MES環(huán)境下生產(chǎn)排程與調(diào)度模式淺析*

路天恩 董尉民 王海霞 張濟(jì)濤 陳 虎

(安陽鋼鐵股份有限公司)

MES環(huán)境下生產(chǎn)排程與調(diào)度模式淺析*

路天恩 董尉民 王海霞 張濟(jì)濤 陳 虎

(安陽鋼鐵股份有限公司)

介紹了安鋼在MES環(huán)境下按訂單組織生產(chǎn)的特點(diǎn)，在滿足訂單個性化需求的前提下，對生產(chǎn)調(diào)度的原則、影響因素、運(yùn)行方式等進(jìn)行了分析，按照鋼鐵生產(chǎn)的批量化經(jīng)濟(jì)性生產(chǎn)要求，通過靜態(tài)調(diào)度和動態(tài)調(diào)度，及時(shí)跟進(jìn)、調(diào)整生產(chǎn)資源的配置、工序銜接與匹配關(guān)系、產(chǎn)線排程與重置等，保證了訂單計(jì)劃的剛性執(zhí)行，提升了生產(chǎn)保障水平，增強(qiáng)了企業(yè)的市場競爭能力。

關(guān)鍵詞 MES 鋼鐵生產(chǎn) 靜態(tài)調(diào)度 動態(tài)調(diào)度

0 前言

鋼鐵生產(chǎn)過程中，煉鐵、煉鋼、連鑄、軋鋼等各工序的生產(chǎn)是離散和連續(xù)相混合的流程式生產(chǎn)過程，其生產(chǎn)調(diào)度面對的是多任務(wù)、多目標(biāo)、多約束的多種不確定性因素。煉鐵生產(chǎn)強(qiáng)調(diào)高爐的連續(xù)、長效、穩(wěn)定運(yùn)行，而煉鋼、連鑄、軋鋼是間斷性生產(chǎn)，強(qiáng)調(diào)批量生產(chǎn)的穩(wěn)定性和完整性。由于品種、規(guī)格較多，煉鋼、連鑄的生產(chǎn)組織難度很大。因此，鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度的重點(diǎn)就是在繁雜多變的生產(chǎn)條件下，通過科學(xué)組織，動態(tài)優(yōu)化，確保煉鋼、連鑄、軋鋼生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的組織和實(shí)施。

MES－生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)，是隨著工業(yè)管理水平的提升而逐漸發(fā)展起來的現(xiàn)代化信息管理系統(tǒng)，包括生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃、生產(chǎn)調(diào)度、設(shè)備管理、質(zhì)量管理、物料跟蹤等模塊，其中，生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃與生產(chǎn)調(diào)度是其核心功能。近年，隨著信息化建設(shè)的推進(jìn)，安鋼在鋼軋生產(chǎn)、鐵前生產(chǎn)區(qū)域相繼建起了MES系統(tǒng)，整體生產(chǎn)制造過程的管控能力得到顯著提升。在日益激烈的市場競爭形勢下，訂單生產(chǎn)的個性化需求不斷增強(qiáng)，對MES環(huán)境下生產(chǎn)排程與生產(chǎn)調(diào)度的及時(shí)性、合理性提出了更高的要求。

1 MES環(huán)境下的計(jì)劃排產(chǎn)

隨著市場競爭和企業(yè)生產(chǎn)管理水平的發(fā)展，按訂單組織生產(chǎn)成為各鋼鐵企業(yè)的共識。在MES環(huán)境下，計(jì)劃排產(chǎn)都是建立在滿足終端客戶的個性化需求的基礎(chǔ)上，生產(chǎn)過程中的所有生產(chǎn)管理活動都不能脫離這一宗旨。MES環(huán)境下計(jì)劃排產(chǎn)流程如圖1所示。

圖1 MES計(jì)劃排產(chǎn)流程圖

1.1 基于訂單需求

為了滿足客戶日益增長的個性化需求，煉鋼計(jì)劃和軋鋼計(jì)劃的編制都根據(jù)所承接的銷售訂單需求，按照一定的設(shè)備和工藝約束，在MES系統(tǒng)中通過組板、組爐、組澆次，形成批量煉鋼、連鑄澆次計(jì)劃，每一爐鋼水、每一塊鑄坯、每一塊鋼板在物流推進(jìn)過程中均附帶著固有的訂單信息一起傳遞，任何物料的變化與調(diào)整都影響到訂單執(zhí)行效果。

