（工商管理专业论文）湘钢基于精益生产的MES系统的实施研究.pdf

工商管理硕士学位论文 ii摘 要 钢铁企业的生产过程一般产线长、工序多、物流复杂、信息流多渠道，完全靠人工的方式进行管理和控制是不可能的；同时，随着激烈市场竞争环境和钢铁行业总体形势的变化，企业需要快速反映来应对。因此，我国大多数钢铁企业在建新厂的同时，一般伴随着工程的建设，都会要求建立起一套完整的企业信息系统，包括所有机组的基础自动画和过程自动化（pcs） 、涵盖各工序的制造执行系统（mes）以及全公司的管理信息系统，即算是一些早建的老厂目前也在兴起新一轮的设备改造、信息化建设的浪潮。 mes（manufacturing execution system）系统是位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的管理系统，在整个信息化体系架构中承上启下，为企业操作人员、管理人员提供计划的执行、跟踪以及资源（人、设备、物料、客户信息等）的状态信息，本文结合湘潭钢铁集团有限公司（简称湘钢）的信息化建设情况，针对湘钢 mes 系统的设计实施进行研究。 本论文在精益生产、mes 系统相关理论的基础上，仔细分析湘钢生产运营管理背景、管理信息系统模式、特点以及现状中存在的一些问题。通过对国内外钢铁行业 mes 实施典型企业应用情况的对比分析,提出湘钢基于精益生产的 mes 系统实施指导原则、实施范围、实施方式等解决方案，并在此基础上确定了实施条件、实施程序以及实施保障措施，从而对实施应用情况进行分析和研究，以提高企业生产效率，提升企业综合竞争力。 通过对湘钢基于精益生产mes系统的实施研究，本文认为可以优化企业管理模式，降低企业成本、提高企业综合竞争力并带来可观的经济效益，同时，为流程型钢铁企业实施mes系统提供借鉴。 关键词：湘钢；mes；实施 湘钢基于精益生产的 mes 系统的实施研究 iii abstract iron and steel manufacturing always has long production lines, mutiple working procedures, complicated logistics and multi-channel information flow,therefore it is impossible to be managed and controled by manual work. meanwhile，with marketing competition and the whole industry position changing, it takes the enterprises acute response to tackle it. a whole set of information system including pcs, mes and erp is required to establish while the enterprise construction is taking place.even the early built factories are busy with equipment and information upgrade. mes(manufacturing execution system) is a system that conducts planning management and product controlling, provids planning execution ,tracing and resources status information such as human and equipment for both the operators and management.this paper is mainly to reseach the mes design and implementation of xiangtan iron&steel company(xiang steels for short) according to its information construction reality. the paper is focused on xiang steels operation management background, information management system mode and its existing problems, based on relevant theories of mes and lean production. through the contrast of inland and overseas iron and steel plants mes application and to give the solutions to xiang steels mes implementation instruction rules, implementation scope, implementation