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济钢三炼钢中厚板厂一体化MES系统分析与设计

2008/8/17    来源:e-works    特约撰稿人:岳临萍      
关键字:生产制造执行系统  MES  企业信息化  工厂模型  
本文主要介绍了济钢三炼钢中厚板一体化MES系统的设计思路,从需求分析,整体目标以及软件、硬件架构平台的实现上做了详细的说明。从业务建模的11个方面进行了功能解释,对于APS/ALS等MES平台软件的接口使用以及控制权限进行归纳。MES一体化生产管理系统的应用为企业的生产制造、管理提供了一个标准化的信息平台,提高了企业在同行业中的竞争优势。

    引言

    随着目前企业信息化建设的进一步深化,通过在企业内部和整个产品供应链中双向的直接通讯有关产品行为的关键任务信息,MES应用平台成为衔接企业管理系统(ERP、CRM、SCM)和现场控制系统的非常必要的层次。MES在企业生产信息化建设中要起到非常重要的作用,是承上启下的纽带。

    许多企业通过实施ERP来加强管理。然而上层生产计划管理受市场影响越来越大,明显感到计划跟不上变化。面对客户对交货期的苛刻要求,面对更多产品的改型,订单的不断调整,企业决策者认识到,计划的制订要依赖于市场和实际的作业执行状态,而不能完全以物料和库存回报来控制生产。同时ERP软件主要是针对资源计划,这些系统通常能处理昨天以前发生的事情(作历史分析),亦可预计并处理明天将要发生的事件,但对今天正在发生的事件却往往留下了不规范的缺口。而传统生产现场管理只是一黑箱作业,这已无法满足今天复杂多变的竞争需要。因此如何将此黑箱作业透明化,找出任何影响产品品质和成本的问题,提高计划的实时性和灵活性,同时又能改善生产线的运行效率已成为每个企业所关心的问题。

    制造执行系统(MES)恰好能填补这一空白。MES是处于计划层和车间层操作控制系统之间的执行层,主要负责生产管理和调度执行。它通过控制包括物料、设备、人员、流程指令和设施在内的所有工厂资源来提高制造竞争力,提供了一种系统地在统一平台上集成诸如质量控制、文档管理、生产调度等功能的方式,从而实现企业实时化的ERP/MES/SFC系统,并给企业带来了巨大的经济效益。

    1、需求分析

    济南钢铁股份有限公司中厚板厂年产量200万吨,包含有步进加热炉1座,推钢加热炉2座,粗轧机1台,精轧机1台,以及矫直、冷床、剪切、质检、入库等一条线中厚板生产设备。三炼钢厂与中厚板厂采用高耦合性直接热装板坯工艺(DHCR),因此要求实行一条作业线生产管理。该条作业线将逐步过渡到以品种钢生产为主(小批量/多品种),因此要求生产管理实现高水平的定单生产(MAKE TO ORDER)管理。

    作为现代化新型中厚板生产线,济钢中厚板厂具有完善的生产过程基础自动化系统(L1)和过程自动化系统(L2),如步进加热炉控制系统、西门子精轧控制系统、控轧控冷系统(ACC)等,并且先行开发了简易轧件跟踪局域网系统。但是,全线生产协调控制仍然依赖人工完成,生产计划调度也是人工完成,信息传递靠人工报表,各个L1/L2级子系统所须制造命令/规程等L3级数据由人工输入,效率低,规范性差,与完善的L1/L2自动化系统不相匹配,也制约了中厚板厂生产效率的发挥提高。中厚板厂迫切需要建立一条全线生产管理信息系统,进一步优化全线生产效率,提高全线管理水平。从公司信息化看MES是生产型企业信息化的基础,没有及时、准确、有效的生产管理信息,企业ERP系统是空中楼阁。

    2、系统设计目标

    炼钢—中厚板厂全线一体化MES系统设计目标是:建立三炼钢—中厚板厂全线一体化生产管理执行信息系统(MES系统),实现全线一条线生产管理(一体化生产计划、一体化动态调度、一体化执行跟踪)自动化(L3),稳定均衡生产,快速动态调度,提高生产效率,减低生产成本,规范生产管理方式,改善生产决策环境,实现三炼钢—中厚板生产线生产管理现代化。(图1)


图1 中厚板产线MES主画面

    3、MES的业务模型简介

    3.1 业务建模

    首先根据总公司生产管理的三层组织体系,系统的功能按照“总公司——分厂——生产岗位”三层设置,上层是总公司的决策支持系统和业务应用系统,中间层是分厂的业务应用系统,最底层则是生产岗位的业务应用系统。同时,系统的功能还要按照具体的业务职能划分,包括资源分配、计划排产、生产调度、文档控制、数据采集、过程管理、产品跟踪、设备维护、质量管理和统计分析。


图2 MES系统功能结构图

    3.2 各主要模块的功能

    资源分配功能:对生产相关的资源进行合理的分配和管理,分为以下几个模块进行设计:原料分配管理、设备分配管理、人工分配管理、备品分配管理、其他资源分配等;

    计划排产功能:根据作业优先级,属性,规格,配方等情况以及生产资源情况进行生产时间排程,使得生产量最大,生产时间最短,有限资源利用率最高(多快好省);

    生产调度功能:以定单/批次为单位,管理生产作业流,按照生产排程向各生产单元下达制造指令(含制造标准);根据生产变化改变生产排产,下达调度命令;进行产品修复和再加工,通过缓冲区控制各车间工作量;

    文档控制功能:自动产生、更新每个作业的生产记录/报表,包括:制造命令、制造标准、配方、图纸、标准生产过程、备件、批次记录、施工变更通知、移动信息等;向下级各生产单元(操作工或生产设备)发送指示以及环境、安全、健康规范;

    数据采集功能:提供下层接口,获取内部生产和参数数据,充实每个生产作业的报表记录;数据采集可以是人工输入,或者自动从设备获取,以分钟为时间单位;

    过程管理功能:监控生产过程,对操作工或机器的生产活动进行在线校正和优化;对生产异常进行报警管理,通知所有生产者;通过数据采集模块与各智能设备接口等;

    产品跟踪功能:实时跟踪产品生产过程,在线记录产品信息:原料来源/谁在生产/制造序号/当前状态/异常处理等信息;在线形成产品历史记录;

    设备维护功能:指导、跟踪设备/工具维护活动,保证设备正常生产;对设备定期维修、预防性维修、故障维修进行排程;保持设备维护记录,以利于设备故障诊断;

    质量管理功能:实时分析生产测量数据保证产品质量,定位发现问题;对生产质量问题提出补救、更正措施,包括确定问题的症状、活动、结果等;质量跟踪管理,包括在线检测和离线实验室检验信息;

    人力管理功能:提供精确到分钟的人力信息,包括:时间、在线报告、身份跟踪、以及诸如备料、维修工具等间接信息;与资源分配系统通讯,确定富裕人员安排;

    统计分析功能:提供可精确到分钟的实际生产结果分析,并与历史数据比较,与计划指标比较;分析性能指标包括:产量、生产率、资源利用率、资源可用率、产品生产时间、与计划偏差、与标准偏差、能耗成本分析、质量指标等;产生各种生产统计报表。

责任编辑:江琦
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