MES双通道数据链整合优化分析——热轧客制化钢种的数据链集成

游加伟，盛凯英，徐正彪，徐 剑，马锦峰，秦 哲，鲍振振

热轧带钢产品在市场使用中，同类产品用途丰富，存在客户需求多样性的问题，因此需要对同质产品进行客制化生产。开发产品的同质多元化便成为提升产品竞争力的有效途径之一。

常规热轧带钢产线中生产一卷合格的钢卷，需要经过接收订单～MES订单轧制计划组合～轧制需求信息接收～工艺条件下生产带钢～产品下线检验～抽检复核～标签打印～发运等主要环节。其中MES订单轧制计划组合是将客户对产品的需求转化成产品工艺技术控制的关键转换环节。由此可见，一个完整的订单需要多个环节进行一贯制协同作业，为客户提供更加卓越有效的产品服务。减少错误的出现，办法之一就是有效规避降低不可控错误因素的发生，利用信息化平台将多种生产系统的优化集成，产品智能化生产，高产高效生产满足客户需求的产品。

以日照某钢厂2150mm热轧产线为例，产线硬件80%实现国产化，应用系统采用国外SIMENS控制组态，工艺设备先进，经过多年的使用，原有产线产品设计结构随着市场发展发生变化，当前新行业新型材料需求不断出现，材料需求日益高端化、精细化，根据市场需求对热轧产线进行升级改造，可打造成新的精品钢基地。当前高强结构钢市场需求逐渐增多的情况下，结合精品钢基地策略，提高高强结构钢产出比例是满足市场需求的重要举措。为了降低生产成本，在材料成分不变的条件下，提高钢的强度级别，面向提升产品结构突出的层流冷却进行优化，准备将轧后冷却改造为超快冷装备。该项目中着力开发同质多元化产品，以Q355B为例，采用Q355B-1、Q355B-2的形式分支，通过调整成分、改变轧制工艺等方式细化产品特点。现有MES钢种轧制工艺数据链以读取Q355B牌号为信息关键点。同质多元化产品开发模式下，现有MES数据链不能有效进行Q355B、Q355B-1的识别，需建立新的MES数据链。

1 MES双数据链整合设计方案

1.1 MES双数据链现状介绍

同质多元化产品又称同质客制化订单或个性化小批量订单，常用于在产品标准范围内或者产品标准控制临界的特殊产品开发。在市场端收到客户个性化产品使用需求时，通过技术先行进行客户个性化产品使用需求可行性可发识别，通常此类产品存在需求量小，交期短的特点，技术识别通过后，业务开始收单提呈信息化系统，将个性化需求录入订单管理系统，生产准备及排产应用的三级生产管理系统MES将产品生产计划按照接单顺序、交期时间等关键影响因子进行排产优化，生产计划下达MES现场生产管理系统，由MES现场管理按照设备周期、现场工况等因素安排当日生产计划，计划下达到过程管理控制端二级。生产计划完成情况，以信息逆回路反馈生产实绩。

单一系统（只有一个数据通道）下，完成一个客户订单需求，由6个单位部门进行协同。

市场营销部门收到客户订单需求后，将技术、生产、质量检测需求的产品信息录入ERP系统中，在信息录入完成后，对客户数据封锁（接单信息确认后非特别申请不能再做修改）转入生产计划部门MES系统。

生产计划工程师按照MES系统中订单需求，对产品交货实际要求进行分类，如交货状态为热轧品，板材产品类中，热轧产品为初级制成品，直接订单排产分配至热轧结束；如交货状态为镀锌品，订单需首先安排到镀锌产品类，然后对前置工序进行逆向排产，镀锌→酸洗→热轧，遵循成品→半成品→出极品反向排产原则，交期按照合同要求执行（产品交期主要受订单产品的类型影响，生产流程长的产品，产品附加值增加，交期也相对应增加），工序完成确认后数据封锁，技术、生产、质量检测等物态信息一并转到下游工序。

产品排产信息完成后，技术对产品物性状态等性能指标进行审核，成熟常规产品按照产品执行标准执行，审核的主要对象是客制化产品。对客制化产品需求进行技术评价及对应工艺调整，对优化的技术参数写进信息化数据通道，完成确认后转入生产、质量检验工序。

