钢管企业信息化管理系统的应用与发展

李殿杰，纪丽娜，王金飞，胡日荣，韩宝云，张启富

（1.北京钢研新冶工程技术中心有限公司，北京100081；2.天津市焊接钢管企业重点实验室，天津301606）

钢管企业信息化管理系统的应用与发展

李殿杰1，2，纪丽娜1，王金飞1，2，胡日荣1，2，韩宝云1，2，张启富1

（1.北京钢研新冶工程技术中心有限公司，北京100081；2.天津市焊接钢管企业重点实验室，天津301606）

简单介绍了企业信息化管理系统、制造执行系统MES的定义及其应用目的；并举例介绍了钢管企业信息化的应用情况，重点阐述了MES的总体架构及包含的物流跟踪和数据采集模块、制造计划管理模块、质量管理模块、统计报表模块等主要功能模块。分析指出：今后MES的发展方向是质量控制和设备MRO，从而达到远程控制生产与经营、大大提高企业的经济效益和市场竞争力的目的。

钢管企业；信息化管理系统；ERP；MES；模块；应用；发展

随着自动化技术和信息化技术的快速发展，工业信息化基础设施的完善，企业信息化管理系统逐渐成为企业管理的重要手段。企业信息化的核心是基于企业的业务流程和管理特性，利用计算机技术、数据库技术和网络技术，获取并集成管控经营过程中的信息。通过生产过程和企业管理过程的数字化，将经过加工的信息进行分享和有效利用，实现企业资源的合理配置，从而提高企业的经济效益和市场竞争力［1-4］。

1　企业信息化管理系统简介

按照管理的业务领域，可将企业信息化系统分为：企业资源计划ERP（Enterprise Resource Plann-% ing）、产品数据管理PDM（Product Data Manageme-% nt）、客户关系管理CRM（Customer Relationship Management）和制造执行系统MES（Manufacturing Execution System）。其功能分别为：ERP负责接收产品订单、制定采购计划及产品的销售；PDM负责产品设计及工艺设计；CRM负责售后及维护客户关系；MES负责将订单转化为制造单，进行生产制造和产品总装。最终通过网络和系统集成等技术将所有系统集成到一起，使信息交流渠道更加畅通，运转更加协调。企业信息化管理系统的分类及功能如图1所示［5］。

图1　企业信息化管理系统的分类及功能

国外冶金行业的信息化发展较早，如今已较为成熟。我国以宝钢集团和武汉钢铁（集团）公司为代表的钢铁企业在21世纪初率先推动了企业信息化建设。由于钢管生产工艺的复杂性，因而技术进步相对缓慢，再加上企业规模较小的原因，导致我国钢管企业信息化建设滞后于冶金行业其他领域。因此，根据企业自身特点，定制开发钢管企业信息化管理系统应成为我国钢管企业的首选［6］。国内大型钢管企业信息化系统的建设较早，如天津钢管集团股份有限公司引进了瑞典英泰峡公司MOVEX系统，宝钢集团下属钢管分厂也陆续上线了信息化管理系统［1，7］；中国石油天然气集团等系统所属的焊接钢管企业，也随着集团母公司的信息化建设而逐步实施。天津天管太钢焊管有限公司（简称天津天管太钢）和山东胜利钢管有限公司（山东胜利钢管）预精焊分厂分别针对自身情况建设了适合自己企业的MES信息化系统［8-13］，通过MES系统的实施，提高了企业生产效率和经营、管理、决策水平。

2　 MES介绍

国际制造执行系统协会（Manufacturing Execu-% tion System Association，MESA）对MES的定义是“MES能通过信息的传递，对从订单下达开始到产品完成的整个产品生产过程进行优化的管理，对工厂发生的实时事件，及时做出相应的反应和报告，并用当前准确的数据进行相应的指导和处理。”因此，MES不只是工厂的单一信息系统，而是横向之间、纵向之间、系统之间集成的系统［14-15］。制造业的MES是以整个工厂车间的数据集成为核心，以生产跟踪为主线，对车间生产业务进行全面管控。通过MES的应用，生产中关键工序的现场数据实现实时采集，通过物流过程中跟踪码的关联，完成产品的质量跟踪。对物流状态和产品质量进行追溯，为企业生产管理者提供了第一手的现场数据。

