炼钢MES计划调度一体化

0 引言
    随着信息技术和现代管理技术的发展，钢铁企业管理已开始从金字塔模式向扁平化模式转换，适合扁平化管理模式的综合自动化系统CIMS成为工业自动化高技术的研究热点。在基于BPS/MES/PCS三层结构的钢铁企业综合自动化系统中，MES是关键。MES解决了生产过程中难以处理的生产信息与管理信息的综合集成问题，起到将生产过程产生的信息和经营管理的信息进行转换、加工和传递的作用，是面向过程的生产活动与经营活动的桥梁和纽带。

    炼钢一连铸生产计划与调度系统是炼钢厂制造执行系统(MES)的重要组成模块，它是炼钢MES的主线。炼钢MES以计划调度为主线，以价值链为核心，以设备管理、能源管理和质量管理等业务为条件和约束。本文主要阐述了协同炼钢MES三个一体化理念，并分析了一体化的关键技术。

1 协同炼钢MES三个一体化

    MES最关键的问题是怎么把企业关心的节能降耗的 指标真正体现在生产控制上。实现从经济指标的角度 ，体现企业效益最大、设备使用率最高、各系统间衔接 最密切、资源分配最合理，甚至包括原材料的采集等达到最合理。MES要解决ERP执行过程中遇到的瓶颈问题，实现工序的一体化集成，把资源优化和工艺参数优化连接在一起，把生产层和管理层更好地结合在一起。

    为了适应协同制造的要求，集成的MES发展成为协同的MES。2004年5月MESA提出了协同的制造执行系统C-MES(collaborative manufacturing execution systems)概念，指出将MES的运行功能与改善企业运作效益结合起来，增强MES与价值链和企业内其他系统、人的集成能力。可见，以协同为核心的一体化集成已成为MES进一步的发展趋势。

    以协同为核心的一体化集成，要实现“三个一体化”，即从计划层、执行层到控制层的一体化、时间到空间的一体化、时间和空间综合一体化。炼钢MES要实现以计划调度为主 线，以价值链为核心的一体化，同样也要实现以上三个一体化。协同炼钢MES三个一体化的体系结构如图1所示，炼钢MES三个一体化的理念、内部各子系统与功能模块的协调、集成关系如下所述。

图1 协同炼钢MES 三个一体化体系结构

    1.1 从计划层、执行层到控制层的一体化

    从计划层、执行层到控制层的一体化是指在钢铁企业综合自动化系统的BPS/MES/PCS三层体系结构下，以计划调度为主线的炼钢制造执行系统MES与钢铁企业经营计划系统BPS及炼钢厂过程控制系统PCS协调集成的问题。

    炼钢MES采用以生产综合指标为目标的生产过程优化运行、优化控制和优化管理技术，从而实现对能耗、物耗、设备的实时控制，降低生产过程动态成本，提高设备的运转率。炼钢MES是实现生产过程优化运行与管理的技术核心系统，通过对信息流的有效控制，实现对炼钢厂物流、信息流、价值流的闭环控制。

   一方面，炼钢MES与钢铁企业BPS相互协调、渗透，根据钢铁公司经营计划BPS系统下达的合同计划，通过批量计划、日生产计划的编制及生产调度过程组织生产，对炼钢厂的生产过程数据信息加以采集、过滤、传递和加工处理，传递给炼钢MES的计划、调度等系统，并及时呈报给上层BPS作为下次制订合同生产计划的依据。

    另一方面，钢铁公司BPS把制定的综合生产指标下达给炼钢MES，炼钢MES通过生产计划编制、作业计划调度等系统将综合生产指标在不同时间尺度上细化、逐层分解，并以生产指令形式下达给过程控制系统，转化为生产运行的工艺指标。生产开始以后，炼钢MES从过程控制系统PCs采集相关生产实绩数据，计算综合生产指标是否满意，并分析原因，做出相应的调整。

