MES系統在鞍鋼無縫鋼管廠的應用

介紹了MES系統在鞍鋼股份有限公司無縫鋼管廠的實施背景，重點對MES系統的配置和架構及其應用功能進行了描述。運行結果表明，該系統成功地將管理經驗、行業經驗和信息技術三者結合起來，及時地對生產實績信息、質量信息和物料跟蹤信息進行處理和存儲，促進了各部門、各崗位之間的溝通，改善了生產決策環境，確保及時準確地傳輸信息，為企業的日常管理、決策制定提供了可靠的依據。

企業信息化是指企業利用現代信息技術，以企業過程再造為基礎，通過對信息資源的深入開發和廣泛利用，實現企業經營活動的自動化、管理方式的網絡化、決策支持的智能化和商務運行的電子化，不斷提高企業生產、經營、管理、決策的效率和水平，進而提高企業經濟效益和市場競爭力的過程。目前，在鋼管制造領域，多數企業還沒有進行完整的信息系統規劃或建設，在實際生產管理和企業發展中遇到大量問題，無法及時為管理層提供準確的決策支持，制約了企業核心競爭力的進一步提升等。

鋼管制造企業在全面實施自動化、信息化建設過程中，光靠提高設備控制的自動化水平并不能解決全部問題，在設備和過程控制系統之上存在產銷一體化管理的功能需求，必須實現過程信息與管理信息的全面集成。本文重點介紹MES系統在鞍鋼股份有限公司無縫鋼管廠（簡稱鞍鋼無縫鋼管廠）的應用情況。

1 MES系統實施的背景

鞍鋼無縫鋼管廠是鞍鋼股份有限公司下屬的一個成材廠，擁有4條熱軋生產線、2條石油管加工生產線、3套（臺）熱擴管機組；生產規模大，品種規格多，工藝復雜，裝備水平高，具有完善的基礎自動化系統（L1）、過程自動化系統（L2）、先進的鋼管連軋生產工藝。

鞍鋼無縫鋼管廠原先采取二級人工管理的粗放式手段，由人工完成生產計劃的下達和調度，生產線上各單體設備之間的信息傳遞也是依靠人工傳遞報表來實現，一級生產計劃由股份公司下達生產任務；二級分廠作業計劃是由分廠進行合同歸并、制定日作業計劃，由廠級制定月、日生產計劃，下達至各生產線并實施執行。廠級計劃員既要保合同，又要保生產，還要根據原料材質、鋼坯直徑、管體外徑、下料長度等進行綜合考慮，將同規格產品集中軋制，減少換輥時間，減少換工具調整及生產準備時間，提高軋管機作業率。這種管理水平雖然可以滿足大批量、單品種的初級生產階段需要，但當信息傳遞不及時或不暢通時就會出現“信息孤島”現象，從而影響生產的正常運行，與完善的L1、L2自動化系統不匹配，制約了生產效率的提高。隨著生產規模的不斷擴大、產品品種的增多、高鋼級產品的開發、市場競爭的白熱化以及生產經營的國際化，落后的生產計劃管理模式已難以滿足現代化大型企業管理的要求。由于管理水平落后，人為因素難以避免，經常出現對計劃執行信息掌握不足的現象，造成多次換輥、換工具，鋼管成材率低，能源消耗大，軋管機能力達不到最高水平，非計劃產品率上升，銷售利潤下降等問題，致使計劃執行兌現率低，時常發生交貨期延誤或錯發現象。改革這種滯后的管理模式勢在必行。因此，對MES系統進行研究，并開發出實用的MES系統具有重要的實用價值。

無縫鋼管MES系統的設置，給技術現代化和管理現代化提供了環境和工作平臺，使一流工藝技術的實現成為可能。

2 MES系統的應用

2.1 MES系統配置

鞍鋼無縫鋼管廠的MES系統是一個集中計算機技術、網絡技術、數據庫管理技術及信息管理應用技術的有機整體，由5套服務器、5套開發維護終端、l套網絡管理終端、75套操作終端、16臺打印機及相應的網絡應用和網絡安全設備構成。

