（工商管理专业论文）湘钢宽厚板制造执行系统研究.pdf

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 - i - 摘要 伴随中国加入 wto 和经济全球化，中国正在成为世界制造业的中心。中国的制 造业企业正面临日益激烈的国内外竞争，如何满足丰富乃至苛刻的用户个性需求， 如何提供高价值的产品，如何迅速提高企业的核心竞争力，这些都是企业孜孜以求 的目标。应对挑战的方法之一就是以信息化带动工业化，加快信息化进程，综合应 用信息技术和现代管理技术，为企业注入集成的、精益的、敏捷的力量。 制造执行系统(mes)是企业集成三层模型即企业资源计划层（erp） ，制造执行系 统层（mes）和过程控制系统层（pcs）中的中间层,起着上承 erp、下接 pcs 作用， 是企业经营战略和运营执行之间的一道桥梁，是企业敏捷精益生产的关节。本论文 研究的目标是如何做好 mes 建设的恰当规划和细致分析，设计好 mes 的各种功能以 充分发挥 mes 的桥梁和集成作用。本论文研究钢铁行业中制造流程最复杂的宽厚板 mes，使用软件工程的分析设计方法，先简介了湘钢信息化建设的现状，重点介绍了 过程控制系统和管理信息系统之间的数字鸿沟，然后分析了宽厚板生产的特点，从 mes 系统的需求分析开始，指出了存在的问题，提出了 mes 的解决方案，从而优化管 理流程，进行 mes 系统的架构设计。论文在各功能模块设计中，阐明了主要设计思 想，树立了设计目标，设计了功能协作图，较为清楚的描述了各功能模块之间的交 互依赖关系，反映了宽厚板的业务流程和管理模式的改变。 关键词：制造执行系统；企业资源计划；过程控制系统 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 - ii - abstract with economic globalization and chinas entry into the wto, china is becoming a world manufacturing center. chinas manufacturing industry is facing increasingly fierce competition at home and abroad.how to meet the rich and the harsh users individual demand, how to provide high-value products, how to improve the enterprises core competitiveness, these are pursued by enterprises. one of the ways is to meet the challenges of information technology to stimulate industrialization,to accelerate the process of informatization, to infuse the integration, agile, lean force by comprehensive application of advanced information technology and management techniques results. manufacturing execution system(mes) is the middle level of a three-tier model for enterprise integration layer ,which is the enterprise resource planning layer (erp),manufacturing execution system (mes) layer and the process control system layer (pcs). mes is on the play for erp to go to pcs, which acts as a bridge between the operation and the stratagem. it is the key of high agile and lean production. the objectives of the thesis is to do the proper planning and a detailed analysis to mes, to design various functions of mes,to bring mes into full play being the role of bridge and integration. this thesis studies mes of heavy plate in the steel industry, the most complex processes. using software engineering analysis and design methods ,this article first outline the current status of the information in xiangtan iron enterprise resource planning; process control system 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密，在_年解密后适用本授权书。 