1、冶金企業生產執行系統解決方案北京和利時信息技術有限公司 業務流程分析鋼鐵企業冶金過程是一個離散和連續混合的生產過程，在市場經濟的今天，鋼鐵企業的生產都是以銷售訂單為驅動的，有些品種固定，銷路也穩定的企業也有以適度的庫存量為驅動的，一般都遵循著如下的業務流程，即：年末根據市場預測、生產歷史數據、企業發展戰略、企業設計產能等信息，制定下一年全年的綜合計劃，包括：生產、經營、采購、銷售、大中修、能源供應等計劃；根據綜合計劃分配出季度、月份計劃，各部門努力保證計劃的順利完成，隨著生產的進行，可根據實際需求，及時調整變更的月份計劃。銷售部門為完成既定的銷售計劃，努力的開拓市場，與用戶簽訂供銷合同，并將定

2、貨數量、質量、規格要求、交貨日期等傳遞給生產部門；生產部匯總近期的交貨訂單，根據用戶對產品質量和交貨期的要求，參考掌握的產品庫存信息、冶金規范等信息，完成組爐、組批管理，制定出 2、3 天內的生產計劃；根據生產計劃推導出物料需求計劃，對于沒有生產過的產品還要由技術部門進行質量設計；物料計劃傳遞給采購部門，采購部門為保障生產，按照質優價廉的方針篩選供應商，努力完成原料采購任務；生產計劃下放給各生產分廠的生產科，計劃員根據結合產線任務完成情況、產線工作飽和度、設備運轉情況、待檢修情況、原料庫的儲備情況、倒運保障情況等信息，制定出作業計劃，將生產任務細化到產線、班組，也就是明確了產量、地點、執行人和

3、完成時間；生產調度根據作業計劃組織生產，圍繞著該作業計劃，協調各方如資源，如：運輸、原料、能源、自動化等，對于因故不能完成的，及時調整產線、作業時段，確定臨時變更的作業計劃，以保證生產任務的順利完成；生產過程的信息通過監控系統及時反饋給生產管理者，班組長組織工人完成最終的生產，并準確記錄下生產過程及事件處理過程；生產過程中的半成品成為下一工序的原料，直至到產品庫被銷售部賣掉。 和信的 MES 理念流程工業綜合自動化系統的理論和技術經過多年的研究發展，特別是經過了大量的企業實踐的考驗，已逐步形成合理的體系結構，其結構框架已由五層模型演變為 ERP/MES/PCS 三層結構。這個層次架構已成為先進

4、工業國家流程工業綜合自動化系統理論和產品的主流框架。隨著信息技術和生產自動化程度的不斷發展，在冶金行業，一定規模的鋼鐵企業基本上都能夠實現企業資源管理系統（ERP）和車間內的過程控制系統（PCS），車間生產已經高度自動化，但是如何按照客戶的訂單要求來最優化安排生產，如何分析控制質量，如何面對用戶的特殊要求，如何將車間的有效生產數據及時傳遞到ERP 系統，如何更有效地控制人力資源和物料損耗等，如何更有效地安排倉庫管理和運輸等等問題又出現在企業管理者面前。在企業中，ERP 系統和PCS 系統都具有各自的局限性，使得在企業范圍的信息化過程中暴露出上層計劃系統與底層控制系統之間的生產執行領域的空白；鋼

5、鐵企業具有生產線長、工序多、設備復雜，完全靠人工的方式進行管理和控制幾乎是不可能的；MES 能夠填補這個空白，首先，它對產品訂單、質量、設備、資源等進行全面的動態管理；其次，作為將 ERP 等業務系統與生產設備的控制系統相連接的神經系統，在信息集成中起著承上啟下的重要作用，它為管理與過程控制系統之間提供了一個通道，使兩者之間有機地構成一個整體。因此，鋼鐵企業MES 的實施就顯得尤其重要，鋼鐵企業MES 作為企業信息化建設的重要組成部分，起到承上啟下、前后貫穿的作用，它通過收集生產過程中大量的實時數據，并對實時事件進行及時的反應和處理，來進行生產過程的優化管理，既接收生產實績數據并反饋生產結果給

