鋼管企業(yè)信息化管理系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展

李殿杰，紀(jì)麗娜，王金飛，胡日榮，韓寶云，張啟富

（1.北京鋼研新冶工程技術(shù)中心有限公司，北京100081；2.天津市焊接鋼管企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津301606）

鋼管企業(yè)信息化管理系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展

李殿杰1，2，紀(jì)麗娜1，王金飛1，2，胡日榮1，2，韓寶云1，2，張啟富1

（1.北京鋼研新冶工程技術(shù)中心有限公司，北京100081；2.天津市焊接鋼管企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津301606）

簡(jiǎn)單介紹了企業(yè)信息化管理系統(tǒng)、制造執(zhí)行系統(tǒng)MES的定義及其應(yīng)用目的；并舉例介紹了鋼管企業(yè)信息化的應(yīng)用情況，重點(diǎn)闡述了MES的總體架構(gòu)及包含的物流跟蹤和數(shù)據(jù)采集模塊、制造計(jì)劃管理模塊、質(zhì)量管理模塊、統(tǒng)計(jì)報(bào)表模塊等主要功能模塊。分析指出：今后MES的發(fā)展方向是質(zhì)量控制和設(shè)備MRO，從而達(dá)到遠(yuǎn)程控制生產(chǎn)與經(jīng)營(yíng)、大大提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的目的。

鋼管企業(yè)；信息化管理系統(tǒng)；ERP；MES；模塊；應(yīng)用；發(fā)展

隨著自動(dòng)化技術(shù)和信息化技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)信息化基礎(chǔ)設(shè)施的完善，企業(yè)信息化管理系統(tǒng)逐漸成為企業(yè)管理的重要手段。企業(yè)信息化的核心是基于企業(yè)的業(yè)務(wù)流程和管理特性，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，獲取并集成管控經(jīng)營(yíng)過(guò)程中的信息。通過(guò)生產(chǎn)過(guò)程和企業(yè)管理過(guò)程的數(shù)字化，將經(jīng)過(guò)加工的信息進(jìn)行分享和有效利用，實(shí)現(xiàn)企業(yè)資源的合理配置，從而提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力［1-4］。

1　企業(yè)信息化管理系統(tǒng)簡(jiǎn)介

按照管理的業(yè)務(wù)領(lǐng)域，可將企業(yè)信息化系統(tǒng)分為：企業(yè)資源計(jì)劃ERP（Enterprise Resource Plann-% ing）、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PDM（Product Data Manageme-% nt）、客戶關(guān)系管理CRM（Customer Relationship Management）和制造執(zhí)行系統(tǒng)MES（Manufacturing Execution System）。其功能分別為：ERP負(fù)責(zé)接收產(chǎn)品訂單、制定采購(gòu)計(jì)劃及產(chǎn)品的銷(xiāo)售；PDM負(fù)責(zé)產(chǎn)品設(shè)計(jì)及工藝設(shè)計(jì)；CRM負(fù)責(zé)售后及維護(hù)客戶關(guān)系；MES負(fù)責(zé)將訂單轉(zhuǎn)化為制造單，進(jìn)行生產(chǎn)制造和產(chǎn)品總裝。最終通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)集成等技術(shù)將所有系統(tǒng)集成到一起，使信息交流渠道更加暢通，運(yùn)轉(zhuǎn)更加協(xié)調(diào)。企業(yè)信息化管理系統(tǒng)的分類(lèi)及功能如圖1所示［5］。