不保密。 （请在以上方框内打“”） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本论文属于 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 - 1 - 1 概 述 概 述 1.1 研究背景研究背景 目前，钢铁企业客户对钢材的品种、规格（如板材的宽度、厚度和机械性能指 标等）需求越来越多样化，客户需求呈现小批量、多品种特点,企业经营方式由传统 的以产定销改变成按订单生产, 企业的生产模式也由过去大批大量生产方式改变成 多品种、小批量生产方式,所以如何最大限度地满足用户的特殊加工要求，如何把握 合同的进度实现按期交货，成为钢铁企业争取客户的一个重要因素，企业必须具备 灵活的调整计划和调度生产的手段，实现敏捷和精益制造 1。 在象钢铁业这样的流程制造行业的企业信息化建设中，其基础自动化和过程自 动化基础良好，位于底层车间的过程控制系统（pcs）强调的是设备的控制，通过自 动控制，过程和模型优化，减少人为因素的影响，提高产品的质量与系统的运行效 率；而位于企业上层的企业资源计划系统（erp）强调的是企业的资金，人力和物流 等各种资源的计划性。 尽管这两类系统的推广取得了一定的效果，但却忽略了两者之间的有效配合， 导致企业上层经营管理缺乏有效的实时信息支持和反馈，下层控制环节缺乏优化的 计划和调度协调。经营管理层与执行层无法进行良好的双向信息流交互，使企业对 生产情况难以实时反应，因而造成企业经营管理与生产管理严重脱节，产生信息孤 岛与断层现象，成为制约经营管理与生产管理进一步集成的瓶颈，造成了企业系统 集成的“短板”，阻碍了生产力的发展。 制造执行系统（mes）顺应企业信息化的发展而产生，它起着上承 erp、下接 pcs 作用，是企业经营战略和运营执行之间的一道桥梁，是企业敏捷精益生产的关节， 是企业业务流程和信息系统集成的重要工具。 相对于 erp 和 pcs 的较为广泛的研究应用，mes 在我国还是一个比较新的概念， 有关 mes 设计和应用研究的论著还很少。这几年在我国企业的信息化建设中，mes 发 展速度非常快，大家都迫切需要有关 mes 的完整的，深层次的研究。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 - 2 - 1.2 文献综述文献综述 美国管理界 90 年代率先提出了制造执行系统(mes)新概念，美国先进制造研究 机构 amr(advanced manufacturing research)通过对大量企业的调查，于 1992 年提 出的三层的企业集成模型即企业资源计划（erp） ，制造执行系统（mes）和过程控制 系统（pcs） 。 mes 国际联合会(mesa)协会白皮书对 mes 系统作如下之定义： (1) mes 系统在产品从工单发出到成品产出的过程中，扮演生产活动最佳化的信 息传递者。 (2) 当事件发生变异时，借着实时正确的信息、生产系统的标准和规范、原始工 作情况和资料的反应及回馈，作出快速的响应以减少无附加价值之生产活动，提升 工厂生产制程的效率。 (3) mes 改善生产条件及准时出货、库存周转、生产毛利及现金流量效益，mes 在企业与供应链之间提供一个双向的生产信息流。 mesa(mes国际联合会)于1997年提出的mes功能组件和集成模型,其十一个模块 如下：(1)生产资源分配与监控；(2)作业计划和排产；(3)工艺规格标准管理；(4) 数据采集(装置在线连接采集实时数据和各种参数信息，控制系统接口，生成生产数 据记录、质量数据、绩效信息、台帐累计)；(5)作业员工管理；(6)产品质量管理； (7)过程管理(过程控制、apc、基于模型的分析与模拟、与外部解析系统接口)；(8) 设备维护；(9)绩效分析；(10)生产单元调度；(11)产品跟踪 2。 日本的 mes 起步较早，成果较多，应用较广。日本标准化与制造科技中心还制 订发布了 openmes 标准，对 mes 重新进行了定义。首先，在 mes 的基础上，提出了 “制造管理系统” ， “制造实行系统” ， “生产实行系统”和“综合生产管理系统”的 新解。更强调对生产现场各种信息的时实采集与集成，在 mesa 的 l1 个功能中，强 调生产现场信息数字化管理、工艺管理、物流管理、质量管理、生产指令、进度跟 踪管理、设备运行监督与控制和运行维护管理等生产环节的管理。 