制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）在煉軋鋼產(chǎn)線的典型應(yīng)用研究

范海龍

一、目的

據(jù)《2011年中國鋼鐵工業(yè)企業(yè)信息化和工業(yè)化融合發(fā)展水平評估報告》統(tǒng)計，截止到2011年底我國鋼鐵工業(yè)有50%以上企業(yè)或企業(yè)集團(tuán)實現(xiàn)了信息化階段目標(biāo)。國內(nèi)大批大型鋼鐵企業(yè)通過建設(shè)鋼鐵企業(yè)專用的計劃模塊和制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES），實現(xiàn)現(xiàn)場控制設(shè)備與企業(yè)管理平臺的上下連通， 實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無縫連接與信息共享。

酒鋼集團(tuán)2012年立項實施了酒鋼不銹鋼MES系統(tǒng)，系統(tǒng)包括從銷售、計劃、執(zhí)行、產(chǎn)出及發(fā)貨全流程管理，兼顧原材料、輔材、設(shè)備、能源等管理系統(tǒng)，以生產(chǎn)管理系統(tǒng)為依托，結(jié)合其他集成系統(tǒng)的使用，優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)、改進(jìn)生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程，實現(xiàn)高效、科學(xué)、穩(wěn)定的生產(chǎn)組織，實現(xiàn)效益最大化、成本最小化、庫存最小化、客戶滿意最大化的總體目標(biāo)。

本文的目的即在于從企業(yè)訂單管理、物料管理、生產(chǎn)過程跟蹤、質(zhì)量管理、產(chǎn)品外發(fā)跟蹤等方面著手，通過對MES系統(tǒng)實施前后的情況對比分析，研究以MES系統(tǒng)為代表的智能制造和信息技術(shù)在典型鋼鐵制造產(chǎn)線的應(yīng)用及其發(fā)展前景。

二、方法

酒鋼集團(tuán)不銹鋼生產(chǎn)線包含煉鋼、熱軋、冷軋等產(chǎn)線，在該產(chǎn)線的MES項目建設(shè)前，主要采用Excel文件、電子郵件、共享文件及手工臺帳等方式進(jìn)行生產(chǎn)管理。工作量較大且人工調(diào)整的速度和精度不能適應(yīng)現(xiàn)場生產(chǎn)情況的變化；生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的收集與統(tǒng)計嚴(yán)重滯后，很難利用最新統(tǒng)計結(jié)果及時指導(dǎo)和調(diào)整生產(chǎn)節(jié)奏及工藝，無法實現(xiàn)生產(chǎn)消耗及成本的精細(xì)化管理；由于沒有統(tǒng)一的系統(tǒng)平臺，各部門、各分廠以及各上下游機(jī)組間無法實現(xiàn)信息的實時共享，嚴(yán)重影響各部門及班組間的有效協(xié)作；成本分析、質(zhì)量分析所需基本數(shù)據(jù)均靠大量的手工收集操作，信息的正確性、完整性及實時性得不到保證，系統(tǒng)之間信息難以共享，已不能滿足不銹鋼分公司生產(chǎn)管理需要。

在這種情況下，不銹鋼分公司提出了建設(shè)MES生產(chǎn)管理信息化系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)從銷售、計劃、執(zhí)行、產(chǎn)出及發(fā)貨全流程管理，兼顧原材料、輔材、設(shè)備、能源等管理業(yè)務(wù)的建設(shè)需求。

不銹鋼MES系統(tǒng)架構(gòu)及主要功能如圖1和圖2：

其主要子系統(tǒng)實施前后對比如下。

質(zhì)量設(shè)計。包括工藝路徑配置、質(zhì)量主數(shù)據(jù)配置、工藝參數(shù)、性能檢驗等。實施前，質(zhì)量設(shè)計相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、方法等信息主要以為紙質(zhì)文件為主，查閱困難，也不利于共享使用。而且對設(shè)計人員工作經(jīng)驗和技能水平依賴性很強(qiáng)，一旦發(fā)生崗位變動，新任職的人員需要大量時間來學(xué)習(xí)相關(guān)知識和方法。而且在現(xiàn)場繁忙的生產(chǎn)過程中，操作人員并沒有時間來逐件核對產(chǎn)品屬性是否符合標(biāo)準(zhǔn)，只能是生產(chǎn)后的質(zhì)量檢驗階段才能進(jìn)行檢查；實施后，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、方法儲存在數(shù)據(jù)庫中，既可以隨時查閱、導(dǎo)出，對于設(shè)計人員的工作經(jīng)驗和技能水平依賴程度很小。也可以在系統(tǒng)中很容易地實現(xiàn)產(chǎn)品規(guī)格、性能等數(shù)據(jù)的超標(biāo)報警，使操作人員在生產(chǎn)過程中能夠?qū)崟r發(fā)現(xiàn)并處理不合規(guī)的產(chǎn)品。

