钢铁企业信息化

六、钢铁企业信息化

制造业主要分为流程型制造业和离散型制造业，钢铁企业属流程型制造业，机械制造业属离散型制造业，两各行业的信息化特点有不同点，也有共同点。它们的共同点是都需要对物流进行高效化管理，流程型制造业在把初级产品变为高级产品的物流过程中，产品的物理与化学性质不断变化，而离散型制造主要是物理形态的变化。例如钢铁产品从矿石到铁、钢、材，汽车产品由大量的零配件组成，这就决定了信息化所关注的要点截然不同。

众所周知的ERP来源于MRPII，MRPII是机械行业的信息化解决方案，它解决的问题是“物料分解”，即生产一定量的产品需要多少各式各样的零配件，由此为基点解决财务、计划、人力资源、生产管理等等的高效化问题，流程制造业特别是钢铁制造业的物流环节要复杂，尽管也有财务、生产、人力资源等等相同问题，但如果其基础的物流环节没有管好，成本管理、生产计划、生产岗位等等的管理就缺乏基础，这就是许多先进的ERP产品水土不服的原因。

钢铁企业的信息化由三个层次组成，即ERP、MES和PCS，其中MES是物流管制层，是ERP的基础，PCS是生产过程控制层，是按照生产工艺要求对设备进行有效控制的层次，它是MES的基础。MES系统处于管理和制造的接合部。这个接合部究竟大一点还是小一点，深入管理多一些还是深入制造多一些，都有一定的灵活性。各个企业的背景不同、基础不同、条件不同，结果会不同。

（一）MES产品及其在国内的应用

国际上著名的钢铁工业MES产品有英国的BronerPPS、德国的PSImetals和西门子、韩国的PosData、台湾的中钢。其中PSImetals在钢铁工业中获得广泛应用，在欧洲较有名气，它的功能覆盖了烧结、炼铁、炼钢、热轧、冷轧、热处理、精整、镀锌等重要的钢铁生产工序，包含了大量的钢铁工业技术和冶金模型，有连接生产控制系统和企业管理信息系统的接口。近几年来国内的宝信、视拓、红河谷等MES产品也逐渐成熟。

应用MES在提高产品质量、缩短制造时间、减低制造成本方面将取得明显效益。目前，宝钢股份、武钢等企业建成了重点产线的MES。根据它们的经验，实施了MES预期可达到以下指标：交货应答时间1天，客户的库存周转天数缩短5天，生产周期缩短1天，成品出厂周期缩短2天，销售货款回收提前2天，在制品、成品库存降低20%，交货周期缩短10天，财务的月结算可以在次月48小时内完成，交货期由季精确到月到周，降低能耗5%。

以宝钢为例，1996年与2003年比较，其国内异议处理时间由32天提前为6.4天，产品出厂周期由3.5天提前为1.5天，年度流动资金周转次数由1.39次增加为3.99次，综合成材率提高了一个百分点，资源利用率提高了6个百分点。新钢公司在实施MES系统以后，产品交货期缩短49%，合同兑现率达到100%，经济效益极为显著。

（二）MES在钢铁企业三级系统中的地位

在钢铁企业中，以PCS-MES-ERP构成了三级信息系统框架。MES是PCS的合理延伸，MES下面必有PCS。例如，2000年前，宝钢的2050热轧系统和2030冷轧系统还没有和订单挂钩，它上面没有ERP，但它是两个完整的厂级MES系统，已经发挥了重要的作用。MES与PCS的连接是管控衔接，要解决适合钢铁生产的实时数据在线接口，解决过程计算机和DCS、PLC、PCS等若干主流控制设备的通信接口。

MES是管控衔接的桥梁，也是产销一体的咽喉。MES与销售管理、质量设计、生产管理、质量控制和财务管理的集成，形成了钢铁企业的订单执行系统，即产销一体化系统。

在钢铁企业中，铁前生产比较独立，与用户的订单关系不大，它追求稳定和顺行。铁前生产管理，包括大宗原料燃料进场、堆放、发料、焦化、烧结、球团和高炉的配料、上料、生产和结算。它的MES需要独立设计。

从炼钢开始，连铸、热轧、冷轧、镀锌镀锡、涂层等生产工序都与用户订单有关，这也是MES的重点。一般地，炼钢连铸应该合并成一个MES。其他的工序则要根据企业实际按照生产线开发各工序联合的MES，也可以各个工序分别开发。

钢铁企业还要考虑MES与以下几个系统的关联：一是能源管理，包括能源需求预测、能源供应协调、能源实绩收集和能源控制；二是计量、检化验的网络化及信息采集处理系统。

（三）从管理向制造的延伸：钢铁企业产销一体化

钢铁企业信息系统的核心功能是钢铁企业产销一体化，它贯穿了ERP-MES-PCS三级。

钢铁企业产销一体化的任务是：销售部门利用系统从用户订货开始，按合同组织生产。首先对每个合同进行评审，从质量、生产、财务、运输四个方面评估，以及产品是否能按用户的要求按质、按量、按时交货，完成合同的接收过程。