1.2 計(jì)劃的時(shí)效性高

要在激烈的市場競爭中凸顯自己的產(chǎn)品優(yōu)勢，除了產(chǎn)品質(zhì)量要滿足客戶終端需求之外，交貨期的保障能力也直接影響到市場份額的爭奪。因此，作業(yè)計(jì)劃的編排和執(zhí)行都要求按照交貨期的要求組織實(shí)施，即以最后的交貨期為基準(zhǔn)，倒逼式確定每個工序的生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)。要求各工序的作業(yè)都要強(qiáng)調(diào)時(shí)效性，必須確保在規(guī)定的時(shí)間段內(nèi)完成生產(chǎn)任務(wù)。

1.3 強(qiáng)調(diào)作業(yè)計(jì)劃的完整性

由于客戶的訂單需求貫穿于作業(yè)計(jì)劃執(zhí)行的始終，每個作業(yè)計(jì)劃的編制均有較強(qiáng)的針對性。為了保證訂單生產(chǎn)量和訂單交期，各工序作業(yè)計(jì)劃的編排和執(zhí)行都要求保證其完整性，應(yīng)盡量減少訂單被拆分開生產(chǎn)，以免重復(fù)組織，造成生產(chǎn)資源的浪費(fèi)，甚至影響訂單交期。

1.4 冶－鑄－軋工序物流剛性銜接

MES系統(tǒng)在物流管理上具有物流和信息流同步反饋的優(yōu)勢，有利于生產(chǎn)進(jìn)程的即時(shí)監(jiān)控和調(diào)整，進(jìn)而減少過程等待，壓縮在制品數(shù)量，嚴(yán)格控制中間庫存，最大限度的減少資金占用。因此，鋼水、鋼坯、鋼板等物料在煉鋼、精煉、連鑄、軋鋼工序間的推進(jìn)具有一定的剛性要求，不得隨意的更改和調(diào)整，以保證物流暢通。

2 生產(chǎn)調(diào)度需遵循的原則

2.1 計(jì)劃性原則

鋼鐵生產(chǎn)制造過程從原料投入到最終產(chǎn)品產(chǎn)出，必須遵循計(jì)劃性原則，必須以班、日、周、月生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃作為組織生產(chǎn)、調(diào)整優(yōu)化、下達(dá)指令、采取措施的依據(jù)。生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃安排的是否合理，執(zhí)行過程的是否順暢，是決定訂單能否按時(shí)交貨的關(guān)鍵。因此，保證生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的剛性執(zhí)行是生產(chǎn)組織的核心與關(guān)鍵。

2.2 科學(xué)性原則

在日常的生產(chǎn)組織中，把流程最短、銜接最緊、成本最低作為調(diào)度作業(yè)的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)，合理分配鐵水資源及各種能源介質(zhì)，保證連鑄澆次的完整性，統(tǒng)籌軋鋼生產(chǎn)和煤氣發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行，減少軋鋼待溫時(shí)間，合理平衡自發(fā)電量，提高資源利用效率，做到資源效益最大化。

2.3 及時(shí)性原則

發(fā)生生產(chǎn)異常，如高爐爐況失常、煤氣加壓機(jī)出現(xiàn)異常等情況時(shí)，需要及時(shí)調(diào)整煉鋼或軋鋼作業(yè)計(jì)劃，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)線效益排序情況及訂單交期緊迫程度等因素，綜合考慮，合理調(diào)整。

2.4 預(yù)見性原則

生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)要善于事先預(yù)見生產(chǎn)過程中潛在的問題，要緊緊抓住主要矛盾和薄弱環(huán)節(jié)，及時(shí)解決問題。要有階段性的預(yù)判，通過當(dāng)前生產(chǎn)情況及動態(tài)趨勢走向的分析，及早介入，提前制定應(yīng)急預(yù)案，將可能發(fā)生的影響控制在最低水平。

3 生產(chǎn)排程與調(diào)度作業(yè)模式

生產(chǎn)過程的調(diào)度作業(yè)分為靜態(tài)調(diào)度和動態(tài)調(diào)度兩個方面。靜態(tài)調(diào)度針對的是基于公司宏觀計(jì)劃平衡的組織運(yùn)行方案，而動態(tài)調(diào)度針對的是計(jì)劃執(zhí)行過程中的動態(tài)調(diào)整與優(yōu)化作業(yè)。其生產(chǎn)排程與調(diào)度模式如圖2所示。