进入生产及产后质量判定工序，目前该产线有两套系统同时在线运行，现场工艺工程师对承接信息进行再匹配，常规产品采用顺序排队，按照工艺标准作业流程进行直接下发。如订单需求为客制化产品，产线工艺工程师需要对产品技术信息进行分析和承接，结合生产线的工况制定相应的生产窗口期，SIEMNS和RAL系统进行适应性评估，指定该订单有哪个系统执行生产任务。

计划生产量完成后，生产的产品质量决定产品能否达到客户质量要求。常规质量检测遵循执行产品的检化验标准，检测内容包含产品物性指标、表征、重量、包装等，产品检验执行抽检方式。对客制化订单进行检测时，产品质量指标发生变化，可能是物性指标，也可能是表征，或者其他等，产品检验执行逐检方式，对客制化订单要求的指标进行重点检测，符合标准予以放行。如初检不合格，进行复检，同时对检测信息进行上报，及早通知关联单位进行时间追踪。

合格产品出厂前，需要对产品进行标签分辨，对系统数据信息进行纸质打印标识粘贴。标签信息仅对发运和交货对接进行支撑，一般将系统数据关键词‘keyword’中的钢种STEEL GRADE、重量WEIGHT、钢卷号NO.进行输出打印。

由此看出，对个性化产品进行识别的过程是在三级MES管理控制系统。下述是不进行个性化订单生产前的数据链信息流转模型。

现有MES数据链信息整合客户客制化订单需求时，MES逻辑结构中以Q355B为‘keyword’进行读取，容易将Q355B的轧制工艺控制参数插入到Q355B-1牌号中，客制化订单Q355B-1工艺与常规Q355B生产工艺存在差异性，小牌号生产正常下发后，现场需要对接收的轧制工艺信息再进行确认，在快节奏的生产中，如查看不及时，不可避免的出现错误，严重影响产品生产工艺命中率，甚至出现批量的生产质量事故问题。

1.2 MES数据链优化方案设计

现有的MES数据链不能对同一材质牌号的产品需要进行计划分类，系统中关键词‘keyword’是牌号，也是挂单牌号，小牌号的识别无法识别，尝试进行牌号字符的读取进行识别，由于牌号字符长度不固定，字符读取不可行。由此，将挂单牌号保持不变，优化关键词‘keyword’，设立‘GE/GK’替代‘钢种STEEL GRADE’。

‘GE/GK’不单单是一个独立的关键词‘keyword’区分小牌号，建立挂单牌号与‘GE/GK’匹配关系，同时将订单客户需求信息及订单产品标准等工艺要求一同锁定，在上下游都可以查询所有牌号的生产计划与生产实绩。在完成生产后，建立转换接口，进行反向匹配，通过标签打印，实现挂单牌号的正常交付。

整合优化方案中，将单一系统（只有一个数据通道）进行改善，增加MES的数据自动判断逻辑，在MES系统中建立双通道数据链，完成一个客户订单需求，由7个单位部门进行协同，数据链信息智能化提升，订单信息流转效率提升。

市场营销部门收到客户订单需求后，将技术、生产、质量检测需求的产品信息录入ERP系统中，在信息录入完成后，对客户数据封锁进行工序流转。

生产计划工程师按照MES系统中订单需求，对产品交货实际要求进行分类，如交货状态为热轧品，板材产品类中，热轧产品为初级制成品，直接订单排产分配至热轧结束；如交货状态为镀锌品，订单需首先安排到镀锌产品类，然后对前置工序进行逆向排产，镀锌→酸洗→热轧，遵循成品→半成品→出极品反向排产原则，交期按照合同要求执行（产品交期主要受订单产品的类型影响，生产流程长的产品，产品附加值增加，交期也相对应增加），工序完成确认后数据封锁，技术、生产、质量检测等物态信息一并转到下游工序。

流转信息发出后，在技术、生产、质量检验MES系统端口前进行数据识别，增加自动判断GE模块，对客制化产品与常规产品进行数据逻辑判断，常规产品钢种STEEL GRADE直接进行下游工序的生产计划安排，判断为客制化产品的进行系统NEW STEEL GRADE标识。