訂單管理。包括銷售訂單展開、生產(chǎn)訂單生成及跟蹤、生產(chǎn)排程等。實施前，訂單的合并、計算、排程等工作均由人工完成，耗費大量人力物力，出錯率較高，而且訂單的執(zhí)行情況主要以操作人員填寫報表——調(diào)度人員匯總——計劃人員查詢的方式來檢查，無法做到事前管控；實施后，訂單的合并、計算、排程等工作均由MES系統(tǒng)自動完成，節(jié)省了計劃人員大量時間和精力，而且計劃人員可以直接從系統(tǒng)中實時查詢計劃執(zhí)行情況，銷售人員也可以實時向客戶通報訂單執(zhí)行情況，大大提升了客戶滿意度。

生產(chǎn)過程管理和數(shù)據(jù)采集。包括不銹鋼所有原材料、中間品、半成品、成品的全過程跟蹤。實施前，各個機(jī)組均以EXCEL電子表格和手工報表為主來記錄本機(jī)組的生產(chǎn)情況，操作人員費時費力，且各機(jī)組各自為戰(zhàn)，沒有數(shù)據(jù)共享機(jī)制，互相之間的溝通協(xié)調(diào)主要通過電話進(jìn)行，生產(chǎn)的時間銜接全靠操作人員和調(diào)度人員憑經(jīng)驗估算；實施后，大部分機(jī)組實現(xiàn)了生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動采集，建立了一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理，所有操作、調(diào)度、計劃、管理人員都可以在角色權(quán)限允許的范圍內(nèi)查詢當(dāng)前每一件物料的實際狀態(tài)，各機(jī)組操作人員也可以隨時掌握其他機(jī)組當(dāng)前生產(chǎn)情況，相應(yīng)調(diào)整本機(jī)組生產(chǎn)節(jié)奏。

質(zhì)量控制。包括質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布、產(chǎn)品性能收集與偏差管理、質(zhì)量文檔發(fā)布等。實施前，產(chǎn)品化學(xué)成分均從化驗室的信息管理系統(tǒng)得到，除了對數(shù)據(jù)及時性要求極高的煉鋼轉(zhuǎn)爐可以以遠(yuǎn)程屏幕共享的方式實時查詢中間品化學(xué)成分之外，其他機(jī)組僅能獲得本機(jī)組產(chǎn)品的最終成分?jǐn)?shù)據(jù)，且滯后于實物生產(chǎn)。產(chǎn)品物理性能以紙質(zhì)票據(jù)跟隨樣品發(fā)往檢驗站，待檢驗完成后仍以紙質(zhì)票據(jù)形式返回，耗費人力且數(shù)據(jù)滯后；實施后，通過與化驗室信息管理系統(tǒng)的接口，可以在MES系統(tǒng)中顯示各個機(jī)組所有步驟的中間品成分信息，有助于各機(jī)組人員隨時調(diào)整控制成分。同時MES中也包含了物理性能檢驗流程，檢驗人員在物理性能檢驗完成后直接錄入MES系統(tǒng)，生產(chǎn)人員即可實時查詢，節(jié)約了人力和時間。

庫區(qū)管理。包括各中間庫、成品庫的實時跟蹤與統(tǒng)計等。實施前，僅對工序成品（板坯、成品鋼卷）的成品庫有紙質(zhì)和電子表格臺賬管理，占用庫管人員大量時間，由此帶來賬面庫位變動普遍滯后于實物變動，經(jīng)常出現(xiàn)賬物不符的問題。且各工序中間庫全靠人工管理，沒有臺賬，達(dá)不到精細(xì)化管理的要求；實施后，所有中間庫和成品庫在MES系統(tǒng)中統(tǒng)一編碼，移庫操作簡單便捷，能夠?qū)崿F(xiàn)賬物相符，在提高了管理精細(xì)化程度的同時，也為以后的智能庫房、無人化工廠等信息系統(tǒng)提供了實施基礎(chǔ)。

三、結(jié)果

酒鋼不銹鋼MES系統(tǒng)于2014年8月整體投入上線運行至今，軟件平臺的靈活性和開放性使得MES系統(tǒng)能夠很好地適應(yīng)實際生產(chǎn)的情況，如工藝變化情況可以由技術(shù)質(zhì)量人員動態(tài)配置到質(zhì)量設(shè)計模塊中，指導(dǎo)相應(yīng)工序生產(chǎn)?，F(xiàn)在MES系統(tǒng)還可以跟蹤生產(chǎn)中鋼卷所有正常和異常的處理情況，規(guī)范了業(yè)務(wù)操作流程，使生產(chǎn)管理人員可以清楚地掌控生產(chǎn)情況，改變了沒有MES系統(tǒng)之前無法及時掌握現(xiàn)場生產(chǎn)情況的狀況。此外每個分廠系統(tǒng)上線后，經(jīng)過與原有人工統(tǒng)計報表2-4個月的數(shù)據(jù)核對以及系統(tǒng)和流程兩方面相應(yīng)的調(diào)整，目前MES系統(tǒng)中生產(chǎn)數(shù)據(jù)符合實際情況，運行穩(wěn)定，已經(jīng)為企業(yè)帶來現(xiàn)實的、潛在的經(jīng)濟(jì)效益，主要包括：

