【制造执行系统(MES)在钢铁行业中的应用】计算机集成制造系统钢铁行业
时间：2019-02-04 05:39:00 来源：千叶帆 本文已影响人
摘 要：本文阐述了目前国内钢铁行业对MES系统的需求，以及MES系统在钢铁企业的产销一体化系统建设中的重要地位。并以马钢信息化建设中的MES系统为例，阐述了钢铁行业的MES的系统功能，设计理念和实施建议。
关键词：MES；制造执行；功能
一、MES产生的背景
自上世纪八十年代以后，伴随着消费者对产品的需求愈加多样化，制造业的生产方式开始由大批量的刚性生产转向多品种少批量的柔性生产；以计算机网络和大型数据库等IT技术和先进的通讯技术的发展为依托，企业的信息系统也开始从局部的、事后处理方式转向全局指向的、实时处理方式。在制造管理领域出现了JIT、LP、TOC等新的理念和方法并依此将基于定单的生产扶正、进行更科学的预测和制定更翔实可行的计划；在企业级层面上，管理系统软件领域MRPII以及OPT系统迅速普及，直到今天各类企业ERP系统如火如荼的进行；在过程控制领域PLC、DCS得到大量应用也是取得高效的车间级流程管理的主要因素。可以说企业信息化的各个领域都有了长足的发展，但是在工厂以及企业范围信息集成的实践过程中，仍然难以解决这一瓶颈带来的各种问题：在计划过程中无法准确及时地把握生产实际状况，另一方面则在生产过程中无法得到切实可行的作业计划做指导；工厂管理人员和操作人员难以在生产过程中跟踪产品的状态数据、不能有效地控制在制品库存，而用户在交货之前无法了解定单的执行状况。产生这些问题的主要原因仍然在于生产管理业务系统与生产过程控制系统的相互分离，计划系统和过程控制系统之间的界限模糊、缺乏紧密的联系。针对这种状况，1990年11月，美国的调查咨询公司AMR首次提出MES的概念，为解决企业信息集成问题提供了一个被广为接受的思想，就是我们今天要谈的制造执行系统。
二、钢铁行业对MES的需求
钢铁企业的产和销是一对矛盾的统一体。从市场销售来看，必须实现按订单生产，并充分考虑订单多品种、小批量的特点，以及其他个性化的客户需求，争取最广泛的细分市场；从生产角度来看，如此的生产方式则很难释放出企业的产能，达到产量的最大化。而在钢铁企业，如果不实现产能最大，只是一味地按订单生产，追求每一个客户的满意，必然增加企业生产成本，降低经济效益。因此，如何在产能和订单之间达到平衡，成为每个钢铁企业面临的关键问题。
解决上述问题的关键是要依靠制造执行系统（Manufacturing Execution System，MES）由信息系统来综合平衡，优化设定生产销售的模式，并进行生产计划排程，最终实现企业效益最大化。美国先进制造研究机构（Advanced Manufacturing Research，AMR）提出了企业三层集成模型，即计划层[制造资源计划（Manufacturing Resource Planning，MRPⅡ）/企业资源计划（Enterprise Resource Planning，ERP）]、执行层（MES）和控制层（Process Control System，PCS），而制造执行系统协会（MES Association，MESA）对MES给出的定义是：MES能通过信息传递，对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工厂里有实时事件发生时，MES能对此及时做出反应和报告，并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。
这样，如何利用MES，在计划层系统和控制层之间构建起信息的桥梁，成为钢铁企业系统集成的关键问题
三、钢铁行业制造执行系统的核心地位
在钢铁企业里通常将应用系统分成4个等级，如图1所示。
四级系统是企业资源计划系统（ERP）位于最上层用于企业管理层；三级系统即制造执行系统位于四级系统的下面用于工厂车间作业管理层；二级系统即过程控制系统位于三级系统的下面用于设备的过程控制；一级系统即基础自动化用于操作控制层。
钢铁企业的工艺流程习惯上被划分成“铁前”和“钢后”两个区域。前者主要包括烧结、竖炉、焦化、高炉等车间；后者主要包括转炉、连铸、轧钢等车间。针对钢铁企业这种离散与连续并存、多阶段混合式的生产制造行业，MES系统在钢铁企业信息化建设中显得尤为重要。MES的核心地位可以体现在四个方面：