国外自主研发的 mes 产品有很多，例如针对流程工业尤其适用于石油化工工业 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 - 3 - 的较为突出和优秀的 mes 产品方案有 honeywell 的 business.flexpks，即柔性过程 知识系统，aspentech 的 aspenplantelligence，即智能工厂解决方案以及 emerson 的 mes 方案。针对离散制造业和批量生产企业的有 rockwell automation 推出的生 产 管 理 软 件 解 决 方 案rsbizware 。 西 门 子 推 出 的 全 面 集 成 自 动 化 (totallyintegratedautomation)，将 mes 建立在建模之上，通过模型将各种专用产 品协同起来，并用来描述业务和生产作业。 20 世纪 90 年代初期，中国就开始对 mes 以及 erp 的跟踪研究、宣传和试点，而 且曾经提出了“管控一体化” ， “人、才、物、产、供、销”等颇具中国特色的 mes 概念，只是总结归纳、提炼提升不够，发展势头不快。相对于应用来说，仍以研究 居多，而且仍处于浅层研究，就产品来讲，自主研发才刚刚开始，出类拔萃者或佼 佼者有和利时公司的 hollias-mes，浙大中控的 esp-suite：企业综合自动化整体解 决方案以及宝信的为钢铁冶金行业定制的 mes 系统， 宝钢 70%的 mes 软件就来自于宝 信。 而本论文正是基于宝信在湘钢宽厚板的 mes 建设的分析和研究。 1.3 研究的目的和意义研究的目的和意义 制造业是我国国民经济重要的支柱产业，在第二产业中占据中心地位。伴随中 国加入 wto 和经济全球化，中国正在成为世界制造业的中心。中国的制造业企业面 临日益激烈的国内外竞争，如何迅速提高企业的核心竞争力，很重要的一点，就是 以信息化带动工业化，加快信息化进程，走新型工业化道路，实现全社会生产力的 跨越式发展。 国际 mesa 协会通过调查研究确定的 mes 平均减少制造周期时间 45；一般减 少数据输入时间为 75以上；平均减少半成品 24；平均减少为交班而准备的纸面 工作 61；平均减少引导时间 27；平均减少纸面工作和设计蓝图所带来的损失 56 ；平均减少产品缺陷 18。由上可见，使用 mes 所带来的效益是很可观的。 经历过去十年多的努力实践和改进后，mes 技术显著地变得成熟，国外一些先进 的制造型企业的信息化结构日趋统一在 epr/mes/pcs 的架构下， mes 在企业信息化中 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 - 4 - 推广非常迅速，并起到了越来越重要的核心关键作用。而国内在 mes 研究方面则还 处于起步阶段，这主要是因为 mes 具有明显的行业特征；mes 与企业的生产流程，生 产特点和管理方式密切相关，由于没有一个统一的实施标准，各企业的 mes 的功能 架构各异。 本论文研究钢铁企业中最复杂的宽厚板厂的 mes 的技术功能架构、技术特点， 建设实施方案以及未来的发展趋势，希望借此推动我国各行业 mes 的理论研究以及 实际应用。 1.4 研究框架研究框架 制造业的信息化建设是个很复杂的系统工程，也是一个需要不断探索，持续改 进的系统，本文根据本人在湘钢参与的 erp/mes/pcs 等信息系统建设的经验，结合 所学的管理知识，使用软件工程的分析设计方法，从 mes 建设的需求分析出发，提 出了利用 mes 系统针对宽厚板生产中各种问题的解决方案，并进行了宽厚板 mes 的 系统设计和功能设计。本论文主要内容如下： 第 1 章首先从钢铁行业的角度简要介绍本文的研究背景，然后概述了国内外对 mes 的研究情况，再而提出了 mes 建设的目的和意义，最后介绍了本文的研究内容。 第 2 章首先介绍了湘钢的信息化建设现状，通过描述宽厚板的生产特点和现状， 从管理的角度详细分析了宽厚板生产中存在的问题。 第 3 章在对宽厚板的问题分析的基础上，应用管理学的知识，提出了 mes 的信 息系统的各解决方案，并进行了 mes 的系统框架设计。 第 4 章描述了 mes 各功能系统的设计思想，设计目标，各功能的协作交互图以 及相应的功能模块。 最后是总结展望，分析了湘钢宽厚板 mes 建设的效果，反思和总结了 mes 的设 计、建设、应用中的经验，提出了改进建议，展望了发展方向。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 - 5 - 2 湘钢宽厚板现状分析湘钢宽厚板现状分析 由于宽厚板的生产运作确实比较复杂和特殊，我想先通过介绍湘钢信息化建设 的情况，然后介绍宽厚板的产品特点，以及基于其生产特点的管理方式，最后通过 需求分析，逐步描述其各个功能用例的现状和存在的问题。 