圖1　企業(yè)信息化管理系統(tǒng)的分類(lèi)及功能

國(guó)外冶金行業(yè)的信息化發(fā)展較早，如今已較為成熟。我國(guó)以寶鋼集團(tuán)和武漢鋼鐵（集團(tuán)）公司為代表的鋼鐵企業(yè)在21世紀(jì)初率先推動(dòng)了企業(yè)信息化建設(shè)。由于鋼管生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性，因而技術(shù)進(jìn)步相對(duì)緩慢，再加上企業(yè)規(guī)模較小的原因，導(dǎo)致我國(guó)鋼管企業(yè)信息化建設(shè)滯后于冶金行業(yè)其他領(lǐng)域。因此，根據(jù)企業(yè)自身特點(diǎn)，定制開(kāi)發(fā)鋼管企業(yè)信息化管理系統(tǒng)應(yīng)成為我國(guó)鋼管企業(yè)的首選［6］。國(guó)內(nèi)大型鋼管企業(yè)信息化系統(tǒng)的建設(shè)較早，如天津鋼管集團(tuán)股份有限公司引進(jìn)了瑞典英泰峽公司MOVEX系統(tǒng)，寶鋼集團(tuán)下屬鋼管分廠也陸續(xù)上線了信息化管理系統(tǒng)［1，7］；中國(guó)石油天然氣集團(tuán)等系統(tǒng)所屬的焊接鋼管企業(yè)，也隨著集團(tuán)母公司的信息化建設(shè)而逐步實(shí)施。天津天管太鋼焊管有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)天津天管太鋼）和山東勝利鋼管有限公司（山東勝利鋼管）預(yù)精焊分廠分別針對(duì)自身情況建設(shè)了適合自己企業(yè)的MES信息化系統(tǒng)［8-13］，通過(guò)MES系統(tǒng)的實(shí)施，提高了企業(yè)生產(chǎn)效率和經(jīng)營(yíng)、管理、決策水平。

2　 MES介紹

國(guó)際制造執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會(huì)（Manufacturing Execu-% tion System Association，MESA）對(duì)MES的定義是“MES能通過(guò)信息的傳遞，對(duì)從訂單下達(dá)開(kāi)始到產(chǎn)品完成的整個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化的管理，對(duì)工廠發(fā)生的實(shí)時(shí)事件，及時(shí)做出相應(yīng)的反應(yīng)和報(bào)告，并用當(dāng)前準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的指導(dǎo)和處理?！币虼耍琈ES不只是工廠的單一信息系統(tǒng)，而是橫向之間、縱向之間、系統(tǒng)之間集成的系統(tǒng)［14-15］。制造業(yè)的MES是以整個(gè)工廠車(chē)間的數(shù)據(jù)集成為核心，以生產(chǎn)跟蹤為主線，對(duì)車(chē)間生產(chǎn)業(yè)務(wù)進(jìn)行全面管控。通過(guò)MES的應(yīng)用，生產(chǎn)中關(guān)鍵工序的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集，通過(guò)物流過(guò)程中跟蹤碼的關(guān)聯(lián)，完成產(chǎn)品的質(zhì)量跟蹤。對(duì)物流狀態(tài)和產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行追溯，為企業(yè)生產(chǎn)管理者提供了第一手的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，目前國(guó)內(nèi)制造企業(yè)已基本實(shí)現(xiàn)了L1級(jí)設(shè)備自動(dòng)控制，L2級(jí)過(guò)程控制。同時(shí)隨著企業(yè)的快速擴(kuò)張，ERP也迅速的進(jìn)入了企業(yè)。企業(yè)信息化管理系統(tǒng)建設(shè)得到了快速推動(dòng)，但現(xiàn)在的問(wèn)題是“兩頭重、中間輕”，中間作為承上啟下的L3級(jí)MES盡管隨著信息化系統(tǒng)的發(fā)展也得到很大的促進(jìn)，但無(wú)論從數(shù)量還是質(zhì)量上在整個(gè)國(guó)內(nèi)企業(yè)運(yùn)行的狀況都并不理想［16］。根據(jù)E-work研究機(jī)構(gòu)的《中國(guó)制造執(zhí)行系統(tǒng)MES市場(chǎng)研究發(fā)展報(bào)告（2014版）》數(shù)據(jù)顯示：在調(diào)研的1 200家企業(yè)中，有1 007家對(duì)MES有潛在的需求，占比高達(dá)84%；其中未應(yīng)用的企業(yè)占69%，已經(jīng)應(yīng)用的占31%；按行業(yè)劃分，其中鋼鐵冶金和機(jī)械制造行業(yè)占比最高（均為15%）；其次是汽車(chē)及零配件行業(yè)（比例為13%）；其他行業(yè)應(yīng)用MES的比例均在10%以下。

3　 MES在鋼管行業(yè)的應(yīng)用

根據(jù)不同企業(yè)信息化管理系統(tǒng)建設(shè)的不同情況，MES的管控范圍略有不同。具有較為成熟完善信息化系統(tǒng)的企業(yè)，其MES包含的功能會(huì)略有減少；而相對(duì)于信息化剛剛起步的企業(yè)，其MES的功能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于前者［17-18］。

