制造执行系统（MES）在炼轧钢产线的典型应用研究

范海龙

一、目的

据《2011年中国钢铁工业企业信息化和工业化融合发展水平评估报告》统计，截止到2011年底我国钢铁工业有50%以上企业或企业集团实现了信息化阶段目标。国内大批大型钢铁企业通过建设钢铁企业专用的计划模块和制造执行系统（MES），实现现场控制设备与企业管理平台的上下连通， 实现数据的无缝连接与信息共享。

酒钢集团2012年立项实施了酒钢不锈钢MES系统，系统包括从销售、计划、执行、产出及发货全流程管理，兼顾原材料、辅材、设备、能源等管理系统，以生产管理系统为依托，结合其他集成系统的使用，优化组织结构、改进生产业务流程，实现高效、科学、稳定的生产组织，实现效益最大化、成本最小化、库存最小化、客户满意最大化的总体目标。

本文的目的即在于从企业订单管理、物料管理、生产过程跟踪、质量管理、产品外发跟踪等方面着手，通过对MES系统实施前后的情况对比分析，研究以MES系统为代表的智能制造和信息技术在典型钢铁制造产线的应用及其发展前景。

二、方法

酒钢集团不锈钢生产线包含炼钢、热轧、冷轧等产线，在该产线的MES项目建设前，主要采用Excel文件、电子邮件、共享文件及手工台帐等方式进行生产管理。工作量较大且人工调整的速度和精度不能适应现场生产情况的变化；生产过程数据的收集与统计严重滞后，很难利用最新统计结果及时指导和调整生产节奏及工艺，无法实现生产消耗及成本的精细化管理；由于没有统一的系统平台，各部门、各分厂以及各上下游机组间无法实现信息的实时共享，严重影响各部门及班组间的有效协作；成本分析、质量分析所需基本数据均靠大量的手工收集操作，信息的正确性、完整性及实时性得不到保证，系统之间信息难以共享，已不能满足不锈钢分公司生产管理需要。

在这种情况下，不锈钢分公司提出了建设MES生产管理信息化系统平台，实现从销售、计划、执行、产出及发货全流程管理，兼顾原材料、辅材、设备、能源等管理业务的建设需求。

不锈钢MES系统架构及主要功能如图1和图2：

其主要子系统实施前后对比如下。

质量设计。包括工艺路径配置、质量主数据配置、工艺参数、性能检验等。实施前，质量设计相关标准、方法等信息主要以为纸质文件为主，查阅困难，也不利于共享使用。而且对设计人员工作经验和技能水平依赖性很强，一旦发生岗位变动，新任职的人员需要大量时间来学习相关知识和方法。而且在现场繁忙的生产过程中，操作人员并没有时间来逐件核对产品属性是否符合标准，只能是生产后的质量检验阶段才能进行检查；实施后，相关标准、方法储存在数据库中，既可以随时查阅、导出，对于设计人员的工作经验和技能水平依赖程度很小。也可以在系统中很容易地实现产品规格、性能等数据的超标报警，使操作人员在生产过程中能够实时发现并处理不合规的产品。

订单管理。包括销售订单展开、生产订单生成及跟踪、生产排程等。实施前，订单的合并、计算、排程等工作均由人工完成，耗费大量人力物力，出错率较高，而且订单的执行情况主要以操作人员填写报表——调度人员汇总——计划人员查询的方式来检查，无法做到事前管控；实施后，订单的合并、计算、排程等工作均由MES系统自动完成，节省了计划人员大量时间和精力，而且计划人员可以直接从系统中实时查询计划执行情况，销售人员也可以实时向客户通报订单执行情况，大大提升了客户满意度。

生产过程管理和数据采集。包括不锈钢所有原材料、中间品、半成品、成品的全过程跟踪。实施前，各个机组均以EXCEL电子表格和手工报表为主来记录本机组的生产情况，操作人员费时费力，且各机组各自为战，没有数据共享机制，互相之间的沟通协调主要通过电话进行，生产的时间衔接全靠操作人员和调度人员凭经验估算；实施后，大部分机组实现了生产数据自动采集，建立了一个统一的数据管理，所有操作、调度、计划、管理人员都可以在角色权限允许的范围内查询当前每一件物料的实际状态，各机组操作人员也可以随时掌握其他机组当前生产情况，相应调整本机组生产节奏。

质量控制。包括质量标准发布、产品性能收集与偏差管理、质量文档发布等。实施前，產品化学成分均从化验室的信息管理系统得到，除了对数据及时性要求极高的炼钢转炉可以以远程屏幕共享的方式实时查询中间品化学成分之外，其他机组仅能获得本机组产品的最终成分数据，且滞后于实物生产。产品物理性能以纸质票据跟随样品发往检验站，待检验完成后仍以纸质票据形式返回，耗费人力且数据滞后；实施后，通过与化验室信息管理系统的接口，可以在MES系统中显示各个机组所有步骤的中间品成分信息，有助于各机组人员随时调整控制成分。同时MES中也包含了物理性能检验流程，检验人员在物理性能检验完成后直接录入MES系统，生产人员即可实时查询，节约了人力和时间。

