寶鋼面對一輪又一輪的鐵礦石價格上漲，作為一種先進的管理思想和理念，MES系統(tǒng)幫組寶鋼節(jié)省成本。鋼鐵為主的黑色金屬類材料出場價格上漲幅度跟鐵礦石價格的上漲有很大的關系。鐵礦石是鋼鐵生產必需的主要原料，國際上鐵礦石的價格是節(jié)節(jié)攀高，鋼鐵企業(yè)進口的成本也是越來越高。

　　除了要應對原材料價格的上漲，鋼鐵企業(yè)同時也在追求規(guī)模經營，這種情況下，企業(yè)必須追求品種結構高級化，集中于發(fā)展高技術含量和高附加值的板材產品，控制關鍵市場、關鍵生產技術和重大新工藝技術。 因此，鋼鐵企業(yè)需要在產品質量和生產效率方面提高競爭力，鋼鐵企業(yè)迫切需要有一種手段來解決這些問題，作為一種將多種生產過程控制和管理功能集合的軟件系統(tǒng)，MES系統(tǒng)對于現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)來說是至關重要的選擇。 MES的作用就是使制造現(xiàn)場的管理更加透明化、可視化、實時化及規(guī)范化，實現(xiàn)生產控制自動化與制造管理信息化的融合。 下面我們以寶鋼為例，看看MES如何使現(xiàn)場的管理更加高效、透明。

　　一、寶鋼鋼管廠調質區(qū)MES系統(tǒng)構成

　　改造后調質區(qū)的系統(tǒng)結構圖如圖所示。由3臺PLC、2臺L2服務器和3臺工作站組成生產監(jiān)控系統(tǒng)，而MES系統(tǒng)的功能主要由2臺L2服務器完成，部分MES功能由L2和L3的服務器共同完成。

　　　　圖 MES系統(tǒng)結構圖

　　劃分到用戶服務層的組件提供了可視界面，利用這種界面，客戶可觀察信息和數據，這一層的組件主要用于向應用服務層內的組件發(fā)出服務請求。應用服務層組件建立了用戶服務層和數據服務層之間的橋梁，根據應用需求定義應用任務，復雜的業(yè)務邏輯和大量計算工作都放在應用服務層。數據服務層涉及所有的典型數據處理活動，其中包括數據的獲取和修改，以及另一些數據庫相關任務，數據服務可用數據庫管理系統(tǒng)DBMS內的對象實現(xiàn)，并采取觸發(fā)器或存儲進程的形式。這種結構有3個優(yōu)點：

　　1)提高了系統(tǒng)可復用性。駐留在服務器中的應用程序可被多個工作站共享，而不必在每臺工作站上都安裝。

　　2)易于管理易于維護。當應用功能改變時，只對應用服務器中的程序進行修改，不必修改每臺工作站上的程序。

　　3)數據服務和應用服務各司其職，使資源更有效利用。

　　調質區(qū)MES系統(tǒng)就是參照這種模式設計的，但本項目中應用服務器和數據服務器物理上共用一臺服務器。用戶經常使用的爐溫查詢功能人機交互較多，放在工作站上實現(xiàn)。將MES系統(tǒng)的生產計劃、數據采集、料流跟蹤、質量分析、設備管理等功能都放于L2服務器上實現(xiàn)。數據庫讀寫操作放于SQL Server的存儲進程中完成。

　　二、寶鋼鋼管廠調質區(qū)MES系統(tǒng)功能及實現(xiàn)

　　調質區(qū)MES系統(tǒng)主要包括生產計劃、數據采集、料流跟蹤、質量分析、設備管理等五大功能。

　　1）生產計劃

　　來自銷售公司的訂貨合同經BPS進行合同輸入、合同分配后形成生產計劃下達到各分廠的L3服務器，L3根據生產計劃中最終產品的要求進行質量設計產生生產作業(yè)計劃，現(xiàn)場操作工根據L3終端上顯示的生產作業(yè)計劃進行生產。

