精益生產管理模式在大型鋼鐵聯合企業的創建和實踐

李末卓　田偉　李長海　馬新光　閆若璞

摘要：制造業面臨著產業結構變化帶來的管理革新的嚴峻挑戰，市場已經從批量生產向小批量、多品種定制的需求轉變，變革的核心就是要形成小批量、多品種的快速反應能力，實現交期短、低成本、高質量的生產組織保障體系。在嚴峻的外部市場環境下，在精益生產思想指導下，構建智能生產計劃管理系統解決鋼鐵行業長期、中期及短期計劃產能規劃問題，通過實施售價梯次加價重點品種生產組織交付保障能力提升攻關，優化備料系數、實施物料周期性管理等措施，降低中間品等待時間和數量，最大限度的提升高附加值產品交付能力，消化庫存，提高訂單響應速度，強化成本控制，科學應對更加嚴酷的考驗。

關鍵詞：交付能力；計劃優化；精益生產

1 精益生產管理模式總體目標

鋼鐵行業是國民經濟基礎的基礎產業，隨著行業發展的逐步飽和，供需結構面臨著市場競爭環境帶來的巨大壓力，建立數字化、智能化、精益化的現代工廠勢在必行，其核心戰略是建立現代化智慧工廠，推行精益生產，提高精益管理能力，進而提高生產效率和產品質量、降低生產成本。在供給側結構改革的推動下，圍繞“滿足客戶需求”和“增加有效供給”等問題，通過對客戶進行分級管理，不斷優化產品結構和客戶結構，培育一批具有穩定供貨關系的戰略用戶群，通過客戶的優化推動產品升級和質量提升，最終實現企業效益提升。建立高端用戶銷售平臺需要高端的產品交付能力和質量穩定性作為支撐，因此建立基于精益生產模式下的梯次加價重點品種交付保障能力和精細化物料管理勢在必行。通過利用信息化數字技術實現最優化備料模型和低庫存運行模式，實現生產組織模式由“批量化生產”向“差異化制造”轉變，最終實現基于數字化轉型的精益生產管理變革。

2 市場環境的快速變化助推精益生產管理實施

當前，制造業面臨著產業結構變化帶來的管理革新的嚴峻挑戰，市場已經從批量生產向小批量、多品種定制的需求轉變，變革的核心就是要形成小批量、多品種的快速反應能力，實現交期短、低成本、高質量的生產組織保障體系。為了滿足日益增長、要求更高且差異性更大的客戶需求，成為世界級的鋼鐵企業，鋼鐵企業目前正面臨著巨大的挑戰，為實現精益生產管理目標，需要大幅提升產能利用率、產品質量、交貨能力，從而保證并鞏固其競爭地位，在日益激烈的競爭環境中擴大市場份額。

在有限產能的條件下，在訂單交付方面注重“公開、公平、公正”，強調所有客戶一律平等、不分主次都享有同樣的服務。但是，客戶有大小，貢獻有差異，“讓所有客戶滿意”的策略是以增加服務成本、犧牲企業利潤為代價的，不具備可持續性。因此在產品交付中必須提升梯次加價重點品種交付保障能力，并且在生產管理過程中控制半成品和在庫非計劃品的數量，降低庫存資金占用，實現管理過程精益運行。

3 利用智能化技術構建精益制造管理平臺

利用智能化技術以實現用戶端及時交付和質量穩定為目標，構建基于信息化技術的梯次加價重點品種交付能力和低庫存運行模式信息化技術支撐平臺。在生產制造系統堅持以用戶為中心，全力落地基于一貫制質量管理信息化保證體系。大力提升公司產品質量穩性和用戶滿意度，持續降低典型汽車板用戶使用不良率，深度挖掘利用智能化技術構建精益制造管理平臺模式，實現與用戶端的真正對接，提升用戶端和制造端的穩定性。在生產制造系統深化以合同和成本為中心的生產一貫管理，優化鐵鋼生產組織和成本改善，提升瓶頸工序能力，降低現貨發生量，提升合同交付能力；深化以客戶為中心的質量一貫管理，提升質量一貫管理體系能力，提升產品制造能力，建設最高效率制造能力體系，探索最低成本協同制造管理平臺。鑄軋一體化件次計劃排產功能［1-2］，如圖1所示。

3.1 依全局生產計劃管控平臺提升梯次加價重點品種交付能力

為提高生產效率、產品交付能力和經濟效益，增強企業綜合競爭力，在精益生產思想的指導下建立以客戶為中心、數據為基礎、信息化系統為支撐的精益生產管控系統，形成以SAP（企業資源管理系統）、APS（高級自動排程系統）、MES（企業生產管理系統）相互支撐的先進信息化平臺。