库区管理。包括各中间库、成品库的实时跟踪与统计等。实施前，仅对工序成品（板坯、成品钢卷）的成品库有纸质和电子表格台账管理，占用库管人员大量时间，由此带来账面库位变动普遍滞后于实物变动，经常出现账物不符的问题。且各工序中间库全靠人工管理，没有台账，达不到精细化管理的要求；实施后，所有中间库和成品库在MES系统中统一编码，移库操作简单便捷，能够实现账物相符，在提高了管理精细化程度的同时，也为以后的智能库房、无人化工厂等信息系统提供了实施基础。

三、结果

酒钢不锈钢MES系统于2014年8月整体投入上线运行至今，软件平台的灵活性和开放性使得MES系统能够很好地适应实际生产的情况，如工艺变化情况可以由技术质量人员动态配置到质量设计模块中，指导相应工序生产。现在MES系统还可以跟踪生产中钢卷所有正常和异常的处理情况，规范了业务操作流程，使生产管理人员可以清楚地掌控生产情况，改变了没有MES系统之前无法及时掌握现场生产情况的状况。此外每个分厂系统上线后，经过与原有人工统计报表2-4个月的数据核对以及系统和流程两方面相应的调整，目前MES系统中生产数据符合实际情况，运行稳定，已经为企业带来现实的、潜在的经济效益，主要包括：

优化了计划和订单管理，实现按订单组织生产，冷轧产品订单兑现率由2013年的92%提高到2017年的98%，平均全年减少非计划兑现量3万吨。

通过全面质量管理，提高产品成材率和合格率；板卷成材率比2013年提高0.19%。

通过库存和订单的优化管理，降低了中间库存约5000吨，减少了库存资金占用。

由于提高了产销一体化水平，提高临时接单能力，加快产销组织和市场反应，缩短了市场稀缺品种规格的交货周期，提高了产品的盈利能力。

自2013年第一条冷轧产线上线运行至今，已经积累了近5年的所有不锈钢产品数据，随着数据规模的增长，今后可以以本系统为基础，持续建设数据分析、关键指标统计分析、辅助决策等功能，达到降低成本，提高生产效率、提升产品质量等目的。

同时，因个别机组存在没有二级过程控制系统或没有一级自动化系统的接口等情况，自动化系统不完善，生产和工艺数据由操作人员手工录入MES系统，未能有效减轻这些机组人员的工作量，由此可见，MES系统作为信息化体系中承上启下的关键环节，在生产数据采集方面，对于底层自动化的依赖性较强，对于一些投产较早的、信息化程度不高的产线来说，数据采集环节是一个瓶颈，在建设相关信息化系统时所需投入占比也比较大。

四、结论

从国内总体上的MES系统的发展看，中国工业企业对MES层的认识相对落后，信息孤岛和缺损环链现象比国外突出，但也有一些公司在认识观念上由关注ERP系统到关注MES系统的转变也已开始。从技术研究上看，MES系统的应用正在向控制层和计划层渗透。MES系统的功能的核心——计划排产与执行调度模块正在普及，信息技术领域的标准化是MES系统发展和集成的基础，MES系统正逐步得到发展和推广。

MES系统的发展趋势必然是实现生产管理的智能化和自适应化，能够根据制造环境的变化进行智能设计、智能预测、智能调度、智能诊断和智能决策。而且系统对车间生产管理将在一个更加精确的管控指标-实时信息闭环中，进行更加精细化的管理与控制。

由此可见，随着制造业智能化、自动化的全面推广应用，MES逐渐成为企业生产经营活动中不可缺少的一環，作为连通生产过程自动化与企业及ERP系统的桥梁，将会发挥越来越大的作用。

从酒钢不锈钢MES管理信息化系统的运行情况来看，借助MES系统，可以实现从销售、计划、执行、产出及发货全流程管理，兼顾原材料、辅材、设备、能源等管理业务的建设需求。符合不锈钢产品按订单生产、差异化生产的组织模式，同时对于各产线信息流贯通具有极为显著的提高。

从企业实际生产管理情况来看，通过实施MES项目可以使生产集控系统与SAP系统进行很好的衔接，实现企业的生产模式、机构设置、业务流程规范化，标准化，从而全方位提高企业的生产经营和信息化管理水平。对企业内部成本实施精确控制，极大地提升生产效率、产品质量和服务水平。