　　鋼管廠調質區(qū)是按合同號和爐號組織生產的，爐號是位于生產線上游的加熱爐的生產序號，一個合同號中往往包括多個爐號。當一個新的合同的鋼管被吊裝到調質區(qū)準備開始生產前，操作工在L2服務器上輸入將生產的合同號，L2服務器向L3服務器發(fā)合同請求電文，L3服務器返回該合同的合同信息電文，合同信息電文中包含有鋼管的特性數據，如熱處理工藝、品名、鋼級、標準、材質、外徑、壁厚、管端等，還包括經質量設計產生的加工工藝參數，如淬火爐加熱段溫度、均熱段溫度和生產節(jié)拍、回火爐加熱段溫度、均熱段溫度和生產節(jié)拍;水淬和油淬數據(壓力、流量、水油淬時間等)。其中生產節(jié)拍決定了鋼管在爐內加熱時間，此外合同信息中還有該合同號中包括的全部爐號。L2服務器保存合同信息后，將爐溫、生產節(jié)拍數據下達到L1生產監(jiān)控系統(tǒng)中作為生產指示數據，其他數據可作為操作工生產參照數據。

　　用計算機根據最終產品要求計算的工藝參數指導生產，減少了人為錯誤，更好地保證了產品質量。

　　2）數據采集

　　改造前操作工手工記錄每個合同每個爐號的生產時間，當需要進行產品質量分析時，質量管理人員根據操作工記錄的爐號生產時間查找該段時間內記錄儀在記錄紙上繪制的爐溫曲線，工作煩瑣不便。

　　改造后L2服務器增加實時生產數據采集功能，對影響產品質量的重要生產數據在數據庫中長期保存。鋼管調質區(qū)主要是調節(jié)鋼管硬度和韌度特性，對鋼管質量影響最大的是加工鋼管時淬火爐和回火爐爐溫及鋼管在淬火爐和回火爐中停留時間。所以每隔30s在L2服務器的數據庫中保存一次淬火爐6段爐溫、回火爐6段爐溫、淬火爐生產節(jié)拍、回火爐生產節(jié)拍。當需要質量分析時，用戶只需通過爐溫查詢功能輸入合同號和爐號，便可自動顯示出生產該批鋼管時的爐溫和節(jié)拍曲線。

　　3） 料流跟蹤

　　料流跟蹤是對生產過程進行監(jiān)視，將實物的加工過程變?yōu)樾畔⒌膫魉瓦^程。鋼管調質區(qū)加工過程中實物形態(tài)并沒有改變，這部分料流跟蹤的主要目的是跟蹤鋼管在淬火爐、回火爐的生產時間，進而跟蹤生產過程中工藝參數的變化，進行質量分析和管理。根據現(xiàn)場提出的要求，料流跟蹤設計為在L2服務器的數據庫中記錄每個爐號中每根鋼管的淬火爐、回火爐生產時間，保存三天。記錄每個爐號的淬火爐、回火爐生產時間，保存200天。

　　下面簡述一下鋼管廠調質區(qū)的生產工藝。一個爐號的鋼管從前一工序被吊裝到調質區(qū)堆放到淬火爐上料臺架，之后鋼管一根一根通過輸送輥道從淬火爐人口送入爐內，爐內所有鋼管每隔一定時間向出口方向移動一個齒位的距離。進行正火工藝處理時，鋼管到達淬火爐出口后，將送入冷床冷卻，冷卻后被送入下一工序，進行淬火工藝處理時，鋼管從淬火爐出來后，送入水淬或油淬冷卻，之后被送入回火爐再次加熱，從回火爐出來后送入下一工序?；鼗馉t的工作原理同淬火爐相似，只是回火爐爐溫低于淬火爐爐溫，而鋼管在回火爐中的時間要長于在淬火爐內時間。