然后，系统对确认接收的每份订货合同进行质量设计、材料计算。之后选择适当的加工路径，自动提供各种制造规格和生产参数。最后根据不同的合同交货期安排生产。

利用产销一体化系统，生产管理部门编制生产计划和作业计划。生产计划从最终产品出发，逆向回溯到最初的冶炼工序，对各工序的产能进行反复的平衡，从而编排出所有工序的生产计划。除了按量生产的计划外，还要编制出每一物料的按时序生产的顺序计划，这就是作业计划。作业计划包括每天每班的冶炼计划、浇铸计划、热轧轧制计划、热轧精整计划、冷轧各工序的顺序计划等。

作业计划需要随实际生产情况实时进行调整，由产销一体化系统将调整后的计划进行生产命令的编辑，形成包含各种控制参数的作业指令下达给各相应生产单元的过程控制计算机系统。各机组对物料进行加工后，由过程控制计算机系统收集来自基础自动化的生产实际数据，上传给产销一体化系统。

可以对生产结果进行在线或离线的质量判定。检化验室的计算机系统可以接收来自产销一体化系统的检验指令，由机组取样后对试样进行检验试验。结果返回产销一体化系统，产销一体化系统根据生产实绩及检化验的结果对物料进行综合的质量判定。

经质量综合判定合格的产品由生产管理部门及出厂管理部门组织出厂发货。产销一体化系统根据掌握的发货资源编制准发计划，经生产厂进行准发确认后，由运输部门联系车船，再根据车船情况编制出厂计划下发到仓库执行。仓库返回发货实绩，同时打印发货码单、产品质保书等，并与运单一起结齐后由销售和财务部门向用户进行销售结算。

产销一体化系统可以对合同、计划、物料进行全线跟踪和在线查询，对仓库及轧辊等进行全面的管理；同时实现实时抛账和进行成本核算。

产销一体化系统抓住关键业务，信息化与流程管理科学化有机结合，以市场为导向，贯彻以客户为中心的思想，打通销售、质量、生产、财务、存货和发运的关键管理流程，把客户订单自动转换为生产计划、作业指令、质量保证书、发运单、提高交货期和交货准时率，全面提高企业的市场响应速度和应变能力。

产销一体化系统跨过管理和控制的接合部，覆盖了企业资源理系统中的销售、质量、生产、财务、存货、发运和MES的主要功能，集中地反映了钢铁行业生产经营的特点，因而被公认为钢铁企业信息化效益的催生婆和钢铁企业信息化的核心任务。

（四）关键技术

钢铁工业生产的特点是实时动态调度，需要MES及相应的产销一体化系统承担起一体化的计划编制功能，包括炼钢连铸顺序排产计划、加热炉顺序排产计划、轧制程序排序计划、精整线顺序排产计划、热装热送的连铸热轧排产综合排序计划等以及生产计划的调整和变更。钢铁产线的排程和调度属于多目标多约束的优化问题。需要研究提供各种约束条件的定义和判定功能，提出多种排产和调度算法。

钢铁企业信息化的关键技术在于：销售、质量、计划、生产、财务成本、制在执行等重点业务管理之间的有机集成。以下是其中部分关键技术。

1、质量设计和质量跟踪自动化。它包括冶金规范数据库和用户需求与产品规范向冶金规范数据库的映射。采用数据库技术后，MES或者产销一体化系统中对于冶金规范的管理(包括产品标准管理、产品制造标准、产品检验标准的管理功能模块)简化为对于企业产品数据库、冶金工艺规范数据库、产品制造标准数据库、物料制造流程路线数据库的定义、操作和维护，无需另外设置专门的模块。

2、合同生命周期管理。包括合同分配及合同生产的排程优化、合同全程跟踪、用户变更的响应和紧急合同的处理等。

3、计划编制的全局优化和动态调整。包括全流程的计划编制和调整、冶炼连铸流程设计、连铸热轧流程设计和事件的时序管理。

钢铁生产的计划编制的重点和难点集中在两个阶段三个工序，即炼钢（必要的精练）到连铸和连铸到热轧。其要害是实现两个匹配：即浇注计划与轧制计划的匹配以及出钢计划与浇注计划的匹配。

生产计划的编制在数学上是一个多约束多目标的优化，作业计划的编制是一个大规模组和优化问题，计划的动态调整需要采用干扰识别技术。实际应用中往往结合人工智能技术并采用人机交互的方式。

4、材料（物料）的设计与跟踪。包括质量设计与材料设计的同步、材料与合同的匹配以及材料与计划的关联。

5、生产全过程的动态成本控制技术(成本中心、实时抛帐)。

钢铁企业的信息化有助于提高企业的竞争力，能产生显著的经济效益，已经受到企业高层的普遍关注。钢铁工业的特点，要求特别的技术解决它的企业信息化问题。不仅如此，不同类型的钢铁企业，它的产品结构不同、产线不同，解决问题的技术层次也不同。