随着电子技术的发展，目前国内制造企业已基本实现了L1级设备自动控制，L2级过程控制。同时随着企业的快速扩张，ERP也迅速的进入了企业。企业信息化管理系统建设得到了快速推动，但现在的问题是“两头重、中间轻”，中间作为承上启下的L3级MES尽管随着信息化系统的发展也得到很大的促进，但无论从数量还是质量上在整个国内企业运行的状况都并不理想［16］。根据E-work研究机构的《中国制造执行系统MES市场研究发展报告（2014版）》数据显示：在调研的1 200家企业中，有1 007家对MES有潜在的需求，占比高达84%；其中未应用的企业占69%，已经应用的占31%；按行业划分，其中钢铁冶金和机械制造行业占比最高（均为15%）；其次是汽车及零配件行业（比例为13%）；其他行业应用MES的比例均在10%以下。

3　 MES在钢管行业的应用

根据不同企业信息化管理系统建设的不同情况，MES的管控范围略有不同。具有较为成熟完善信息化系统的企业，其MES包含的功能会略有减少；而相对于信息化刚刚起步的企业，其MES的功能要远远多于前者［17-18］。

3.1 MES主要功能模块

MES总体架构如图2所示。从图2可以看出，物流跟踪、质量控制、制造计划和统计报表是MES的重要功能。以下根据北京钢研新冶工程技术中心有限公司为天津天管太钢HFW 660&355车间及山东胜利钢管预精焊分厂开发的MES，重点对上述功能的模块进行阐述。在企业ERP系统没有建立前，把订单管理、质量管理和库房管理的部分ERP功能与MES一体化开发，形成了可以独立工作的扩展MES系统，并留出与ERP系统的接口，在ERP开发过程中把限于车间范围的部分功能扩展到全公司，可以实现无隙化衔接。

（1）物流跟踪和数据采集模块。物流跟踪系统是通过不同的通信方式和协议与整条生产线各主要区域和设备进行数据交互。物流跟踪将收集的在线实际数据进行分析处理，发送给上级以保证MES的稳定运行。完成从原料带钢入厂到成品钢管出厂的全过程物流跟踪和数据采集，通过物流跟踪系统，建立物料时空对应的关系，能实时知道何时何物在什么位置，在物流跟踪下的数据采集可以建立时空对应的信息数据库，获得全部必要的与物流对应的可用信息。图3所示为天津天管太钢MES的部分区域物流跟踪界面。

图2　MES总体架构

图3　物流跟踪界面

图4　制造计划流程

（2）制造计划管理模块。该模块主要功能是接收总厂的生产任务计划，形成班组考核指标，转换成由生产批次组成的执行制造计划，下达到主要工序。制造计划流程如图4所示。在该模块中开发以原料库存为基础的可视化界面，调度员可方便地按照生产计划形成制造计划（原料上线序列）。依据订单要求进行组批，根据“按炉组批、按序生产”的原则，确定上线原料，通过鼠标即可方便地完成上线操作。动态醒目显示库中原料炉批信息，方便生产调度，上线原料编号和对应信息自动传入生产线。分析整个制造过程在制品分布图，通过投料量、在制品和制成品统计分析信息，为交货计划提供有用信息和合理报表。

（3）质量管理模块。质量管理模块是MES的核心，在ERP没有建立前，开发一体化的独立运行的质量管理模块。质量管理模块的作用是监督和控制产品质量，共分生产规程设计和管理、质量标准设计和管理、钢管检验规范制定和管理及钢管质量判定管理等子模块，形成较完整的质量管理体系。生产工艺规程设计根据设备技术条件要求和逐步积累的制造经验，对每个制造单元进行制造规范设计，包括工艺规程、操作规程和安全规程，随制造计划下达到各工序、工艺设备、检验设备予以执行。以制造单元为单位，存储制造规范，形成制造规范数据库。在实践过程中，不断改进制造规范并存入数据库，使得制造规范不断完善，数据库不断丰富，最终达到可以直接调用、成熟的制造规范。工艺规程主要采取经验证的数学模型和公司的经验数据，仅对重点和关键的参数进行下达。通过一定运行数据的积累，可以扩展开发生产技术专家系统，对于新品种的开发可以获得优化的工艺技术规程。生产工艺规程设计界面如图5所示。质量标准设计是以标准库平台为基础，以生产指令号为单位把产品标准转化为钢管质量检验规范、下达到相关检测终端执行，生产过程中与实时数据进行比对校验。质量判定是根据合同质量设计结果得到的质量判定标准，包括产品的放行标准和生产的内控标准。同时是根据检验实际数据对产品进行质量判定，并校核产品质保书的内容是否已按要求取样试验。