圖2 生產(chǎn)排程與調(diào)度模式示意圖

3.1 靜態(tài)調(diào)度

在MES系統(tǒng)中，煉、軋各機(jī)組的作業(yè)計(jì)劃排定之后，僅僅是以訂單需求為依據(jù)，確定了該機(jī)組該批次生產(chǎn)的品種、規(guī)格和時(shí)序，屬于車間層面的預(yù)計(jì)劃。而公司整體的生產(chǎn)組織，則需要統(tǒng)籌焦化、燒結(jié)、高爐、轉(zhuǎn)爐、連鑄、軋鋼等多工序多機(jī)組間的生產(chǎn)組織與平衡，將各類生產(chǎn)資源調(diào)配到相應(yīng)的機(jī)組，確保各機(jī)組在預(yù)定的時(shí)間節(jié)點(diǎn)有序開、停。主要包括以下運(yùn)行方案:

1)高爐－轉(zhuǎn)爐間的對接和匹配。由于煉鐵和煉鋼的工藝差別，以及裝備水平的發(fā)展并不均衡，要實(shí)現(xiàn)一對一的絕對的鐵鋼銜接難度很大。要解決多座高爐給多做轉(zhuǎn)爐供鐵的科學(xué)組織，在充分發(fā)揮轉(zhuǎn)爐產(chǎn)能，消化鐵水的基礎(chǔ)上，根據(jù)供鐵節(jié)奏和煉鋼消耗鐵水的速度，合理確定高爐、轉(zhuǎn)爐匹配關(guān)系，保證高爐穩(wěn)定順行。

2)鐵水調(diào)運(yùn)路線。廠內(nèi)鐵鋼物流除了鐵水之外，還有鐵渣、鋼渣物資的運(yùn)輸和倒調(diào)。在按照煉鋼需要供應(yīng)鐵水的同時(shí)，需要合理選擇運(yùn)輸路線，縮短運(yùn)輸距離，盡量降低機(jī)車倒調(diào)成本。

3)煤氣配置與供應(yīng)模式等。煤氣資源的配置首先要保證軋鋼生產(chǎn)所需的壓力、流量、熱值等，對于富余的煤氣，要合理調(diào)配各煤氣發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行，減少煤氣放散，提高自發(fā)電量。

4)檢修計(jì)劃與生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的對接。各機(jī)組的生產(chǎn)組織，要在設(shè)備檢、定修計(jì)劃的基礎(chǔ)上，根據(jù)設(shè)備工況條件，安排適合的品種和規(guī)格組織生產(chǎn)。

在整體的生產(chǎn)平衡確定之后，接到生產(chǎn)任務(wù)的煉軋產(chǎn)線，需要根據(jù)初步確定的機(jī)組開、停時(shí)間，按照不同品種、規(guī)格的生產(chǎn)工藝差異，確定煉鋼、精煉、軋鋼各工序間的工藝路徑和生產(chǎn)時(shí)序，即制定生產(chǎn)時(shí)刻表。

以安鋼第二煉軋廠為例，建有3座150 t轉(zhuǎn)爐、3座LF爐、1座VD爐、2座RH爐，配套1臺寬板坯連鑄機(jī)和2臺雙流板坯連鑄機(jī)，軋鋼工序建有爐卷軋機(jī)和1780 mm熱連軋兩條現(xiàn)代化生產(chǎn)線。要實(shí)現(xiàn)煉軋一體化的短流程生產(chǎn)，需要在既定的工藝路徑要求下，根據(jù)生產(chǎn)進(jìn)程，統(tǒng)籌運(yùn)輸距離最短、產(chǎn)能最大發(fā)揮、最小等待時(shí)間等要求，合理確定工序匹配關(guān)系、工序作業(yè)周期、天車吊運(yùn)速度、物流推進(jìn)時(shí)序等參數(shù)，將各工序的作業(yè)要求納入到統(tǒng)一的時(shí)刻表框架內(nèi)，指導(dǎo)和協(xié)調(diào)煉鋼、精煉、連鑄、軋鋼等各項(xiàng)操作和調(diào)度。

