淺析鋼鐵廠(chǎng)智能倉(cāng)儲(chǔ)與生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)的交互風(fēng)險(xiǎn)控制

李冬

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司信息計(jì)量部，河北唐山 063200）

1.鋼鐵企業(yè)智能倉(cāng)儲(chǔ)及數(shù)字化執(zhí)行系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

（1）MES（生產(chǎn)過(guò)程執(zhí)行管理系統(tǒng)）系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀。MES作為生產(chǎn)執(zhí)行控制的關(guān)鍵一環(huán)是承接ERP（企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)）和DCS（現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)）的必要組成部分。其主要負(fù)責(zé)計(jì)劃排成、生產(chǎn)數(shù)據(jù)調(diào)度、質(zhì)量管控、庫(kù)區(qū)管控、過(guò)程控制、數(shù)據(jù)分析等關(guān)鍵控制過(guò)程。隨著國(guó)內(nèi)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型效果不斷擴(kuò)大，其應(yīng)用范圍早已從汽車(chē)制造、微電子領(lǐng)域擴(kuò)展到各個(gè)行業(yè)，在需要精密控制、批量生產(chǎn)、多產(chǎn)線(xiàn)協(xié)同的鋼鐵行業(yè)其應(yīng)用更加廣泛。

（2）智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀。伴隨著國(guó)內(nèi)電商及物流行業(yè)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，以及云計(jì)算、AI、機(jī)器視覺(jué)、深度學(xué)習(xí)等先技術(shù)的融合使得智能倉(cāng)儲(chǔ)的應(yīng)用場(chǎng)景眾多。在鋼鐵行業(yè)，智能倉(cāng)儲(chǔ)的表現(xiàn)形式是以結(jié)合天車(chē)定位、車(chē)輛形狀掃描、裝車(chē)智能規(guī)劃、物流路線(xiàn)分配、天車(chē)資源分配、跺位預(yù)測(cè)，等技術(shù)實(shí)現(xiàn)的綜合性信息化系統(tǒng)為主。寶武鋼鐵、首鋼、河鋼等大型鋼鐵企業(yè)均已啟動(dòng)了大規(guī)模的應(yīng)用實(shí)施，其高效穩(wěn)定、安全可靠的應(yīng)用效果顯而易見(jiàn)，為鋼鐵企業(yè)提升核心競(jìng)爭(zhēng)力提供了有力支撐，其他鋼鐵企業(yè)也都紛紛效仿部署。

2.智能倉(cāng)儲(chǔ)與生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)互聯(lián)存在的問(wèn)題分析

在智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)未引用到鋼鐵企業(yè)之前，鋼鐵企業(yè)一直以來(lái)都是通過(guò)MES系統(tǒng)內(nèi)嵌的WMS模塊進(jìn)行物流的管理，通過(guò)傳統(tǒng)的人工操作系統(tǒng)來(lái)記錄物料的收發(fā)存過(guò)程，為MES系統(tǒng)計(jì)劃形成、過(guò)程管控、生產(chǎn)調(diào)度提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)支持。智能倉(cāng)儲(chǔ)應(yīng)用過(guò)程中，必要解決的重點(diǎn)問(wèn)題就是如何與原有的MES系統(tǒng)進(jìn)行充分的交互，實(shí)現(xiàn)“無(wú)縫銜接”將系統(tǒng)各自的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮出來(lái)，并通過(guò)互聯(lián)數(shù)據(jù)共享實(shí)現(xiàn)“1+1＞2”的實(shí)施效果。但在具體的實(shí)施過(guò)程中，卻因?yàn)橐幌盗袉?wèn)題未考慮全面導(dǎo)致項(xiàng)目發(fā)生重大問(wèn)題。

（1）MES系統(tǒng)業(yè)務(wù)響應(yīng)頻率與智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)需要進(jìn)一步匹配。MES是計(jì)劃性系統(tǒng)，其主要業(yè)務(wù)表現(xiàn)形式，是通過(guò)技術(shù)人員的計(jì)劃性管理控制和調(diào)度生產(chǎn)全過(guò)程。而智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)由于需與產(chǎn)品下線(xiàn)、車(chē)輛?？?、包裝完成等生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)其交互節(jié)奏更高，需要更快的相應(yīng)與處置。

（2）鋼鐵廠(chǎng)不同類(lèi)型的庫(kù)區(qū)其交互模式需要分類(lèi)設(shè)計(jì)。由于倉(cāng)儲(chǔ)物料類(lèi)型的差異，其智能化倉(cāng)庫(kù)的實(shí)現(xiàn)要求也有很大的差異，按照物料大類(lèi)可以分為需要高溫多層碼放的板坯庫(kù)；需要高溫高效運(yùn)轉(zhuǎn)的熱卷庫(kù)；需要精準(zhǔn)控制流程復(fù)雜的冷卷庫(kù)；以及集中發(fā)貨的碼頭庫(kù)區(qū)。

