MES雙通道數據鏈整合優化分析
——熱軋客制化鋼種的數據鏈集成

游加偉，盛凱英，徐正彪，徐 劍，馬錦峰，秦 哲，鮑振振

熱軋帶鋼產品在市場使用中，同類產品用途豐富，存在客戶需求多樣性的問題，因此需要對同質產品進行客制化生產。開發產品的同質多元化便成為提升產品競爭力的有效途徑之一。

常規熱軋帶鋼產線中生產一卷合格的鋼卷，需要經過接收訂單～MES訂單軋制計劃組合～軋制需求信息接收～工藝條件下生產帶鋼～產品下線檢驗～抽檢復核～標簽打印～發運等主要環節。其中MES訂單軋制計劃組合是將客戶對產品的需求轉化成產品工藝技術控制的關鍵轉換環節。由此可見，一個完整的訂單需要多個環節進行一貫制協同作業，為客戶提供更加卓越有效的產品服務。減少錯誤的出現，辦法之一就是有效規避降低不可控錯誤因素的發生，利用信息化平臺將多種生產系統的優化集成，產品智能化生產，高產高效生產滿足客戶需求的產品。

以日照某鋼廠2150mm熱軋產線為例，產線硬件80%實現國產化，應用系統采用國外SIMENS控制組態，工藝設備先進，經過多年的使用，原有產線產品設計結構隨著市場發展發生變化，當前新行業新型材料需求不斷出現，材料需求日益高端化、精細化，根據市場需求對熱軋產線進行升級改造，可打造成新的精品鋼基地。當前高強結構鋼市場需求逐漸增多的情況下，結合精品鋼基地策略，提高高強結構鋼產出比例是滿足市場需求的重要舉措。為了降低生產成本，在材料成分不變的條件下，提高鋼的強度級別，面向提升產品結構突出的層流冷卻進行優化，準備將軋后冷卻改造為超快冷裝備。該項目中著力開發同質多元化產品，以Q355B為例，采用Q355B-1、Q355B-2的形式分支，通過調整成分、改變軋制工藝等方式細化產品特點。現有MES鋼種軋制工藝數據鏈以讀取Q355B牌號為信息關鍵點。同質多元化產品開發模式下，現有MES數據鏈不能有效進行Q355B、Q355B-1的識別，需建立新的MES數據鏈。

1 MES雙數據鏈整合設計方案

1.1 MES雙數據鏈現狀介紹

同質多元化產品又稱同質客制化訂單或個性化小批量訂單，常用于在產品標準范圍內或者產品標準控制臨界的特殊產品開發。在市場端收到客戶個性化產品使用需求時，通過技術先行進行客戶個性化產品使用需求可行性可發識別，通常此類產品存在需求量小，交期短的特點，技術識別通過后，業務開始收單提呈信息化系統，將個性化需求錄入訂單管理系統，生產準備及排產應用的三級生產管理系統MES將產品生產計劃按照接單順序、交期時間等關鍵影響因子進行排產優化，生產計劃下達MES現場生產管理系統，由MES現場管理按照設備周期、現場工況等因素安排當日生產計劃，計劃下達到過程管理控制端二級。生產計劃完成情況，以信息逆回路反饋生產實績。

單一系統（只有一個數據通道）下，完成一個客戶訂單需求，由6個單位部門進行協同。

市場營銷部門收到客戶訂單需求后，將技術、生產、質量檢測需求的產品信息錄入ERP系統中，在信息錄入完成后，對客戶數據封鎖（接單信息確認后非特別申請不能再做修改）轉入生產計劃部門MES系統。

生產計劃工程師按照MES系統中訂單需求，對產品交貨實際要求進行分類，如交貨狀態為熱軋品，板材產品類中，熱軋產品為初級制成品，直接訂單排產分配至熱軋結束；如交貨狀態為鍍鋅品，訂單需首先安排到鍍鋅產品類，然后對前置工序進行逆向排產，鍍鋅→酸洗→熱軋，遵循成品→半成品→出極品反向排產原則，交期按照合同要求執行（產品交期主要受訂單產品的類型影響，生產流程長的產品，產品附加值增加，交期也相對應增加），工序完成確認后數據封鎖，技術、生產、質量檢測等物態信息一并轉到下游工序。

產品排產信息完成后，技術對產品物性狀態等性能指標進行審核，成熟常規產品按照產品執行標準執行，審核的主要對象是客制化產品。對客制化產品需求進行技術評價及對應工藝調整，對優化的技術參數寫進信息化數據通道，完成確認后轉入生產、質量檢驗工序。