procedures and methods etc, its production efficiency and marketing competition ability will be enhanced. after researching the implementation of xiang steels mes, the paper is in a position to optimize the enterprise management mode, decrease company cost, bring it considerable economic profit, and it can be used for reference for mes implementation of the entire iron and steel industry. keywords：xiang steels; mes; implementation 工商管理硕士学位论文 vii插图索引 图 1.1 mes 系统功能模块图2.6 图 1.2 流程工业 mes 系统功能模型.6 图 1.3 t-mes 技术模型3.8 图 1.4 i-mes 技术模型3.9 图 1.5 钢铁企业信息化系统结构对比图 .10 图 2.1 湘钢 mes 项目实施机构图.15 图 3.1 湘钢信息化整体规划 .20 图 3.2 浦项信息系统整体架构.23 图 5.1 项目实施路线图8.32 湘钢基于精益生产的 mes 系统的实施研究 viii附表索引 表 5.1 湘钢 mes 系统项目实施整体计划表8.33 i 湖 南 大 学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，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后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 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，同意学校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。 本人授权湖南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。 本学位论文属于 1、保密，在 5 年解密后适用本授权书。 2、不保密。 （请在以上相应方框内打“?” ） 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日工商管理硕士学位论文 1 第 1 章 绪论 1.1 选题的背景与意义 钢铁工业是国民经济的基础产业，对经济发展至关重要。我国是世界产钢第一大国，但钢生产成本高、粗钢比重大、附加值低、市场竞争力弱。21 世纪我国钢铁工业将面临加入 wto 和日趋激烈的国际市场竞争。 科学技术革命推动钢铁工业在产品、工艺和设备上不断更新换代。21 世纪钢铁工业将继续发展不仅产量会继续增加，品种和质量水平也将迈上新台阶，以使钢材的使用寿命延长，国民经济单位产值耗用的钢材量减少。新工艺、新技术将不断涌现，在激烈的市场竞争中，企业落后了就要被淘汰，要在竞争中获胜就必须进行提高产品质量，缩短交货期，加速产品研发周期；进行工艺结构的更新换代和重组，淘汰落后的工艺和工序等。 近年来，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。 1.1.1 钢铁企业经营环境的新特点 钢铁企业面临的市场竞争环境的巨大改变， 使得当前钢铁行业所面临的生产经营环境具有如下特点： 按订单生产，多品种、小批量生产。客户对钢材的品种、规格(如宽度、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、小批量的特点。在这种局面下，钢铁企业对用户需求预测越来越困难，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，而变成主要按订单生产（mto） ；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,企业必须具备灵活的调整计划和调度生产手段,实现精益生产和敏捷制造。 加强成本管理，实施成本领先。在当前的市场竞争中，价格因素已经成为产品竞争力的重要因素。激烈的市场竞争导致产品价格不断降低，产品利润空间不断下降。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。要降低产品成本，有效的方法就湘钢基于精益生产的 mes 系统的实施研究 2 是加强对原材料、水电风气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，实现精益生产；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。 