（计算机软件与理论专业论文）mes在钢管企业冷区l3中的应用研究.pdf

查! ! 垄兰翌主芏竺笙查 一塑 m e s 在钢管企业冷区l 3 中的应用研究 摘要 随着信息技术的发展，越来越多的钢铁企业采用计算机来管理自己的生产过程，以 面对激烈的市场挑战。因此制造执行系统( m e s ) 在钢铁企业中得n t 越来越广泛的应 用。制造执行系统是位于企业的业务计划系统( b p s ) 和过程控制系统( p c s ) 之间的 针对企业产品生产的执行过程的信息系统，它对产品的制造过程进行跟踪，并在企业的 b p s 和p c s 之间传递信息，为企业生产信息的沟通架起了一座桥梁。对提高企业对生 产过程数据的管理的有效性，起到了巨大作用。宝钢钢管分公司原有的计算机管理系统 已经不能适应现在生产的实际需要。针对对新系统的要求我们设计开发了针对宝钢钢管 冷区l 3 的m e s 。 宝钢钢管冷区l 3 的m e s 分为作业计划管理、仓库管理、生产管理、设备停机实绩 管理、质量管理、物资及生产备件管理六个子系统。系统从l 4 接收生产计划等数据， 从热区l 3 接收产品生产工艺参数数据，并向l 2 传递工艺数据；同时向l 4 传递生产数 据，从l 2 接收生产的实绩数据；管理l 3 的生产、库存等数据信息。本文首先分析了钢 管分公司冷区l 3 的原有系统的现状，然后系统阐述了m e s 的理论、宝钢的信息化现状 和钢铁m e s 在宝钢的应用。在介绍了宝钢企业的计算机系统的架构后，对宝钢钢管冷 区l 3 的m e s 的网络系统结构、软件系统的设计与实现，系统与l 2 、l 4 之间的通讯接 口等做了详尽细致的描述，最后提出了未来需要进步研究的课题。 系统很好的满足了钢管分公司冷区对生产控制的要求，顺利的实现了与l 2 和l 4 系统的信息传递和对生产过程数据的信息化管理。使企业复杂琐碎的生产管理变得井井 有条，各种生产状况、参数一目了然，使信息的处理更加集中化透明化。充分发挥了计 算机对信息管理的综合作用，使企业管理工作向实时管理方向进一步发展，整个生产过 程控制更加科学化。在宝钢集团的信息系统中发挥着熏要的作用。该系统目前运行平稳， 对于钢铁企业的计算机管理有很好的研究意义。 关键词：制造执行系统( i v i e s ) ；钢管冷区；l 3 ；通信接口 i i 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t a p p l i c a t i o na n d r e s e a r c ho fm e so ns t e e lt u b e e n t e r p r i s ec o l d a r e al 3 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , m o r ea n dm o r es t e e le n t e r p r i s e s m a n a g em a n u f a c t u r i n gp r o c e s sv 矗t hc o m p u t e r st of a c et h ef u r i o u sc h a l l e n g eo fm a r k e t t h e r e b y t h ea p p l i c a t i o no fn 峙m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e m ( m e s ) i ns t e e le n t e r p r i s e si s b e c o m i n gm o r ea n dm o r ew i d e i ti sb e t w e e nt h ee n t e r p r i s eb u s i n e s sp l a ns y s t e m ( b p s ) a n d p r o c e s sc o n t r o ls y s t e m ( p c s ) a n da i ma tt h ep r o d u c te x e c u t i o np r o c e s s i tt r a c k st h ep r o c e s s o ft h ep r o d u c tm a n u f a c t u r i n ga n dt r a n s f e r sd a t ai n f o r m a t i o nf o rb p sa n dp c s i ts e t su pa b r i d g ef o rt h ee n t e r p r i s et oc o m m u n i c a t e 廿l em a n u f a c t u r i n gi n f o r n l a t i o n i tc a l lb r i