MES在钢铁企业信息化中的作用

MES在钢铁企业信息化中的作用  
 
 
信息技术正在大力推动工业自动化和管理现代化的革命。钢铁行业历来重视生产过程的自动化控制;在管理信息化方面,以ERP为代表的管理信息系统近年来在钢铁企业也开始了大规模的应用。然而,在过程自动化与管理信息化之间存在数字鸿沟,导致无法将管理同生产紧密结合,ERP等管理自动化系统的应用效果大打折扣,甚至导致ERP系统实施失败。九十年代中期发展起来的生产制造执行系统(MES),正是打通这一瓶颈不可或缺的手段。随着经营管理的扁平化,MES正在成为企业实现生产活动与经营活动的有效集成、进行优化运行、优化控制与优化管理的桥梁和纽带,是提高企业竞争力的重要的技术之一。 <BR><BR>钢铁行业经营环境的新特点 <BR><BR>钢铁行业是我国国民经济的支柱产业之一,为国民经济的持续发展作出了积极的贡献.当前钢铁行业所面临的生产经营环境,具有如下特点: <BR><BR>按订单生产,多品种、小批量生产是钢铁行业的发展趋势: <BR><BR>钢铁行业本来是以大规模批量生产见长的。近十年来,钢铁企业面临的市场竞争环境发生了巨大的改变,客户对钢材的品种、规格(如板材的宽度、厚度、镀层和机械性能指标等)需求越来越多样化,客户需求呈现多品种、小批量特点。 <BR><BR>这种局面下,钢铁企业对用户需求的预测越来越困难,为了减少库存,节约成本,最有效的运作策略是将传统以预测为主轴的推式系统(Push System)改为以需求计划(Demand Planning)为主轴的拉式系统(Pull System)。企业生产将减少预测性生产,而是变成主要按订单生产(MTO);生产模式也由过去的大批大量生产方式改变成多品种、小批量生产方式。 <BR><BR>这种生产模式下,企业的销售部门应该对生产部门的情况非常了解,掌握生产线的实时数据,避免签订不合理合同,避免出现合同价格低于生产成本、交货期根本无法保证等问题;生产调度人员要能够及时掌握生产的历史情况和现时数据,方便根据实际产能进行小订单合并,制订科学合理的生产调度计划,对生产部门进行科学的指挥与协调;而生产部门也需要及时掌握当前的各项订单情况、生产计划指令,能够快速准确地根据销售合同和调度计划安排班组生产。 <BR><BR>加强成本管理和综合调度是钢铁行业生存发展的必然要求 <BR><BR>当前的市场竞争中,价格因素已经成为产品竞争力的重要因素。总体而言,钢铁产品已经由过去供不应求转变成供大于求,产品利润已经大大摊薄。钢铁企业必须在保证产品质量与交货期的同时,加强成本管理,使产品在价格较低的情况下仍然可以获取适当的利润。 <BR><BR>要降低产品成本,有效的方法就是加强对原材料、煤水电汽和人员工时的全面监控与调度。一是要加强核算,全面采集相关消耗的实时数据,并对相关数据进行管理与分析,制订合理的考核指标;二是加强综合调度管理,使现有资源发挥最大效益;三是加强对生产现场的综合管理,减少次品废品和不必要的损耗,避免无效劳动;此外,尽量做到按需生产,减少产品的库存,减少对资金的不合理占用。 <BR><BR>提高经营管理的决策效率是企业腾飞的必要手段 <BR><BR>企业经营管理过程中,常常面临各种艰难的决策;而市场波动频繁,契机一瞬即逝,如果企业经营管理者不能快速进行决策,即使最终可以得出正确的决定,也可能坐失良机。所以在激烈的市场竞争中,经营管理决策不仅要保证正确性,也要有一定的时效性。 <BR><BR>企业经营管理人员需要进行艰难抉择的例子比比皆是,例如:假定企业炼一炉钢的经济规模是500吨,显然如果一次只冶炼300吨,由于占用设备和人力资源的时间并没有相应按比例减少,导致单位成本显著增加。这时,若有用户刚好只需订购300吨产品,企业销售人员就面临这样的选择:是否承接这个订单?如果承接,应该如何报价?如何确定交货日期? <BR><BR>显然,企业的经营决策者如果要快速准确地作出决策,除了需要掌握大量的基础数据外,还需要保证这些基础数据的真实性与时效性,在此基础上进行分析和判断才可能作出正确的决断。在上述例子中,企业销售人员需要及时掌握企业当前其它相关订单情况、生产线的生产状况、企业近期生产计划、企业产能现状等各种数据,在综合分析的基础上才能最终作出合理决策。 <BR><BR>钢铁行业信息化现状及其特点 <BR><BR>“以信息化促进工业化”是制造业提高生产经营水平的必然选择。我国钢铁工业在长期的信息化应用过程中,逐步实现了基础自动化和过程自动化;在管理信息化方面也从初期简单的MIS系统向ERP/电子商务转变,信息化工作取得了一定的成绩。钢铁行业的信息化特点在于: <BR><BR>基础自动化和过程自动化基础良好 <BR><BR>钢铁行业成产流程长、环节多、工艺复杂,自动化技术应用十分广泛。