優(yōu)化了計劃和訂單管理，實現(xiàn)按訂單組織生產(chǎn)，冷軋產(chǎn)品訂單兌現(xiàn)率由2013年的92%提高到2017年的98%，平均全年減少非計劃兌現(xiàn)量3萬噸。

通過全面質(zhì)量管理，提高產(chǎn)品成材率和合格率；板卷成材率比2013年提高0.19%。

通過庫存和訂單的優(yōu)化管理，降低了中間庫存約5000噸，減少了庫存資金占用。

由于提高了產(chǎn)銷一體化水平，提高臨時接單能力，加快產(chǎn)銷組織和市場反應(yīng)，縮短了市場稀缺品種規(guī)格的交貨周期，提高了產(chǎn)品的盈利能力。

自2013年第一條冷軋產(chǎn)線上線運行至今，已經(jīng)積累了近5年的所有不銹鋼產(chǎn)品數(shù)據(jù)，隨著數(shù)據(jù)規(guī)模的增長，今后可以以本系統(tǒng)為基礎(chǔ)，持續(xù)建設(shè)數(shù)據(jù)分析、關(guān)鍵指標(biāo)統(tǒng)計分析、輔助決策等功能，達(dá)到降低成本，提高生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量等目的。

同時，因個別機(jī)組存在沒有二級過程控制系統(tǒng)或沒有一級自動化系統(tǒng)的接口等情況，自動化系統(tǒng)不完善，生產(chǎn)和工藝數(shù)據(jù)由操作人員手工錄入MES系統(tǒng)，未能有效減輕這些機(jī)組人員的工作量，由此可見，MES系統(tǒng)作為信息化體系中承上啟下的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集方面，對于底層自動化的依賴性較強(qiáng)，對于一些投產(chǎn)較早的、信息化程度不高的產(chǎn)線來說，數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)是一個瓶頸，在建設(shè)相關(guān)信息化系統(tǒng)時所需投入占比也比較大。

四、結(jié)論

從國內(nèi)總體上的MES系統(tǒng)的發(fā)展看，中國工業(yè)企業(yè)對MES層的認(rèn)識相對落后，信息孤島和缺損環(huán)鏈現(xiàn)象比國外突出，但也有一些公司在認(rèn)識觀念上由關(guān)注ERP系統(tǒng)到關(guān)注MES系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變也已開始。從技術(shù)研究上看，MES系統(tǒng)的應(yīng)用正在向控制層和計劃層滲透。MES系統(tǒng)的功能的核心——計劃排產(chǎn)與執(zhí)行調(diào)度模塊正在普及，信息技術(shù)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化是MES系統(tǒng)發(fā)展和集成的基礎(chǔ)，MES系統(tǒng)正逐步得到發(fā)展和推廣。

MES系統(tǒng)的發(fā)展趨勢必然是實現(xiàn)生產(chǎn)管理的智能化和自適應(yīng)化，能夠根據(jù)制造環(huán)境的變化進(jìn)行智能設(shè)計、智能預(yù)測、智能調(diào)度、智能診斷和智能決策。而且系統(tǒng)對車間生產(chǎn)管理將在一個更加精確的管控指標(biāo)-實時信息閉環(huán)中，進(jìn)行更加精細(xì)化的管理與控制。

由此可見，隨著制造業(yè)智能化、自動化的全面推廣應(yīng)用，MES逐漸成為企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動中不可缺少的一環(huán)，作為連通生產(chǎn)過程自動化與企業(yè)及ERP系統(tǒng)的橋梁，將會發(fā)揮越來越大的作用。

從酒鋼不銹鋼MES管理信息化系統(tǒng)的運行情況來看，借助MES系統(tǒng)，可以實現(xiàn)從銷售、計劃、執(zhí)行、產(chǎn)出及發(fā)貨全流程管理，兼顧原材料、輔材、設(shè)備、能源等管理業(yè)務(wù)的建設(shè)需求。符合不銹鋼產(chǎn)品按訂單生產(chǎn)、差異化生產(chǎn)的組織模式，同時對于各產(chǎn)線信息流貫通具有極為顯著的提高。

從企業(yè)實際生產(chǎn)管理情況來看，通過實施MES項目可以使生產(chǎn)集控系統(tǒng)與SAP系統(tǒng)進(jìn)行很好的銜接，實現(xiàn)企業(yè)的生產(chǎn)模式、機(jī)構(gòu)設(shè)置、業(yè)務(wù)流程規(guī)范化，標(biāo)準(zhǔn)化，從而全方位提高企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營和信息化管理水平。對企業(yè)內(nèi)部成本實施精確控制，極大地提升生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和服務(wù)水平。