3.1 MES主要功能模塊

MES總體架構(gòu)如圖2所示。從圖2可以看出，物流跟蹤、質(zhì)量控制、制造計(jì)劃和統(tǒng)計(jì)報(bào)表是MES的重要功能。以下根據(jù)北京鋼研新冶工程技術(shù)中心有限公司為天津天管太鋼HFW 660&355車(chē)間及山東勝利鋼管預(yù)精焊分廠開(kāi)發(fā)的MES，重點(diǎn)對(duì)上述功能的模塊進(jìn)行闡述。在企業(yè)ERP系統(tǒng)沒(méi)有建立前，把訂單管理、質(zhì)量管理和庫(kù)房管理的部分ERP功能與MES一體化開(kāi)發(fā)，形成了可以獨(dú)立工作的擴(kuò)展MES系統(tǒng)，并留出與ERP系統(tǒng)的接口，在ERP開(kāi)發(fā)過(guò)程中把限于車(chē)間范圍的部分功能擴(kuò)展到全公司，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)隙化銜接。

（1）物流跟蹤和數(shù)據(jù)采集模塊。物流跟蹤系統(tǒng)是通過(guò)不同的通信方式和協(xié)議與整條生產(chǎn)線各主要區(qū)域和設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。物流跟蹤將收集的在線實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，發(fā)送給上級(jí)以保證MES的穩(wěn)定運(yùn)行。完成從原料帶鋼入廠到成品鋼管出廠的全過(guò)程物流跟蹤和數(shù)據(jù)采集，通過(guò)物流跟蹤系統(tǒng)，建立物料時(shí)空對(duì)應(yīng)的關(guān)系，能實(shí)時(shí)知道何時(shí)何物在什么位置，在物流跟蹤下的數(shù)據(jù)采集可以建立時(shí)空對(duì)應(yīng)的信息數(shù)據(jù)庫(kù)，獲得全部必要的與物流對(duì)應(yīng)的可用信息。圖3所示為天津天管太鋼MES的部分區(qū)域物流跟蹤界面。

圖2　MES總體架構(gòu)

圖3　物流跟蹤界面

圖4　制造計(jì)劃流程

（2）制造計(jì)劃管理模塊。該模塊主要功能是接收總廠的生產(chǎn)任務(wù)計(jì)劃，形成班組考核指標(biāo)，轉(zhuǎn)換成由生產(chǎn)批次組成的執(zhí)行制造計(jì)劃，下達(dá)到主要工序。制造計(jì)劃流程如圖4所示。在該模塊中開(kāi)發(fā)以原料庫(kù)存為基礎(chǔ)的可視化界面，調(diào)度員可方便地按照生產(chǎn)計(jì)劃形成制造計(jì)劃（原料上線序列）。依據(jù)訂單要求進(jìn)行組批，根據(jù)“按爐組批、按序生產(chǎn)”的原則，確定上線原料，通過(guò)鼠標(biāo)即可方便地完成上線操作。動(dòng)態(tài)醒目顯示庫(kù)中原料爐批信息，方便生產(chǎn)調(diào)度，上線原料編號(hào)和對(duì)應(yīng)信息自動(dòng)傳入生產(chǎn)線。分析整個(gè)制造過(guò)程在制品分布圖，通過(guò)投料量、在制品和制成品統(tǒng)計(jì)分析信息，為交貨計(jì)劃提供有用信息和合理報(bào)表。