6、上一層管理系統（ERP），又把上一層管理系統的生產指令下達到過程控制層（PCS）。上下連通現場控制設備與企業管理平臺，實現數據的無縫連接與共享；前后貫通所有生產線，實現全過程的一體化產品質量跟蹤、一體化計劃與物流調度、一體化生產控制與管理，從而形成以MES 為核心的企業信息系統。北京和信公司基于長期的冶金自動化控制實施的基礎上，遵循先進的企業管理理念，結合自身在工 程實踐中的經驗和獨特理解，推出了針對國內冶金行業的MES 解決方案，和信公司在數據采集與集成方面也有很深的功力，有近百種的控制系統接口程序，實時數據庫也有自己的產品HiRis。本系統起著上下溝通企業管理ERP 系統和過程自動化控制設

7、備的信息集成的作用，以實現冶金企業從生產計劃、動態調度、生產控制、質量監控、成本收集、倉庫管理等全過程的一體化協調生產。和信公司的MES 系統是圍繞生產而設計的，它以實時數據庫和網絡為支持平臺，以計劃為核心，以調度為主線，對生產過程進行全面管理和控制，它提供了企業所需的基礎構架和決策支持工具，打破了生產單元間的信息壁壘，它的目標是優化生產資源，實時監控生產運行，實現成本最低化、利益最大化的目標。使用了和信公司的MES 解決方案后，在提高產品質量、縮短制造時間、減低制造成本等方面，各企業取得了明顯的效益，企業的管理水平也從根本上上了一個臺階。不僅如此，和信公司的 MES 解決方案還具有很強的擴展

8、性，可以和ERP 、CRM、SCM、電子商務、和數據挖掘等領域輕松的銜接，以滿足企業持續發展的不斷變化需要。系統解決的問題過去企業強調的多是生產設備、自動化檢測儀器等方面的自動化。確實提高了生產過程的自動化程 度，解決了某些質量控制問題；但是，同時因為這些系統的相對復雜性和封閉性，使不同系統之間的配合關系，以及與管理信息系統之間的配合關系，并沒有達到信息及時、順暢的地步，導致每個自動化單元之間缺乏必要的整合，對整個生產廠來說它們都是分散的信息孤島，只能為己所用，上、下游信息溝通閉塞，不能有機的將前后工序銜接在一起，這也是物料信息難以跟蹤的主要原因。同時，由于沒有采集系統和數據平臺的支撐，使信息

9、的傳遞受阻，反饋滯后，導致信息在縱向上缺乏集成，使很多應用都無從實現，這是影響企業信息化整體水平的“鴻溝”。本系統的關鍵是解決了信息的集成、數據支撐的平臺和生產執行層的軟件應用，在信息集成方面， 以上下溝通管理平臺和控制設備，垂直集成，貫通生產線為系統實現的目標，真正實現了從控制設備到管理者桌面的信息及時反饋；應用軟件的開發是以計劃排產、動態調度為核心的生產管理，根據各廠的生產實際情況，開發切實滿足生產需要的應用軟件，確保在物流的關鍵點上都有信息點的采集或錄入，真正實現物料與信息流的同步。當然，這些應 用都是建立在實時數據庫系統這個數據支撐平臺上的，正是基于實時數據的傳遞和相應的展示、分析工具

10、，才使系統決策的及時性、準確確性得以保障。系統的總體框架和信公司遵循鋼鐵企業信息化的三層結構模型，對應以上的網絡層次架構，和信提出了自己的MES 系統總體架構模型，它針對鋼鐵企業特點，明示了 MES 在信息化體系中的位置，并突出了生產計劃與調度體系的核心作用。系統包括生產作業計劃、生產調度、設備管理、質量管理、物料跟蹤等系統；和信認為企業管理的重點是產品生產的執行過程；對產品的制造過程進行跟蹤，并在ERP 和PCS 之間進行雙向傳遞信息；管理的范圍通常是整個工廠或整條生產線。本系統的計劃管理基于工廠內的詳細情況，對產品交貨期、生產工藝限制、生產順序優化等進行綜合考慮，制定生產作業計劃，進行動態