1）服務器配置

MES系統的服務器包括1套防病毒服務器、2套串口通訊服務器、2套數據庫服務器。數據庫服務器的選擇主要根據系統的數據處理量及處理速度的要求而定，設備型號為IBM P55A。該型號的小型計算機在處理能力上保證有足夠強的能力，并有適當能力冗余，以保證將來能進一步擴大其功能。數據庫服務器采用雙機熱備方式，磁盤陣列采用IBM DS5300，保證數據和應用的安全。

2）客戶端硬件配置

在鋼管廠各個部門和生產線上，根據職能設置相應的操作終端，進行設定、顯示和操作。操作終端包括生產計劃、技術質量、各條生產線共75套?？蛻舳私y一選用HP品牌的PC機（型號為DX2068）?？蛻舳说倪x擇主要考慮其相互之間的一致性。同種類型的計算機在進行網絡連接時出現不兼容的情況很少，因此可以從硬件的角度保證系統的可靠運行和網絡的物理安全。

3）打印機配置

打印機采用條碼打印機Intermec PX4I，激光打印機HP2015D。

4）條碼掃描設備

條碼掃描設備采用Intermec MODEL 730。

5）系統的運行和開發環境

選取操作系統時，考慮到操作系統是多用戶共享，一個用戶可能會對其他用戶產生有意無意的破壞，因此選擇IBM AIX操作系統作為數據庫服務器端。該操作系統性能非常穩定，且安全性高?？蛻舳瞬僮飨到y選擇了應用較普遍的Windows XP專業版。

在開發工具的選取方面，前臺的開發工具利用Power Builder 10、Microsoft Windows Office XP、C語言。Power Builder 10包含了許多新的和改進的語言功能，是功能強大的面向對象的編程語言。數據庫采用了IBM DB2 V9.1 FOR IBM AIX版本的數據庫產品，該產品是IBM公司研制的一種關系型數據庫系統。DB2主要應用于大型應用系統，具有較好的可伸縮性，可支持從大型機到單用戶環境，在Unix、Windows等平臺下應用。通訊軟件采用了IBM MQ FOR IBM AIX，后臺程序的開發采用與AIX結合性能好的Pro*C。

6）網絡配置

系統主干網絡為千兆，終端為百兆。網絡主干交換機采用H3C LS-3600-28F-EI，普通接入交換機采用H3C LS-3100-8C，光纖為單模8芯，通訊協議為TCP/IP。

7）網絡拓撲結構

鞍鋼無縫鋼管廠的生產控制室主要包括：原料準備操作室、環形爐操作室、穿孔機操作室、連軋管機操作室、再加熱爐操作室、定徑機操作室、冷床操作室、矯直機操作室、探傷機操作室、檢查臺操作室、測長/稱重操作室、通徑操作室、水壓機操作室、涂油機操作室、調度室、生產車間辦公室等。

2.2 MES系統功能

鞍鋼無縫鋼管廠的MES系統是鞍鋼集團ERP項目二期工程的一部分，進行MES系統建設是為了實現鞍鋼無縫鋼管廠生產管理的高度自動化，信息交換和傳遞的網絡化，實現物料的動態跟蹤與管理、生產信息流與物流的同步，實時反映生產實績信息，按計劃組織生產，全程質量控制。

MES系統在整個無縫鋼管廠計算機管理和控制系統結構中，擔負著非常重要的作用。MES系統在ERP/MES/PCS三層架構中起著承上啟下的關鍵作用，主要接收ERP系統下發的生產作業計劃等信息，以此進行生產組織，對二級系統下達生產指令，采集二級系統的生產實績，并將生產實績等相關信息上傳至ERP系統，同時完成相關的MES系統管理，實現生產計劃、生產實績、物料跟蹤、在線質量跟蹤、主要生產設備狀態、通訊、系統維護和統計查詢、發貨等項管理。

因此，鞍鋼無縫鋼管廠的MES系統在整個企業信息集成系統中起到承上啟下的作用，是生產活動與管理活動信息溝通的橋梁。上層ERP系統的銷售訂單等數據是MES進行生產計劃的依據；而下層的機組過程控制系統按照MES系統下達的生產指令進行控制，同時為MES系統提供實際生產活動中的各種實績。MES系統自身是一個集成的生產管理系統，各功能模塊之間實現信息集成和數據交換。各功能模塊之間通過數據共享、功能集成，達到指導生產并及時對現場生產數據進行分析反饋的目的。鞍鋼無縫鋼管廠的MES系統架構如圖4所示。

