制造執行系統（MES）在煉軋鋼產線的典型應用研究

范海龍

一、目的

據《2011年中國鋼鐵工業企業信息化和工業化融合發展水平評估報告》統計，截止到2011年底我國鋼鐵工業有50%以上企業或企業集團實現了信息化階段目標。國內大批大型鋼鐵企業通過建設鋼鐵企業專用的計劃模塊和制造執行系統（MES），實現現場控制設備與企業管理平臺的上下連通， 實現數據的無縫連接與信息共享。

酒鋼集團2012年立項實施了酒鋼不銹鋼MES系統，系統包括從銷售、計劃、執行、產出及發貨全流程管理，兼顧原材料、輔材、設備、能源等管理系統，以生產管理系統為依托，結合其他集成系統的使用，優化組織結構、改進生產業務流程，實現高效、科學、穩定的生產組織，實現效益最大化、成本最小化、庫存最小化、客戶滿意最大化的總體目標。

本文的目的即在于從企業訂單管理、物料管理、生產過程跟蹤、質量管理、產品外發跟蹤等方面著手，通過對MES系統實施前后的情況對比分析，研究以MES系統為代表的智能制造和信息技術在典型鋼鐵制造產線的應用及其發展前景。

二、方法

酒鋼集團不銹鋼生產線包含煉鋼、熱軋、冷軋等產線，在該產線的MES項目建設前，主要采用Excel文件、電子郵件、共享文件及手工臺帳等方式進行生產管理。工作量較大且人工調整的速度和精度不能適應現場生產情況的變化；生產過程數據的收集與統計嚴重滯后，很難利用最新統計結果及時指導和調整生產節奏及工藝，無法實現生產消耗及成本的精細化管理；由于沒有統一的系統平臺，各部門、各分廠以及各上下游機組間無法實現信息的實時共享，嚴重影響各部門及班組間的有效協作；成本分析、質量分析所需基本數據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，系統之間信息難以共享，已不能滿足不銹鋼分公司生產管理需要。

在這種情況下，不銹鋼分公司提出了建設MES生產管理信息化系統平臺，實現從銷售、計劃、執行、產出及發貨全流程管理，兼顧原材料、輔材、設備、能源等管理業務的建設需求。

不銹鋼MES系統架構及主要功能如圖1和圖2：

其主要子系統實施前后對比如下。

質量設計。包括工藝路徑配置、質量主數據配置、工藝參數、性能檢驗等。實施前，質量設計相關標準、方法等信息主要以為紙質文件為主，查閱困難，也不利于共享使用。而且對設計人員工作經驗和技能水平依賴性很強，一旦發生崗位變動，新任職的人員需要大量時間來學習相關知識和方法。而且在現場繁忙的生產過程中，操作人員并沒有時間來逐件核對產品屬性是否符合標準，只能是生產后的質量檢驗階段才能進行檢查；實施后，相關標準、方法儲存在數據庫中，既可以隨時查閱、導出，對于設計人員的工作經驗和技能水平依賴程度很小。也可以在系統中很容易地實現產品規格、性能等數據的超標報警，使操作人員在生產過程中能夠實時發現并處理不合規的產品。

訂單管理。包括銷售訂單展開、生產訂單生成及跟蹤、生產排程等。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，而且訂單的執行情況主要以操作人員填寫報表——調度人員匯總——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系統自動完成，節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中實時查詢計劃執行情況，銷售人員也可以實時向客戶通報訂單執行情況，大大提升了客戶滿意度。

生產過程管理和數據采集。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，各個機組均以EXCEL電子表格和手工報表為主來記錄本機組的生產情況，操作人員費時費力，且各機組各自為戰，沒有數據共享機制，互相之間的溝通協調主要通過電話進行，生產的時間銜接全靠操作人員和調度人員憑經驗估算；實施后，大部分機組實現了生產數據自動采集，建立了一個統一的數據管理，所有操作、調度、計劃、管理人員都可以在角色權限允許的范圍內查詢當前每一件物料的實際狀態，各機組操作人員也可以隨時掌握其他機組當前生產情況，相應調整本機組生產節奏。