2.1 湘钢简介湘钢简介 湘钢位于湖南省湘潭市岳塘区，始建于 1958 年，为国家重点大型钢铁联合企业 和国内线材、棒材、板材、金属制品的重要生产基地，具有年产钢 600 万吨的综合 生产能力，品种比达到了 85以上，努力实践着做精做强，成本领先,做国际一流的 线、棒材及板材生产供应商的发展战略。作为一家以成为规范化管理楷模和冶金行 业标竿为目标的企业，湘钢管理上不断引入国际先进同行的经验和手段，特别是通 过实施企业信息化项目，在运营中按照流程唯一，责任唯一的原则持续改善业务流 程和促进管理模式的转变，按照集中一贯的原则推行扁平化精干高效管理，建立以 五制配套为基础的基层管理模式，使各项专业管理工作的重心有效落实在现场和基 层，实行管理重心下移。五制配套是指以作业长制为中心，以计划值管理为目标， 以点检定修制为重点，以标准化作业为准绳，以自主管理为基础 3 。湘钢的信息化 建设追求只有开始，没有终点的持续改进，追求建立有竞争力的数字化企业。 1) 基础自动化和过程自动化基础良好 由于生产流程长、环节多、工艺复杂，自动化技术应用十分广泛。设备控制级 大量采用 dcs 和 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；过程控制广泛采用基于 cs 架构的二级管理系统。智能控制 技术也广泛应用，已设计投运的有烧结专家系统，焦化专家系统，高炉冶炼专家系 统以及炼钢冶炼专家系统。 2) 较好的管理信息化的建设 2002 年 6 月 oracle 的 erp 系统的上线，拉开了湘钢管理信息化建设的序幕，经 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 - 6 - 过近五年的建设，现已成功实施了产销资讯系统，资产管理 eam 系统，生产及运输 调度系统，项目管理系统，办公自动化等系统。信息化建设提高了管理效率，取得 了显著成果，为湘钢信息化向更高层次、更深层次发展，打下坚实的基础。 3) 过程自动化与管理信息系统之间存在信息鸿沟 湘钢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。 erp 和其它管理信息系统本身又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。从而形成这样的尴尬局面：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。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。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。 2.2 宽厚板生产的特点宽厚板生产的特点 宽厚板的生产工艺是流程性和离散性生产的复杂混合体，从铁水预处理、转炉 冶炼、 lf 和 vd 炉的钢水精炼到板坯浇铸的由铁变钢的过程是流程生产， 从板坯火切、 加热、粗轧、精轧、钢板精整（火切,缓冷,修磨,探伤,剪切线处理）到热处理的钢 板制造过程是离散生产。 宽厚板原料相对单一而产品品种规格繁多,因此比较接近产品物流的“v”型 4, 但又不完全相同，表现为:宽厚板单元内异常上线、下线点多,临时库区多；精整区 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 - 7 - 域工序及工艺路径多、往复物流、交叉物流多；质量补救手段多, 工艺路径临时调 整余地大；潜在的瓶颈多,且瓶颈常随品种、规格的变化而漂移。 宽厚板产品相对其它的冶金产品，无论是用途还是生产组织和管理方式其个性 都非常明显。 2.2.1 产品特点产品特点 (1) 产品用途多为工程用钢，安全性、可靠性要求高，社会责任大； (2) 规格范围宽，成品厚度可从 5.00mm400.00mm , 宽度可从 900mm4800mm, 长度可从 3000mm25000mm； (3) 产品交货状态多，有普通轧制状态、热机械控制状态、热处理状态（调质、 正火） 、涂漆状态； (4) 钢种繁多； (5) 小批量、多规格； (6) 产品多为最终成品，尺寸等方面定制程度高； (7) 产品尤其强调材质特性，质量改善以强度、韧性为核心展开。 2.2.2 生产特点及管理方式生产特点及管理方式 宽厚板厂的与众不同的生产特点决定了它的独特的业务功能及管理方式，如表 2-1 所示。 表 2-1 宽厚板生产特点及管理方式 宽厚板生产特点 对应业务功能及管理方式 小批量 多规格 多品种 组板、组炉、组浇铸，以解决市场个性化小批量需求与现场共性 化批量生产的尖锐矛盾； 材料设计工作成为解决矛盾、实现系 统最优的关键。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 - 8 - 续表 2-1 定尺生产 定尺理念、要求贯穿于从订单评审、材料设计、连铸、轧制一直 至成品的各个生产工序；全工序的长、宽、高三维尺寸定制，难 度极高。性能检验上也需要考虑定尺问题。 