产品排产信息完成后，技术对产品物性状态等性能指标进行审核，成熟常规产品不再显示，审核的对象只有客制化产品。对客制化产品需求进行技术评价及对应工艺调整，对优化的技术参数写进信息化数据通道，完成确认后转入生产、质量检验工序。GE模块中将原有的钢种定义为大钢种GE，常规产品中，GE与STEEL GRADE一致，有客制化产品的钢种，GE模块定义为常规产品STEEL GRADE和新增NEW STEEL GRADE，待生产、质量判定完成后，关键词‘keyword’提取STEEL GRADE与GE进行钢种转化。

进入生产及产后质量判定工序，现场工艺工程师不再对承接信息进行再匹配，常规产品STEEL GRADE采用顺序排队，按照工艺标准作业流程进行直接下发。客制化产品中根据GE模块的数据逻辑判断，可以直接将NEW STEEL GRADE产品进行指定，产线工艺工程师不再对产品技术信息进行分析和承接，SIEMNS和RAL系统进行自适应性转换，执行生产任务。

计划生产量完成后，成产的产品质量决定产品能否达到客户质量要求。常规质量检测遵循执行产品的检化验标准，检测内容包含产品物性指标、表征、重量、包装等，产品检验执行抽检方式。对客制化订单进行检测时，产品质量指标发生变化，可能是物性指标，也可能是表征，或者其他等，产品检验执行逐检方式，对客制化订单要求的指标进行重点检测，符合标准予以放行。如初检不合格，进行复检，同时对检测信息进行上报，及早通知关联单位进行时间追踪。该过程为检验人员例行工作，无优化条件。

合格产品出厂前，标签分辨，GE模块关键词‘keyword’提取STEEL GRADE与GE进行钢种转化。在客户可见标签上显示与订单钢种一致。标签数据将系统数据关键词‘keyword’中的钢种STEEL GRADE、重量WEIGHT、钢卷号NO.进行输出打印。

通过对生产过程控制的数据梳理，将MES双数据链整合成可以自我识别的单数据链，由工艺工程师一次下发，后续不需进行单独核对，提升生产工艺命中率，同时降低人工量，杜绝数据下发错误的发生。

MES作为企业三级系统在支撑生产数据的信息化，在ESP企业管理级（四级）和现场生产控制级（二级）中起到承上启下的作用，产线进行精品钢制造升级，信息化自动化核心区域的生产控制级（二级）新增RAL系统，优化方案中对MES前置增加功能模块，可以将SIMENS与RAL两个系统实现柔性连接，实现高效轧制生产的提质增效。

2 过程优化

2.1 后台程序优化

热轧产线生产节奏快，采用24h不间断连续作业的方式进行生产，多方多人参与的复杂流程人工量高，效率低，周期长，已经不适用于当前高效自动化生产的节奏。按照完成的优化方案，设计流程，对现有程序进行拷贝，粘贴到编辑器中，不影响生产的条件下，做离线程序改善提升，按照优化设计方案的流程图编写逻辑语句流程，建立GE识别功能，大牌号挂单，GE作为转化媒介，客户订单显示大牌号，在接单生产中，采用GE识别转化的方式将客制化信息与常规产品信息精细化分别，常规钢种与小牌号并行，利用将各钢种之间不同的化学成分、工艺目标控制等关键点用对应GE码识别，形成挂单牌号中包含1个或者多个GE码，后续生产中，生产过程控制系统（二级）对工艺信息数据精准识别，产品工艺关键指标得到有效控制，精准反馈工艺数据的执行情况。在GE识别后通过逻辑判断与产后钢种转换整合优化MES数据链。

例如：以Q355B为例进行说明。Q335B产品市场应用行业广，广泛应用与基建、运输设备、承压容器、制管等多用途行业，在客制化订单需求出现时，挂单牌号统一使用Q355B，新增GE码，定义G13，GE码序列号与生产牌号Q355B一一对应，产品，包含有产品生产需求的PDI数据，实现GE=STEEL GRADE+PDI数据，常规产品定义为G1301，新增的小牌号产品定义从G1302开始顺延，指代客制化产品。

GE码在未有客制化需求下，GE01与原牌号对等。

生产数据接收GE消息，GE数据包含生产过程控制及质量检验条件等关键信息。产品开发工程师、质量工程师、生产工艺工程师对产品形态与物性指标进行客制化需求的产品工艺优化和调整，达到客户订单实际需求。