進入生產及產后質量判定工序，目前該產線有兩套系統同時在線運行，現場工藝工程師對承接信息進行再匹配，常規產品采用順序排隊，按照工藝標準作業流程進行直接下發。如訂單需求為客制化產品，產線工藝工程師需要對產品技術信息進行分析和承接，結合生產線的工況制定相應的生產窗口期，SIEMNS和RAL系統進行適應性評估，指定該訂單有哪個系統執行生產任務。

計劃生產量完成后，生產的產品質量決定產品能否達到客戶質量要求。常規質量檢測遵循執行產品的檢化驗標準，檢測內容包含產品物性指標、表征、重量、包裝等，產品檢驗執行抽檢方式。對客制化訂單進行檢測時，產品質量指標發生變化，可能是物性指標，也可能是表征，或者其他等，產品檢驗執行逐檢方式，對客制化訂單要求的指標進行重點檢測，符合標準予以放行。如初檢不合格，進行復檢，同時對檢測信息進行上報，及早通知關聯單位進行時間追蹤。

合格產品出廠前，需要對產品進行標簽分辨，對系統數據信息進行紙質打印標識粘貼。標簽信息僅對發運和交貨對接進行支撐，一般將系統數據關鍵詞‘keyword’中的鋼種STEEL GRADE、重量WEIGHT、鋼卷號NO.進行輸出打印。

由此看出，對個性化產品進行識別的過程是在三級MES管理控制系統。下述是不進行個性化訂單生產前的數據鏈信息流轉模型。

現有MES數據鏈信息整合客戶客制化訂單需求時，MES邏輯結構中以Q355B為‘keyword’進行讀取，容易將Q355B的軋制工藝控制參數插入到Q355B-1牌號中，客制化訂單Q355B-1工藝與常規Q355B生產工藝存在差異性，小牌號生產正常下發后，現場需要對接收的軋制工藝信息再進行確認，在快節奏的生產中，如查看不及時，不可避免的出現錯誤，嚴重影響產品生產工藝命中率，甚至出現批量的生產質量事故問題。

1.2 MES數據鏈優化方案設計

現有的MES數據鏈不能對同一材質牌號的產品需要進行計劃分類，系統中關鍵詞‘keyword’是牌號，也是掛單牌號，小牌號的識別無法識別，嘗試進行牌號字符的讀取進行識別，由于牌號字符長度不固定，字符讀取不可行。由此，將掛單牌號保持不變，優化關鍵詞‘keyword’，設立‘GE/GK’替代‘鋼種STEEL GRADE’。

‘GE/GK’不單單是一個獨立的關鍵詞‘keyword’區分小牌號，建立掛單牌號與‘GE/GK’匹配關系，同時將訂單客戶需求信息及訂單產品標準等工藝要求一同鎖定，在上下游都可以查詢所有牌號的生產計劃與生產實績。在完成生產后，建立轉換接口，進行反向匹配，通過標簽打印，實現掛單牌號的正常交付。

整合優化方案中，將單一系統（只有一個數據通道）進行改善，增加MES的數據自動判斷邏輯，在MES系統中建立雙通道數據鏈，完成一個客戶訂單需求，由7個單位部門進行協同，數據鏈信息智能化提升，訂單信息流轉效率提升。

市場營銷部門收到客戶訂單需求后，將技術、生產、質量檢測需求的產品信息錄入ERP系統中，在信息錄入完成后，對客戶數據封鎖進行工序流轉。

生產計劃工程師按照MES系統中訂單需求，對產品交貨實際要求進行分類，如交貨狀態為熱軋品，板材產品類中，熱軋產品為初級制成品，直接訂單排產分配至熱軋結束；如交貨狀態為鍍鋅品，訂單需首先安排到鍍鋅產品類，然后對前置工序進行逆向排產，鍍鋅→酸洗→熱軋，遵循成品→半成品→出極品反向排產原則，交期按照合同要求執行（產品交期主要受訂單產品的類型影響，生產流程長的產品，產品附加值增加，交期也相對應增加），工序完成確認后數據封鎖，技術、生產、質量檢測等物態信息一并轉到下游工序。

流轉信息發出后，在技術、生產、質量檢驗MES系統端口前進行數據識別，增加自動判斷GE模塊，對客制化產品與常規產品進行數據邏輯判斷，常規產品鋼種STEEL GRADE直接進行下游工序的生產計劃安排，判斷為客制化產品的進行系統NEW STEEL GRADE標識。