1）最为优化可行的计划与生产控制
因为MES最具有行业特征，与工艺设备结合最紧密，从而得到最优化可行的订单管理，计划管理，生产管理，以及对产品进行质量管理，库存管理等。
2）实时生产数据处理
数据是MES的基础与生命，MES的数据不仅要具有完整性，还有具有实时性、时序性。按生产的工序管理，实时的收集生产实绩。所有的生产实绩的集合就构成了一个现实工厂的生产模型。
3）应对突发事件的实时处理
对突发的异常处理提供手段，对计划进行动态调整，提供数据的后备录入手段。
4) 生产状态的实时监控
可以监控设备的运作状况，能源消耗，产品的质量等情况。
四、钢铁行业制造执行系统的设计
钢铁企业MES整体的应用功能，要以钢铁企业的行业特色为背景，贯彻以财务为中心、成本控制为核心的思想，执行产、供、销一体化管理思想，按照本钢铁企业的实际生产流程进行设计。目标为提高经济效益，以最佳的库存量，最少的燃料和材料消耗进行生产；实现质量一贯制控制和管理，提高产品的质量。
各模块的基本功能如下：
●计划管理：根据订单要求，生产最优配置等条件，实时的手工或自动下发或调整每天的生产作业计划。
●生产实绩与跟踪：提供接口来获取生产过程参数，收集分厂车间的生产过程数据，其来源一般是基础自动化设备的自动数据采集。
●质量管理：对生产过程中采集的测量数据进行实时分析或对生产的中间品，成品取样化验，以保证合理的生产质量控制，识别所遇到的问题，并给出问题建议方案。还可以包括离线检验操作和实验室检验系统的分析。
●库管理：入库管理、出库管理、库位管理、吊车作业、清库。（修磨库、板坯库、中间品库、成品库、废品库）。
●发货管理：接收发货计划、发货确认、退货处理。
钢铁企业的MES系统的基本设计思路是：
1）生产管理一体化集成：
强化生产集成计划与控制职能，计划作到工序（炉次／浇次／坯次／板次），时间作到小时/分钟，分厂只设作业执行。
2）以订单为龙头，按线精细化管理生产：
根据钢后产品产线特点（板材/线材/型材/卷材等），分别为各产线（炼钢/轧钢）设计MES系统，进行详细生产排程和作业执行，实时精细化管理生产（排程与调度）。
五、钢铁行业制造执行系统的实施
在钢铁企业对MES的实施过程中，有几点很重要：
第一企业要重视MES的作用。存在着重视公司管理系统(ERP) ，而忽视MES系统的现象，有的ERP厂商出于商业的需要，把大量现场制造管理的功能放在自己并不擅长的ERP 系统来管理, 只是把MES系统当作ERP系统的数据收集器，不重视现场制造过程的管理，造成整个计划与实际情况完全脱节，ERP系统也成了摆设。
第二要研究自己企业的工艺特点。因为现在大多教的MES软件都是通用版本少有针对具体某一行业或典型客户的MES系统，所以充分考虑企业的需求的特殊性，选择合适的实施商及软件是非常重要的。
第三要重视工程的实施。工程实施中要尽量发挥软件厂商和系统实施商这两方的积极性，大家协同作战，齐心协力才有可能把工作做好，因为行业的特点或企业的特殊需求都有可能在实施中遇到些尖锐的棘手的问题，只有大家齐心协力才能够解决问题。如果大家都互相之间认为都是对方的事情，相互推卸责任就有可能事倍功半并使工期拖延，所以实施中双方的协同非常重要。
此外还有一个关键因素就是企业的首席信息官（Chief Information Officer，CIO）。首先CIO一定要是个明白人，既要懂业务也要懂信息化；第二要在企业决策中占据一席之地，能够在有问题的时候直接向总经理反应问题从而及时解决。有的企业信息化成功了，有的企业问题多多，有没有合格的CIO是重要因素之一。
六、总结
衡量钢铁企业信息化水平的关键指标可以用12个字概括：“产销一体、管控衔接、三流（物流、资金流、信息流）同步”，而MES正是实现产销一体化的关键一环。因此，开发出适应于我国钢铁企业的MES软件产品，实现PCS-MES-ERP的紧密集成，对提升我国钢铁行业信息化的水平，增强与国际先进钢铁企业的竞争力，都有着重要的意义。
参考文献
[1]李清.制造执行系统[M].北京:中国电力出版社,2007
[2]王志新 金寿松. 制造执行系统MES及应用[M].北京:中国电力出版社,2006