2.2 逻辑编写

GE模块的开发由信息系统工程师根据优化方案负责对应的逻辑编写，其条件为MES中tpshr30.SG_SIGN与生产过程二级系统tpshr21.SG_SIGN一致，tpshr30.SG_SIGN=tpshr21.SG_SIGN，且定义GE为tpshr21.ST_NO。表1中pdi.STEELGRADE数据指针定义在GE中s_hsm_pdi.STEELGRADE=tpshr21.SG_SIGN中，设置由生产工艺工程师录入新的钢种端口tpshr30.STEEL_GRADE.Trim（）!=″″，便于后续客制化新钢种的增补。

s_hsm_pdi.STEELGRADE（钢种输入确认端口）=tpshr30.STEEL_GRADE.（正常二级对应钢种）；和s_hsm_pdi.STEELGRADE=s_hsm_pdi.STEELGRADE.ToUpper（）；作为逻辑判断结构，s_hsm_pdi.STEELGRADE=tpshr30.STEEL_GRADE；作为输出对象内容。

编译完成，进行试运行调试。调试采用离线测试，“GE”作为新的关键词，对存在设计问题进行修改完善，对关联的关键信息进行梳理，确保流程逻辑简约高效。

在完成编译离线运行的情况下，对新增端口做界面设计，在有客制化新产品需求订单时，由工艺工程师负责新钢种的增补，对序列代码按照产品递延的规则进行设定，对新增的钢种牌号反馈到技术与生产部门，进行公示。

2.3 操作界面

操作界面是对后台逻辑运行变量点的集合，通过界面的操作实现底层设计逻辑的正常运行。MES界面是承接3级与2级的中间介质，增减功能键要谨慎，确保上下游数据的关联顺序正确无异常，且需要建立对应的操作手册进行更替说明与修订，便于使用者的正常运用。

后台运行程序优化完成，实现新增功能的正常编译运行，在实际应用的操作人机界面增加对应的功能键，集成有效数据，按照端口需求增补操作界面菜单，在【二级钢种对应管理（QMHR）】新增“GK-NO”和炼轧MES系统（MMHR21B1）新增“小牌号”两处功能键，便于实现钢种信息数据增补与实际生产信息的确认和统计。

生产前与产出后都增加了对用的功能辅助。在【二级钢种对应管理（QMHR）】新增“GK-NO”功能键，也进行新增小牌号操作，并自动传导到生产计划匹配，生产计划下达后可以直观的查看具体信息；生产结束后，对新产品的生产实绩进行工艺回查及产品质量评估，在炼轧MES系统（MMHR21B1）新增“小牌号”的功能键，有效关联轧制信息，通过新增的统计模块，快速筛分，自动导出。

3 实例验证效果

优化前，数据易错，人工核对虽然降低了错误的发生，但未从根本上解决问题，主要体现在钢种生产工艺命中率，以优化前后钢种生产工艺命中率进行效果评估。

以Q355B为例，优化后的产品生产稳定运行，设计模块未出现宕机等错误，生产量达到每天1200吨历史新高，客制化产品需求占比逐渐提升，质量达标合格率稳步提升，统计优化前后三个月产品生产工艺命中率，通过对比分析：优化前不进行钢种区分，产品生产工艺命中率为85.7%，在GE识别后通过逻辑判断与产后钢种转换整合优化，常规产品生产工艺命中率为88.1%，小牌号产品生产工艺命中率为97.3%，整体工艺命中率双双提升，提升效果明显，最大提升11.6%。市场应用效果反馈良好，改造后的精品钢基地初步实现为市场供应更加精细化产品的目标。

4 结论

本研究基于日照某钢厂2150mm产线的实际生产情况，针对性地提出了将MES双数据链优化整合单数据链的方案。通过剖析各个钢种对应独立的GE的规律，通过GE识别各钢种成分、轧制工艺参数等建立新的传导数据链。通过单支小钢种下发轧制和多牌号小钢种混合轧制的实例进行验证。结果表明，优化建立后的新MES数据链降低人工校对操作量，系统‘keyword’读取无误，系统轧制数据闭环自动转化，优化完成后小钢种产品可以100%应用。