    由此可见，炼钢MES起着将从生产过程中产生的信息和从经营计划管理活动中产生的信息，以及生产管理活动中产生的信息进行转换、加工、传递的作用，是生产活动与管理活动信息协调、集成的重要桥梁和纽带。通过炼钢MES将钢铁企业经营计划系统BPS与炼钢厂过程控制系统PCs协调、集成在一起，使钢铁企业上层经营管理部门制定的中长期生产计划、综合生产指标能够通过炼钢MES贯彻到炼钢厂的日常生产之中，而对于炼钢厂每天的生产运行状况，通过炼钢MES上层经营管理部门也能了解和获得必要的信息。总之，以计划调度为主线的炼钢MES是从计划层、执行层到控制层实现一体化的关键所在。

    1.2 从时间到空间的一体化

    时间层次上的一体化指的是对于钢铁企业制定的中长期生产计划在不同时间尺度上进行分解、细化的过程，即从公司经营计划系统中的合同月计划、周计划到炼钢MES的日批量计划的编制、日生产作业计划的生成，再分解到班调度作业计划，并以生产指令形式下发到炼钢厂过程控制系统以分钟为单位生产执行、监控的过程。

    具体来说，就是钢铁企业经营计划系统BPS对销售部门接收的销售订单、用户合同，通过质量设计、生产设计，形成生产合同，再通过合同计划的编制，生成炼钢、精炼、连铸、模铸等各个工序的合同月计划，再分解到合同周计划，下发给炼钢MES a炼钢MES接收到合同周计划后，根据设备的定检修计划、设备的生产能力、板坯库存信息，并按照生产制造标准和工艺规程，编制日生产批量计划，即炉次计划、连连浇计划、模铸计划等。将编制好的连铸、模铸日生产计划根据班组人员情况、设备产能信息等分解成可执行的班生产计划，进而根据生产现场设备资源状况进行出钢顺计划的编制，即生成班作业计划，并以生产指令的形式下达到过程控制系统PCS中进行生产。同时，炼钢MES以分钟为单位监视着生产现场的运行情况。综上所述就是以计划调度为主线的炼钢MES从时间层次上的一体化集成。

    空间层次上的一体化指的是集成空间中的各工序。对于炼钢MES来说，就是从炼钢、精炼到连铸、模铸工序横向衔接，从相对孤立的各工序单独编制计划转变成炼钢、精炼、连铸、模铸工序生产计划协同编制、统一调度，从而达到精确平衡物流，实现整个产线产能的合理发挥和资源的均衡分配，有利于实现生产组织的最优化。

    1.3 时间和空间综合一体化

    对于炼钢MES系统内部来说，综合考虑时间的月、周、日生产计划和炼钢、精炼、连铸模铸工序生产计划的协调编制，即实现时间、空间综合一体化的集成。时间和空间的综合一体化更多的是体现在以计划调度为主线的炼钢MES与外部系统的协调和集成上。

    在横向上，即空间工序轴上，以计划调度为主线的炼钢MES与前工序炼铁MES、后工序的热轧MES进行着信息上的沟通与交互、功能上的协调与集成。

    炼铁MES与炼钢MES、热轧MES以及冷轧厂MES等共同组成钢铁企业的制造执行系统(MES )。炼钢MES与炼铁MES进行着以铁水供需为主的信息交互，以便炼铁厂的高炉作业计划以及铁水调度能与之协调。炼钢MES与热轧MES进行着以板坯供需为主的信息交互，以便协调编制炼钢一连铸一热轧一体化生产计划。

    在纵向上，即时间轴上，从钢铁企业BPS层中长期生产经营计划、合同计划，到炼钢厂炼钢、连铸、模铸的月、周、日生产计划，调度作业计划的逐层分解，再到以生产指令形式下发至炼钢厂PCs层进行生产，以及生产过程中发生异常时的动态调度，更加凸显了以计划调度为主线的炼钢MES在BPS/MES/PCS三层结构的钢铁企业综合自动化系统中的桥梁和纽带作用。因此，炼钢MES时间、空间综合一体化就是在钢铁企业综合自动化系统的BPS/MES/PCS三层结构体系下，炼钢MES与公司上层经营计划系统BPS、下层炼铁厂、炼钢厂、热轧厂等各个分厂过程控制系统PCS，以及横向上与炼铁VIES、热轧MES、冷轧MES等系统的综合一体化集成。