（3）質(zhì)量管理模塊。質(zhì)量管理模塊是MES的核心，在ERP沒(méi)有建立前，開(kāi)發(fā)一體化的獨(dú)立運(yùn)行的質(zhì)量管理模塊。質(zhì)量管理模塊的作用是監(jiān)督和控制產(chǎn)品質(zhì)量，共分生產(chǎn)規(guī)程設(shè)計(jì)和管理、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和管理、鋼管檢驗(yàn)規(guī)范制定和管理及鋼管質(zhì)量判定管理等子模塊，形成較完整的質(zhì)量管理體系。生產(chǎn)工藝規(guī)程設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)備技術(shù)條件要求和逐步積累的制造經(jīng)驗(yàn)，對(duì)每個(gè)制造單元進(jìn)行制造規(guī)范設(shè)計(jì)，包括工藝規(guī)程、操作規(guī)程和安全規(guī)程，隨制造計(jì)劃下達(dá)到各工序、工藝設(shè)備、檢驗(yàn)設(shè)備予以執(zhí)行。以制造單元為單位，存儲(chǔ)制造規(guī)范，形成制造規(guī)范數(shù)據(jù)庫(kù)。在實(shí)踐過(guò)程中，不斷改進(jìn)制造規(guī)范并存入數(shù)據(jù)庫(kù)，使得制造規(guī)范不斷完善，數(shù)據(jù)庫(kù)不斷豐富，最終達(dá)到可以直接調(diào)用、成熟的制造規(guī)范。工藝規(guī)程主要采取經(jīng)驗(yàn)證的數(shù)學(xué)模型和公司的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，僅對(duì)重點(diǎn)和關(guān)鍵的參數(shù)進(jìn)行下達(dá)。通過(guò)一定運(yùn)行數(shù)據(jù)的積累，可以擴(kuò)展開(kāi)發(fā)生產(chǎn)技術(shù)專(zhuān)家系統(tǒng)，對(duì)于新品種的開(kāi)發(fā)可以獲得優(yōu)化的工藝技術(shù)規(guī)程。生產(chǎn)工藝規(guī)程設(shè)計(jì)界面如圖5所示。質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)是以標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)平臺(tái)為基礎(chǔ)，以生產(chǎn)指令號(hào)為單位把產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為鋼管質(zhì)量檢驗(yàn)規(guī)范、下達(dá)到相關(guān)檢測(cè)終端執(zhí)行，生產(chǎn)過(guò)程中與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)校驗(yàn)。質(zhì)量判定是根據(jù)合同質(zhì)量設(shè)計(jì)結(jié)果得到的質(zhì)量判定標(biāo)準(zhǔn)，包括產(chǎn)品的放行標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)是根據(jù)檢驗(yàn)實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量判定，并校核產(chǎn)品質(zhì)保書(shū)的內(nèi)容是否已按要求取樣試驗(yàn)。

圖5　生產(chǎn)工藝規(guī)程設(shè)計(jì)界面

（4）統(tǒng)計(jì)報(bào)表模塊。報(bào)表統(tǒng)計(jì)管理主要分為各崗位數(shù)據(jù)報(bào)告和質(zhì)量報(bào)表兩大類(lèi)。通過(guò)原料和鋼管數(shù)據(jù)庫(kù)以及來(lái)自PLC的各主要數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和趨勢(shì)分析形成各種報(bào)表，為其他功能模塊或更高一級(jí)的管理提供依據(jù)。報(bào)表的設(shè)計(jì)策略是對(duì)各種信息進(jìn)行分類(lèi)處理，形成專(zhuān)業(yè)分類(lèi)報(bào)表庫(kù)，通過(guò)對(duì)不同部門(mén)進(jìn)行授權(quán)管理，使得各部門(mén)或主管能看到必要的信息。

3.2 MES的發(fā)展方向

MES經(jīng)過(guò)近幾年的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，已經(jīng)成為成熟的技術(shù)，并已被開(kāi)發(fā)成為完善的系統(tǒng)。但隨移動(dòng)信息技術(shù)的發(fā)展和便捷應(yīng)用的需求，MES還存在進(jìn)一步完善的地方。

（1）質(zhì)量過(guò)程控制。從原料直至成品，全流程地進(jìn)行質(zhì)量過(guò)程控制。質(zhì)量管理的過(guò)程控制既是指狹義上產(chǎn)品質(zhì)量的控制，又是指廣義上各項(xiàng)工作質(zhì)量的控制。質(zhì)量過(guò)程控制的重要內(nèi)容是確保生產(chǎn)過(guò)程按程序文件的要求嚴(yán)格執(zhí)行，因而工序質(zhì)量控制成為過(guò)程控制的基本點(diǎn)。對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的各工序質(zhì)量狀況實(shí)行在線分析，將檢測(cè)得到的質(zhì)量控制數(shù)據(jù)與過(guò)程策劃的質(zhì)量控制要點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，生成質(zhì)量控制圖，進(jìn)行工序能力分析。對(duì)關(guān)注的重點(diǎn)指標(biāo)，以報(bào)表、圖形的方式呈現(xiàn)，便于診斷、管理和改進(jìn)。將每個(gè)工序的質(zhì)量異常信息及時(shí)、準(zhǔn)確地傳遞給質(zhì)量管理單位，實(shí)現(xiàn)管理決策部門(mén)的快速反應(yīng)，將處理辦法及時(shí)反饋給生產(chǎn)單元質(zhì)量控制工序，解決質(zhì)量異常問(wèn)題，改善質(zhì)量管控程序，保證企業(yè)的順利生產(chǎn)。