質量控制。包括質量標準發布、產品性能收集與偏差管理、質量文檔發布等。實施前，產品化學成分均從化驗室的信息管理系統得到，除了對數據及時性要求極高的煉鋼轉爐可以以遠程屏幕共享的方式實時查詢中間品化學成分之外，其他機組僅能獲得本機組產品的最終成分數據，且滯后于實物生產。產品物理性能以紙質票據跟隨樣品發往檢驗站，待檢驗完成后仍以紙質票據形式返回，耗費人力且數據滯后；實施后，通過與化驗室信息管理系統的接口，可以在MES系統中顯示各個機組所有步驟的中間品成分信息，有助于各機組人員隨時調整控制成分。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，生產人員即可實時查詢，節約了人力和時間。

庫區管理。包括各中間庫、成品庫的實時跟蹤與統計等。實施前，僅對工序成品（板坯、成品鋼卷）的成品庫有紙質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，經常出現賬物不符的問題。且各工序中間庫全靠人工管理，沒有臺賬，達不到精細化管理的要求；實施后，所有中間庫和成品庫在MES系統中統一編碼，移庫操作簡單便捷，能夠實現賬物相符，在提高了管理精細化程度的同時，也為以后的智能庫房、無人化工廠等信息系統提供了實施基礎。

三、結果

酒鋼不銹鋼MES系統于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系統能夠很好地適應實際生產的情況，如工藝變化情況可以由技術質量人員動態配置到質量設計模塊中，指導相應工序生產。現在MES系統還可以跟蹤生產中鋼卷所有正常和異常的處理情況，規范了業務操作流程，使生產管理人員可以清楚地掌控生產情況，改變了沒有MES系統之前無法及時掌握現場生產情況的狀況。此外每個分廠系統上線后，經過與原有人工統計報表2-4個月的數據核對以及系統和流程兩方面相應的調整，目前MES系統中生產數據符合實際情況，運行穩定，已經為企業帶來現實的、潛在的經濟效益，主要包括：

優化了計劃和訂單管理，實現按訂單組織生產，冷軋產品訂單兌現率由2013年的92%提高到2017年的98%，平均全年減少非計劃兌現量3萬噸。

通過全面質量管理，提高產品成材率和合格率；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。

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

自2013年第一條冷軋產線上線運行至今，已經積累了近5年的所有不銹鋼產品數據，隨著數據規模的增長，今后可以以本系統為基礎，持續建設數據分析、關鍵指標統計分析、輔助決策等功能，達到降低成本，提高生產效率、提升產品質量等目的。

同時，因個別機組存在沒有二級過程控制系統或沒有一級自動化系統的接口等情況，自動化系統不完善，生產和工藝數據由操作人員手工錄入MES系統，未能有效減輕這些機組人員的工作量，由此可見，MES系統作為信息化體系中承上啟下的關鍵環節，在生產數據采集方面，對于底層自動化的依賴性較強，對于一些投產較早的、信息化程度不高的產線來說，數據采集環節是一個瓶頸，在建設相關信息化系統時所需投入占比也比較大。

四、結論

從國內總體上的MES系統的發展看，中國工業企業對MES層的認識相對落后，信息孤島和缺損環鏈現象比國外突出，但也有一些公司在認識觀念上由關注ERP系統到關注MES系統的轉變也已開始。從技術研究上看，MES系統的應用正在向控制層和計劃層滲透。MES系統的功能的核心——計劃排產與執行調度模塊正在普及，信息技術領域的標準化是MES系統發展和集成的基礎，MES系統正逐步得到發展和推廣。

MES系統的發展趨勢必然是實現生產管理的智能化和自適應化，能夠根據制造環境的變化進行智能設計、智能預測、智能調度、智能診斷和智能決策。而且系統對車間生產管理將在一個更加精確的管控指標-實時信息閉環中，進行更加精細化的管理與控制。

由此可見，隨著制造業智能化、自動化的全面推廣應用，MES逐漸成為企業生產經營活動中不可缺少的一環，作為連通生產過程自動化與企業及ERP系統的橋梁，將會發揮越來越大的作用。

從酒鋼不銹鋼MES管理信息化系統的運行情況來看，借助MES系統，可以實現從銷售、計劃、執行、產出及發貨全流程管理，兼顧原材料、輔材、設備、能源等管理業務的建設需求。符合不銹鋼產品按訂單生產、差異化生產的組織模式，同時對于各產線信息流貫通具有極為顯著的提高。

從企業實際生產管理情況來看，通過實施MES項目可以使生產集控系統與SAP系統進行很好的銜接，實現企業的生產模式、機構設置、業務流程規范化，標準化，從而全方位提高企業的生產經營和信息化管理水平。對企業內部成本實施精確控制，極大地提升生產效率、產品質量和服務水平。