MES系统在邯宝炼钢厂的应用

1   钢铁企业信息化管理系统的组成

MES 系统架构如图 1 所示。图中：L1 为基础自动化系统，通过 PLC 系统直接与现场检测、控制设备相连接, 并通过 PLC 系统实时监控现场设备；L2 为过程控制系统 PCS（Process Control System），主要是利用 PLC 系统检测到的实时现场设备状况, 将各工位生产过程通过数据形式记录下来；L3 为车间或厂级制造执行系统 MES（Manufacturing Execution System），强调计划的执行和生产过程的动态控制，为操作人员和管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源(人、设备、物料、客户需求等)的当前状态等信息[2]；L4 为企业资源计划系统 ERP（Enterprise Resource Planning），主要是对整个企业财物、产供销等资源的综合管理，是企业上层的计划管理层。

MES 系统在整个企业信息集成系统中承上启下，是生产活动与管理活动信息沟通的桥梁。上层 ERP 系统的销售等数据是 MES 进行生产计划的依据；而下层的车间控制系统则为 MES 提供实际生产活动中的各种参数。MES 系统自身是一个集成的生产管理系统，各功能模块之间实现信息集成和数据交换。各功能模块之间通过数据共享、功能集成，达到指导生产并及时对现场生产数据进行分析反馈的目的[3]。

图 1  MES 系统架构图

2   邯宝炼钢厂 MES 的实施与应用

2.1 邯宝炼钢厂的生产管理现状

邯宝炼钢厂作为一个新建厂，面对经济全球化的挑战，引进了国外先进的工艺设备。目前，炼钢厂主要设备有：1 座铁水倒罐站装置(1 号 HMH)、2 套喷吹铁水脱硫设施(1 号 DES、2 号 DES)、3 座 250 t 顶底复吹式转炉(1 号 BOF、2 号 BOF、3 号 BOF)、2 座双工位 250tLF 钢包精炼炉(1 号 LF、2 号 L，其自动化系统随奥钢联成套)、1 座双工位 250tRH 真空脱气炉(1 号 RH，其自动化系统随 SMS  成套)、2 台双流2150 板坯连铸机(1 号 CCM、2 号 CCM，（其自动化系统随 DANIELI 成套)，具备年产 520 万 t 钢的生产能力。

MES 系统主要用于以下区域的生产计划管理：

（1）脱硫处理；

（2）转炉顶底复合吹炼；

（3）炉外精炼；

（4）连铸工艺；

（5）切割。

2.2 外部接口设计

各个工序手 L2 和 L3 的通信采用 DB-Link 的方式，通过接口表与各个 L2 进行数据交换来完成接收电文和发送电文。电文的共同部分由电文流水号、电文处理状态和电文插表时刻构成。私有部分由电文号、电文名和电文描述构成。不同的工序有不同的电文。通讯中间件采用了 IBM MQ 5.3。

2.3 MES 系统实现的功能

邯宝整体产销管理系统分为 7 个主要业务模块：质量管理、作业计划管理、物料跟踪管理、仓库管理、工器具管理、财务管理、成本会计。主要功能描述如下：

(1)质量管理：主要包括产品规范管理、冶金规范管理、质量控制管理。炼钢质量管理主要从制造标准、生产作业标准、炼钢质量判定等方面进行管理。

(2)作业计划管理：作业计划模块是以合同处理、质量设计和生产设计结果为基础，或者以 ERP 系统下发的生产单（PO）为基础，编制各工序的生产作业计划，进行作业计划的查询、调整、删除，经过释放后以生产命令的方式下发给各工序的过程控制（PCS）系统组织生产。再根据 PCS 系统上传的信息以“计划状态”为关键字进行生产作业计划的全程跟踪。

编制作业计划前可以设置工序对编制作业计划材料的限制及各工序的作业规程。

炼钢作业计划的程序为：连铸预计划和出钢计划的作业计划。

(3)物料跟踪管理：主要包括各个工序实绩的综合管理和信息查询、炼钢板坯的物料管理和查询、各个工序的实绩报表和加料报表和原辅料代码维护。

(4)仓库管理：包括整个邯宝公司的库号定义和有关物料信息的查询。主要有成品库、原料库和在制品库。钢铁生产的主流产品具有重量重、体积大的特点，对在制品库存需要考虑到产品在库存空间中的定位；库存空间的限制、合理库存量等方面的问题。对成品库存还要考虑对客户订单信息、产品信息和质量信息的匹配与核对，以及对发运方式和配货方式的管理。