始终呈现板而非卷的状态， 表面缺陷一目了然；至精整 工序时，大多数物料温度已 降至可以人工作业；轧制及 精整作业速度慢。 凸显在线质量管理功能；采用在线实时的工序追加指示、异常联 络代码、工序去向代码等为主要特征的在线质量管理模式。质量 管理上讲究物流畅通、在线快速作出决断。 工程用钢，注重材质保证， 凸显社会责任。 炼钢至成品全工序，合同与物料刚性连接；按坯管理；苛刻的检 验规范；性能检验以冲击、拉伸为主。质量改善以材质为中心。 进行动态工序追加、质量参数设定。质量管理上强调诚信透明、 强调安全性、可靠性、可追溯性。 可逆、转向轧制，轧制规程 限制相对较宽；小批量多品 种。 板坯堆放采用以材料设计后产生的配山指标为主键，以垛为单位 进行管理，轧制上料原则以垛为单位。mespcs 共同完成板坯、 钢板的合理堆放，以求倒垛作业最少 理论计重交货 轧制目标尺寸的设定与轧制尺寸控制精度直接挂钩。这样，轧制 尺寸控制精度提高，能直接反映于成材率的提高，提升企业财务 指标，形成 pdca 的良性循环。轧制目标尺寸设定相当复杂且有 利可图。 工序多、交叉物流多、异常 物流多、瓶颈工序影响大 对瓶颈工序、按批组织生产的机组进行重点管理，编制生产作业 计划，力求产能最大、各项物流平衡。对不按批组织生产的机组 可通过直接作成作业命令的方式进行作业管理。这样充分兼顾机 组生产特性、合同交货期、堆场的实际情况，刚柔有机结合 4。 交货期要求高、生产工序 多。 强调集配生产。 将总的生产时间分解到从合同登录至成品发货 的各个管理环节和各个工序，各工序显示基准作业时间；精整作 业以交货期为最优先；合同进度管理全员、全工序参与。船板等 强调集配生产。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 - 9 - 2.3 宽厚板生产的现状及问题宽厚板生产的现状及问题 1) 销售管理的现状及问题 宽厚板销售客户基本信息在 erp 系统内管理，主要为客户名称、收单方、收货 方、所属区域、客户类型、渠道类型及其它联系方式等基本资料，合同签订时按上 述客户基本信息进行相应合同签订，其它客户信息均在系统外管理，如客户协议量、 客户评价信息、客户反馈等。 宽厚板资源管理由营销部门手工收集、整理、核定、下发。年初由销售部与客 户签订年度供需协议，市场部牵头审核、评定，月底根据公司制订的月度生产经营 计划由销售部制订月销售计划，确定月品种平衡、区域平衡及客户资源投放量。审 定后月度销售计划由业务员反馈给相应需求客户，客户将资源需求报销售部各品种 业务员，由各品种业务员按月度销售计划进度进行相应资源的订货，宽厚板产销衔 接计划员汇总整理所签订的合同形成下周生产需求，每周四组织各部门进行讨论决 定并下发各部门，生产管理中心及宽厚板厂按计划及订单组织生产、发货，全过程 的合同跟踪均人工按量进行管理。 宽厚板价格管理由营销部门在系统外管理，月末由销售部根据市场行情及公司 内月生产经营计划制订出宽厚板订价草案，市场部整理汇总后由价格委员会讨论确 定，销售部各业务员严格按价格文件进行合同签订，工程招投标的销售价格由业务 员提出建议价格并报销售领导审批后执行。价格管理在系统外进行，增加了相关人 员的统计或计算工作量，不利于业务的规范管理，且价格监管难度大；另一方面根 据湘钢现有的价格管理体系，erp 系统发货结算时间，需根据实时价及追溯价进行结 算金额的调整，工作强度相当大，且准确性及复核性很难保证。 宽厚板异议管理均在系统外进行管理，各业务员受理客户异议后由营销部门牵 头组织科技中心、生产管理中心及宽厚板厂进行相应客户异议情况的分析落实，并 提出异议管理方案进行相应业务或资金处理。异议管理未在系统内管理，跟踪、统 计、分析工作量大，信息共享度差，造成营销部门、技术部门及生产部门不能及时 了解情况，不能及时采取应对策略。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 - 10 - 2) 质量管理的现状及问题 目前尚未在系统中建立完整的冶金规范体系。现在主要采用以产品标准，板坯、 材质量计划，技术协议，临时试验方案，工艺规程等方式进行质量管理。产品标准， 板坯、材质量计划，技术协议，临时试验方案，工艺规程等技术文件均以纸质文档 形式手工传递到各相关单位/岗位。采用手工传递信息不及时、不全面；产品标准、 检验标准、质量计划、临时试验方案等均以纸质文件下发至各使用单位，对标准等 的理解因人而异，使其在执行过程中存在一定的差异；且技术文件以纸质文件形式 下发存在不易保存且保密性能差、给各单位的质量管理带来因难等。 目前板坯及板材的合同处理均在系统外管理，质量设计采用质量计划书传递的 方式实现，生产设计由产销衔接员确定。宽厚板合同处理均未在系统中进行，导致 信息离散、后续工序处理存在偏差等。 检测化验数据处理时人工录入信息量大，手工传递，易出错，可追溯性差，查 阅不方便。质量判定结果和封锁信息未能实现共享，给生产调度和库房管理发货造 成不便。 