依托信息技术高效决策。面对频繁的市场波动，企业经营管理过程中常常会面临各种艰难的决策；谁的响应最快，谁就走在最前。而典型钢铁企业的生产过程一般产线长、工序多、物流复杂，完全靠人工的方式进行管理和控制几乎是不可能的。因此，我国大多数钢铁企业在建新厂的同时，一般伴随着工程的建设，都会要求建立起一套完整的企业信息系统， 包括所有机组的基础自动化和过程控制系统（pcs） 、全公司的管理信息系统（erp）以及涵盖各工序的制造执行系统（mes） 。企业经营管理人员只有实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。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。 1.1.2 钢铁行业信息化现状及其特点 “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， 信息化水平不断提升。钢铁行业的信息化特点在于： 基础自动化和过程自动化基础良好。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：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。 智能控制技术应用广泛。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，逐步趋向智能化。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。 管理信息化建设高度重视。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， 但对企业发工商管理硕士学位论文 3 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一种重要手段。 过程自动化与管理信息系统之间存在数字鸿沟。 钢铁企业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“信息孤岛”。这种“信息孤岛”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。 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。基于精益生产的 mes（manufacturing execution system）系统可以实现企业生产活动与经营活动的有效集成，成为系统计划管理和生产控制之间的桥梁，解决个性化需求与生产组织之间的矛盾、生产计划与实际生产实绩的不一致等问题，对生产过程进行整体优化，提高企业生产效率，从而提升钢铁企业的竞争力。 1.1.3 研究意义 随着国内外市场竞争加剧，钢铁企业生产管理存在的矛盾越来越突出。企业经营方式由传统的以产定销、按库存生产模式，转变为按订单生产、最大限度地满足客户的个性化需求方式。 如何缩短产品的交货周期， 提高产品的产量和质量，降低生产成本，成为摆在中国钢铁企业的一大难题。由于冶金行业生产具有连续性和规模化的特点，造成个性化需求与生产的组织之间的矛盾；另外钢铁生产过程的中间产品或在制品大都呈高温或流动状态，前后工序紧密衔接、相互影响，各生产单元可变因素多，受生产过程中各生产要素波动的干扰，造成生产计划与实际生产实绩的不一致。 为应对钢铁企业面临的新生产经营环境及竞争特点， 国外一些先进的钢铁企业，如德国的蒂森、日本的新日铁、韩国的浦项、奥地利的奥钢联等早就陆续开始采用大型计算机来建设自己的信息化系统。在钢铁行业 mes 系统应用研究方面，国外都进行了有益的探索并取得了一定的进展和效果。如英国 broner metals 公司的排程系统、德国的 simenz、美国的 rockwell、意大利的 danieli、韩国的 posdata、 德国的 psi 等等。 在我国钢铁行业的 mes 系统应用研究方面, 宝湘钢基于精益生产的 mes 系统的实施研究 4 钢及武钢借鉴台湾中钢模式，推广 mes 系统并取得了一定效果。由于技术及价格等原因，其应用模式为国内多数钢铁企业难以接受。因此有必要实施与研究一套适合中国国情并基于精益生产的 mes 系统，有效支撑企业运作过程。 国内经过多年的研究与实践，较为全面掌握了钢铁企业的业务流程，如果在此基础上再结合先进精益生产理论提出 mes 系统解决方案, 将大大提高企业生产效率, 提升企业的综合竞争力。因此，结合企业实际需求，开展基于精益生产的 mes 系统应用研究，具有重大的现实与战略意义。 1.2 研究思路及内容 本论文研究的基本思路是在对精益生产、mes 系统相关理论研究的基础上，仔细分析湘钢生产运营管理背景、管理信息系统模式、特点以及现状中存在的一些问题。通过对国内外钢铁行业 mes 实施典型企业应用情况（实施设计、实施步骤、实施工具等）的对比分析,提出湘钢基于精益生产的 mes 系统实施指导原则、实施范围、实施方式等解决方案，并在此基础上确定了实施条件、实施程序以及实施保障措施，从而对实施应用情况进行分析和研究，以提高企业生产效率，提升企业综合竞争力。 