　　料流跟蹤功能通過生產線上設置的光柵檢測何處有鋼管經過。在淬火爐入口、淬火爐出口、回火爐入口、回火爐出口各設有一個光柵監(jiān)視器，MES跟蹤記錄以上四處通過的鋼管的合同號和爐號、鋼管在爐號中的排序號和鋼管處理時間。具體實現(xiàn)步驟如下：當新的一爐鋼管被吊上淬火爐上料臺架，準備依次進入淬火爐前，操作工在L2服務器上輸入將要生產的鋼管的合同號、爐號和熱處理工藝，之后按“新一爐號開始生產”按鈕，開始該爐號的生產，這就是換爐操作。每次換爐后，系統(tǒng)在數據庫中將為該爐號創(chuàng)建一條新記錄，同時淬火爐入口的合同號和爐號自動設定為即將生產的合同號和爐號，鋼管序號設定為0。如果是定修后第1次開始生產，換爐時還要將淬火爐出口的的合同號和爐號自動設定為將要生產的合同號和爐號，鋼管序號設定為0。每當有鋼管從淬火爐入口經過時，該處鋼管計數加1，并在數據庫中為該根鋼管添加一新記錄，同時將該根鋼管進入淬火爐入口的時間作為它的淬火爐開始生產時間寫入數據庫。每隔一定時間淬火爐內鋼管就向出口方向移動一個齒位，每次有鋼管從淬火爐出口經過時，淬火爐出口鋼管計數加1，并根據淬火爐出口記錄的合同號、爐號和鋼管序號，在數據庫中寫入該根鋼管淬火爐結束生產時間。每根鋼管的生產時間將用于在線質量分析。在一個爐號的全部鋼管都進入淬火爐后，下一爐號開始生產前，操作工輸入下一合同號、爐號及熱處理工藝，進行換爐操作，這時MES系統(tǒng)將記錄前一爐號的最大鋼管根數。當淬火爐出口鋼管計數達到該爐號的最大根數時，淬火爐出口自動換爐，即淬火爐出口的合同號和爐號自動設定為下一合同號和爐號，鋼管序號自動設定為0。同時在數據庫中記錄該爐號的生產時間，該爐號第1根鋼管進入淬火爐的時間作為該爐號的開始生產時間，該爐號的最后一根鋼管出淬火爐時間作為該爐號的結束生產時間?；鼗馉t入口和回火爐出口鋼管跟蹤過程，與淬火爐入口相似，但生產的下一爐號是正火管時，回火爐入口出口換爐后該處合同號、爐號和鋼管序號自動清0。每個爐號的生產時間將用于質量統(tǒng)計分析。

　　4）質量分析和管理

　　質量分析的目的，在于及時發(fā)現(xiàn)潛在質量問題，加以改進，從而達到嚴格控制產品質量的目的。

　　在鋼管廠調質區(qū)，爐溫和節(jié)拍是影響產品質量的重要因素，所以產品質量分析就轉化為對生產鋼管時的淬火爐和回火爐爐溫、淬火爐和回火爐生產節(jié)拍等重要生產數據的分析。根據實際的生產要求，MES系統(tǒng)設計了在線質量分析和統(tǒng)計分析功能。

　　在線分析功能是當某一爐號的鋼管在調質區(qū)結束生產進入矯直區(qū)后，對該爐鋼管進行組批。之后進行試批采樣，操作工在L2服務器上輸入采樣鋼管的合同號、爐號和鋼管序號，MES系統(tǒng)查詢數據庫中生產該根鋼管的時間及這段時間內的爐溫和生產節(jié)拍，分別求出淬火爐和回火爐6段爐溫的最高值、最低值和平均值。然后由操作工輸入水油淬冷卻時間、外噴壓力、外噴流量、內噴壓力、內噴流量，并將以上數據組織成質量信息電文發(fā)給L3，由L3進行進一步的質量分析，如有嚴重質量問題，將提示相關部門人員解決。

　　統(tǒng)計分析功能即爐溫查詢功能，由質量管理人員在工作站上輸入合同號和爐號，MES系統(tǒng)首先查詢出生產該批鋼管的時間，進而查詢出這段時間內的淬火爐、回火爐爐溫，并顯示出爐溫曲線，這些歷史數據將用于IS09000質量認證。同時當需要加工生產一種新型鋼管時，技術人員會通過分析這些統(tǒng)計數據，來決定最佳的工藝生產參數。