11、生產調度。本系統把計劃與調度體系作為系統主線，強調其在生產信息循環中的核心作用。我們設計了如下圖所示的系統總體架構圖：鋼鐵企業的MES 系統龐大，它對全廠的控制系統、分析站點、數據采集系統等生產信息進行集成。涉及到網絡設計、數據集成、軟件開發等多項內容，系統的體系架構相對復雜，信息流量大，對系統的安全、網絡通訊速度、系統的實時性、系統的可靠性、系統的擴充性要求很高，為了實現有效的處理數據和分析數據，本系統借助計算機強大的輔助處理功能，使系統更好的適應生產中的復雜需求情況，實現最佳的生產運營與管理，其目的是保障日常生產的高效管理、規劃和調度的科學決策分析，為領導者最大限度的預見生產運行中的問題，

12、避免的因信息不暢所產生的鴻溝，提高了產品質量和企業的核心競爭力。系統的技術特點本系統應用集成平臺以微軟.NET 框架為基礎，適應于管控特點的應用集成平臺系統，和信認為鋼鐵企業的生產管理以均衡物料、安全高效、低耗優質、優化工藝操作為目標。計劃部門和調度室是全廠生產管理的指揮中心，行使計劃、指揮、協調、控制等職能，執行制定的生產計劃，通過MES 的生產管理中各子系統的信息反饋，把企業的產、供、銷各個環節通過科學的方法來實行有效的、合理的計劃、組織、控制和調整，使它們在生產經營中協調有序地充分發揮作用，達到既要連續、均衡地生產，又要最大限度地降低各種原物料的庫存量、減少資金的占用，提高企業整體素質和

13、經濟效益的目的。為領導提供輔助決策功能，從而合理組織、協調生產，提高生產效率。本系統具有以下的技術特點：基于微軟.NET 框架開發，采用多層技術，具有較強的擴展性，采用 C/S 與B/S 結合的模式，結構設計合理，使系統對網絡適應度大大提高。業務設計采用完全面向對象的體制，無論是底層的技術實現還是業務組織形式都是以對象為核心，簡化規范編碼工作。采用高度模塊化和組件化設計以及易用性標準控制產品的研發，系統具有穩定的架構和易于使用的界面，具有較高的穩定性、易用性。集成平臺包含消息機制、事件機制、對象體制、權限控制、組織結構、流程定義和控制、日志管理、數據交互、萬能報表機制、組件支持等功能。直接從生

14、產管理和業務出發，通過對他們的描述和定義來構架、簡化和集成各類業務系統。從根本上提升軟件的開發、發布和維護效率。真正實現企業生產信息化過程中的用戶參與、快速開發、快速應用、靈活調整的境界。大幅度提升生產管理系統實施和應用的成功率及投入產出比。實時模擬圖監測功能以系統模擬圖的方式顯示生產現場系統運行實際情況，實時觀測生產現場的各項指標。數據的顯示方式包括模擬量的實時數字顯示，開關量的實時狀態顯示；當數據超過規定的限值時，可自動報警。系統提供了多種客戶端數據分析工具，可以直接通過本系統的界面靈活組態，多樣展示，同時還可以以VBA 方式把數據取到微軟的Excel 電子數據處理軟件中。生產的關鍵信息可

15、以通過本系統貫穿從生產現場到企業經理桌面的全廠管理體系，以方便管理者做出更快速更高效的決策，從而獲得更高的經濟效益。超限額運行時間統計功能可以查看任意區間內某項指標超過報警限值上限、下限的次數以及累計時間。通過隨時監測統計各項和生產工藝相關的查控指標，生產統計可以以多種劃分方式進行分析。可以班、時間、部門為單位等建立生產統計臺帳。以圖表的方式顯示日產量、月產量、年產量的變化趨勢以及產量參數的同期對比。通過WEB 組件，使管理者以及其他具有相應權限的人員可以通過瀏覽器隨時監控生產現場的實際情況，不少于 100 個客戶可同時通過Web 頁查詢包括擴展后點數的生產過程實時數據。系統的網絡結構鋼鐵企業

