首鋼京唐熱軋剪切加工中心MES系統(tǒng)研發(fā)

劉木剛等

摘 要：首鋼京唐公司熱軋剪切加工中心MES系統(tǒng)是首鋼京唐公司熱軋剪切加工中心工程項(xiàng)目的配套信息化系統(tǒng)。該MES系統(tǒng)采用Flex+J2EE技術(shù)，通過對剪切加工中心生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)的全面梳理和優(yōu)化，設(shè)計(jì)了一套具有高度可配置性和可擴(kuò)展性的架構(gòu)。文章對該系統(tǒng)的架構(gòu)和功能進(jìn)行全面的介紹。實(shí)踐表明，業(yè)務(wù)的優(yōu)化和梳理是信息化系統(tǒng)得以有效發(fā)揮作用的重要前提，同樣，信息化系統(tǒng)也為生產(chǎn)管理的業(yè)務(wù)和流程的規(guī)范及運(yùn)轉(zhuǎn)提供了重要的支持和保證。

關(guān)鍵詞：熱軋剪切；MES；研發(fā)

前言

首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司目前共建設(shè)了 2 條熱軋帶鋼生產(chǎn)線。熱軋生產(chǎn)線設(shè)計(jì)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(yùn)運(yùn)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(shè)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(jìn)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(shè)定生產(chǎn)銷售的模式，由信息化系統(tǒng)來進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃排程，最終目的是實(shí)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(zhì)量管理和控制，通過質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，質(zhì)量設(shè)計(jì)，質(zhì)量追蹤，質(zhì)量判定，質(zhì)量分析，實(shí)現(xiàn)在線過程質(zhì)量控制和管理，最大限度地滿足客戶訂單質(zhì)量要求，支持新鋼種的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的持續(xù)改進(jìn)。對生產(chǎn)線的橫切、罩退、酸洗等各工序進(jìn)行一貫質(zhì)量設(shè)計(jì)，同時根據(jù)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)和實(shí)績數(shù)據(jù)能夠判定生產(chǎn)過程中發(fā)生的異常的品質(zhì)，及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問題，達(dá)到對產(chǎn)品質(zhì)量的全面掌控。

1 工藝簡介

依據(jù)市場上越來越多高強(qiáng)板需求，帶鋼剪切加工中心橫切機(jī)組需要能夠生產(chǎn)出高強(qiáng)鋼板。40萬t橫切機(jī)組為采用德國 SUNDWIG公司先進(jìn)技術(shù)，可剪切屈服強(qiáng)度 1250MPa的高強(qiáng)鋼板；30萬噸橫切機(jī)組由國內(nèi)自主集成，可剪切屈服強(qiáng)度 850MPa鋼板； 酸洗機(jī)組則采用國內(nèi)最先進(jìn)的推拉式酸洗技術(shù)，生產(chǎn)出高質(zhì)量的熱軋酸洗鋼卷；另有罩式退火機(jī)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。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

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(jì)劃層、作業(yè)計(jì)劃層和生產(chǎn)執(zhí)行層。上層對下層具有指導(dǎo)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(jì)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(jìn)行求解，然后再往下進(jìn)行，層與層之間構(gòu)成反饋閉環(huán)系統(tǒng)。

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

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

在生產(chǎn)執(zhí)行層，把產(chǎn)線排序結(jié)果轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)指令（PDI）向生產(chǎn)線L2下達(dá)，并收集各種生產(chǎn)實(shí)績信息，該層為在線實(shí)時調(diào)度系統(tǒng)，需要與生產(chǎn)線不斷交換信息。實(shí)時監(jiān)控生產(chǎn)過程的各種設(shè)備狀態(tài)、工藝運(yùn)行參數(shù)、計(jì)劃執(zhí)行情況、物流情況等，并進(jìn)行生產(chǎn)狀態(tài)判斷；當(dāng)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)異?；蚬收蠒r對生產(chǎn)過程進(jìn)行干預(yù)和調(diào)整，使生產(chǎn)能夠重新順利進(jìn)行。

在生產(chǎn)執(zhí)行層還包括質(zhì)量管理的質(zhì)量判定和能源管理的能源調(diào)度。倉庫運(yùn)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(guān)的運(yùn)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(dá)的發(fā)貨計(jì)劃進(jìn)行配車和發(fā)貨。實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)（LIMS）接收檢化驗(yàn)指令，并把檢化驗(yàn)結(jié)果上傳給質(zhì)量管理模塊，進(jìn)行質(zhì)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(wù)人員實(shí)現(xiàn)對于生產(chǎn)的組織：（1）根據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)則對訂單進(jìn)行技術(shù)展開，為訂單選擇工藝約束允許的工藝路線和設(shè)備。（2）能夠?qū)ο到y(tǒng)內(nèi)的生產(chǎn)能力進(jìn)行計(jì)劃，為訂單選擇合適的產(chǎn)線，這種選擇還應(yīng)該可以根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況的變化進(jìn)行調(diào)整。（3）將產(chǎn)線選擇和平衡結(jié)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(jié)果與訂單進(jìn)行匹配并將結(jié)果反饋給ERP系統(tǒng)。

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

3.1 質(zhì)量管理

技術(shù)展開模塊接收ERP系統(tǒng)下達(dá)的計(jì)劃訂單，計(jì)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(shù)展開模塊根據(jù)預(yù)先配置的工藝參數(shù)對計(jì)劃訂單進(jìn)行技術(shù)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(shè)備；（4）面向各個工序和設(shè)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(xiàng)信息是與后續(xù)的產(chǎn)線平衡和分配有直接的關(guān)聯(lián)。除了基本的業(yè)務(wù)要求外，對于后續(xù)的業(yè)務(wù)操作，技術(shù)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(shè)備組。過濾掉無法使用的工藝路線和設(shè)備組。（2）如果因?yàn)楣に嚶肪€的不同而使得物料形變有所不同，技術(shù)展開應(yīng)該在相應(yīng)的設(shè)備和工藝路線中指出其中的差異。