　　5）設備管理

　　設備的維護管理就是對設備運轉狀態(tài)進行監(jiān)視，記錄故障停機等事件。

　　L2服務器通過監(jiān)視淬火爐入口光柵來實時監(jiān)視淬火爐的生產狀態(tài)，當發(fā)現(xiàn)悴火爐入口超過半小時以上無鋼管通過即認為已經停止生產，發(fā)生故障停機。恢復生產后，MES系統(tǒng)自動彈出窗口通知操作工故障停機結束，請求輸入故障原因、故障設備，并與自動保存的故障停機開始時間、故障停機結束時間一起構成故障停機電文發(fā)往L3服務器。L3將長期保存設備的故障記錄，并統(tǒng)計每天的設備運轉率和故障率。

　　三、寶鋼鋼管廠調質區(qū)MES系統(tǒng)實施效果

　　1）提高了快速響應用戶交貨應答的速度。以前由于沒有一個包括MES系統(tǒng)在內的產供銷一體化系統(tǒng)，為了回答用戶的要求，就要從銷售開始查起。然后，跑到煉鋼廠看看這個訂單生產了多少，到熱軋看看是否已經排入計劃中，再到冷軋看看完成情況，這樣跑了一圈十五天后才告訴用戶，你的訂單完成了多少，其實這時生產已經發(fā)生了變化?，F(xiàn)在，因為用戶的制造在線信息都在產供銷一體化系統(tǒng)中，只要在終端輸入客戶合同，1.5秒即可知道訂單的進度情況。甚至對于重要的客戶（比如上海大眾汽車廠）可以開放終端，用戶自己就能夠掌握他的訂單在寶鋼的生產節(jié)奏，然后，根據上游的生產情況，讓鋼材不再進自己的倉庫，做到零庫存生產。這樣就可以大大地方便客戶，加快生產的節(jié)奏，提高客戶的滿意度。

　　2）提高了產品的交貨精度。以前由于沒有MES系統(tǒng)的支撐，我們不知道什么時間可以生產、發(fā)貨給客戶，所以，當時在訂貨時就采取了一個非常寬泛的時間周期，也就是按季交貨，就是在一個季度的第一天到最后一天的90天內交貨都算不違約，這對客戶來說顯然是非常不方便的，而現(xiàn)在則可以精確到周或者天，這樣客戶就可以準確地把握他的訂單的生產時間，從而精確地組織下游的生產。

　　3）對現(xiàn)場集中管制監(jiān)控，對突發(fā)事件，進行實時操作指導。不銹鋼事業(yè)部建立了生產管制中心，它通過MES系統(tǒng)及工業(yè)監(jiān)控電視，建立集生產管制、質量控制、設備監(jiān)控、能源管理等為一體的生產監(jiān)控指揮中心，實現(xiàn)對生產制造全過程、實時動態(tài)、高度集中的一體化管理控制，實現(xiàn)生產過程優(yōu)化控制、運行和管理。

　　4）提高產品質量設計的效率，提高了產品的質量。寶鋼早期沒有上MES系統(tǒng)之前，所有工藝技術、質量檢驗、制造規(guī)范標準都是手工，在接到用戶訂單后，花大量的時間去查詢技術標準進行工藝質量設計，一般要一周以上才能夠完成該項工作，并且容易出錯。

　　5）MES系統(tǒng)引入后，通過統(tǒng)一國際標準、國家標準、企業(yè)標準、內控標準的關系，建立從原料到成品出廠等冶金全流程的產品規(guī)范和冶金規(guī)范，將用戶訂貨的產品指標要求轉換成廠內生產加工過程工藝參數的具體要求，細化了質量控制內容，實現(xiàn)產品的全過程質量控制，只需幾秒鐘即可完成，提高了效率和管理的精度。提供了產品質量分析的手段，進一步提高了實物質量水平。早期，對于發(fā)生的質量問題，由于缺少分析的平臺與手段，根本無法進行這項工作。 