3) 生产管理的现状及问题 合同计划方面，生产管理中心同销售部在系统外对合同进行归并,通过筛选钢种, 筛选规格,安排一周内各阶段的生产量。目前宽厚板主要因为设备调试及铁水供应量 不足的原因使得宽厚板产能还未能完全释放，机组能力还没有满负荷运转,在周生产 量提交时,还没有精确考虑各机组的能力。若后期设备调试安装完毕,市场行情稳定 且竞争剧烈,必定要考虑各机组工序占用能力、工序占用时间。 目前材料设计由生产管理中心的计划员人工在系统外完成,主要是根据各钢种 需求量,钢板的规格进行的。目前坯料设计的方式为正向坯料设计,适用于范围尺合 同,但不能满足市场对宽厚板要求的小批量、多规格、双定尺的订货要求。同时，不 能很好地支撑库存余材的组板充当。另一方面，人工进行材料设计的方式已经无法 满足宽厚板精细化管理的要求，材料设计的严谨性和规范化无法得到保证，制约了 厚板成材率的进一步提升。 生产管理中心计划员手工进行完材料设计后, 根据设计的各钢种、各规格的板 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 - 11 - 坯手工进行组炉、组浇次设计,排出 23 天的浇次计划。然后在 erp 系统录入生产 工单。人工比对物料与合同的要求，工作量大，易出错。 没有明确的合同准发业务，生产部门与出厂部门缺乏明确的有效交接，主要是 通过质检站将钢板表面质量判定信息传递给库房,库房管理对库存各垛位钢板进行 品质确认,区分各类可发品，由销售部根据库存情况编制日发运计划。 宽厚板生产组织为全部按订单生产组织模式，针对此业务特点，现宽厚板板坯 及板材的销售合同跟踪采用系统内与系统外相结合的方式进行，销售合同签订、发 运及宽厚板炼钢、轧钢生产工单在 erp 系统内进行管理；销售合同与宽厚板炼钢、 轧钢工单的关联衔接由人工管理，并在生产工单附件信息中注明相应合同信息，指 导生产组织及库房实物管理。 因为宽厚板实物管理精细到了单件物料，且板坯、板材号编码位长，导致系统 操作工作量很大，信息的及时性及准确性无法得到保证，合同跟踪效果不理想。 4) 作业计划管理的现状及问题 由销售部销售人员、生产管理中心计划员、宽厚板厂计划员，每天开碰头会拟 定作业计划。作业计划的量一般为 12 天。 目前炼钢作业计划是以钢种、规格集中生产为原则；轧制计划的编制是以客户 为单位，以集中发货为原则，一次性地生产该客户所需要的多种规格的产品，规格 倒换频繁。 5) 实绩管理的现状及问题 炼钢实绩指铁水经过预处理开始，经转炉，简易吹氩站、lf 炉或 vd 炉，连铸， 到板坯出炼钢作业区的整个工艺流程的实绩。起点为折罐，终点为板坯出炼钢作业 区。 厚板轧钢生产包括从板加区的板坯入炉加热，到轧制成一定形状和尺寸的目标 大板，经剪切线或火切切割成成品尺寸，在钢板表面打标记后经钢板尺寸、外观判 定合格后入库堆放到成品库，试材检验合格后做钢板发货处理的全过程。 现场生产过程实绩信息的传递是依靠质量卡片（跑号单） ，实绩信息的收集和统 计大量依靠人工进行。2剪切线及热处理线投产后，将会存在物流交叉。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 - 12 - 6) 仓库管理的现状及问题 宽厚板板坯库的库房面积较小，库容量为 2.2 万吨。因为场地的限制，需要修 磨检查和火切的板坯都和轧制的板坯堆放在一起，没有按照板坯去向分开堆放和管 理。中间库场地分散、工序众多、管理复杂，未能完全按照下线钢板的下工序分开 堆放，导致中间库堆垛不够有序，倒垛量比较大。宽厚板成品库的库房面积也较小 当连续日产量达到 4000 吨左右的时候，钢板的出入库就成为限制产能发挥的瓶颈。 目前基本上以手工台帐的方式管理入库和出库，板坯和钢板的吊运也是通过人 工指挥进行。 7) 出厂管理的现状及问题 产成品物料管理不规范，基本按照日轧制计划粗略估算可发资源，为出厂计划 编制提供支持；影响出厂的合同变更采用系统外人工沟通方式处理；库存物料的管 理采用与宽厚板成品库手工对账方式进行操作，无法实时准确掌握库存实物及堆垛 信息。 销售部根据销售合同的交货期、生产计划以及库存情况编制发运计划，不能及 时将生产过程中异常反映到发运计划中，导致发运计划兑现率低。物流中心按发运 计划组织火车车皮的申报及传达，宽厚板厂成品库根据发运计划和派车信息完成成 品发运和日补充发运计划的提出，出厂计划管理都采用人工处理方式进行。 库房管理手段相对薄弱，信息不足以支撑发运计划的精确制订及发运预配货， 导致操作人员需现场结合垛账挑选钢板配货及装车计划调整，计划性差，劳动强度 大，准确性较难保证；发运操作过程中存在蹿货现象；码单是人工开具的，容易出 错； erp 系统内发运操作工作量大， 容易出错， 直接影响财务结算及下阶段生产组织。 8) 大型工器具及轧辊管理的现状及问题 大型工器具在工器具进厂时进行编号，建立工器具的台帐；上线和离线的工器 具进行记录，对新的工器具和维修完成的工器具进行检测，对于有问题的工器具进 行处理，对于能上线使用和不能使用的工器具在台帐上记录；工器具使用后进行维 修，或重新砌筑耐材，并建立维修台帐；对无法修复的工器具要做报废处理，从台 帐中消号。