n gh u g e e f f e c t so ni m p r o v i n gt h ev a l i d i t yo fs y s t e m a t i cp r o d u c i n gp r o c e s s n o wt h eo r i g i n a lc o m p u t e r m a n a g e m e n ts y s t e mo fc o l da r e al 3i nb a o s t e e lt u b es u b c o m p a n yc o u l dn o tm e e tt h e p r a c t i c a lr e q u i r e m e n t s o ，a c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n to ft h en e ws y s t e m ，t h e 匝so fs t e e l t u b ec o l da r e al 3i sd e s i g n e da n dd e v e l o p e d t h e 匝so fs t e e lt u b ec o l da l e al 3i sc o m p o s e do fs i xs u b s y s t e m s ： o bp l a n m a n a g e m e n ts u b s y s t e m ，s t o r a g em a n a g e m e n ts u b s y s t e m ，p r o d u c i n gr e c o r d sm a n a g e m e n t s u b s y s t e m ，e q u i p m e n t sh a l tm a n a g e m e n ts u b s y s t e m , q u a l i t ym a n a g e m e n ts u b s y s t e m ，m a t e r i a l a n dp r o d u c i n gs p a r ep a r tm a n a g e m e n ts u b s y s t e m i tr e c e i v e sp r o d u c i n gp l a nd a t ao ro t h e r d a t af r o ml 4 ，t h ep r o d u c tw o r kt e c h n i c a lp a r a m e t e r sf r o mh o tl 3 p r o d u c i n gr e c o r d sf r o ml 2 p r o c e s sc o n t r o lm a c h i n e s ；a n ds e n d st e c h n i c a lp a r a m e t e r st ol 2p r o c e s sc o n t r o lm a c h i n e s p r o d u c i n gd a t at ol 4 ；m a n a g e st h ep r o d u c i n ga n ds t o r a g ei n f o r m a t i o n i nt h i st h e s i s ，t h es t a t u s o f o r i g i n a ls y s t e m o f s t e e l t u b es u b e o m p a n y c o l db r e a l 3 i s p r e s e n t e d ，a n d t h e t h e o r y o f 皿s ， t h ei n f o r m a t i o no fc u r r e n tb a o s t e e la n da p p l i c a t i o no fs t e e lm 匣sa r ei n t r o d u c e d t h e nt h e n e t w o r k s y s t e ms t r u c t u r e ，t h ed e s i g n a n di m p l e m e n to ft h es o f t w a r e s y s t e m ，t h e c o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c e s 、丽也l 2a n dl 4a r ed e p i c t e di nd e t a i l f i n a l l y , s e v e r a lq u e s f i o n sa r e b r o u g h tf o r w a r dt od i s s c u s si nt h ef u t u r e n o wt h