协调更加快捷，实现了产能和效益的最大化。
3.3 体现了客户至上的一贯制质量设计原则
    按客户的具体使用要求(APN码)进行合同处理，按订货产品的规格进行生产材料设计；按不同的使用要求进行验收和检验设计。系统将每一项设计随生产计划直接下达到各操作岗位，使操作岗位能快速准确地执行工艺指令，杜绝了中间环节产生的无效指令和有害指令。质量设计人员通过系统能够快速准确地了解工艺参数的执行情况并及时修正，提高现场的控制能力和满足客户提出的质量改进技术。
3.4 实现了企业生产经营的规范化和透明化管理
    信息处理自动化与设备控制自动化的无缝集成．使宽厚板现场发生的每一个事件在同一瞬间可以迅速传递到需要的每一个地方，严格做到了从作业层到管理层的“数据不落地”，管理对象精确到每一个物料，信息处理响应速度达到了秒级。这样，全公司的业务管理人员都能通达、顺畅、透明地共享制造执行、客户需求、制造规范等信息。
3.5 管控衔接，物流、信息流同步
    打通销售流程和制造流程，把订货合同变成生产作业计划，进而变成客户所需产品，做到按需生产、精益生产，缩短交货周期，进而提高资金周转天数；体现了钢铁工业生产的特色，将制造管理和控制相衔接，使执行生产指令的结果和管理层面形成互动；信息系统促进了流程优化和再造，以销售为龙头，融合生产制造、质量设计、质量控制、库存管理、出厂管理，使生产面向了市场；实现物流、信息流同步。
3.6 与企业管理创新相糅合
    沙钢炼轧集成制造执行系统的建立不仅仅是协助企业建立一套高效的管理平台，更重要的是企业可以通过系统对企业的业务流程进行控制，它的建设过程，也是利用信息技术对企业进行业务流程分析、再造业务流程、构建流程化组织的规程，通过系统的建设与应用，为实现再造后的业务流程，提供必要的支持手段，改变了传统企业的二级管理模式，提高了企业管理与运行的效率，为沙钢今后的持续创新创造了条件。
4 关键技术及创新点
4.1 炼钢、轧钢多产线交叉排产技术
    若企业拥有多条炼钢或轧钢产线，并且其产品规格存在交集甚至完全一致，为了更好的平衡产能，缩短成品的生产周期，有时需要进行多产线交叉排产。集成制造执行系统提供合同分割及合同制程变更技术，不仅能实现合同在多条产线并行或交叉生产，还可以在生产组织过程中灵活地调整合同产线，并且在合同的整个生命周期进行实时的动态跟踪，从而达到便捷调节生产组织节奏，平衡物流，确保按合同要求组织生产，减少余材，提高生产效率的目的，最终实现按质、按量、按时交货，以满足日趋激烈的市场竞争要求。
4.2 炼钢动态排程模型化技术
    炼钢生产工艺复杂，现场不确定因素较多，上下道工序衔接紧密，工艺数据庞大，在这些复杂环境下，要实现整个炼钢生产始终高节奏、高质量、高效率运转，必需要设计采用优秀的动态排程模型化技术来支持实现，去提高炼钢的生产产量、质量和效率。
4.3 炼钢计划、轧钢计划一体化计划编制技术
    通过统一的生产管理，将关联度高的炼钢、轧钢生产实施一体化计划编制，即炼钢、轧钢一体化计划编制，同时通过生产执行层与过程控制系统实现全方位快速数据交换技术，可以根据现场的实际生产情况动态调整生产计划，并快速下达最新的生产指令给过程控制系统。
4.4 物料实时跟踪技术
    冶金生产过程的许多信息均来自于生产过程，系统将生产过程中的物料信息、行车移动、运输信息进行实时采集、统一处理，对生产物料实施精细化管理，对物料生产、移动过程实现动态可视化跟踪与监控。
4.5 基于规则、采用事件驱动的全过程合同动态控制与实时跟踪技术
    对于合同从订立开始到出厂、结案过程中的所有工序进行合同量的跟踪，对于合同完成进度进行全实时动态管理，动态计算合同的完成量，自动分析合同的欠量，动态调整各工序合同生产报告，并为客户提供服务，让客户了解自己订购的产品在制造过程的详细情况。
4.6 一体化的动态质量设计及质量跟踪技术
    对于客户的合同通过产品规范码及冶金规范码按客户的需求进行统一的质量设计，同样的材料适应不同的用户可以通过静态质量设计技术实现，有差异性的材料制造具有同样或相近物理性能的产品以满足不同客户的一致性需求，为减少前端工序材料生产过程的差异性给产品带来的性能差异，系统引入了动态质量设计技术，对于不同的材料进行动态质量分析比对，寻找差异化，进行动态差异化质量设计，实行质量动态补偿设计。质量设计的结果在制造管理系统进行优化并通过生产执行系统下达给过程控制系统，过程控制系统与集成制造执行系统相互结合完成对于过程质量的在线控制，设计人员能够在系统中动态了解过程质量状况并进行综合判定。
5 经济效益
5.1 提高热送节能效益
    沙钢炼轧集成制造执行系统为通过炼钢计划、轧钢计划一体化计划编制技术，大大缩短了炼钢板坯送轧钢的调拨时间，同时连铸坯热装率和平均热装温度也得到大幅提高。2009年5月，热轧连铸坯装炉量44.2万吨，其中热装量35.45万吨，热装率80.2％，比系统上线前提高了5个百分点，平均装炉温度达542℃。
5.2 提高产能效益
    采用炼钢计划、轧钢计划一体化计划编制技术，通过两方面提高产能，一是通过计划编制加快物流周转速度，二是通过缩短板坯调拨时间，提高热送能力，使原先加热能力不足而制约高产量连续出现的瓶颈问题得以解决，生产能力大幅度提高，对炼钢、轧钢月平均产量取数据做对比，见表。