进入二十世纪90年代以来,钢铁工业自动化应用范围不断扩大,应用水平不断提高、数字化日趋明显。具体表现为: <BR><BR>设备控制级大量采用DCS、PLC;在检测驱动级,各种智能表、数字传感器以及全数字化的交直流传动装置已普遍应用;过程控制广泛采用以小型机为主的自动控制系统。传统的“计、电、仪”的分工界限已不再明显,计算机技术的应用已深入各个领域。如:在现代高炉控制中,电控系统、仪控系统、通讯系统正被集回路调节、顺序控制,传动控制、多媒体于一身的一体化系统所代替。一些大的PLC制造商、DCS制造商正纷纷将各自的功能向对方的领域延伸,甚至连机器人、人工智能控制器等也被作为其中的一个部分做到一体化系统中去。在人机界面上,各种不同功能用途的操作台也被采用同一型号挂在同一网上的一体化的MMI所代替。 <BR><BR>智能控制技术广泛应用。如高炉冶炼专家系统、基于模糊控制的电弧炉电极提升系统、采用神经元网络的连铸漏钢预报系统、均热炉模糊控制系统、钢板冷却智能化控制系统等,都在实践中得到应用并取得了较好的应用成果。 <BR><BR>虽然不同钢铁企业的具体自动化程度有所不同,但从整个行业看,基础自动化、过程自动化在钢铁企业中得到广泛应用,并伴随自动化技术的发展而逐步加深。 <BR><BR>企业越来越重视管理信息化的建设 <BR><BR>钢铁行业在长期的信息化实践中逐步认识到,以单元设备或生产过程为对象的过程自动化固然对企业生产十分重要,但对企业发展更为重要的是提高经营管理水平。如何通过综合管理,充分发挥企业的生产能力,减少能源与原料的消耗,合理调配人力资源与生产设备,使企业现有的人力资源和设备最大限度地发挥其作用,是钢铁企业需要着重考虑的问题。钢铁企业已经认识到管理信息化的重大作用,认识到实现企业信息化,最重要的是实现管理的信息化;管理信息化不仅仅是ERP/CRM/SCM等管理软件的应用,更是促进企业管理的重要手段。 <BR><BR>首都钢铁集团总公司总计控室总工郭雨春表示:“首钢把信息化建设看作是全面推进管理进步的突破口。”宝钢集团宝信软件股份有限公司网络技术总监王柏青博士认为:“钢铁业要实现信息化,三分靠技术,七分靠管理。”基于这种认识,以宝钢、首钢、武钢为代表的大批钢铁企业,不惜重金投向管理信息系统,开始实施以ERP\CRM\SCM和电子商务为代表的经营管理信息系统。 <BR><BR>过程自动化与管理信息系统之间存在数字鸿沟 <BR><BR>应当看到,钢铁工业虽已基本实现了基础自动化和过程自动化,但这些自动化系统都是以单元生产设备为核心进行检测与控制的,生产设备之间形成诸多“自动化孤岛”。这种“自动化孤岛”式的单机自动化缺乏信息资源的共享和生产过程的统一管理,难以适应现代钢铁生产的要求。 <BR><BR>MIS/ERP和其它管理信息系统本身难以与基础自动系统进行接口,无法对生产数据进行自动管理。而这些管理信息系统在进行生产管理计划与决策分析时,大量依赖企业生产经营过程中产生的实际数据。如果没有实际生产中产生的数据为基础,ERP是难以通过运算与分析得出令人信服的结果的,ERP等管理信息系统的应用效果就会大打折扣。 <BR><BR>为了方便ERP系统运行,实际操作中不得不将大量的生产数据通过纸质报表传递,再由相关使用人员录入到管理信息系统。从而形成这样的尴尬局面: <BR><BR>一方面,生产过程中产生了大量的控制与检测数据,可以以电子格式存放;但不能自动传递到管理信息系统。另一方面,管理信息系统大量需要这些生产数据,只好以报表等方式将这些数据抄录、打印,以纸介质方式进行信息传递;相关部门收到纸质报表后,手工进行数据录入。 <BR><BR>同样,管理信息系统的生产计划等数据是生产中迫切需要的,也不能自动传递到生产控制系统中,而是通过纸质方式进行数据传递。 <BR><BR>这种方式的弊端在于:大量的数据在传递、重新录入过程中,有可能因为操作者无意或者有意的出错,导致数据不准确;由于数据通过人工方式进行传递,效率比较低下,得到的数据滞后于实际生产情况,严重影响基础数据的实效性,其后果是导致管理信息系统不能及时准确对生产经营进行相关处理和决策,严重影响ERP的使用效果,甚至导致应用人员对ERP系统的不信任。这种状况表明,企业信息化系统中,基础自动化与管理自动化之间还存在明显的数字鸿沟。 <BR><BR>九十年代中期国际上逐步发展起来的生产制造执行系统(Manufacturing Execution System即MES),可以实现企业生产活动与经营活动的有效集成,成为优化运行、优化控制与优化管理的桥梁和纽带,是值得钢铁企业密切关注的高新技术之一。 <BR><BR>MES的桥梁作用 <BR><BR>MES是Manufacturing Execution System的缩写。