es o f t w a r es y s t e mc o n f o r m st ot h e p r o d u c i n gr e q u i r e m e n to fs t e e l t u b e s u b c o m p a n yc o l da r e aa n di m p l e m e n t st h ec o m m u n i c a t i o nt ol 2a n dl 4n i c e l ya n dm a n a g e s t h ed a t ao fp r o d u c i n gp r o c e s sv e r yw e l l t h j s s y s t e mm a k e st h et r i f l i n gm a n u f a c t u r i n g m a n a g e m e n ti no r d e ra n de v e r yi t e mc l e a r , a n dt h ei n f o r m a t i o nh a sb e e ni n t e g r a t e da n ds h a r e d w i t ho t h e rd e p a r t m e n t s u s i n gt h ei n t e g r a t e di n f o r m a t i o nm a k e st h ec o m p u t e rm a n a g e m e n t m o r ee a s ya n dq u i c k ，i ta l s oi l l a k e st h ep r o d u c i n gp r o c e s sm a n a g e m e n t s c i e n t i f i c ，a n dp l a y s a ni m p o r t a n tr o l ei nt h ec o m p u t e ri n f o r m a t i o ns y s t e mi nb a o s t e e lg r o u p n o wt h es y s t e m r u n ss t e a d i l y , w h i c hi ss i g n i f i c a n tt ot h er e s e a r c ho f c o m p u t e r m a n a g e m e n ti ns t e e le n t e r p r i s e k e yw o r d s ：m e s ；s t e e lt u b ec o l da r e a ；l 3 ；c o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c e i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的 研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的 研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名： 彬 日 期：矽碑吲 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、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 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名；否则视为不同意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 宝钢的信息化 中国的钢铁企业是最近二十年才逐渐从自动化开始涉足信息化领域，宝钢作为中国钢铁 企业的龙头，从信息化建设初期开始就一直立足于一个高起点。宝钢的信息化建设就是要通 过企业业务流程的重组和再造，集中企业的管理信息资源，把引进、消化、创新所形成的各 项宝钢自己的管理技术数字化，服务于公司不断发展的经营管理理念( 即从面向生产管理的 理念，到以财务为中心的管理理念，再到目前以客户为中心的经营理念) ，提高企业的核心 竞争力，实现企业的价值最大化。宝钢信息化的基础建设主要体现在以下几个方面。 ( 1 ) 规范化的信息资源管理。 ( 2 ) 统一的代码设计和数据字典。 ( 3 ) 应用规范的标准化。 ( 4 ) 覆盖全公司范围的企业光纤主干网络。 ( 5 ) 集中的数据库数据仓库建设。 目前，宝钢的计算机体系结构分为四级：l l 为基础自动化；l 2 为过程控制计算机系 统；l 3 是指( 分厂级) 生产控制计算机系统：l 4 是公司级管理信息管理系统；l 5 为决策 分析系统。其中l 1 、l 2 是面向生产设备的，主要实施对设备的检测和控制。