　　6）引入MES系統(tǒng)后，由于系統(tǒng)中有大量的詳細質量信息，可以從這些質量數據中歸納出問題點來，比如，某周不合格率比平時高，可以通過數據分析找出問題的原因以及改善的辦法來。 由于在MES系統(tǒng)中收集的生產現(xiàn)場的質量信息非常細致，并且質量信息保留收集時的原始形態(tài)，這就使得多面分析成為可能。 提高了現(xiàn)場作業(yè)的效率，減少了操作失誤。早期，如果我們在制造現(xiàn)場通常會看到以下的景象：狹窄的操作室里，貼滿了作業(yè)計劃指令，塞滿了各種操作規(guī)程書等資料。此外，在生產作業(yè)同時，還要填寫各種檢查表、管理臺賬、記錄本等記錄。各個管理部門從自身的觀點出發(fā)收集管理數據，也會要求現(xiàn)場人員增加一些管理圖表的填寫等等，這就大大增加了現(xiàn)場操作人員的工作，同時也容易產生錯誤。 

　　7）MES系統(tǒng)引入以后，在終端上就會出現(xiàn)工藝設計參數、檢驗放行標準、質量控制參數等生產指令以及操作上應該注意的事項，對操作人員發(fā)出精確的作業(yè)指令。 提高了柔性制造的能力。在冶金生產過程中，隨時可能發(fā)生各種各樣的情況，快速有效地應對，怎樣提高企業(yè)柔性制造的能力，也是當前企業(yè)必須面對的問題。

　　8）引入MES系統(tǒng)后，針對可能發(fā)生的緊急事件，MES系統(tǒng)能夠采取相應的措施，實現(xiàn)柔性制造。 降本、節(jié)能、降耗、減排，提高了企業(yè)的效益。通過MES系統(tǒng)的計劃管理、合同管理、現(xiàn)場質量控制等，加強了計劃性，提高了產品質量，大大減少了包括原材料、在制品在內的無委托余材的產生，降低了對生產性資源的消耗與浪費，同時也加快了生產周期，減少了資金的占用。另一方面，通過將現(xiàn)場能源監(jiān)控、能源調度、能源績效分析等與生產制造、質量管理、工序成本分析等集成在一起，將制造過程延伸到能源管理，真正實現(xiàn)集成制造的全過程優(yōu)化管理。同時，還對能源的統(tǒng)一調度、優(yōu)化煤氣平衡、減少煤氣放散、提高環(huán)保質量、降低噸鋼能耗和提高勞動生產率有著重要的作用。

　　四、寶鋼鋼管廠調質區(qū)MES系統(tǒng)特殊問題及處理方法

　　MES系統(tǒng)中的料流跟蹤中的關鍵是要保證信息流與物流的同步。只有信息流與物流同步才能保證料流跟蹤產生正確信息，后續(xù)的質量分析才有意義。因為實際生產中可能出現(xiàn)各種復雜的狀況，所以保證信息與實物一一對應是實現(xiàn)難度很高的問題。通過分析鋼管廠調質區(qū)的生產工藝，我們總結出可能導致料流跟蹤錯誤的4種異常情況，用MES系統(tǒng)分別設計了解決方案，下面加以簡要介紹：

　　1)其它物體從光柵前經過造成檢測器計數不準。鋼管廠使用光柵檢測是否有鋼管從輥道上通過，當輥道上有鋼管時，該處光柵信號由OFF變ON，鋼管通過后，該處光柵信號由ON變OFF。所以可以利用光柵信號變化來進行鋼管跟蹤計數。但只判定光柵信號會造成計數不準確，這是因為當有其他物體從光柵前經過時也會造成有鋼管通過的假象。解決這一問題的方案是，監(jiān)測到光柵由OFF變ON后開始計時，只有光柵的ON狀態(tài)維持2s以上且這時光柵兩側的輥道都處于正轉狀態(tài)，才認為確實有鋼管從此經過，鋼管計數加1。