国际联合会对MES的定义如下:MES能通过信息的传递对从生产命令下发到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工厂中有实时事件发生时,MES能及时对这些事件作出反应、报告,并用当前的准确数据对它们进行约束和处理。 <BR><BR>具体而言,MES以过程数学模型为核心,连接实时数据库或非实时的关系数据库,对生产过程进行实时监视、诊断和控制,完成单元整合和系统优化,在生产过程层(而不是管理层)进行物料平衡,安排生产计划,实施调度、排产及优化。进而对生产过程的物料流,能量流,质量流和资金流、数据流统一监控,对此四大元素进行完全监测、分析、控制和优化。 <BR><BR>从上述定义可以看出:①MES的优化目标是整个生产过程。②MES需要收集生产过程中大量的实时数据,并且对实时事件能及时进行处理。③MES需要同时与计划层和控制层保持双向通信能力,从上、下两层接收相应数据并反馈处理结果和生产指令。 <BR><BR>作为生产管理系统核心的MES是生产企业过程自动化系统与管理信息系统之间的桥梁,同相关系统之间存在密切的数据交流关系(图1)。ERP系统需要MES提供的成本、制造周期和预计产出时间等实际生产数据;SCM从MES中取到生产订单的实际状态、企业当前的实际生产能力情况以及企业中生产换班的相互约束关系;CRM模块的成功报价和准时交货决定于每个时刻生产的实际情况,所以它必须和MES有密切的联系;过程控制需要基于MES对产品的工艺参数进行优化;而基础控制模块则必须从MES中取到控制数据或操作步骤。而另一方面,MES也要从其他的系统中获取到自身需要的数据,这些数据保证了MES在工厂中的正常运行。例如,ERP的计划数据是MES进行生产调度的依据;SCM通过外来物料的采购和供应时间控制着生产计划的制订和某些零件在工厂中的生产活动时间;CRM的采购订单中的具体客户要求是指导工厂生产的重要依据;从控制模块传来的实时生产状态数据被MES用于实际生产性能评估和操作条件的判断。 <BR><BR><BR><BR>MES为钢铁企业信息化建设助力 <BR><BR>钢铁行业面临的经营管理问题,促进了钢铁行业信息化的应用;而钢铁企业信息化过程中,MES是生产自动化与管理信息化之间的重要桥梁。从钢铁行业的生产实际看,MES的最有效的功能是数据采集与传递,除此之外,通常还具有下述功能: <BR><BR>现场数据采集与过程处理 <BR><BR>采集生产现场中的各种必要的数据信息,例如转炉的各控制点温度;投料数量;正在轧制的钢板厚度等等。对采集的数据进行即时分析处理,监控生产过程和自动修正生产中的错误以提高加工活动的效率和质量,或者向操作者提供预警或修正措施指导。MES系统将监测车间的生产状况,方便进行订单执行情况的查询;记录生产过程中所有的正常的数据,包括出现故障时的数据,方便今后的质量追溯。 <BR><BR>设备维护管理 <BR><BR>实时监测设备的运行情况和负荷,并产生设备的阶段性、周期性和预防性的维护计划,并对突发故障产生响应,提供故障诊断支持;记录设备的历史档案和备品备件管理,方便对设备进行最优化管理与维护。 <BR><BR><BR>生产计划管理 <BR><BR>依据ERP的月度生产计划和订单资料,编制详细的周、日班组计划。这个计划是基于有限能力的生产执行计划,提供基于指定生产单元相关的优先级(priorities)、属性(attributes)、特征(characteristics)、方法(recipes)等的作业排序。 <BR><BR>其它 <BR><BR>MES还进行生产调度、产品质量监控、生产档案管理、人力资源管理、系统资源管理等等。 <BR><BR>可见,MES提供基础自动化系统、过程自动化系统无法实现的车间级调度管理功能;提供ERP等管理信息系统无法实现的生产数据的获取与分析功能,成为车间生产和企业管理之间的桥梁,可以为企业带来现实的或潜在的经济效益,包括:确切掌握生产状况,提高交货准确度,达成产销配合;正确掌握生产状况及不良品之追踪,降低生产成本;对产品生产数据进行管理,方便进行品质追踪,提高产品服务质量;有效避免不良操作,提高生产效率;有效利用生产设备,充分利用产能;能正确快速制订生产决策,提升企业竞争力。 <BR><BR>当前,MES在国外知名大型企业中得到了广泛的应用,成为这些企业保持市场竞争优势的重要手段;但是在国内,大家对MES的认识还比较少,MES的应用并没有得到充分的重视。当前国内从事MES系统研究的人员比较少,成熟的商品化软件系统还不多。在推动钢铁企业全面信息化进程中,我们还有很多工作要做。

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