为解决钢铁企业经营模式由传统的以产定销、按库存生产模式，转变为按订单生产、最大限度地满足客户的个性化需求方式，缩短产品的交货周期，提高产品的产量和质量， 降低生产成本， 缓解造成个性化需求与生产的组织之间的矛盾；解决由于钢铁生产过程的中间产品或在制品大都呈高温或流动状态， 前后工序紧密衔接、相互影响，各生产单元可变因素多，受生产过程中各生产要素波动的干扰，造成生产计划与实际生产实绩的不一致等问题。研究并设计基于精益生产方式的 mes 系统，即建立代码化冶金规范体系、实现钢铁企业生产计划的科学排程、优化调度及全程动态质量跟踪和管理，以订单和客户为核心的 mes 系统就成为解决上述问题的关键和重点。本论文主要从以下方面展开： 湘钢实施 mes 系统背景分析 湘钢基于精益生产的 mes 系统需求分析 湘钢基于精益生产的 mes 系统实施解决方案 湘钢基于精益生产的 mes 系统实施步骤 湘钢基于精益生产的 mes 系统实施效果及评估 1.3 mes 相关理论概述 1.3.1 mes 的概念及特点 mes 是 美 国 管 理 界 90 年 代 提 出 的 新 概 念 。 美 国 先 进 制 造 研 究 机 构工商管理硕士学位论文 5 amr(advanced manufacturing research)通过对大量企业的调查发现现有的企业生产管理系统普遍由以 erp/mrpii 为代表的企业管理软件，以 scada、hmi(human machine inteface)为代表的生产过程监控软件和以实现操作过程自动化，支持企业全面集成的 mes 软件群组成。 mesa international (mes 国际联合会)是以宣传 mes 思想和产品为宗旨的贸易联合会，它为了帮助其成员组织在企业界推广 mes 制定了一系列研究、分析和开发计划。mesa 协会白皮书（mesa white paper no.6，1997）对 mes 系统作如下之定义： 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。 当事件发生变异时，借着实时正确的信息、生产执行系统规范、原始工作情况、资料反应及回馈，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。 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 并且也在企业与供应链之间提供一个双向的生产信息流。 简而言之，mes 是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、数据流进行统一监视、分析、控制和优化。 从上述定义可以看出： mes 的优化目标是整个生产过程。 mes 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。 mes 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。 因此，mes 不同于以派工单形式为主的生产管理和辅助的物料流为特征的传统车间控制器， 也不同于偏重于作业与设备调度为主的单元控制器， 而应将 mes作为一种生产模式， 把制造系统的计划和进度安排、追踪、监视和控制、物料流动、质量管理、设备的控制和计算机集成制造接口（cim，computer integrated manufacturing）等一体化去考虑，以最终实施制造自动化战略。 1.3.2 mes 系统的功能模型 按照 mes 协会的定义，mes 共有 11 个功能模块(图 1.1)，包括：工序详细调度、资源分配和状态管理、生产单元分配、过程管理、人力资源管理、维护管理、湘钢基于精益生产的 mes 系统的实施研究 6 质量管理、文档控制、产品跟踪和产品清单管理、性能分析和数据采集。 图 1.1 mes 系统功能模块图2 图 1.2 流程工业 mes 系统功能模型 由于每个行业的生产和流通流程不同， 还有其特定的行规， 不同的行业对 mes的要求和着重点是完全不同的。例如流程工业 ，其生产过程一般是连续的或成批的，需要严格的过程控制和安全性措施，具有工艺过程相对固定、生产周期短、产品规格少但批量大等特点。针对流程工业的特点，流程工业 mes 可采用开放 mmmme e e es s s s 生生生生产产产产单单单单元元元元分分分分配配配配 资资资资源源源源分分分分配配配配与与与与平平平平衡衡衡衡 性性性性能能能能 分分分分析析析析 计计计计划划划划与与与与调调调调度度度度 过过过过程程程程管管管管理理理理维维维维护护护护 管管管管理理理理物物物物料料料料跟跟跟跟踪踪踪踪管管管管理理理理质质质质量量量量管管管管 理理理理 数数数数据据据据 采采采采集集集集c c c cr r r rm m m m客客客客户户户户 关关关关系系系系管管管管理理理理 s s s sc c c cm m m m供供供供应应应应 链链链链管管管管理理理理 t t t t& & & &l l l l运运运运输输输输 