精密铜镍合金生产线信息管理系统设计

王海龙，汤勇武

（金川集团公司，金昌甘肃737100）

精密铜镍合金生产线信息管理系统设计

王海龙，汤勇武

（金川集团公司，金昌甘肃737100）

针对某企业精密铜镍合金生产线各设备信息孤立的问题，提出了信息管理系统的设计规划，通过建设一套生产过程实时监控与MES系统，以实现生产线生产过程管理的实时化和综合自动化。

信息管理系统；制造执行系统；企业资源规划

随着各个企业自动化水平的提高，经营管理决策层和工艺过程、设备自动化控制层中间的连接层已经成为发挥生产、经营整体效能的瓶颈，MES正是打通这一瓶颈强有力的手段，是企业实现生产活动与经营活动的有效集成，是进行优化运行、优化控制与优化管理的桥梁和纽带。

在发展现代制造业的进程中，MES对于企业实现生产自动控制、增强快速响应市场和生产高端产品的能力，降低成本，提高市场竞争力等诸方面都具有重要作用，将成为未来企业信息化工作的核心任务，是企业提升核心竞争力的必然选择。

2 信息管理系统实现的目标

2.1 工艺概况

精密铜镍合金生产线可分为4条工艺生产路线：

大管棒生产线：采用熔炼→铸造→感应加热→正向挤压→大规格轧制→拉伸→中间退火→精整→成品退火→检验包装的生产工艺。

小规格白铜管生产线：采用熔炼→铸造→感应加热→正向挤压→轧制→拉伸→盘拉→精整→退火→检验包装的生产工艺。

黄铜冷凝管生产线：采用熔炼→铸造→感应加热→正向挤压→轧制→光亮退火→拉伸→连续光亮退火→拉伸→成品退火→检验包装的生产工艺。

合金棒线材生产线：采用熔炼→铸造→感应加热→反向挤压→酸洗→联拉精整→成品退火→检验包装的生产工艺。

2.2 信息管理系统实现的目标

在精密铜镍合生产线建设生产过程实时监控系统与生产信息管理系统即MES（制造执行系统），提供一个沟通生产控制层和经营管理层的信息系统平台，将生产控制层的实时生产数据以及经营管理层的经营管理数据整合在同一个平台上，实现数据共享，便于更加合理地制定生产计划并有效地执行，使得生产调度更加合理、更加便捷。结合生产线的特点，信息管理系统将实现以下目标：

（1）根据精密铜镍合金生产线的厂房布置和工艺路线建设数据采集监控系统，建立全生产线的实时数据库和关系数据库系统，把所有的数据集成到一个统一的数据平台上，利用系统所获取的实时数据在线监控生产全过程，在线监控设备运行状况，预防设备故障，提高快速反应能力。

（2）实现生产计划管理及动态排产，优化生产线的生产任务组织，提高生产线的生产效率。

（3）利用数据采集所获取的实时质量数据，实现对产品质量的在线监控、在线质量分析、动态质量管理。建立对质量参数变化的预防报警机制，预防质量问题的发生；加快反馈速度，把质量问题的影响降低到最小。

（4）将实时数据和管理上的统计数据进行汇总，形成包括设备、能耗、计量以及工艺优化、事故、考核等多个方面的综合报表，为生产管理人员决策提供数据支持。

（5）建立一个和企业ERP（企业资源规划）的数据连接通道，可与企业ERP系统无缝连接，解决自动化信息孤岛的问题，使得生产实时数据和管理数据能够互通互用，实现管控一体化。

3 信息管理系统总体规划

精密铜镍合金生产线设备众多，各设备都有其控制系统及控制终端，依照统一品牌、易于售后及更换备件的原则，大部分国内外设备都选用国际上先进可靠的西门子控制系统，根据生产线厂房布置、工艺路线、设备之间距离和设备控制系统所预留的数据采集通讯接口及通讯方式，信息管理系统设计有三部分内容。

3.1 信息管理系统网络架构

信息管理系统网络架构如图1所示。

图1 信息管理系统网络架构

信息管理系统网络共设置3台工业级交换机，分布在厂房不同的地方，用于与生产线设备控制系统以太网接口的连接，各交换机通过光纤与主交换机相连；设置1台主交换机，用于连接其它现场交换机、数据采集服务器、PC数据服务器、网关服务器及监控站；1台数据采集服务器，采集生产过程实时数据；2台数据服务器冗余，监控站和关系数据库服务器从数据采集服务器上获取实时数据；设置1台网关服务器，实现对外数据服务；留有PROFIBUS-DP接口的设备，通过PROFIBUS-DP网络以总线的方式连接到带有PROFIBUS-DP通讯卡的监控站上，实现数据采集，将此监控站设置OPC Server或其他数据接口,连接到主交换机上，通过数据采集服务器采集实时数据。