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 - 13 - 轧辊管理主要包括：从新轧辊进入磨辊间开始到轧辊报废为止的整个生命周期。 管理对象为粗轧和精轧机组使用的工作辊、支撑辊、立辊；轧辊实绩是以轧制吨位 进行跟踪；轧辊下线后，通过表面检查（表面探伤、硬度检测） ，根据需要进行磨削 处理；当轧辊的辊径小到无法使用时，则进行报废处理。 主要问题就是以上全部采用手工台账管理。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 - 14 - 3 宽厚板宽厚板 mes 的解决方案和系统设计的解决方案和系统设计 通过对冶金行业和宽厚板生产的现状分析,我们提出了问题，明确了对 mes 系统 的需求，从而可从 mes 对各个问题的解决方案着眼手，确定系统的设计目标和框架。 3.1 宽厚板宽厚板 mes 的解决方案的解决方案 3.1.1 销售管理的销售管理的 mes 解决方案解决方案 mes 系统接受 erp 系统下发的全部用户资料信息，由系统自动产生用户代码。各 子系统将以用户代码为索引取得用户的各项数据信息。 宽厚板客户协议管理纳入 mes 系统，协议量由业务人员将确定后的客户年度供 需协议维护进系统，进行客户协议完成情况的过程管理，便于公司对客户客观评价， 强化对客户的管理。 月度客户需求（合同草约）纳入 mes 系统，月度客户资源需求由客户于上月 20 日前报销售部各品种业务员，宽厚板产销衔接计划员汇总整理月销售需求，并结合 公司月度生产经营计划进行品种、区域、流向等平衡，审定后月度销售计划由业务 员反馈给相应需求客户，客户按月度销售计划进度进行相应资源的订货，一方面指 导公司内部的产销衔接生产组织，另一方面加强客户月度需求完成工作管理。 宽厚板价格确定过程在系统外由销售部提出初稿、市场部整理汇总、价委会讨 论确定，定稿后价格文件由业务人员维护进 mes 系统；销售合同签订时系统自动计 算出销售价格，销售价格由两部分组成：基价、加价；建立各类宽厚板产品的销售 价格表，价格管理将充分体现各价格信息的时效性，保留价格变更轨迹，以利历史 价格追溯。 在合同录入时根据录入的具体信息自动获得产品价格，对影响价格的政策信息， 通过业务人员手工录入优惠信息段的方法实现；为减少价格维护工作量，现初步确 定价格表由大类基价表、品种加价表、规格加价表、地区加价表、特殊情况加价表 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 - 15 - 组成。对于工程招投标的销售合同，宽厚板 mes 系统除提供自动计算合同金额外， 亦支持人工直接录入合同金额。 宽厚板异议管理纳入 mes 系统内管理，主要包括营销部门异议受理登记、异议 处理结果等进行相应的管理，并提供异议管理的分析统计报表；实现信息的及时共 享。 3.1.2 质量管理的质量管理的 mes 解决方案解决方案 建立宽厚板冶金规范编码体系及冶金规范数据库。冶金规范（简称 msc）是宽厚 板产品生产过程中各个作业指令的集合，作用于合同的整个生命周期，主要包括产 品所需经过工序的工艺控制参数、检化验取样要求、产品理化性能放行标准、质保 书要求和标签要求等。 冶金规范基表分为以下 8 类：产品类、工艺类、检化验类、取制样类、检查类、 公差类、质保书类、标记类。 用户合同经过合同处理后，便转化为生产合同，合同处理包含质量设计和生产 设计。根据合同处理的结果，在生产的过程中下达取样指令和试验要求，收集从检 化验管理系统的化学成分信息；在系统中人工录入板坯的性能规格信息、板材的物 理性能信息等。对物料的化学成分、表面尺寸、性能进行判定。对不合格的产品进 行物料封锁，并作出返修、改判等处置。在整个生产过程中，对质量异常信息进行 记录、跟踪和处理。 3.1.3 生产管理的生产管理的 mes 解决方案解决方案 根据合同的加工途径，工序最晚完成日期、工序的设备状况、工序标准加工时 间，在指定周期内，确定合同各生产工序的计划日期和投料量，计算各工序和瓶颈 机组的平均占用能力和剩余能力，以指定周期为单位进行工序产能平衡，检查合同 计划日期的可行性。当工序产能和物流大体平衡时，表示合同计划成立，可以释放 生产。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 - 16 - 人工编制合同计划，系统对人工编制的合同计划进行产能方面的校核。合同计 划不仅要在合同量的方面满足工序的要求，而且在合同的品种结构上也应当满足工 序的要求，是一项难度很高的工作。计划员通过把握合同的计划日期、投料量、合 同的花色品种，来调整各工序的物流平衡。 使用逆向材料设计,将合同按照一定的规则和目标成材率进行订单组合、组板， 即将订货成品小板组合为轧制大板，进而设计出定尺板坯尺寸和重量，生成相应的 命令信息指导生产，同时最大程度地提高成材率。 