（3）數(shù)據(jù)準(zhǔn)確需要進(jìn)一步設(shè)計(jì)。智能倉(cāng)儲(chǔ)其系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，需要必要的庫(kù)存及物料信息用于開(kāi)展調(diào)度計(jì)算、天車(chē)指令生成等實(shí)際業(yè)務(wù)，相關(guān)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，直接關(guān)系到無(wú)人化天車(chē)吊裝物料的安全性。所以在其與MES系統(tǒng)交互的過(guò)程中需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行充分的有效性驗(yàn)證。

（4）系統(tǒng)交互過(guò)程需要充分考慮應(yīng)急保障能力。由于高爐持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的要求，暢通的內(nèi)部物流是鋼鐵廠(chǎng)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的必要保障，而無(wú)論是MES系統(tǒng)還是智能化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)，對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹袛喽紝?dǎo)致其運(yùn)轉(zhuǎn)停滯，停滯的發(fā)生也將進(jìn)一步影響實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程。

（5）天車(chē)、過(guò)跨車(chē)、步進(jìn)梁等必要設(shè)備的鏈接及安全確認(rèn)保障。智能庫(kù)區(qū)其實(shí)現(xiàn)目標(biāo)最主要的實(shí)施效果就是減人增效，在通過(guò)智能化算法及自動(dòng)化裝備代替人工作業(yè)的同時(shí)，要全面考慮各項(xiàng)作業(yè)安全確認(rèn)工作，特別是對(duì)于吊裝重物的天車(chē)操作、于生產(chǎn)線(xiàn)聯(lián)動(dòng)的步進(jìn)梁、過(guò)跨車(chē)等重型運(yùn)輸設(shè)備，任何違反安全生產(chǎn)的作業(yè)行為，其后果都將是不可估量的。

3.智能倉(cāng)儲(chǔ)與生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)互聯(lián)設(shè)計(jì)

投用智能倉(cāng)儲(chǔ)的鋼鐵企業(yè)，一般情況下都已經(jīng)建立了完善的5級(jí)體系，在此基礎(chǔ)上需要進(jìn)一步挖掘倉(cāng)庫(kù)效率將效益最大化，所以本文討論的應(yīng)用場(chǎng)景，也是考慮了在企業(yè)已有的MES生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，拓展各類(lèi)型的智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)。所以在設(shè)計(jì)之初應(yīng)該全面考慮統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題，在基礎(chǔ)的技術(shù)路線(xiàn)選擇上，應(yīng)盡量考慮數(shù)據(jù)總線(xiàn)的方式、標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范接口結(jié)構(gòu)，方便統(tǒng)一管理和處置，本文將在提出的重點(diǎn)問(wèn)題上進(jìn)行設(shè)計(jì)建議。

（1）MES系統(tǒng)業(yè)務(wù)響應(yīng)頻率與智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)需要進(jìn)一步匹配的問(wèn)題解決?？紤]到鑄機(jī)、卷取機(jī)等設(shè)備作業(yè)需要實(shí)時(shí)性相應(yīng)，對(duì)于物料的產(chǎn)出實(shí)際應(yīng)直接將FCS與智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)建立接口，將FCS產(chǎn)出數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)MES、智能倉(cāng)儲(chǔ)的同步發(fā)送，這樣的處置相比由MES系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)的方式來(lái)講，其實(shí)時(shí)性相應(yīng)效果更明顯，且可完全避免因MES系統(tǒng)相應(yīng)周期造成對(duì)下線(xiàn)效率的干擾。同時(shí)可實(shí)現(xiàn)“上料輥道臨時(shí)性卸料入庫(kù)”“輥道吊裝安全互鎖”等具體交互邏輯。

（2）數(shù)據(jù)準(zhǔn)確需要進(jìn)一步設(shè)計(jì)的問(wèn)題建議。鋼鐵廠(chǎng)不同生產(chǎn)階段其物料交互內(nèi)容有極大的不同，其交互要求也需要定制化規(guī)范管理。板坯庫(kù)：MES與智能倉(cāng)儲(chǔ)應(yīng)在項(xiàng)目開(kāi)展之初，需明確切分庫(kù)內(nèi)規(guī)劃的實(shí)現(xiàn)分交。在智能庫(kù)堆放邏輯上應(yīng)充分考慮物料調(diào)度、過(guò)跨車(chē)聯(lián)動(dòng)、輥道聯(lián)動(dòng)控制、上料計(jì)劃優(yōu)化等實(shí)現(xiàn)方式，與MES系統(tǒng)計(jì)劃管理形成有效互補(bǔ)；熱軋庫(kù)：MES對(duì)于下線(xiàn)物料的質(zhì)量狀態(tài)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行傳遞，用于智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)碼放指令生成的輸入項(xiàng)，提高整體作業(yè)效率。對(duì)于物料的訂單信息和發(fā)貨模式需要進(jìn)一步確認(rèn)準(zhǔn)確，將物料訂單變化及因質(zhì)量導(dǎo)致的訂單處置及時(shí)反饋智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性聯(lián)動(dòng)；冷軋庫(kù)及其他儲(chǔ)運(yùn)庫(kù)區(qū)：對(duì)于車(chē)輛及物料的調(diào)度計(jì)劃，應(yīng)與智能倉(cāng)儲(chǔ)及時(shí)共享，方便倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)物料進(jìn)行提前預(yù)吊裝，提高實(shí)際裝車(chē)作業(yè)效率。