產品排產信息完成后，技術對產品物性狀態等性能指標進行審核，成熟常規產品不再顯示，審核的對象只有客制化產品。對客制化產品需求進行技術評價及對應工藝調整，對優化的技術參數寫進信息化數據通道，完成確認后轉入生產、質量檢驗工序。GE模塊中將原有的鋼種定義為大鋼種GE，常規產品中，GE與STEEL GRADE一致，有客制化產品的鋼種，GE模塊定義為常規產品STEEL GRADE和新增NEW STEEL GRADE，待生產、質量判定完成后，關鍵詞‘keyword’提取STEEL GRADE與GE進行鋼種轉化。

進入生產及產后質量判定工序，現場工藝工程師不再對承接信息進行再匹配，常規產品STEEL GRADE采用順序排隊，按照工藝標準作業流程進行直接下發。客制化產品中根據GE模塊的數據邏輯判斷，可以直接將NEW STEEL GRADE產品進行指定，產線工藝工程師不再對產品技術信息進行分析和承接，SIEMNS和RAL系統進行自適應性轉換，執行生產任務。

計劃生產量完成后，成產的產品質量決定產品能否達到客戶質量要求。常規質量檢測遵循執行產品的檢化驗標準，檢測內容包含產品物性指標、表征、重量、包裝等，產品檢驗執行抽檢方式。對客制化訂單進行檢測時，產品質量指標發生變化，可能是物性指標，也可能是表征，或者其他等，產品檢驗執行逐檢方式，對客制化訂單要求的指標進行重點檢測，符合標準予以放行。如初檢不合格，進行復檢，同時對檢測信息進行上報，及早通知關聯單位進行時間追蹤。該過程為檢驗人員例行工作，無優化條件。

合格產品出廠前，標簽分辨，GE模塊關鍵詞‘keyword’提取STEEL GRADE與GE進行鋼種轉化。在客戶可見標簽上顯示與訂單鋼種一致。標簽數據將系統數據關鍵詞‘keyword’中的鋼種STEEL GRADE、重量WEIGHT、鋼卷號NO.進行輸出打印。

通過對生產過程控制的數據梳理，將MES雙數據鏈整合成可以自我識別的單數據鏈，由工藝工程師一次下發，后續不需進行單獨核對，提升生產工藝命中率，同時降低人工量，杜絕數據下發錯誤的發生。

MES作為企業三級系統在支撐生產數據的信息化，在ESP企業管理級（四級）和現場生產控制級（二級）中起到承上啟下的作用，產線進行精品鋼制造升級，信息化自動化核心區域的生產控制級（二級）新增RAL系統，優化方案中對MES前置增加功能模塊，可以將SIMENS與RAL兩個系統實現柔性連接，實現高效軋制生產的提質增效。

2 過程優化

2.1 后臺程序優化

熱軋產線生產節奏快，采用24h不間斷連續作業的方式進行生產，多方多人參與的復雜流程人工量高，效率低，周期長，已經不適用于當前高效自動化生產的節奏。按照完成的優化方案，設計流程，對現有程序進行拷貝，粘貼到編輯器中，不影響生產的條件下，做離線程序改善提升，按照優化設計方案的流程圖編寫邏輯語句流程，建立GE識別功能，大牌號掛單，GE作為轉化媒介，客戶訂單顯示大牌號，在接單生產中，采用GE識別轉化的方式將客制化信息與常規產品信息精細化分別，常規鋼種與小牌號并行，利用將各鋼種之間不同的化學成分、工藝目標控制等關鍵點用對應GE碼識別，形成掛單牌號中包含1個或者多個GE碼，后續生產中，生產過程控制系統（二級）對工藝信息數據精準識別，產品工藝關鍵指標得到有效控制，精準反饋工藝數據的執行情況。在GE識別后通過邏輯判斷與產后鋼種轉換整合優化MES數據鏈。

例如：以Q355B為例進行說明。Q335B產品市場應用行業廣，廣泛應用與基建、運輸設備、承壓容器、制管等多用途行業，在客制化訂單需求出現時，掛單牌號統一使用Q355B，新增GE碼，定義G13，GE碼序列號與生產牌號Q355B一一對應，產品，包含有產品生產需求的PDI數據，實現GE=STEEL GRADE+PDI數據，常規產品定義為G1301，新增的小牌號產品定義從G1302開始順延，指代客制化產品。

GE碼在未有客制化需求下，GE01與原牌號對等。

生產數據接收GE消息，GE數據包含生產過程控制及質量檢驗條件等關鍵信息。產品開發工程師、質量工程師、生產工藝工程師對產品形態與物性指標進行客制化需求的產品工藝優化和調整，達到客戶訂單實際需求。