以精益生產為中心，按照用戶交期生產要求，通過合理規劃全局產能計劃，建立整個生產鏈交貨訂單表可靠的預計生產日期，以及預計的交貨日期 （準備發運/裝車日期）和預期庫存量和計劃生產量，根據各個工序周轉時間計算交期兌現率并且識別可能的交期延誤。對可能產生延期交付的風險進行預警，報警提示問題。根據產能資源匹配情況計算產線生產日期，精確規劃裝車日期并傳送給客戶訂單跟蹤流程，實現全流程訂單的一貫制生產。APS全局系統中進行基于有限產能優化的自動銷產轉換，將戰略客戶在普通用戶及其他用戶的訂單中篩選出來進行優先處理，同時滿足熱軋的組爐組澆、冷軋的連續生產工藝規則，對于生產資源的調配情況，生產制造部的生產組織人員也可以在系統中進行相應的資源調整，保證各訂單的均衡生產與發貨。

為保證對合同執行過程進行全面管控，保證合同跟蹤對每一個合同的各工序在庫量、封鎖量、計劃量、通過量、充當量、轉入量、轉出量進行實時跟蹤，并對投料量、產出量、合格量及合同工序欠量進行實時計算。根據合同工序欠量，確定合同狀態，掌握合同進程，預測合同交貨期和進行合同超期報警。

在建立生產計劃的過程中綜合考慮系統中的真實訂單，預測訂單，試制訂單，并將限制生產的機組產能、能源供應、物流運力、分品種的產品生產時間各種生產約束進行統籌規劃，通過優化算法，能夠計算出每個機組，每周、日生產訂單、品種以及生產數量。定義工序作業標準時間，自動識別各種作業活動標識時間通過能力，自動優化分品種分規格機時產量，并生產甘特圖指導產能計算，排產中根據各種限制條件規劃最優工藝路線，平衡所有生產單元可用產能，保證交貨能力，提高客戶服務水平；通過平衡產能，避免瓶頸，對可能出現的瓶頸工序給出報警，縮短等待時間。通過推式排程、拉式排程、推拉排程三種訂單排程策論保證生產運行高效，采用熱裝策略優化鑄機排程與軋機排程。

為保證梯次加價重點品種交付，在APS系統中客戶分級管理，在APS全局系統計劃平臺中設計關鍵技術目標，圍繞目標在件次系統、鋼軋MES系統、冷軋MES系統中分別做顯示，用于指導產能優化和各工序機組的排產優先，尤其在自動計劃中按照客戶優先等級進行排產。在系統中最優先考慮銷售訂單交期，在同一交期下優先考慮客戶等級高的客戶，固定銷售訂單等級，隨市場運營進行不斷優化和調整。將訂單賦予不同權重指標，在全局系統的基于有限產能的自動排產優化中將戰略客戶充分進行權限管理，優先排產［3-4］。建立客戶分級管理信息管控管理圖，如圖2。

3.2 依托智能化計劃管理平臺建立準時化生產模式

生產計劃是生產過程的組織與協調的根本，圍繞低成本運行主線，強調計劃執行嚴肅性，狠抓計劃剛性落實。在APS系統中通過建立重點品種優先生產策略，在生產過程中以客戶分級訂單和計劃需求為基礎，從資源配置、工藝路線優化、生產過程控制、質量控制，直到產品發貨，實施全工序、全流程的監控管理，以高質量的生產過程組織，剛性落實生產計劃［5-6］。

生產計劃的準確性對庫存變化有加大影響，為解決排產與庫存的變化邏輯關系，在全局計劃系統中通過先進的計劃規則算法及把握市場準確需求信息，提升計劃制定的準確性，在此基礎上采用計劃執行力度率進行監控，監控指標趨于，降低異常因素對計劃執行的影響。設定生產凍結期，凍結期內計劃不允許變動，并監控計劃的執行情況，及時調整后續計劃，保證物料資源及時補充進入后續計劃循環。優化生產管理水平，在APS全局系統中實行“生產時刻表”運行模式，提高工序運行及時性。在此基礎上結合不同鋼種對每個環節所需時間的差異，逐爐倒推計算各工序點起止時間，制定出不同鋼種標準工序作業周期和工序間標準運輸時間，同時固化到自動排程系統，實現準時化生產。實踐表明，煉鋼區的生產周期大幅縮短，從高爐出鐵到鑄坯產出整個生產過程由原來3個多小時，縮短為兩個多小時，生產周期壓縮近1個小時；LF爐精煉延長時間（即超出標準作業時間以外的時間）已由14分鐘以上，縮短到5分鐘以內。在改善鋼水質量的同時，精煉電耗和電極消耗顯著降低。

3.3 依托智能化計劃管理平臺優化產能資源分配

為了保證全局產能平衡，在APS 全局系統中建立產能計劃模型，協助生產管理人員完善產能規劃及時、準確完成生產任務，為實現經營目標、獲取利潤奠定基礎。APS全局產能計劃能支撐以客戶需求為導向的多變的市場環境的需要，并成本分析納入生產作業計劃決策過程中，推動了以成本為核心的生產經營思想。根據月生產計劃，APS資源計劃系統客戶分級、成本最低結構提出當月大宗物料需求，物料采購部門結合庫存和市場組織采購，在生產過程中，由生產管理部門根據生產計劃進行資源配置。通過資源采購、庫存結構、資源配置的統籌計劃與管理，保障各類資源物流暢通，提高物料周轉速度，優化庫存結構和數量，避免庫存積壓［7-8］。