图5　生产工艺规程设计界面

（4）统计报表模块。报表统计管理主要分为各岗位数据报告和质量报表两大类。通过原料和钢管数据库以及来自PLC的各主要数据，可以进行统计和趋势分析形成各种报表，为其他功能模块或更高一级的管理提供依据。报表的设计策略是对各种信息进行分类处理，形成专业分类报表库，通过对不同部门进行授权管理，使得各部门或主管能看到必要的信息。

3.2 MES的发展方向

MES经过近几年的开发和应用，已经成为成熟的技术，并已被开发成为完善的系统。但随移动信息技术的发展和便捷应用的需求，MES还存在进一步完善的地方。

（1）质量过程控制。从原料直至成品，全流程地进行质量过程控制。质量管理的过程控制既是指狭义上产品质量的控制，又是指广义上各项工作质量的控制。质量过程控制的重要内容是确保生产过程按程序文件的要求严格执行，因而工序质量控制成为过程控制的基本点。对生产过程中的各工序质量状况实行在线分析，将检测得到的质量控制数据与过程策划的质量控制要点进行对比，生成质量控制图，进行工序能力分析。对关注的重点指标，以报表、图形的方式呈现，便于诊断、管理和改进。将每个工序的质量异常信息及时、准确地传递给质量管理单位，实现管理决策部门的快速反应，将处理办法及时反馈给生产单元质量控制工序，解决质量异常问题，改善质量管控程序，保证企业的顺利生产。

（2）设备MRO。MRO（维护Maintenance、维修Repair、运行Operation），是设备在使用和维护阶段所进行的各种日常维护、维修、大修和操作等工业产品服务活动的总称，是产品全生命周期的重要组成部分。MRO旨在通过对设备进行有效的维护维修，以确保在生命周期内最大程度地发挥使用价值，维持正常的运行状态。该功能重点反映设备的预警、抢修、性能和周期，并做出设备策略计划，实现设备可追溯的全寿命周期信息，从而保证生产的运营。

（3）远程监控。应用远程监控可以随时随地了解生产状况，借助于服务器的数据库技术，通过分析储存的数据资料，提供更精确的分析结果，生成更直观的分析报表，以作为决策依据。通过移动应用，制造环节与管理的分离也得以实现。利用移动应用软件（APP），实现远程生产过程的监控、检测以及现场的远程递阶控制。

4　结论

随着钢管制造技术和生产装备水平的快速发展，我国钢管制造行业的同质化竞争日益激烈。通过企业信息化管理系统的应用，提高产品质量的稳定性，提升企业的管理水平和科学决策能力，成为当前企业发展的主要方向。由北京钢研新冶工程技术中心有限公司为天津天管太钢HFW 660&355车间和山东胜利钢管SAWH预精焊分厂开发的MES已成功上线运行。通过MES的上线应用，使企业实现了实时质量控制、科学管理和精益生产，提高了企业的综合竞争力。

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Application and Development of Informationized Management System in Steel Pipe Enterprise

LI Dianjie1，2，JI Li’na1，WANG Jinfei1，2，HU Rirong1，2，HAN Baoyun1，2，ZHANG Qifu1
（1.Beijing CISRI-NMT%Engineering Technology Co.，Ltd.，Beijing 100081，China；2.Tianjin Key Laboratory of Welded Steel Pipe Enterprise，Tianjin 301606，China）

Briefed in the paper are the definitions and application scopes of the enterprise informationized management system and MES（Manufacturing Execution System）.The application situation of steel tube enterprise informationized management system is introduced with actual cases.Focused on are the general framework of the MES and its main function modules including the logistics tracking and data acquisition module，the manufacturing and planning management module，the quality management module and the statistics reporting module，etc.Relevant analysis result shows that in the future，the MES will be developed towards quality control and equipment MRO so as to realize remote control of the production and operation activities in a bid to tremendously enhance economic benefit and market competitiveness of the enterprise.

steel pipe enterprise；informationized management system；ERP；MES；module；application；development

TG409；F272.7摇摇

A摇

1001-2311（2016）02-0078-05

李殿杰（1979-），男，高级工程师，副总经理，主要从事钢管成型工艺和钢管质量研究工作。

2015-12-25；修定日期：2016-01-18）