（3）數(shù)據(jù)準(zhǔn)確需要進(jìn)一步設(shè)計(jì)的問(wèn)題建議。由于無(wú)人操控天車(chē)的作業(yè)特點(diǎn)，無(wú)論是板坯、鋼卷、盒板的物料形式，都應(yīng)準(zhǔn)確傳遞其實(shí)際外觀尺寸，應(yīng)包括寬度、重量、內(nèi)徑、外徑、長(zhǎng)度，在此基礎(chǔ)上需明確哪些是實(shí)際測(cè)量值，哪些是理論計(jì)算。使智能庫(kù)系統(tǒng)能夠用于確認(rèn)吊裝控制范圍及天車(chē)夾鉗設(shè)備的開(kāi)口寬度，單次吊裝塊數(shù)等必要內(nèi)容。相關(guān)數(shù)據(jù)的傳遞雙方系統(tǒng)應(yīng)通過(guò)密度進(jìn)行數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性校驗(yàn)確保萬(wàn)無(wú)一失；涉及車(chē)輛裝卸的庫(kù)區(qū)MES或上級(jí)系統(tǒng)還應(yīng)將車(chē)輛的車(chē)牌號(hào)、長(zhǎng)、寬、高、載重、鞍座位置、車(chē)頭與車(chē)廂距離等必要字段進(jìn)行記錄和傳遞。智能天車(chē)系統(tǒng)應(yīng)及時(shí)準(zhǔn)確反饋物料的入庫(kù)信息、裝車(chē)信息，方便MES對(duì)相關(guān)物料進(jìn)一步作業(yè)發(fā)布計(jì)劃指令。

（4）系統(tǒng)交互過(guò)程需要充分考慮應(yīng)急保障能力的建議。對(duì)于雙方系統(tǒng)均應(yīng)單獨(dú)存儲(chǔ)物料在庫(kù)區(qū)的信息，并建立互備的接口通道，方便根據(jù)實(shí)際情況同通過(guò)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行同步管理；對(duì)于接口本身應(yīng)采用雙鏈路保護(hù)模式實(shí)現(xiàn)物理連接，其接口本身應(yīng)屬于二、三級(jí)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞慕换バ赃B接，應(yīng)具備防火墻等必要的交互管理軟硬件確保連接安全可靠。

（5）天車(chē)、過(guò)跨車(chē)、步進(jìn)梁、輥道等必要設(shè)備的鏈接及安全確認(rèn)保障。

由于智能庫(kù)區(qū)對(duì)于吊裝作業(yè)的需要，在進(jìn)行鋼卷重物吊裝的過(guò)程中需要對(duì)夾緊、對(duì)地距離、鋼卷重量、夾鉗開(kāi)度、等數(shù)據(jù)進(jìn)行逐一確認(rèn)。特別是吊裝軌跡安全高度是經(jīng)常在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中被忽略的項(xiàng)目，有效的采用激光安全高度掃描裝置，是目前解決此項(xiàng)隱患最有效的辦法。

過(guò)跨車(chē)需要注意的安全項(xiàng)包括：堆放的安全高度限制、載重量控制、移動(dòng)速度與慣性關(guān)系的計(jì)算考慮、框架及鞍座負(fù)載能力、移動(dòng)區(qū)域的安全圍擋等。

步進(jìn)梁、輥道是鋼卷生產(chǎn)線(xiàn)出口、入口最為常見(jiàn)的實(shí)現(xiàn)方式，在無(wú)人化天車(chē)吊裝過(guò)程中，應(yīng)全面考慮在控制層面實(shí)現(xiàn)PLC互鎖聯(lián)動(dòng)，在吊裝過(guò)程中還應(yīng)考慮夾鉗的形式，特別是對(duì)于板坯類(lèi)的重力型夾鉗吊裝作業(yè)，應(yīng)確保起吊、落吊點(diǎn)的支撐和負(fù)載能力，避免發(fā)生安全風(fēng)險(xiǎn)。

在落實(shí)安全過(guò)程管控的過(guò)程中，應(yīng)盡量考慮直接采集實(shí)際數(shù)據(jù)，或以更為高效的方式通過(guò)PLC、DCS系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)，過(guò)程中減少與MES系統(tǒng)的交互從而提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、及時(shí)性。

4.結(jié)論

在鋼鐵企業(yè)努力推進(jìn)兩化深度融合，不斷提升制造能力的進(jìn)程中，對(duì)于多系統(tǒng)交互細(xì)節(jié)的風(fēng)險(xiǎn)把控將有效提高項(xiàng)目實(shí)施效率、效果，相信本文將為正在實(shí)施或準(zhǔn)備實(shí)施的智能倉(cāng)儲(chǔ)項(xiàng)目提供有效借鑒。