3.4 依托智能化計劃管理平臺建立動態平衡生產組織模式

從公司全局出發，以效益最大化為目標，在APS系統的全局管理和訂單管理模塊根據客戶分級、產線收益或貢獻情況、設備狀況進行資源平衡和動態調整，實行高保低控的綜合資源平衡模式，提高整體效益。利用APS系統工序資源平衡模型對月度資源進行平衡與分配，實現有效資源的效益最大化，通過模式實現月計劃結構優化，根據產線的貢獻情況，模型利用算法將產能資源投向貢獻大的產線。根據市場各品種的效益，不斷優化月度計劃的品種結構，合理安排結構品種，確保經營績效目標實現。

在生產計劃實際執行過程中，加強計劃執行過程中的訂單效益動態監控，按照效益排序對資源進行過程再配置。在生產組織過程中，利用APS產能分析模塊，將產能在不同產線訂單間進行資源動態配置，優先安排訂單量多且貢獻大的資源匹配產線。在生產計劃執行過程中，不斷收集信息，加強訂單貢獻過程監控，動態調整產線計劃，建立和完善計劃結構過程監控體系。加強生產過程中的結構監控，確保各產線品種結構比例。密切關注鋼鐵市場形勢變化，保證計劃結構與品種的兌現時效性，根據品種盈利情況動態調整計劃結構。按照效益優先的原則，將型材產線、熱板產線、退火產線、鍍鋅產線按階段性的收益排序，確定鐵水、坯料資源的優先保證順序，保證總體效益最佳；根據市場動態效益分析，階段性調整型材產線、熱板產線、退火產線、鍍鋅產線的生產負荷，生產組織過程中形成高保低控的資源控制新模式［9-10］。

3.5 依托智能化計劃管理平臺提高物料倒運效率

鋼鐵長流程管理的物料平衡非常復雜，各生產單元由于所處位置不同，生產過程中，工藝方面連續與離散流程混雜交替、產線間交叉委托生產、資源能源的平衡沖突等等，都需要大量的物料倒運來實現整個系統的協調運行。冷軋與熱軋區間物料倒運不僅需要考慮環保限行、天氣等因素，還需要考慮生產、資源、交貨期等平衡問題。在APS件次計劃排產系統中，通過實施預排產模式，迅速生成未來生成計劃序列，通過系統反推要料計劃，將要料計劃發送至物流的庫區管理系統，庫區管理模塊接收生產排產系統下發的生產作業計劃及上游工序下發的倒運作業計劃，庫存區按照要料計劃向下游工序倒運物流，并設置運量目標進行目標值管理。物料倒運的綜合管理是加強對物料倒運過程控制管理，規范倒運流程，提高物料倒運效率，實現精益物流。

4 結語

隨著供給側結構性改革的逐步深化，產品競爭已經從單純的價格競爭轉變成全方位的競爭，迫切需要企業不斷提升產品質量和交付能力，同時降低企業的經營成本，進而實現精益管理模式。通過實施構建以精益生產模式為基礎的梯次加價重點品種交付保障能力建設，培育一批與與企業戰略相對應的高端客戶群，推動了生產組織模式由“批量化生產”向“差異化制造”轉變，。通過規范管理運行模式，強化過程管控，完善管理流程，建立了科學完整的管理模式，形成了持續長效的運行機制，使產品結構調整和企業效率、效益得到快速提升，梯次加價重點品種交付率長期維持在99.5%以上，實現生產系統對客戶的精準響應，庫存平均水平較項目實施前平均降低15%以上，客戶滿意度和公司精益壓力得到進一步改善，為精益生產管理模式的落地打下來堅實的基礎，助推了智能工廠的早日實現。

參考文獻

［1］ 路世昌，姚德利 現代企業戰略管理［J］.現代經濟信息，2020（10）：117.

［2］ 彭啟.制造執行系統MES企業實施與應用淺析［J］.計算機產品與流通，2020（06）：138.

［3］ 盧光明.當前我國制造執行系統（MES）存在的問題及發展趨勢分析［J］.電子世界，2018（04）：112-120.

［4］ 葉楠，奚立峰.制造執行系統（MES）實時性的改進和系統整合［J］.工業工程與管理，2005（06）：46-51.

［5］ 陳偉，秦忠，何雨潔.MES系統在鋼結構公司的應用研究與實現［J］.科技與創新，2021（16）：78-81.

［6］ 邵海軍，羅濤.基于多智能體自組織生產系統的智能制造車間［J］.科學技術創新，2021（32）：22-30.

［7］ 康靜，喻大華.MES系統在鋼鐵企業的應用與研究［J］.數字技術與應用，2016（11）：75.

［8］ 梁永宏，張昊，黃康培，謝霞.制藥行業MES產品的設計與實現［J］.機電工程技術，2020，49（07）：120-122.

［9］ 劉振宇，劉瑾，厲娜.智能車間MES產業技術［J］.中國科技信息，2020（11）：15-19.

［10］ 劉宮昊，叢森，應小昆，金陽，張曉華，劉燕，劉芳.智能制造執行系統在特種工業生產中的應用［J］.新技術新工藝，2021（10）：18-23.