l 3 是面向生 产区域的，主要实施对该区域的物流跟踪管理、产副品仓库的三维动态管理、工序的作业 计划和命令的管理以及对该区域内l 2 级过程控制计算机系统的生产实绩数据采集等功能。 l 4 是面向全公司的，是各个生产单元、各种产品的生产计划管理、产副品存货管理、技术 质量管理、销售业务管理、产品运输管理、设备综合管理、财务成本管理等的集成。 1 2 课题的提出 宝钢钢管分公司是现代化的无缝钢管制造企业，主体设备由德国曼内斯曼公司成套 引进，配有一套连续轧管机组，三条精整流水线、二条锅炉管生产线、三条油套管加工 生产线、一条石油钻杆生产线、一条管接头和工具接头加工生产线。可生产共计4 6 7 0 种 规格且符合各种标准规定的钢管产品。管坯最大单重可达8 5 0 k g ，张力减经后钢管最长 1 6 0 m 。另外，宝钢钢管公司采用管理计算机、过程计算机等组成的计算机系统进行管 理和控制。宝钢钢管公司产品具有以下特点：钢质纯净度高，成分均匀，冶金质量好； 采用优质钢冶炼，先进的加工技术，使钢管表面质量和几何尺寸精度均保持优良的水平； 产品机械性能稳定、适合各种使用要求；采用整体热处理与局部热处理相结合，管端加 厚、管体温矫与张力减径技术，可生产性能稳定、适合不同服役要求的各种油井管、高 压锅炉管与其他特殊用途钢管；螺纹、接头加工精度高，互换性好。 宝钢钢管公司自1 9 8 5 年9 月投产以来，已生产各类无缝钢管5 0 0 万吨，包括高压锅炉 管、中低压锅炉管、石油裂化管、一般结构管、油管、套管、钻杆、输送管、管线管、 1 东北失学硕士学位论文 第一章绪论 船用管、地质用钻探管、隔热油管、射孔枪管、气瓶用钢管、汽车半轴套管等1 5 大类钢 管产品，其中有4 0 万吨出口到美国、加拿大、西班牙、日本、韩国、东南亚等2 3 个国家 和地区。优良的品质、周到的服务在国内外客户中赢得良好的信誉。从1 9 9 2 年起，宝钢 钢管公司相继获得美国石油学会a p i5 c t 、5 d 、5 l 和a p is p e c7 等会标使用权；世界权 威认证机构英国b s i 公司颁发的i s 0 9 0 0 1 质量保证体系许可证书；高压锅炉管、结构管通 过德国莱茵公司t u v 认证：船用管通过了英国劳氏( l r ) 、法国b v 船级社、中国船级社 ( c o s ) 的认证：同时，宝钢钢管公司从1 9 9 1 年起连续荣获上海市质量管理奖、上海市质 量红旗企业、上海市质量标兵企业等称号，油管、套管、低中压以及高压锅炉管和结构 管多次荣获冶金部“冶金产品实物质量金杯奖”、“名牌产品”称号，以及“上海市创优赶超 优质产品证书”等等。油井管产品还相继通过美国s h e l l 、0 t s 、t u b e s s c a b e 、阿姆可、丸 红、三井等公司、世界银行、西安石油管材研究所等多家专职检验机构的认证检查，标 志着宝钢钢管公司的质量体系已走向更高层次。同时在1 9 9 7 年取得i s 0 1 4 0 0 0 环境管理体 系认证。宝钢钢管公司生产的高压锅炉管、中低压锅炉管以及石油裂化管、般输送管 等己在国内各化工企业广泛使用，其中开发的r 1 0 2 、t g l 高压锅炉管亦已投放市场。近 年来，又相继开发出抗硫石油管系列和各种特殊螺纹油套管等产品。所有产品中近六成 为高技术含量、高附加值产品，宝钢已成为中国无缝钢管的精品生产基地。 企业生产和市场的大好形势对企业的生产管理提出了更高的要求，但是，企业原有 的内部生产用的计算机管理系统已经不能适应企业发展的新要求。 1 2 1 钢管冷区工艺流程图 图1 1 钢管冷区工艺沉程图 f i g 1 1c h a r t o f t h ec o l da r e a t e c h n o l o g i cp r o c e s s 1 2 2 钢管冷区管理范围 如图l ，1 ，钢管冷区l 3 系统管理范围包括从中间库到成品入成品库前的整个冷区， 其中成品机组有：2 条一般商品管精整线、2 条锅炉管精整线、3 条油井管生产线和l 条钻 杆生产线，途径机组还有：光亮炉、分段、加厚、调质、探伤和配件作业区。直接相关 ，2 东北走学硕士学位论文 第一章绪论 船用管、地质用钻探管、隔热油管、射孔枪管、气瓶用钢管、汽车半轴套管等1 5 大类钢 管产品，其中有4 0 万吨出口到美国、加拿大、西班牙、日本、韩国、东南哑等2 3 个国家 和地区。优良的品质、周到的服务在国内外客户中赢得良好的信誉。从1 9 9 2 年起，宝钢 钢管公司相继获得美国石油学会a p i5 c t 、5 d 、5 l 和a p is p e c7 等会标使用权；世界权 威认证机构英国b s i 公司颁发的i s 0 9 0 0 1 质量保证体系许可证书；高压锅炉管、结构管通 过德国莱茵公司n v 认证；船用管通过了英国劳氏( l r ) 、法国b v 船级社、中国船级社 犯c s ) 的认证：同时，宝钢钢管公司从1 9 9 1 年起连续荣获上海市质量管理奖、上海市质 量红旗企业、上海市质量标兵企业等称号，油管、套管、低中压以及高压锅炉管和结构 管多次荣获冶金部“冶金产品实物质量金杯奖”、“名牌产品”称号，以及“上海市创优赶超 优质产品证书”等等。