(5) 工器具管理：MES 的主要作用是在已有的设备管理系统所具有的设备维护管理、维修管理等功能的基础上，对关键设备进行基于状态的预防性设备维护，并实现设备管理与作业计划管理的同步与协调。

(6) 财务管理：关于一些物料基础材料的维护。

(7) 成本会计：主要是“炉炉清”系统，目的是使成本管理实现单炉结算、实时可视的数字化管理。系统对每一炉次全工序消耗数据进行收集，并按照标准工序单耗、预算单耗、实际单耗三类数据进行比较分析，最后给出直观的炉次成本信息。系统同时提供各类物料消耗的详细数据，为管理人员提供了翔实的炉次消耗数据，为炼钢厂成本精细化管理创造了前提条件，如图 2 所示。

图 2  邯宝炼钢厂“炉炉清”成本查询界面

3   软件系统

邯宝整体产销运行系统使用C#开发，其中由 C#开发的应用程序作为客户端运行在 Windows XP 的PC机上。

后台数据库使用大型关系型数据库 Orade 10g。为了实现高可靠性，系统的重要硬件采用了冗余设计。

小型机电源为冗余设置，硬盘为两两镜像设置。数据库数据文件保存在磁盘阵列中，磁盘阵列设置成RAID5，保证了数据文件的安全性。并且使用了ORACLE RAC 集群系统，保证了服务器故障时的自动故障恢复，更进一步保证了数据库运行的稳定性。

4   硬件系统结构

邯宝整体产销运行系统通过 MES 中心交换机与邯钢公司ERP、炼钢厂各工序过程控制计算机系统等进行数据通信。

考虑到 MES 系统的数据通讯量非常大，可靠性和稳定性的保证，系统开发的难度和成本，邯宝整体产销 MES 系统采用 C/S(Client/Server)体系结构。MES 系统与 PCS、PLC 之间通过交换机连接，采用 TCP/IP通信协议。

邯宝整体产销运行系统使用 2 台 HP rx8640 服务器，配置了一台 HP XP20000 企业级磁盘阵列和一台HP MSL6060 光纤接口 LTO4 磁带库作为存储设备。存储系统采用存储区域网 SAN 架构，由 2 台 64 端口HP SAN 光纤交换机将服务器、磁盘阵列、磁带库连成一个 SAN 存储网络，实现集中存储、集中管理、统一备份。

5   接口设计

MES 对底层系统(PCS、PLC、设备直接接口等)的联接以硬接口为主。对底层控制系统自动化程度较高的厂，MES 可直接与控制系统通过软接口(数据接口表)联接，而对底层控制设备较分散的厂，则采用 OPC方式与各种独立控制的设备进行硬件接口。

与ERP 交互信息的方式可以利用双方提供的 API 接口，通过调用提供的 API 接口，利用各自 API 对本身参数的校验，然后录入相应数据到系统。

6   系统安全技术保障与管理策略

(1)建立基于岗位的授权体系。为了安全和管理，不同的岗位拥有与之相关的权限。一个用户可以拥有多个岗位，一个岗位可以被授权给多个用户，同一个功能菜单可以被授权到不同的岗位使用。

(2)快捷、易于恢复的数据库备份。数据库备份是一种十分重要的数据安全策略，在原始数据丢失或硬件遭到破坏的情况下，可以利用备份的数据把原始数据恢复出来，使系统能够正常工作。系统实施时，采取定期备份(冷备)和在线热备相结合的原则，确保数据的安全与完整。

7   结束语

目前邯宝整体产销运行系统自 2008 年 10 月投产以来，运行稳定，合同兑现率达到了 90%以上。该系统的投入运行，进一步规范了邯钢的生产管理方式、改善了生产决策环境、优化了作业流程，确保了信息的及时准确传输，有利于均衡稳定生产，为邯钢的发展带来了巨大的经济效益。

参 考 文 献

[1]  王志新，金寿松. 制造执行系统 MES 及应用. 北京：中国电力出版社, 2006.

[2]  毕英杰. 钢铁企业 MES 的技术特点与发展趋势. 信息化应用, 2008(6):2～3.

[3]  韩立. 攀钢产销一体化生产管理系统设计与实现:[硕士学位论文].  成都:电子科技大学, 2007.