2.2.1主要功能模塊

鞍鋼無縫鋼管廠的MES系統的管理范圍從管坯原料開始到成品發貨完成為止，主要功能包括：生產計劃與實績管理、質量管理、物料管理、通訊管理、設備停機管理、綜合統計、系統維護等，其系統功能層次架構如圖5所示。

2.2.2主要功能描述

1）生產計劃管理

鞍鋼無縫鋼管廠MES系統對生產計劃信息流程進行優化，自動接收鞍鋼集團ERP系統的銷售訂單信息，編制成生產計劃管理模塊，將編制好的各工序的生產作業計劃傳送給鋼管廠各工序的過程控制計算機系統安排生產，并實時跟蹤各工序的生產和物流情況，根據實際情況及時調整生產計劃，保證各工序協調順暢地進行生產。該模塊主要實現商務訂單接收、孔型計劃接收、日品種規格計劃接收、月要料計劃接收等功能。

2）生產實績管理

各基礎自動化系統和過程控制計算機系統收集各工序的各種生產數據，包括生產過程數據、實時數據、狀態數據、跟蹤數據等，對生產過程和物流進行跟蹤，實時監視各工序的生產狀態，并將收集的實績數據進行處理和存儲。將這些生產實績記錄并管理起來后即可對整個生產廠的生產實績信息進行實時的跟蹤與統計，并將以上信息傳遞給鞍鋼集團ERP系統。

3）質量管理

鞍鋼無縫鋼管廠原來的質量管理是以紙介質的形式記錄并傳遞，先由廠以紙介質的形式生成化驗、檢驗委托單，再由人工傳遞給質量檢驗中心并進行委托，效率低下。MES系統優化了原來的質量管理業務流程，實現接收質量設計信息、原料外觀檢查、化學成分核對、原料封鎖、釋放、質量設計模板提取、成分委托等功能，對鋼管生產過程中各個工序的產品質量進行跟蹤、處理和存儲，形成完整的質量數據，并對實時生產結果進行質量分析和判定，為生產管理提供幫助。

4）物料管理

收集生產過程中各工序的原料數據，掌握管坯原料入廠量、消耗量、庫存量，以便進行原材料的調撥和管理，并可直接進行生產成本的統計和分析，方便各級管理人員掌握原料情況，組織生產；收集回爐料、退料等信息；收集各種產品數據，掌握產品生產量、出廠量和對應的質量數據，對產品的出廠進行管理，并可根據品種和去向進行數據統計；對全廠的物料進行跟蹤，顯示物料當前所處位置及狀態，以及質量檢查情況；實現加工用原料庫管理、產品庫管理、成品庫管理、成品庫位管理等功能。

下面介紹按支跟蹤物料過程。按照工藝流程，將整個生產線按其功能劃分成不同的跟蹤區，主要的跟蹤區有：上料、加熱爐區，軋制區，精整一區，精整二區。在各跟蹤區內按照控制要求又細分為各跟蹤子區。隨著物料在生產線上的移動，系統跟蹤指針會隨之移動，從而實現物料的跟蹤。生產線物料的形態分為：管坯（穿孔前）、毛管（穿孔后）、荒管（脫管后）、鋼管（定徑后）、子管（排管鋸鋸切后的成品管）。通常情況下，從管坯到鋼管是一對一的關系，而從鋼管到子管是一對多的關系。根據物料的形態關系，系統將整個生產線的物料跟蹤與管理劃分為兩大部分：①鋼管（母管）的跟蹤與數據管理。鋼管的跟蹤與數據管理，從管坯翻入管坯鋸后中間運輸輥道開始，到排管鋸鋸切前。系統對于每一根進入生產線的管坯（從翻入鋸后中間運輸輥道開始到排管鋸鋸切前）是通過二級系統鋼管數據表和鋼管跟蹤指針表來管理的。每一個管坯對應一個鋼管數據記錄和鋼管跟蹤指針。當二級系統接收到每一個管坯上線（翻入管坯鋸后管坯中間運輸輥道）信號后，為其設置鋼管編號，在鋼管數據表和鋼管跟蹤指針表內分別建立一個鋼管數據記錄和鋼管跟蹤指針。系統將整個生產線劃分成不同的跟蹤區域，當鋼管在生產線上移動時，鋼管的跟蹤指針會在跟蹤指針表內移動，用來指出鋼管當前所在的位置。鋼管數據表用于存放鋼管在此階段的計算數據及所獲得的實測數據。②子管的跟蹤與數據管理。子管的跟蹤與數據管理，從排管鋸鋸切子管起，到子管離開生產線止。當鋼管在排管鋸被鋸切成子管后，通過子管數據表和子管跟蹤指針表來實現子管的管理。每一個被鋸切的子管都對應一個子管數據表和子管跟蹤指針。當二級系統接收到一級系統傳來的子管切割信號后，系統自動為每個子管建立管編號以及相應的子管數據表和子管跟蹤指針。當子管在生產線上移動時，子管的跟蹤指針會在跟蹤指針表內移動，用來指出子管當前所在的位置。子管數據表用于存放子管在經過生產線各階段（在排管鋸鋸切后）的計算數據及所獲得的實測數據。