（2）設(shè)備MRO。MRO（維護(hù)Maintenance、維修Repair、運(yùn)行Operation），是設(shè)備在使用和維護(hù)階段所進(jìn)行的各種日常維護(hù)、維修、大修和操作等工業(yè)產(chǎn)品服務(wù)活動(dòng)的總稱(chēng)，是產(chǎn)品全生命周期的重要組成部分。MRO旨在通過(guò)對(duì)設(shè)備進(jìn)行有效的維護(hù)維修，以確保在生命周期內(nèi)最大程度地發(fā)揮使用價(jià)值，維持正常的運(yùn)行狀態(tài)。該功能重點(diǎn)反映設(shè)備的預(yù)警、搶修、性能和周期，并做出設(shè)備策略計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)設(shè)備可追溯的全壽命周期信息，從而保證生產(chǎn)的運(yùn)營(yíng)。

（3）遠(yuǎn)程監(jiān)控。應(yīng)用遠(yuǎn)程監(jiān)控可以隨時(shí)隨地了解生產(chǎn)狀況，借助于服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，通過(guò)分析儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)資料，提供更精確的分析結(jié)果，生成更直觀的分析報(bào)表，以作為決策依據(jù)。通過(guò)移動(dòng)應(yīng)用，制造環(huán)節(jié)與管理的分離也得以實(shí)現(xiàn)。利用移動(dòng)應(yīng)用軟件（APP），實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控、檢測(cè)以及現(xiàn)場(chǎng)的遠(yuǎn)程遞階控制。

4　結(jié)論

隨著鋼管制造技術(shù)和生產(chǎn)裝備水平的快速發(fā)展，我國(guó)鋼管制造行業(yè)的同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)日益激烈。通過(guò)企業(yè)信息化管理系統(tǒng)的應(yīng)用，提高產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，提升企業(yè)的管理水平和科學(xué)決策能力，成為當(dāng)前企業(yè)發(fā)展的主要方向。由北京鋼研新冶工程技術(shù)中心有限公司為天津天管太鋼HFW 660&355車(chē)間和山東勝利鋼管SAWH預(yù)精焊分廠開(kāi)發(fā)的MES已成功上線運(yùn)行。通過(guò)MES的上線應(yīng)用，使企業(yè)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)質(zhì)量控制、科學(xué)管理和精益生產(chǎn)，提高了企業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)力。

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Application and Development of Informationized Management System in Steel Pipe Enterprise

LI Dianjie1，2，JI Li’na1，WANG Jinfei1，2，HU Rirong1，2，HAN Baoyun1，2，ZHANG Qifu1
（1.Beijing CISRI-NMT%Engineering Technology Co.，Ltd.，Beijing 100081，China；2.Tianjin Key Laboratory of Welded Steel Pipe Enterprise，Tianjin 301606，China）

Briefed in the paper are the definitions and application scopes of the enterprise informationized management system and MES（Manufacturing Execution System）.The application situation of steel tube enterprise informationized management system is introduced with actual cases.Focused on are the general framework of the MES and its main function modules including the logistics tracking and data acquisition module，the manufacturing and planning management module，the quality management module and the statistics reporting module，etc.Relevant analysis result shows that in the future，the MES will be developed towards quality control and equipment MRO so as to realize remote control of the production and operation activities in a bid to tremendously enhance economic benefit and market competitiveness of the enterprise.

steel pipe enterprise；informationized management system；ERP；MES；module；application；development

TG409；F272.7搖搖

A搖

1001-2311（2016）02-0078-05

李殿杰（1979-），男，高級(jí)工程師，副總經(jīng)理，主要從事鋼管成型工藝和鋼管質(zhì)量研究工作。

2015-12-25；修定日期：2016-01-18）