3.2 動態(tài)調(diào)度

1)計(jì)劃執(zhí)行過程中的影響因素。生產(chǎn)過程中會有各種動態(tài)變化的因素影響到靜態(tài)調(diào)度所做出的各項(xiàng)運(yùn)行和平衡方案，這些因素也稱為生產(chǎn)擾動，可歸納為時(shí)間波動類、冶煉工藝類、設(shè)備故障類和產(chǎn)品質(zhì)量類擾動。包括鐵水供應(yīng)的擾動，如出鐵量、出鐵時(shí)間、鐵水溫度、鐵水成分、機(jī)車運(yùn)輸節(jié)奏等的波動，煉鋼、精煉、連鑄等工序作業(yè)時(shí)間的偏差、鋼水溫度和鋼水成分類擾動，設(shè)備故障，產(chǎn)品缺陷等擾動。

2)動態(tài)跟進(jìn)、即時(shí)優(yōu)化的生產(chǎn)調(diào)度。當(dāng)生產(chǎn)過程中發(fā)生一般性擾動時(shí)，只需要調(diào)整本機(jī)組的工藝參數(shù)和生產(chǎn)節(jié)奏即可消除影響。而發(fā)生嚴(yán)重的擾動時(shí)，在打破本工序生產(chǎn)平衡的同時(shí)，還會波及到上下道工序的生產(chǎn)組織，產(chǎn)生次生性擾動，甚至直接影響到公司的系統(tǒng)平衡。此時(shí)，需要對整體的運(yùn)行組織模式進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，包括各產(chǎn)線生產(chǎn)時(shí)序的重排，各類主體設(shè)備的開與停，上下工序間的對接與匹配關(guān)系，生產(chǎn)資源的重新分配及供應(yīng)模式等。

4 效果

4.1 煉鋼計(jì)劃執(zhí)行率顯著提高

在MES系統(tǒng)中，從煉鋼到連鑄，產(chǎn)出的每一塊鑄坯均包含了相應(yīng)的訂單需求。因此，煉鋼計(jì)劃執(zhí)行率是表征訂單生產(chǎn)計(jì)劃執(zhí)行效果的主要標(biāo)志。通過生產(chǎn)調(diào)度模式的不斷優(yōu)化和完善，煉鋼、連鑄生產(chǎn)批量定制的效果得到了有效保證，煉鋼計(jì)劃執(zhí)行率由2010年的97.89%，提高到現(xiàn)在的98.34%。如圖3所示。

圖3 煉鋼計(jì)劃執(zhí)行率對比柱狀圖

4.2 訂單生產(chǎn)的可控性增強(qiáng)

生產(chǎn)過程的動態(tài)監(jiān)控和及時(shí)跟進(jìn)，保證了煉、軋計(jì)劃的時(shí)效性和完整性，增強(qiáng)了訂單生產(chǎn)過程的可控性，減少了二次投料，訂單一次完成率明顯提升。如圖4所示。

圖4 訂單一次完成率對比柱狀圖

5 結(jié)語

安鋼在MES環(huán)境下的生產(chǎn)排程與調(diào)度，將訂單終端需求貫穿于各工序的作業(yè)計(jì)劃之中，對計(jì)劃的完整性、時(shí)效性及動態(tài)跟進(jìn)調(diào)整提出了嚴(yán)格要求。在滿足煉鋼－連鑄間斷性連續(xù)生產(chǎn)的批量經(jīng)濟(jì)性的前提下，通過靜態(tài)調(diào)度和動態(tài)調(diào)度的優(yōu)化和改善，實(shí)時(shí)監(jiān)控、動態(tài)調(diào)整機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，工序匹配關(guān)系，生產(chǎn)資源的分配等，實(shí)現(xiàn)了鐵、鋼、坯、材的高效物流銜接，保證了訂單計(jì)劃的剛性執(zhí)行。

［1］陳展，范立強(qiáng)，張友山，等.典型鋼廠生產(chǎn)管理模式與MES支撐的研究［J］.煉鋼，2007(2):44－48.

［2］蘆永明，田乃媛，徐安軍，等.基于一體化生產(chǎn)的煉鋼－連鑄批量計(jì)劃與調(diào)度［J］.信息與控制，2011，10(5):715 －720.

BRIEF ANALYSIS OF PRODUCTION MANAGEMENT MODE IN MES SYSTEM

Lu Tianen Dong Weimin Wang Haixia Zhang Jitao Chen Hu
(Anyang Iron and Steel Stock Co.，Ltd)

It introduces the production characteristics based on order in MES and analyzes production scheduling regulation，influencing factors and running types.which ensures order plan execution，increases production level，improves market competitive power by static and dynamic scheduling，adjusting blending of production resources and relation in steps.KEY WORDS MES steel production static scheduling dynamic scheduling

2012—8—20