（1）裝爐。二級系統依據接收的軋制作業計劃進行裝爐組批操作。當二級系統將批號生成完畢后，根據生產實績向三級系統按支上傳生產實績信息（包括：物料號、熔煉號、鋼質代碼、管坯直徑、管坯長度、重量等）。三級系統根據二級系統上傳的生產實績信息形成物料批主信息，組批完成后二級系統向三級系統傳遞組批完畢信息，三級系統根據生產實績數據向四級系統上傳裝爐實績信息。

（2）出爐。二級系統根據生產實績信息向三級系統按支上傳出爐實績信息。如果有回爐物料，二級系統需向三級系統上傳回爐實績信息。三級系統根據二級系統上傳的出爐實績信息和回爐實績信息自動更新物料信息。

（3）穿孔/軋管。二級系統根據生產實績向三級系統按支上傳穿孔/軋管實績信息。如果有中間廢物料，二級系統需向三級系統上傳中間廢物料實績信息。三級系統根據二級系統上傳的穿孔/軋管實績信息和中間廢實績信息自動更新物料信息。整批穿孔/軋管完成后，二級系統需向三級系統傳遞整批穿孔/軋管完成信息。

（4）定（減）徑。整批定（減）徑完成后，二級需向三級系統傳遞整批定（減）徑完成信息之前的物料管理與穿孔/軋管的相同，只是三級系統接收到整批定（減）徑完成信息后，根據該批物料信息情況向四級系統上傳相應的回爐實績、訂正實績和軋制實績信息。

（5）冷床。二級系統根據生產實績向三級系統按支上傳冷床實績信息，三級系統據此信息自動更新物料信息。整批經過冷床后，二級系統需向三級系統傳遞整批冷床完成信息。

（6）排管、矯直、探傷、通棒、水壓、涂油、倒棱與冷床上的物料管理相同。

（7）化驗、檢驗委托?；?/span>、檢驗委托完全在三級系統內操作，用戶在三級系統內按批選中要委托的物料信息，對選中物料進行委托操作。

（8）精整區質量檢查。精整區質量檢查完全在三級系統內操作，如果發現質量問題，用戶在三級系統內按支選中要處理的物料號信息，對選中物料進行封鎖和釋放操作。三級系統向四級系統上傳相應物料封鎖和釋放信息。

（9）精整區合批。精整區合批完全在三級系統內操作，根據生產需要，用戶在三級系統內按支選中要合批的物料號信息，對選中物料進行合批操作。三級系統向四級系統上傳相應物料合批信息。

（10）精整區包裝。包裝操作完全在三級系統內操作，用戶在三級系統內按支選中要包裝的物料號信息，系統根據捆號生成規則自動生產一個新捆號。當該捆信息生成后，三級系統將該捆包裝實績信息上傳四級系統。

（11）交庫。交庫完全在三級系統內操作，用戶在三級系統內按捆進行交庫操作。三級系統向四級系統上傳相應物料交庫信息。

根據二級系統上傳的實績信息，在三級系統內用戶可以查詢出每批下對應的每支物料在各個實績點產生的生產實績信息。

由于無縫鋼管的生產工藝復雜，物料按支跟蹤困難，因此可以采用增加檢測設備、設定物料跟蹤關鍵節點等方式來實現。

5）通訊管理

鞍鋼無縫鋼管廠MES系統與其他相關計算機系統通過網絡連接進行數據通訊，接收鞍鋼集團ERP系統下達的生產訂單，與煉鋼廠、質量檢驗中心進行協調，組織生產，進行生產調度和質量設計，下達生產任務給各個生產工序進行生產，同時從各個生產工序收集生產數據，并將生產數據反饋給鞍鋼集團ERP系統。通訊方式根據鞍鋼無縫鋼管廠以及系統相關方的實際需求，采用了以下兩種實現方案。