16、廠區面積大，涉及的信息點分布面廣，面對全廠的控制系統、分析站點、數據采集系統等生產信息進行集成，系統的網絡架構相對復雜，信息流量大，對網絡的安全性、通訊速度等性能要求很高，為此，在網絡的架構設計時，整個生產執行系統位于全廠網絡體系的中部，下連采集系統，上連企業管理網，考慮到各層次網絡的相對獨立性和安全問題，為了防止黑客攻擊、人員的非法操作、病毒的侵害，保障系統的運行安全，在ERP 網絡與MES 網絡、MES 網絡與PCS 網絡之間配備了兩個防火墻，實現了信息單向隔離，即保證了系統的安全性又不影響信息的傳輸。本系統的網絡提供了一個信息集成的環境，數據庫服務器安裝實時數據庫和關系型數據庫，通過接口

17、機采集來的實時數據存儲于實時數據庫中，為歷史數據回滾、質量跟蹤等分析提供依據，并為ERP 提供統計數據，對于非采集數據存儲于關系型數據庫中，與實時數據共同完成MES 的各功能模塊。客戶端主要安裝在生產車間控制室、調度室等生產指揮人員的崗位上，主要實現生產指標的分解、任務的下達、執行情況的匯報等上傳下達的工作， MES 網主要用于生產管理，禁止與InterNet 相連接。為加強系統的容錯能力，可采取雙服務器冗余結構，磁盤陣列可滿足海量數據的存儲，每臺服務器內置RAID 5 等容錯工作方式；核心交換機采用雙引擎和雙電源，網絡模塊可在線熱插拔。通過這些必要的技術手段，可保證一臺主機失敗的情況下，仍能

18、正常繼續工作。系統的集成方案MES 在工廠綜合自動化系統中起著中間層的作用。在其下是底層生產控制系統，包括 DCS、PLC、NC/CNC和SCADA 或這幾種類型的組合；在其上則是高層管理計劃系統，包括ERP、CRM、SCM。因此攜手上下層、優化數據流、集成各類數據、傳遞信息是MES 系統的重要作用。建立以實時數據庫和關系數據庫為核心的生產過程數據集成平臺是MES 系統的關鍵，MES 認為企業生產管理決策的數據不僅僅來源于單一生產裝置，而是來自于整條生產線的、全企業級的甚至是跨地域、跨時區的協作制造平臺。由于生產裝置和生產線控制系統規模大小不一（單一控制系統從幾十個I/O 到幾千個I/O）、控

19、制網絡結構復雜、與管理網絡的接口現有情況不同（軟件的接口和硬件的接口），我們利用先進的實時歷史數據庫以及相關軟、硬件接口技術，快速、高效地從生產線控制系統中直接取得第一手現場實時數據，并且利用先進的實時數據庫技術完成海量數據的高效壓縮和安全存儲，為建立其他實時生產管理系統（如生產成本動態跟蹤系統、生產實時調度系統、設備故障診斷、經濟運行、產能優化、質量管理、生產過程可視化等）提供各種在線（如產量、溫度等）或離線（質量分析、實驗數據等）的過程數據。從而消除信息孤島，實現資源共享、集中指揮。實時數據平臺不僅能將分散在各生產現場的實時信息集成起來，虛擬成一個大系統，為管理者全面地實時監控全企業生產過

20、程提供一個集成化的平臺，而且能夠通過對生產過程數據的再次加工處理，提煉出真正對生產管理、計劃調度、經營決策有用的數據，從而在生產經營管理和實時過程控制之間架起一座橋梁，達到兩者之間的信息交換和緊密集成。和信公司提出了自己的生產過程數據集成方案，此集成系統的示意圖如下所示：根據鋼鐵企業特點和具體系統功能需求，在考察研究多家國外著名廠商產品的基礎上，通過性能分析和產品價格比對，我們選擇了和信公司的實時/歷史數據庫HiRIS，該軟件是用于集成生產過程信息與高層次應用程序的基礎數據平臺，它使用戶可以訪問和集成來自整個工廠范圍內DCS 及PLC 的數據，它通過功能極強的分析工具、歷史數據管理、圖形化的用