2.2 邏輯編寫

GE模塊的開發由信息系統工程師根據優化方案負責對應的邏輯編寫，其條件為MES中tpshr30.SG_SIGN與生產過程二級系統tpshr21.SG_SIGN一致，tpshr30.SG_SIGN=tpshr21.SG_SIGN，且定義GE為tpshr21.ST_NO。表1中pdi.STEELGRADE數據指針定義在GE中s_hsm_pdi.STEELGRADE=tpshr21.SG_SIGN中，設置由生產工藝工程師錄入新的鋼種端口tpshr30.STEEL_GRADE.Trim（）!=″″，便于后續客制化新鋼種的增補。

s_hsm_pdi.STEELGRADE（鋼種輸入確認端口）=tpshr30.STEEL_GRADE.（正常二級對應鋼種）；和s_hsm_pdi.STEELGRADE=s_hsm_pdi.STEELGRADE.ToUpper（）；作為邏輯判斷結構，s_hsm_pdi.STEELGRADE=tpshr30.STEEL_GRADE；作為輸出對象內容。

編譯完成，進行試運行調試。調試采用離線測試，“GE”作為新的關鍵詞，對存在設計問題進行修改完善，對關聯的關鍵信息進行梳理，確保流程邏輯簡約高效。

在完成編譯離線運行的情況下，對新增端口做界面設計，在有客制化新產品需求訂單時，由工藝工程師負責新鋼種的增補，對序列代碼按照產品遞延的規則進行設定，對新增的鋼種牌號反饋到技術與生產部門，進行公示。

2.3 操作界面

操作界面是對后臺邏輯運行變量點的集合，通過界面的操作實現底層設計邏輯的正常運行。MES界面是承接3級與2級的中間介質，增減功能鍵要謹慎，確保上下游數據的關聯順序正確無異常，且需要建立對應的操作手冊進行更替說明與修訂，便于使用者的正常運用。

后臺運行程序優化完成，實現新增功能的正常編譯運行，在實際應用的操作人機界面增加對應的功能鍵，集成有效數據，按照端口需求增補操作界面菜單，在【二級鋼種對應管理（QMHR）】新增“GK-NO”和煉軋MES系統（MMHR21B1）新增“小牌號”兩處功能鍵，便于實現鋼種信息數據增補與實際生產信息的確認和統計。

生產前與產出后都增加了對用的功能輔助。在【二級鋼種對應管理（QMHR）】新增“GK-NO”功能鍵，也進行新增小牌號操作，并自動傳導到生產計劃匹配，生產計劃下達后可以直觀的查看具體信息；生產結束后，對新產品的生產實績進行工藝回查及產品質量評估，在煉軋MES系統（MMHR21B1）新增“小牌號”的功能鍵，有效關聯軋制信息，通過新增的統計模塊，快速篩分，自動導出。

3 實例驗證效果

優化前，數據易錯，人工核對雖然降低了錯誤的發生，但未從根本上解決問題，主要體現在鋼種生產工藝命中率，以優化前后鋼種生產工藝命中率進行效果評估。

以Q355B為例，優化后的產品生產穩定運行，設計模塊未出現宕機等錯誤，生產量達到每天1200噸歷史新高，客制化產品需求占比逐漸提升，質量達標合格率穩步提升，統計優化前后三個月產品生產工藝命中率，通過對比分析：優化前不進行鋼種區分，產品生產工藝命中率為85.7%，在GE識別后通過邏輯判斷與產后鋼種轉換整合優化，常規產品生產工藝命中率為88.1%，小牌號產品生產工藝命中率為97.3%，整體工藝命中率雙雙提升，提升效果明顯，最大提升11.6%。市場應用效果反饋良好，改造后的精品鋼基地初步實現為市場供應更加精細化產品的目標。

4 結論

本研究基于日照某鋼廠2150mm產線的實際生產情況，針對性地提出了將MES雙數據鏈優化整合單數據鏈的方案。通過剖析各個鋼種對應獨立的GE的規律，通過GE識別各鋼種成分、軋制工藝參數等建立新的傳導數據鏈。通過單支小鋼種下發軋制和多牌號小鋼種混合軋制的實例進行驗證。結果表明，優化建立后的新MES數據鏈降低人工校對操作量，系統‘keyword’讀取無誤，系統軋制數據閉環自動轉化，優化完成后小鋼種產品可以100%應用。