（1）MQ（Message Queue———消息隊列）與適配程序。通過使用MQ作為中間件并編寫相關的中間件適配程序實現無縫鋼管廠MES系統與鞍鋼集團ERP系統，煉鋼MES系統，化驗、檢驗MES系統進行電文通訊與傳輸。

（2）COM接口通訊程序。使用Power Builder 10編寫COM接口通訊程序與計量系統進行通訊，通過COM接口通訊可以將兩臺不在同一網絡的電腦連接起來進行數據交流。

6）設備狀態管理

對鞍鋼無縫鋼管廠重要生產在線設備進行管理，采集開/停機信息和生產實績信息，生成相應的設備運行報表。

7）綜合統計

通過MES系統在運行中采集的生產實績信息、質量信息和物料跟蹤信息等數據，利用圖形、表格等各種直觀的方式，根據需要靈活地查詢各種生產實績數據，并進行各種統計分析，得到所需的信息，根據業務流程需要進行聯機分析處理（OLAP），生成相應的統計報表，為鞍鋼無縫鋼管廠的日常管理、決策制定提供依據。

3 MES系統產生的作用

MES系統在鞍鋼無縫鋼管廠應用后，將生產管理模式由人工粗放式管理轉變為系統精細化管理，規范了生產管理方式。整個生產廠的計劃下達、物流跟蹤、質量信息和發貨管理全部在MES系統內操作，所有物流信息可以方便、準確、快捷地在MES系統內查詢，解決了各工序間協調運作、各部門和各崗位之間的溝通、物料信息全程跟蹤、生產信息及時傳遞、生產過程優化等問題，改善了生產決策環境，確保了信息的及時準確傳輸，有利于穩定均衡生產，為生產工藝人員進一步優化調度排產策略提供了有力支持。

MES系統應用后，產生的主要作用是：

（1）通過IBM MQ通訊中間件以及串口通訊技術很好地實現了基礎自動化、過程自動化、質檢、煉鋼、計量、ERP等系統的接口和數據通訊。

（2）建立了由數據庫、通訊軟件、客戶端組成的兩層體系結構，滿足了系統高效、穩定和可擴展的需求。

（3）實時跟蹤了生產過程中鋼管的各項生產控制參數，以便控制和調節鋼管的綜合質量，為企業節能降耗提供了保障。

（4）實現了生產管理高度自動化，信息交換和傳遞網絡化，提高了業務管理水平。

（5）提高了產品原品種合格率，縮短了軋制生產周期，提高了資金周轉率。

（6）減少或避免了生產過程現貨和管理現貨的產生。

（7）把先進的條碼技術運用于鋼管生產線，降低了生產和發貨過程中的差錯率，提高了生產效率。

（8）信息與生產同步，實現了按需求進行的按支物料跟蹤，對管坯原料、毛管、荒管、子管進行全程數據跟蹤，為了將來的統一管理和查詢，全程記錄物料信息。

（9）從原料切割生產開始到發貨為止，實現了全程質量控制，在線質量數據采集，及時糾正了質量問題，避免誤導生產，減少質量異議。

（10）培養和造就了一批鞍鋼信息化的專業化人才隊伍。

4結語

立足于鞍鋼股份有限公司無縫鋼管廠的實際，運用成熟的網絡技術和軟件開發技術，以生產、質量為中心，按合同組織生產，進行全過程生產管理和質量控制，設計開發了1套針對鞍鋼無縫鋼管廠的制造執行系統。該系統成功地將管理經驗、行業經驗和信息技術三者有機地結合在一起，并進行了有效地整合，實現了信息化和業務流程的重組。該系統功能齊全，人機界面友好，運行可靠，具有很高的實用價值，完全能夠滿足鞍鋼無縫鋼管廠當前的管理需要。