21、戶介面和大量的過程接口來訪問和集成數據。系統功能介紹本系統應用集成平臺是以微軟.NET 框架為基礎的適應管控特點的應用集成平臺系統，它認為鋼鐵企業的生產管理是以均衡物料、安全高效、低耗優質、優化工藝操作為目標的。計劃部門和調度室是全廠生產管理的指揮中心，行使計劃、指揮、協調、控制等職能，根據制定的生產計劃，通過計劃管理子系統、成本控制子系統、調度管理子系統和質量管理子系統，以及安全、設備等系統的信息反饋，把企業的產、供、銷各個環節通過科學的方法來實行有效的、合理的計劃、組織、控制和調整，使它們在生產經營中協調有序地充分發揮作用，達到既要連續、均衡地生產，又要最大限度地降低各種原物料的庫存量、減

22、少資金的占用，提高企業效益的目的，為領導提供輔助決策功能。和信公司根據鋼鐵企業的特點和自身在該行業的工程經驗，總結開發了自主軟件產品，界定了系統的功能范圍。包括：數據采集、計劃管理、調度管理、質量管理、計量管理、設備管理、庫存管理、成本管理、安全管理、物流跟蹤、能源管理、運輸管理、視頻監控等十幾個子系統。這些模塊都是與生產過程緊密相關的，以反映生產的實績為主；當然，它們之中有些與 ERP 中的模塊有重疊，但在實現內容上卻有不同的側重，ERP 中強調計劃、審批等靜態信息，MES 中強調實時、完成情況等動態執行信息。各企業在MES 實施時側重的內容有很大不同，各企業可根據自身的實際需求有計劃、分步

23、驟的選上某些模塊，或定制特殊的需求。數據采集系統數據采集系統的功能如下：建立工業實時/歷史數據庫，統一企業內部不同供應商提供的硬件平臺，進行實時數據采集、存儲和發布，向應用系統提供生產現場的各種基礎 數據。實現現場生產數據的實時/歷史趨勢記錄，實現生產指揮中心對各生產工藝環節的生產和設備的過程可視化。對分布的實時歷史數據進行計算（基于時間段的累積、求平均、求最大最小值、狀態分析統計等）。根據實時歷史數據庫建立多種客戶端解決方案：數據查詢、趨勢曲線、計算、報表、遠程瀏覽、過程可視化，通過對生產過程數據的智能化分析應用。計劃管理系統生產訂單計劃接收：由于生產訂單計劃和生產作業計劃分別隸屬ERP 和

24、MES 層之間，信息保存在不同的服務器中，考慮到數據的安全性和備案的要求，本模塊提供了訂單計劃的接收、轉存功能。相關信息查詢：提供了與編制作業計劃相關因素的查詢功能，包括生產訂單計劃、設備能力、能源資源、人力資源、工藝要求等信息，為生產作業計劃的制定提供幫助。作業計劃生成：當生產訂單計劃生成并下達給MES 系統后，生產作業計劃生成模塊即開始運行，將訂單分解至每一工序，由計算機按照生產過程內部參數（如生產工序在線時間，生產工序收得率等），生成各個工序的生產計劃：爐次計劃、澆次計劃和軋制批量計劃。爐次計劃：在組合優化中主要考慮同一爐次內訂單鋼種、規格、坯型、交貨期等參數要相同或接近，符合主設備生產能力的限制，保證與后續工序的銜接，限制不常見品種的余材量等。澆次計劃：編制澆次計劃中主要考慮組成同一澆次的鋼種成分最好相同，對異鋼種連澆要根據具體情況處理；統一澆次中板坯的寬度不變化太大；澆次中的爐次數量要受大包水口和中間包使用壽命的限制。軋制批量計劃：軋制批量計劃的編制首先要將生產訂單按照品種、規格、交貨期、優先級等要求組合成軋制單元，然后安排軋制單元內各訂單的生產順序，最后安排各占制單元的軋制順序。調度管理系統調度指令記錄：對于上傳和下達的生產指令，以文字和錄音的方式存儲，傳遞的請求或指令信息在屏幕上閃爍，且有聲音提示，若地方接收則記錄下