表1

5.3 提高产品质量效益
    通过系统的一体化质量设计，对产品质量进行严格的质量设计和工序过程质量控制，    质量设计标准化，工序控制流程化，从而提高公司产品的综合合格率，见表2。

表2

6 社会效益及其它效益
6.1 减少余材提高合同兑现率
    该系统有效地提高了沙钢热轧、厚板产品交付率，增强了产品市场竞争能力，增加了沙钢的社会影响力。
6.2 提升客户满意度
    通过系统的支撑，有效缩短产品交货周期，提高合同交货命中率，增强了沙钢产品交付水平，提高客户满意度。
6.3 加快存货周转，节约资金成本
    由于系统按合同组织生产，按合同发货，整体的风险降低，资金回笼速度加快，存货周转速度加快，经济安全度显著提高。
6.4 提高职工素质，降低劳动强度，增强管理能力
    通过系统的建设与应用，沙钢板材生产线的管理人员从原来繁琐、重复性劳动中解脱出来，企业日常运行效率大幅提高，管理人员能够集中精力用于企业的管理、流程的优化：
    系统的建设过程也是沙钢职工不断接收培训并进行学习总结的过程，通过参与沙钢信息系统的建设与应用，沙钢职工的人力资源结构发生了变化，人力素质发生了质的变化，培养了一大批既懂管理又精通技术的复合型人才，为沙钢的进一步发展壮大奠定了坚实的基础。
6.5 节约能源、减少排放提高的社会效益
    通过提升送热能力，充分利用物理显热，为下工序节省大量混合煤气煤，减少二氧化 硫的排放，大大减少了烟粉尘和一氧化碳的排放量，有效改善周边环境。
7 结束语
    沙钢集成MES系统实现了上下游关联工序的横向紧密集成，进行多工序一体化计划、贯穿整个产品生命周期的一贯质量管理及订单的全工序跟踪管理，大大缩短产品的生产周期，提高产品的质量，实现对用户按期交货的承诺。该系统的实施大大提高了整个沙钢生产制造的水平，也是提高企业盈利水平的重要手段。

来源于：e-works


该贴已经同步到 lihuolin958的微博