与与与与后后后后勤勤勤勤管管管管e e e er r r rp p p p 企企企企业业业业资资资资源源源源电电电电子子子子商商商商务务务务 a a a au u u ut t t to o o om m m ma a a at t t ti i i io o o on n n np p p pd d d dm m m m 数数数数据据据据挖挖挖挖文文文文档档档档控控控控制制制制管管管管理理理理 人人人人力力力力资资资资源源源源管管管管理理理理 erp 生产调度管理生产调度管理 成本核算系统成本核算系统 能源管理系统能源管理系统 质量管理系统质量管理系统 企业门户管理企业门户管理 批量管理系统批量管理系统 设备维护系统设备维护系统 实时信息系统实时信息系统 rdbmrtdopc clientopc serveropc client opc client plants,utiltiy and outside 工商管理硕士学位论文 7 性的、柔性的、可扩展的、模块化的、面向对象的、基于知识的体系结构，图 1.2示出了流程工业 mes 模型的功能模块及其在企业信息化中与其它系统的关系。 实时信息系统 mes 具有良好的开放性，可以和不同厂家的 pcs 进行数据整合，形成统一的实时信息管理系统。 该系统包括过程数据接口、 实时数据库、 过程数据分析工具、过程可视化组态工具等。管理人员能在同一画面、趋势、报表中集中得到生产工艺上相互关联但又分散在不同 pcs 系统中的信息，便于对比、分析、跟踪、监视，有利于全面系统地把握全厂生产状况。 质量管理系统 质量管理贯穿于企业生产活动的全过程，完成样品管理、样品跟踪、实验数据采集、质量标准管理等，通过对关键过程控制参数和质量检测参数进行监控，帮助操作人员提高生产操作水平、控制影响产品质量的参数，为提高产品质量控制提供支持，并将原料采购、生产过程控制与管理、生产技术管理、产品销售等数据进行共享。 设备维护管理系统 设备维护管理系统基于设备的基础信息，根据生产过程实时信息，对设备运行状态进行“健康分析”-在线或离线诊断，产生并传递即时的影响生产的有关维护信息，指导设备维护管理。 能源管理系统 能源管理系统主要对企业内部水、电、汽等公用工程资源的管理，为工艺生产正常运行提供监控与管理。它与生产调度系统密切结合，完成生产与能源的协调管理。合理利用资源、节约能源, 最大限度地降低生产成本, 最大限度降低对环境的污染。 批量管理系统 完成工序至工序的材料跟踪，批量记录和报表，实现生产记录自动化，提供完整的批量生产过程的历史记录，提高生产灵活性和可跟踪性。提供完整的生产记录和材料的来龙去脉，满足产品管理的需要。当产品出现问题纠纷时，可以追溯到产品生产过程的各种消耗及生产数据找出问题； 或追溯出使用相同原料的其它产品的去向。 生产成本核算系统 生产成本核算系统利用实时数据动态地监控生产成本，使成本控制发生在生湘钢基于精益生产的 mes 系统的实施研究 8 产过程中，而不是在生产的完成后，以达到降低成本的目的；与企业资源管理中静态的资产管理相连接,对生产过程的中间库存和中间产品动态信息进行管理，提供成本和物流控制与管理的信息支持；成本可以落实到每个班组或个人，直接将生产成本与员工的利益挂钩，提高员工的责任心和积极性。 生产调度系统 生产调度系统是管理层与过程控制层之间的纽带。一方面，它提供以实时数据库为基础的生产调度平台，为生产调度人员提供强大的辅助调度功能；另一方面，它提供全面的生产监控及报表功能，完成对生产过程的温度、压力、流量、物位（或液位）等过程参数进行监控和实时操作，完成对重要设备的运行状态、生产实时成本、生产考核指标等进行监控。 1.3.3 mes 系统发展趋势 传统的 mes(t-mes，traditional mes)是从 70 年代的零星车间级应用发展起来的，可大致分为两大类：一为专用的 mes 系统，专用的 mes 是指为解决某个特定领域问题， 如车间维护、 生产调度或 scada （supervisory control and data acquisition）而开发的单独应用系统。二为集成的 mes 系统 集成的 mes 则是针对一特定行业如航空、装配、半导体、食品和卫生等行业而设计，具有一定的通用性。并且逐步加强了与上层事务处理和下层实时控制系统的集成能力。 t-mes 为了实现与外部系统的集成， 往往采用 api （application programming interface）技术，olap（on-line analytical processing）技术和相应的通信机制。通常， 外部应用系统的调用和插入使用 api 的方式， 而应用 edi （ electronic data interchange）技术和外部环境进行数据交换。其技术模型如下(图 1.3)： 图 1.3 t-mes 技术模型3 虽然专用的 mes 能够为某一特定环境提供最好的性能， 却常常难以与其它工商管理硕士学位论文 9 应用集成，集成的 mes 比专用的 mes 迈进了一大步，具有一些优点如：单一的逻辑数据库，系统内部具有良好的集成性，统一的数据模型等等。