3.2 数据库服务平台设计

根据精密铜镍合金生产线数据的安全性要求，结合企业多年来数据库平台建设经验，数据库服务平台设计如下：

（1）配置2台PC数据服务器，1台光通道磁盘阵列，作为信息管理系统关系数据库服务器。磁盘阵列作为共享阵列使用，将数据库置于磁盘阵列上；PC服务器配置双机集群软件，通过系统集成做成双机系统使用，一方面实现了数据的安全性要求，另一方面又充分发挥了2台服务器的性能。

（2）配置1台PC服务器，双网卡、安全软件，作为网关服务器使用，实现相关部门、决策层领导对信息管理系统数据的访问。数据库服务平台系统结构如图2所示。

图2 数据库服务平台系统结构简图

3.3 数据采集和监控操作站设置

数据采集和监控操作站共4台，其中数据采集服务器1台，实现实时数据采集及实时数据存储；工程师站1台，用于信息管理系统组态及软件设计，兼作监控操作站；监控操作站2台，作为全生产线的监控操作站。

3.4 信息管理系统软件开发

软件是在控制系统基础之上，使用数据采集接口软件把数据采集到实时数据库中，按照用户使用要求把必要的生产数据转储到关系数据库中，同时把管理相关的数据存储到关系数据库中，实现系统信息集成。在此基础上实现数据采集和生产监控管理、设备监控、质量管理、生产计划、系统管理和用户帮助等用户需求。软件结构如图3所示。

图3 软件结构简图

3.4.1 实时数据采集和生产监控

（1）实时数据采集：通过数据采集服务器设备的生产数据，同时在数据采集服务器上设置OPC Server或其他数据接口，为上层监控提供实时数据。

（2）数据备份：实时数据转储，对实时数据库进行备份和管理，采用自动实时数据备份或者按特定时间段数据备份的原则，把实时数据从实时数据库导入到关系数据库中。

（3）生产监控：把各生产线的生产控制数据进行高度集成，生成统一的监控管理画面，使操作人员、调度人员和管理人员实时了解生产现场的真实生产情况。

（4）报警管理：产生报警画面，包括工艺数据报警、设备故障报警、系统故障报警，能够根据不同的报警信息提供不同的报警画面，在故障确认后可实现报警解除。本功能对和生产密切相关的工艺参数、设备参数控制的上下限进行设定，产生报警信号，对产生的报警信息进行记录跟踪，为事故追忆和事故原因分析提供数据依据。

（5）历史趋势：记录生产所要求的所有参数的历史数据，也可为事故追忆和事故原因分析提供数据依据。

3.4.2 生产计划

（1）生产计划：实现生产计划的制定、下发和计划跟踪管理。根据生产的统一计划，把计划进行分解，制定各条生产线的生产计划，安排组织生产。

（2）计划跟踪：综合处理生产数据，可以按照年、月、日等对各条生产线或设备的生产能力进行统计分析，为管理层实时提供生产信息，掌握生产情况。

（3）计划优化：从客户订单中获取生产任务，从现场实时数据获取生产线加工能力，安照实际情况进行计划排产和优化调度工作，达到对生产进行总体优化，充分发挥设备效能。

（4）查询、报表管理：用数据库开发工具将数据库的数据进行分类、处理，为用户提供相关数据的查询、报表、统计分析等功能，以便指导生产。

3.4.3 设备监控

（1）设备实时监控：本功能主要针对生产中的关键设备，定制独立的监控用户界面，包括设备状态、实时数据趋势、监测故障预报、故障分析、历史数据对比等功能，便于生产调度人员实时了解关键设备的运行状况，保障安全运行。

（2）设备离线监控：设置离线监测设备和设备监测参数，下达设备巡检计划、回收采集巡检数据、离线数据分析、设备巡检分析报告等，防止设备突发故障，保障设备安全运行。

（3）设备运行记录：长期记录设备生产运行情况，把设备每天正常生产，停车，停车原因进行记录，为设备的调度管理，优化提供基础的数据依据，提高设备运行效率。

（4）设备信息管理：以设备档案和备品备件为基础，建立设备基础信息，提供设备运行状况、设备利用情况、设备变动情况等方面信息，合理制定设备检修、改造、检查计划，迅速为相关部门提供各种设备的可靠信息和统计数据。