提供余材组板充当的功能：对生产过程中各环节产生的余材（其形态为长尺板 坯、短尺板坯、钢板） ，进行材料设计，合理地充当期货合同，降低余材库存，实现 利益最大化。 成品材料在完成生产过程、形合材合完毕后，作为准发资源进行管理，编制准 发计划，并打印准发单据，由库房管理人员根据准发单据进行现场实物核对，进行 准发确认。准发确认后的材料作为出厂管理中产成品管理的对象。 系统提供现货申报的功能。由生产管理部门把无合同的成品余材，上报给销售 部进行挂牌出售，达到降低余材库存的目的。 系统提供材料转库的功能，以降低原料库、中间库、成品库库存压力。由生产 管理中心对指定库区的材料（成品或者在制品）编制转库计划，并下发给宽厚板厂 和物流中心，实现将指定材料在指定时间，移到指定目的库区，达到理顺物流的目 的。 宽厚板合同采用按量跟踪、按件管理方式从合同签订、生产计划、生产组织到 最终发运、结案进行全程跟踪管理。 以合同为中心，以合同欠量为主线，以其它业务处理事件资料为处理对象，跟 踪并记录合同及其材料的异动，通过合同各工序欠量动态实时变化，来确定合同状 态，掌握合同进程，预测合同的交货期并对拖期合同报警，并能按工序、时间查询 合同执行情况，及时对物流进行调整，以确保合同按时、按量完成。 通过对生产过程中各种事件信息的收集，实时反映合同在各个工序机组上欠量、 在库量、计划量、封锁量、通过量的变化，实时修正合同状态，使按合同组织生产 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 - 17 - 成为可能。 合同跟踪要覆盖湘钢厚板各生产工序和管理工序。主要由合同处理、合同计划、 材料设计、原料申请、炼钢、板坯精整、热轧、精整、热处理、合同准发等跟踪工 序组成，各工序可根据合同加工途径进行配置。 3.1.4 作业计划管理的作业计划管理的 mes 解决方案解决方案 在宽厚板 mes 系统里，作业计划包括了炼钢作业计划和轧钢作业计划两大部分。 严格按合同组织生产，并遵循所规定的工序计划日期编制计划。作业计划的编制对 象为炉、板坯、钢板，实现平衡物流、控制库存、降低成本的目标。 炼钢作业计划由连铸作业计划、出钢计划组成。炼钢作业计划的管理核心是制 造命令号，它贯穿于炼钢作业的各个进程中，涵盖了铁水预处理、转炉冶炼、钢水 精炼和板坯浇铸等生产工序。 炼钢作业计划在生产管理已完成外供坯或宽厚板的原料申请、制造命令号确定 的基础上，综合考虑日出钢能力，组成连续浇铸，形成连铸作业计划。原料申请模 块设计完成制造命令后，生产管理中心计划员根据相关工艺条件和规程等对日计划 制造命令进行收池、调整，最终确定日连铸浇铸计划，下发给宽厚板厂。 根据连铸作业计划，宽厚板厂计划员可根据现场设备实际情况对浇铸顺序作局 部的调整。通常情况下，计划员指定每台连铸机的计划炉数，铁水准备完时刻或连 续浇铸要求时刻，系统自动通过出钢计划编制模型，计算出每个炉次在炼钢各工序 上的预定起止时刻，并保证计算出的每个炉次其加工时间最短，但各炉次之间在同 一工序上时间不冲突。 根据合同完成的情况，生产管理中心计划员可以对连铸作业计划进行调整。对 于不需再生产的炉次，通过剩余制造命令整理反馈到与原料申请模块，由原料申请 模块对炼钢原料申请的需求进行处理。 轧钢作业计划包括板坯火切计划、加热轧制计划、钢板精整（火切,缓冷,修磨, 探伤,剪切线处理）作业命令和热处理作业计划。除直接热装轧制计划外，作业计划 和作业命令都是针对实物（板坯、钢板）编制的计划，而直接热装轧制计划编制对 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 - 18 - 象是原料申请功能模块中材料组炉已完成的命令板坯。 作业命令是对每一加工对象形成作业指示。精整作业命令由宽厚板厂根据现场 情况直接形成。加热轧制冷装计划、板坯火切计划、热处理计划形成的流程大体相 同，都必须经过建池、形成与追加、计划编辑、计划确定、作业命令形成等过程。 特别地，加热轧制计划在编制的过程中需要进行计划内规程检查；在计划确定后， 需要进行同一配辊号下计划间规程检查；对直接热装轧制计划，命令板坯收池后， 就直接形成粗计划。 3.1.5 实绩管理的实绩管理的 mes 解决方案解决方案 收集铁水预处理、转炉、精炼（lf、vd） 、连铸的生产实绩；依照各过程管理系 统上传的运转状况，实时跟踪主体设备及制造命令状态。将收集的各类实绩向 erp 系统传送，构成一个上下贯通的实时处理系统。通过炼钢工序实绩查询系统，可按 照处理号、制造命令或时间等方式，查询从铁水预处理、转炉、精炼、连铸实绩数 据。 接收各过程管理系统传送来的工位生产事件信号，掌握整个炼钢作业区的生产 运转情况，跟踪物流的走向。以转炉生产某炉次为例，生产事件信号包括：熔炼号、 制造命令号、主原料装入开始/终了、吹炼开始/终了、出钢开始/终了、排渣开始/ 终了、溅渣开始/终了等。具备监视整个炼钢作业区主要工序生产情况的图示画面。