但其整个系统重构性能弱，很难随业务过程的变化而进行功能配置和动态改变。为了解决传统mes 系统（t-mes）的不足，可集成 mes 系统（i-mes）逐渐成为人们研究的热点。 可集成 mes 系统（i-mes）于九十年代后逐渐发展起来，它将面向对象技术，消息机制和组件技术应用到系统开发中，通过采用高效的基础框架既大大增强了系统的集成性和适应性，又能满足关键事物的处理。其技术模型如下图(图1.4)： 图 1.4 i-mes 技术模型3 从模型中可看出，在面向对象的应用中，每个对象都使用自身具有的功能和方法来操作数据，分别完成系统的各种功能。而其它功能如：工作流管理，产品数据管理，知识管理等都从功能逻辑中分离出来。通过对象请求代理（orb，object request broker）可使不同软件商的对象相互交换信息和进行互操作。随着计算机技术的发展，越来越多的 mes、erp、控制系统、产品数据管理、供应链管理和客户关系管理都是以对象的方式来编写代码的。 只要它们遵守统一的orb，不管它们哪个开发商提供，都可以进行无缝地集成。从而实现敏捷制造模式对信息系统的要求，既系统的可重构、可重用和可扩展(3r)特性。 1.3.4 mes 系统在钢铁信息化中的地位和作用 国际上流行的钢铁企业信息化系统整体结构 在早期,国际上各钢铁企业信息化分为 5 级,即操作级、执行级、计划级、管理级、 战略级。 经过多年的理论研究和实践探索， 以及计算机设备能力的提高，一种更加简单合理的系统体系结构（erp/mes/pcs 三层结构，如图 1.5）已经逐湘钢基于精益生产的 mes 系统的实施研究 10 步成为企业 cims 架构配置的主要趋势。目前现代集成制造系统（cims）的研究已成为工业自动化领域的一个前沿学科,主要的目的可以追踪生产信息流来实现对企业全面的控制和管理。 这种系统结构摆脱了以往完全按照物理层次划分并配置控制系统的传统模式， 而按照生产管理与控制任务的要求和应用功能的分担配置,在国内外大部分企业使用了这种模式。 图 1.5 钢铁企业信息化系统结构对比图 钢铁企业信息化的整体架构 现在已经进入信息化和自动化高度集成的时代，由 pcs、mes 和 erp 构成的全局自动化系统，将是钢铁企业信息化的整体构架趋势。它将企业信息系统与控制系统统一分为三级， 其中最上层为企业资源计划 （erp ， enterprise resources planning） ，对整体企业人、财、物、产、供、销等资源进行综合管理，根据企业的人、才、物各种资源的状况和产、供、销各个环节的信息，对生产进行合理有效的计划、组织，使生产经营活动协调有序的进行，对企业的战略计划进行决策。 中间层为生产制造执行系统（mes，manufacturing execution system） ，根据 erp 系统下达的生产订单，通过作业计划编制、作业调度、物料平衡、合同管理、成本核算、质量管理的过程来组织生产，并对执行过程中的信息加以采集、传递和加工处理，并及时上传 erp 系统。它 erp 和 pcs，是企业信息化的基础和有机组成，以分厂生产管理为核心，主要目标是提高产品质量、降低成本、提高质量； 最底层为过程控制系统（pcs，process control system） ，即基础控制系统； pcs 则根据 mes 下达的生产指令进行各工序的过程控制，设定各种设备的具体动作参数，进行各种模型计算和控制计算，同时收集执行过程中的实绩数据上传mes 和 erp 系统。 mes 系统在钢铁企业信息化中的作用 随着经济的发展，生产制造企业信息化程度的不断提高，大部分流程性行业都已经有了底层的生产控制系统，不少企业也实施了 erp 系统。目前，国内相当工商管理硕士学位论文 11 多的钢铁企业正在进行信息化方面的规划或者建设,有的企业花巨资引进国外的erp 软件产品,或者由一些软件商定制开发 erp 系统。但是 erp 环境是以具体事务为基础的，其数据交换系统对生产调度、运输安排或对生产计划要求的进行响应；而控制的决策必须在秒甚至更短的时间内完成，它对生产过程、操作人员，或对材料的操作需求作出响应。显然，实时环境和实时响应的差异影响着绝大多数的具体事务和在控制层的执行， 尤其是没有一个与过程控制层直接相连的成熟的 mes 系统的支撑。 传统的数据流和控制流在 erp 与控制层之间存在着巨大的鸿沟，迫切的需要一层新的系统来填补这一空隙，以实现管控一体化。 制造执行系统（ mes ） 是为了保证产品的质量、数量和交货期，有效地使用人力、机械、设备、原料等工厂资源，综合管制工厂生产活动的软件系统。由于 mes 在企业信息化管理的三层架构 erp/mes/pcs 中起到了计划监控、 生产调度，实时传递生产过程数据，进而指示对生产过程中出现的各种复杂问题进行处理的关键作用。mes 强调制造计划的执行，它位于企业上层企业资源计划（erp）和底层工业控制（pcs）之间，面向车间层的生产管理技术与实时信息系统，在计划管理层和底层控制之间架起了一座桥梁填补了两者之间的鸿沟。 湘钢基于精益生产的 mes 系统的实施研究 12 第 2 章 湘钢 mes 系统实施背景概述 2.1 湘钢简介 2.1.1 整体概述 湘潭钢铁集团有限公司（简称湘钢）始建于 1958 年，是国内线、棒材和宽厚板专业生产优钢企业之一，在册职工 1.99 万人。