3.4.4 产品质量管理

（1）产品质量在线监控：实时采集质量数据，实行动态质量管理，提高产品质量。

（2）质量预报警：通过对采集的质量数据分析，建立对质量参数变化的预防报警模型，预防质量问题的发生。加快反馈速度，把质量问题的影响降低到最小。

（3）质量分析与工艺参数优化：通过分析多批次中间产品或最终产品质量与设备工艺参数的关系，优化设备工艺参数，进一步提高产品质量，降低能源消耗。

（4）产品质量跟踪及报告：每一批次产品的质量检测数据和相关的产品，按照生产时间联系起来，生成产品质量报告，从而实现产品质量信息的共享。

3.4.5 系统管理

（1）用户管理：每个用户通过制定的用户名登录到系统，用户管理由管理员来执行，要求支持用户添加、用户锁定、用户修改、用户删除功能。

（2）用户分组管理：添加组，删除组。按照用户级别进行分组，不同组的用户拥有不同级别的权限，分为管理员组、调度员组、领导查询组等，要求实现组的添加、修改和删除功能。

（3）用户权限管理：授权，回收权限。每个用户由管理员授于相关的权限，访问不同的用户界面，拥有不同的界面操作权限，确保每个用户只能看到被授权后的信息。

（4）系统编码管理：厂矿编码，车间编码，生产系统编码维护，指标编码，重点设备编码。

3.4.6 用户帮助

帮助文档描述软件的工作原理、操作步骤等信息，提供具体每个界面和功能的使用方法。

4 信息管理系统实施步骤

按照精密铜镍合金生产线建设情况，信息管理系统分三部分实施：

（1）基础自动化建设：包括单体设备自动控制及生产线的自动控制。

（2）数据采集监控平台建设：包括自动化监控网络及全生产线的数据采集监控平台建设，监控软件组态调试。

（3）信息管理系统建设：包括关系数据库和实时数据库软硬件平台的建设和计算机网络建设及MES软件功能的开发、调试。

5 结束语

精密铜镍合金生产线是新建重点项目，设计建成4条工艺先进的生产线，设备自动化程度高，有必要建设一套精密铜镍合金生产线的信息管理系统。根据生产线特点，生产线信息管理系统以总体规划，分步实施为原则，最终实现管理－计划－生产－控制的信息集成，为生产管理控制提供决策支持，有利于提高企业的管理水平和经济效益，有助于企业今后在金属加工领域实现信息管理自动化。

[1]德芳.企业信息化组织与管理[M].北京:化学工业出版社，2007.

[2]邓苏，张维明，黄宏斌等.信息系统集成技术[M].北京:电子工业出版社，2004.

[3]马费成.信息资源管理[M].北京:高等教育出版社，2006.

[4]广均，沈英，郭志明等.信息资源管理导论[M].北京:科学出版社，2003.

Design of in form ation m anagement system in p roduction line of precision Cu-Nialloy

WANG Hai-long,TANG Yong-wu

The layout of a set of information management system was presented,in view of the problem that each equipment information is isolated in the production line of precision Cu-Ni alloy in some enterprise.The real-time and integrated automation management of production line was achieved based on establishing a set of real timemonitoring system and MES in production process.

information management system;manufacturing execution system;enterprise resource planning

TG359;TP391

B

1672-6103（2010）05-0063-04

1 概述

精密铜镍合金生产线是国内某一大型冶金企业新建重点项目之一，建成后将形成铜及铜合金管、棒、型、线材多种规模的铜合金生产线。该生产线工艺设备先进，各设备具有独立的控制系统，自动化程度高，基础自动化设施完备，但设备与设备之间信息孤立，故有必要建设一套生产过程实时监控系统，采集生产线各种实时生产数据，实现对生产线各设备的实时监控，提升设备管理的科学性、实时性。并在此基础上建设MES系统，实现生产过程的综合自动化，管理的实时化，使生产过程的各个环节透明,为管理者和决策者提供真实、准确的参考信息，全面优化生产流程、工艺技术以及产品质量控制水平，尽可能从源头控制和降低生产成本，提高企业的信息化水平，增强企业的核心竞争力和可持续发展力。

企业信息化一般包括三个层次：PCS（过程控制系统），MES（制造执行系统），ERP（企业资源规划）。MES是企业上层ERP与底层设备自动控制系统之间的、面向车间层的信息管理系统，上世纪90年代中期发展起来的MES技术，已成为整个流程工业综合自动化的关键技术，得到国内外的高度重视。大型企业大都拥有生产执行系统来加速生产信息的传递，实现生产监控，协调组织，降低成本，增强企业核心竞争能力，其中钢铁，石化，制药，造纸等行业应用的比较成功。

王海龙（1980—），男，毕业于北京机械工业学院电子信息系测控技术与仪器专业，学士学位，从事自动化仪表方面的工作。

2010-04-11