3.2 計(jì)劃管理

MES計(jì)劃系統(tǒng)接收到技術(shù)訂單展開后的生產(chǎn)訂單，將生產(chǎn)訂單存入相應(yīng)對應(yīng)邏輯中。

（1）生產(chǎn)計(jì)劃管理

在計(jì)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(jié)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(jì)劃管理

軋制序列的創(chuàng)建在作業(yè)計(jì)劃中完成，作業(yè)計(jì)劃在創(chuàng)建軋制序列時，可以充分考慮當(dāng)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(dāng)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(jié)果，同時在產(chǎn)線情況發(fā)生變化的時候，還可以隨時地進(jìn)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(yīng)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(yīng)的訂單進(jìn)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(jié)果與相應(yīng)的訂單匹配。如果在某一工序的產(chǎn)出完成后，還需要確認(rèn)其后續(xù)的生產(chǎn)步驟，以便對物流等信息進(jìn)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(yùn)輸

倉儲運(yùn)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(zhuǎn)儲、生產(chǎn)與銷售間轉(zhuǎn)庫、廢料管理、運(yùn)輸工具管理、庫跨區(qū)位配置管理、成品發(fā)運(yùn)、歷史信息查詢、庫存查詢與統(tǒng)計(jì)、天車指令管理、質(zhì)保書打印、成品標(biāo)簽打印、報(bào)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(dǎo)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(rèn)指令完成情況。

天車定位模塊：定位模塊根據(jù)定位設(shè)備傳來的物理地址轉(zhuǎn)換成庫內(nèi)的邏輯地址以達(dá)到輔助天車工精準(zhǔn)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(jié)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(chǔ)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(wù)。

結(jié)合目前實(shí)時數(shù)據(jù)采集平臺，采用OPC SERVER和采集器相結(jié)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(jì)量專業(yè)管理提供依據(jù)。

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

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)采用北京首鋼自動化信息技術(shù)有限公司信息事業(yè)部的SGMES升級版架構(gòu)，該架構(gòu)使用J2EE+Flex技術(shù)，其技術(shù)特點(diǎn)為：（1）通過服務(wù)層的抽象，簡化IT的繁雜基礎(chǔ)架構(gòu)，允許業(yè)務(wù)人員通過業(yè)務(wù)組件去組合應(yīng)用。（2）使用標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)與接口，兼容異構(gòu)系統(tǒng)，在組織級內(nèi)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)調(diào)用方式。（3）構(gòu)建可重用、可組合的業(yè)務(wù)服務(wù)組件，通過松耦合接口方式支持業(yè)務(wù)變化。

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

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

5 結(jié)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(jìn)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(jìn)行試運(yùn)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(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)組件的可配置與可組裝性，在業(yè)務(wù)發(fā)生變化時，只需要在線更改業(yè)務(wù)組件配置，即可以實(shí)現(xiàn)變化的業(yè)務(wù)需求，系統(tǒng)響應(yīng)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(jìn)行了全生命周期的有效跟蹤和管理，為產(chǎn)線未來的達(dá)產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量的跟蹤和提升提供了有效的保障，并具有很大的推廣價(jià)值。

作者簡介：

劉木剛，1980年3月出生于遼寧撫順。工程師。2003年7月獲得昆明理工大學(xué)熱能工程學(xué)士學(xué)位，2012年1月獲得北京科技大學(xué)冶金工程碩士學(xué)位。現(xiàn)為首鋼京唐公司制造部生產(chǎn)計(jì)劃統(tǒng)計(jì)處生產(chǎn)組織負(fù)責(zé)人，負(fù)責(zé)煉鋼、熱軋、冷軋生產(chǎn)以及配套項(xiàng)目的生產(chǎn)組織、信息化系統(tǒng)的推進(jìn)完善等工作。

牛巍，1979年10月出生于河南鄭州，籍貫：黑龍江尚志市。工程師。2005年4月畢業(yè)于北京科技大學(xué)機(jī)械電子工程專業(yè)，獲工學(xué)碩士學(xué)位。現(xiàn)為北京首鋼自動化信息技術(shù)有限公司信息事業(yè)部MES項(xiàng)目經(jīng)理，主要從事煉鋼及軋鋼MES系統(tǒng)的業(yè)務(wù)咨詢和項(xiàng)目管理工作。

劉永超，1983年10月出生于河北唐山遵化，籍貫：河北唐山遵化。助理工程師。 2007年畢業(yè)于中國計(jì)量學(xué)院電子信息工程專業(yè)，獲得學(xué)士學(xué)位。 現(xiàn)為首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司信息計(jì)量部信息化處三級系統(tǒng)工程師，負(fù)責(zé)公司鐵前三級系統(tǒng)、物資計(jì)量系統(tǒng)和熱軋剪切三級系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行維護(hù)和需求變更等專業(yè)管理技術(shù)管理工作。

樊艷偉，1984年6月出生于河北省沙河市。籍貫：河北省沙河市。2010年3月畢業(yè)于河北理工大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)，獲理學(xué)碩士學(xué)位?，F(xiàn)工作于唐山首信自動化信息技術(shù)有限公司，主要從事軋鋼MES的軟件測試工作。