经过 40 多年的建设，特别是改革开放以来加快发展，目前湘钢已形成年产钢 600 万吨的综合生产能力，被国务院确定为国家要重点抓好的 300 家大型企业之一。 湘钢拥有炼焦、烧结、炼铁、炼钢、轧材等一整套工艺装备。其中，进口高速线材轧机、宽厚板炼钢、精炼和轧机均达到国际先进水平。近年来，湘钢围绕产品结构调整进行一系列技术改造，全面优化了工艺结构，先后实现全转炉、全连铸和“一火成材”，一批主要技术装备达到国内先进水平。 湘钢 2006 年产钢 400 万吨，实现销售收入 120 亿元。根据现有产能结构图，在今年的 400 万吨钢产量当中，下半年刚投产的宽厚板已经达产 50 万吨，技术升级改造后的线棒材占到 350 万吨。根据规划，在明年宽厚板项目全面投产后，湘钢的规模将达到 450 万吨。 目前湘钢正抓紧 600 万吨钢配套建设，进行新一轮结构调整，大力推进普钢向优钢转变， 单一线棒材向板材等多领域转变， 同时以实施企业资源计划 （erp） 、产销咨讯系统、mes 系统等信息化项目为契机，加快企业改革步伐，努力构建集团化管理新模式，向现代企业制度迈进。 2.1.2 湘钢的生产特点及当前面临的竞争形势 湘钢是一家典型的传统老国企，曾一度未能克服体制转轨带来的种种不适应，陷于缺乏生机的“亚健康”状态，管理粗放，效率低下，经不起市场的风浪。1998 年以来，湘钢通过深入学习邯钢经验，推进生产经营战略转移，加快了发展步伐。但随着经济的发展和市场经济体制改革的不断深入，特别是湘钢近几年装备水平的迅速提高，生产经营规模的日益扩大，湘钢面临着巨大的挑战。自身的生产特点和管理机制，在日益激烈的市场竞争环境下，使其面临的竞争形势越来越严峻，具体表现在： 世界钢材市场价格周期性波动有可能经过几个“死亡螺旋式”最低谷底点阶段之后，改变中国钢铁工业部门运行模式，如何应对国际钢铁行业的变化成为湘工商管理硕士学位论文 13 钢亟待考虑的问题。正如世界其他地区那样，当世界钢材市场价格周期性波动陷入谷底时，经不起市场激烈竞争风暴的冲击，一些钢铁公司将不得不被并购或关闭停产。事实如此，1995 年1998 年和 2001 年世界钢材出口市场热轧板卷价格三次陷入“死亡螺旋式”谷底，从 2002 年开始除中国大陆之外世界其他地区钢铁工业结构发生了巨大的变化。 中国作为当今世界最大的钢材消费市场， 已成为各钢铁强国的必争之地据有关资料统计，98 年国内钢材消费 1.16 亿吨，是世界钢材消费量最多的国家。但我国属于发展中国家，经济基础比较薄弱，人均消费钢材水平仍然很低，预计在2010 年以前钢材需求仍会缓慢增长，在世界整体钢材生产能力过剩的形势下，占世界钢材消费量 16 的中国市场，无疑将成为钢材生产厂家和商家的必争之地。 作为中型生产规模的湘钢来说，国内钢铁行业的竞争相当激烈。中国六大钢铁公司即宝钢、武钢、鞍本钢、攀钢、首钢和唐钢是中国钢铁的支柱，按乐观估计，宝钢集团有可能成为年产钢能力 6300 万吨特大型钢铁集团；武钢到 2010年，将有可能扩大到 4300 万吨产钢能力，其中热轧板卷能力将达到 3400 万吨；鞍本钢铁集团年产钢能力有可能达到 5300 万吨，其中热轧板卷能力将达到 3650万吨；攀钢年产钢 500 万吨，经过进一步并购，到 2010 年将达到 1700 万吨，其中热轧板卷能力将达到 550 万吨； 首钢年产钢 1200 万吨， 到 2010 年将达到 2400万吨，其中热轧板卷能力将达到 2000 万吨；唐钢年产钢 2400 万吨，到 2010 年将达到 3000 万吨，其中热轧板卷能力将达到 1250 万吨。 中国以钢材为原料的钢密集型制造业部门比海外竞争对手拥有很大的生产成本优势。这些钢密集型制造业部门，可以从国内钢材市场获得比海外钢材市场更低的钢材价格，拥有廉价劳动力成本以及良好基础设施和交通运输的支持。海外的用钢大户如造船业、焊管业、大型钢制造品、汽车制造业和机器制造业，在未来一些时间里，将采购市场转向中国，中国钢铁企业势必将面临国内同行越来越激烈的竞争，利润空间也越来越低。 近年来，世界各国开始竞相争夺资源，特别是以消耗原燃料为基础的钢铁制造业。2005 年和 2006 年，中国在国内铁矿石采掘业部门投人 30 亿美元资金来扩大铁矿石生产规模。美国世界钢动态公司估计，2006 年中国新铁矿石采掘能力将增加 4000 万吨，与此同时还将消失 800 万吨铁矿石采掘能力。这样，中国精矿粉 2006 年产量增加 16，达到 2.82 亿吨；2007 年将增加 11，达到 3.12亿吨。但随着国内钢铁企业的不断发展以及未来中国钢材产量增长速度，中国对铁矿石及各种原燃料的需求总量将依然增加。 湘钢基于精益生产的 mes 系统的实施研究 14 2.2 湘钢实施 mes 系统基本情况介绍 2.2.1 湘钢宽厚板工程简介 湘钢宽厚板工程分两期建设。一期设计年产 120 万吨，二期 140 万吨，实际年产量将超过 300 万吨。一期项目于 2006 年 9 月 30 日轧出板材。