　　2)鋼管變形造成計數不準。生產中由于某種原因導致鋼管變形，會造成漏計或多計鋼管，例如一根彎管會造成光柵兩次計數，所以MES系統(tǒng)設計為在淬火爐入口、淬火爐出口、回火爐入口、回火爐出口等處允許操作工通過畫面按鈕增加或減少鋼管計數。需要注意的是當增加一根鋼管后，鋼管計數如超過本爐號最大根數時，系統(tǒng)將自動在該處進行換爐操作，即設定該處合同號、爐號為下一合同號、爐號，鋼管序號為0。當減少一根鋼管后，鋼管計數小于本爐號本次生產的開始鋼管序號時，系統(tǒng)將自動設定該處合同號、爐號為前一合同號、爐號，鋼管序號為前一爐最大鋼管序號。

　　3)水淬油淬設備故障造成重處理管。如果生產淬火管時水淬或油淬出現(xiàn)故障，將從悴火爐出來的淬火管先運送到冷床暫時存放，待故障解決后，在冷床上暫存的管子會被重新吊裝到淬火爐上料臺架，重人淬火爐處理。這部分管子叫重處理管。因為重處理管在第1次生產時，料流跟蹤程序在數據庫中已為每根鋼管產生了一條記錄，并保存了每根鋼管的處理時間，待重處理管再次進入淬火爐時，必須修改數據庫中已有記錄，否則將出現(xiàn)數據庫中記錄的鋼管根數超過實際生產根數的錯誤，且記錄的生產時間也與實際不符。所以當重處理管再次入爐前，操作工需輸入最后一根重處理管的合同號、爐號、鋼管序號和重處理管根數，按下重處理按鈕，MES系統(tǒng)自動將數據庫中原來的重處理管記錄刪除，并用其后生產的鋼管記錄補充，同時修改淬火爐入口和出口的鋼管計數，如果這時淬火爐發(fā)生過換爐操作，則爐號信息表中記錄的前一爐號和當前爐號的淬火爐處理時間也要自動重新修正。

　　4)服務器故障停機造成丟失鋼管信息。當生產過程中發(fā)生服務器停機時，可能會造成部分鋼管信息丟失。所以MES系統(tǒng)恢復后，允許操作工補充這批鋼管信息。操作工在垃服務器上輸入要補充信息的鋼管的合同號、爐號、開始鋼管序號及鋼管根數，按下“補充鋼管”按鈕后，系統(tǒng)自動在數據庫中補充這批鋼管記錄，在淬火爐入口、淬火爐出口、回火爐入口、回火爐出口允許操作工手工設定跟蹤的合同號、爐號和鋼管序號，之后開始料流跟蹤，這樣做都是為了使因機器故障造成的信息丟失最小化。　

　　五、結束語

　　;乾元坤和張經理認為，MES系統(tǒng)建設是一項管理改造工程，而非僅僅是一個以技術為主導的項目。企業(yè)信息化應用是對企業(yè)業(yè)務模式的重塑、管理。因此，以用信息技術提升企業(yè)核心競爭力和支持企業(yè)持續(xù)發(fā)展為最終目的，認識信息化建設是增強企業(yè)競爭力的客觀需要、是企業(yè)參與國際競爭的重要條件，即“統(tǒng)一思想”至關重要。 同時，企業(yè)必須堅持“整體規(guī)劃、效益優(yōu)先、分步實施、重點突破”的原則，借用先進的計算機技術、網絡技術、通訊技術、企業(yè)建模及優(yōu)化技術進行實施，保障系統(tǒng)的開放性、可擴展性?？紤]到企業(yè)已有管理系統(tǒng)的通訊、系統(tǒng)集成問題，避免出現(xiàn)更大或是更多的“信息孤島”，提高企業(yè)的信息共享程度，為戰(zhàn)略、管理、業(yè)務運作提供支持，提高企業(yè)生產對市場需求的相應速度。寶鋼鋼管廠調質區(qū)MES系統(tǒng)實施必須以“工廠模型”為依托，以設備全面全生命周期管理為中心，保障MES系統(tǒng)的實用性和實效性。