湘钢宽厚板为3.8 米轧机，成品板材厚度从 6 毫米到 120 毫米。湘钢宽厚板采用世界先进水平的技术装备。其中，炼钢和轧钢的关键设备全部由达涅利、奥钢联、德玛克引进，全线高精度二级自动控制系统由西门子公司和瑞典 abb 联合供货。120 吨转炉增设副枪，钢包炉和真空脱气装置组成完备的炉外精炼系统，在已经投产的中厚板生产线中尚不多见。轧制线采用步进式加热炉，带立辊的四辊双机架高刚度可逆式轧机，精轧机轧制力达到 7500 吨，控轧控冷，轧后配备 acc 加速冷却。此外，高压水除鳞、液压弯辊和液压 agc 技术、板型控制技术、在线多阶段轧制、工艺参数在线设定以及自适应和优化数学模型、热矫直、滚切式双边剪和定尺剪，均为生产高品质板材提供了充分的硬件保障。 二期工程除了再上一座 120 吨转炉和方板坯连铸机外，还将增加两条热处理生产线、一套在线探伤装置，一台冷矫直机，目前该工程正在施工中。 设备的高起点，决定了湘钢宽厚板产品定位于生产难度大、国内市场短缺的专用钢板。包括 x80 以上级别的管线钢、船用钢板、模具板、工程机械板、桥梁板、锅炉和压力容器板、优质碳素结构板以及高层建筑板等 10 大系列。产品的多样化、生产的小批量，以及客户个性化需求多样化，与生产协调的矛盾就尤然而生，如何强化生产执行和处理能力，优化产销一体化，湘钢决定辅以最先进的信息化系统作为支撑。 2.2.2 项目组织机构介绍 2005 年底，湘钢宽厚板工程投产运行后，湘钢高层领导对 mes 系统实施项目非常重视，成立了以总经理刘捷为首的项目实施领导小组，并结合湘钢的实际情况对和钢铁行业 mes 实施现状进行仔细分析， 与 mes 系统的供应商进行充分交流的基础上， 确定选用与钢铁行业信息化的权威-宝信软件合作开发和实施该项目，该项目是钢铁行业继宝钢宽厚板 mes 系统后开发实施的第一个宽厚板 mes系统。 2006 年 2 月该湘钢 mes 系统项目正式启动， 以下是项目实施机构图(图 2.1)及项目组人员： 工商管理硕士学位论文 15 图 2.1 湘钢 mes 项目实施机构图 湘钢 mes 项目领导小组成员包括：刘捷、易佐、张爱兵、胡国奋（宝信） 、周海斌、成沛祥、宋健海（宝信）等等，负责确定公司的期望和对项目的目标要求、批准项目启动和项目的管理方法、听取项目实施小组的工作报告。湘钢和宝信分别选派资深的业务精英组成项目实施团队，有效支撑项目的顺利实施。 2.3 宝信基于精益生产的 mes 系统简介 2.3.1 宝信软件简介 上海宝信软件股份有限公司(简称宝信软件)成立于 2000 年 4 月,于 2001 年 4月上市，是宝钢股份控股的上市软件企业。 宝信软件主营业务单位包括 11 个事业部、12 个分公司、6 个子公司等，公司着力构筑工程-产品-服务的产业链环，2005 年实现销售收入 13.37 亿元人民币。业务涉及制造行业信息化（erp、mes 和 scm）解决方案，电子商务解决方案，计算机系统集成与运行维护，自动化控制系统集成及产品制造，智能交通和智能建筑系统集成及产品制造，若干地区市场自主及代理产品的销售、系统集成及应用开发。 项目项目 领导小组领导小组 宝信宝信 项目经理项目经理 炼钢子项目炼钢子项目 轧钢子项目轧钢子项目 销售出厂子项目销售出厂子项目 l2咨询子项目咨询子项目 生产质量业务生产质量业务 现场生产管理现场生产管理 产销衔接业务产销衔接业务 软件开发与集成软件开发与集成 硬件网络支持硬件网络支持 项目过程管理项目过程管理 项目综合管理项目综合管理 湘钢湘钢 项目组长项目组长 湘钢基于精益生产的 mes 系统的实施研究 16 公司凭借 20 年宝钢信息化建设的经验，已具备信息技术与现代管理技术相结合、 项目规划咨询和工程实施相结合、 软件构件化和定制化设计相结合的能力，拥有构建最佳性价比的网络技术、提供决策平台系统的软件技术、解决信息孤岛问题的集成技术和为用户提供专业服务的支持技术等，产品与服务业绩遍及冶金、石化、电力、交通、金融、零售、传媒、政府、医疗卫生等多个行业，在企业信息化、过程自动化和城市信息化等领域占有领先优势。宝山钢铁股份公司是中国最大的钢铁联合企业，年产量超过一千万吨，营业额达数百亿。宝钢股份公司于 98 年 3 月份建立了公司整体产销系统，宝信陆续改造、新增了包括一二三期炼铁、炼钢、连铸、热轧、冷轧、钢管、高线等产线在内的二十多套 mes 系统的实施和开发。之后将其成功经验在国内各钢铁企业，专业致力于钢铁行业 mes系统解决方案研究，在钢铁企业 mes 实施具有丰富的实施经验和先进的技术水平。 2.3.2 宝信 mes 系统的技术特点 该系统的设计功能上的技术特点 宝信在多年的 mes 系统实施经验下，在长期维护、消化、改造国内外同类型系统的基础上产生的，其技术达到了当前国际的先进水平，具有以下特点： (1)较强的一体化计划编制功能和实时动态优化功能 (2)具有较强的与 erp 系统及 pcs 系统的集成性 (3)能广泛适用于钢铁企业各种产线，包括板材、线材、型钢、钢管等不同的产线和单制程、多制程、直接热装热送、短流程轧制等各种流程。 (4)满足敏捷制造的实时性，大量采用实时处理技术，无论是计划调度、质量判定还