油井管产品还相继通过美国s h e l l 、0 t s 、t u b e s s e a b e 、阿姆可、丸 红三井等公司、世界银行、西安石油管材研究所等多家专职检验机构的认证检查，标 志着宝钢钢管公司的质量体系已走向更高层次。同时在1 9 9 7 年取得i s o l 4 0 0 0 环境管理体 系认证。宝钢钢管公司生产的高压锅炉管、中低压锅炉管以及石油裂化管、一般输送管 等已在国虎各化工企业广泛使用，其中开发的m 0 2 、t g l 高压锅炉管亦己投放市场。近 年来。又相继开发出抗硫石油管系列和各种特殊螺纹油套管等产品。所有产品中近六成 为高技术含量、高附加值产品，宝钢已成为中国无缝钢管的精品生产基地。 企业生产和市场的大好形势对企业的生产管理提出了更高的要求，但是，企业原有 的内部生产用的计算机管理系统已经不能适应企业发展的新要求。 1 2 i 锅管冷区工艺流程图 图1 1 钢管冷区工艺流程图 f i g i ac h a r to f t h ec o l d t e c h n o l o g i cp r o c e s s 1 2 2 镪管冷区管理范围 如图1 1 ，钢管冷区l 3 系统管理范围包括从中间库到成品入成品库前的整个冷区， 其中成品机组有：2 条一般商品管精整线、2 条锅炉管精整线、3 条油井管生产线和1 条钻 杆生产线，途径机组还有：光亮炉、分段、加厚、调质、探伤和配件作业区。直接相关 杆生产线，途径机组还有：光亮炉、分段、加厚、调质、探伤和配件作业区。直接相关 一2 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 的生产部门包括精整分厂、管加工分厂和质检站，间接相关的部门包括生产技术室、技 术研究室、设备室、轧管分厂、能源车间、工具车间等。 1 2 3 原有软件系统的应用功能 钢管分公司在企业内部，原来建设了一套基本的计算机系统。原有钢管冷区l 3 系统 应用功能主要包括以下： ( 1 ) 中间库管理：包括中间库入、出库，库存库位查询及中间库报表等。 ( 2 )光亮退火炉管理：包括接收新、老光亮炉l 2 过程机上送的光亮退火炉实绩并 提供查询。 ( 3 ) 锅炉管新线生产管理：包括锅炉管新线作业计划，入出库，库存库位查询， 交库单核对，设备停机实绩收集等。 ( 4 )精整线生产管理：包括精整线作业计划，管捆收集，入出库，库存库位查询， 交库单核对，设备停机实绩收集等。 ( 5 ) 锅炉管老线生产管理；包括锅炉管老线作业计划，管捆收集及维护，入出库， 库存库位查询。交库单核对，设备停机实绩收集等。 ( 6 )0 6 区分段生产管理：包括0 6 区作业计划，管捆收集及维护，设备停机实绩收集等。 ( 7 )0 7 区加厚生产管理：包括0 7 区作业计划，管捆收集及维护，入出库，库存 库位查询，设备停机实绩收集等。 ( 8 ) 0 8 区调质生产管理：包括0 8 区作业计划，管捆收集及维护，入出库，库存 库位查询，设备停机实绩收集等。 ( 9 ) 0 9 区质检探伤生产管理：包括0 9 区作业计划，管捆收集及维护，入出库， 库存库位查询，设备停机实绩收集等。 0 0 ) 油井管线及钻杆线生产管理：包括1 0 区油并管、1 2 区钻杆作业计划，管捆收 集，入出库，库存库位查询，设备停机实绩收集等。 ( 11 ) 配件生产管理：配件生产管理已予2 0 0 3 年钢管年修期间改造完成投入运行， 这部分功能不做大的改动，直接并入改造后的冷区l 3 系统；对配件区的质检实绩、设 备停机实绩将与其它生产区域一起统一考虑。 ( 1 2 ) 取样委托管理：包括钢管在各工序( 0 3 区、0 4 区、0 5 区、0 6 区、0 7 区、0 8 区、 0 9 区、1 0 区) 取样委托，钻杆焊缝、工具接头委托，现场委托查询，试验结果查询，委托 电文补发，焊缝炉号，试批号，合同号与替代m i c ，单委托查询，合同试验项目查询等。 ( 1 3 ) 质检实绩管理：包括精整区、0 6 区、0 9 区、1 0 区、1 1 区、1 2 区、1 3 区的外 表检验、探伤检验、螺纹检验、成品抽检等质检实绩管理。 ( 1 4 ) 工具管理：包括工具类别维护，工具月度需求计划，工具入库、领用管理等。 ( 1 5 ) 合同信息查询：包括合同基本信息查询，轧批炉号查询，轧批合同号查询， 精整、锅炉管、0 6 、0 7 、0 8 、0 9 、1 0 、1 l 、1 2 、1 3 区合同工艺参数查询等。 ( 1 6 ) 外部接口：与l 2 过程机共1 3 条线通讯，分别是：精整l 撑、2 撑线，油井管1 群、 - 3 东北大学项士学位论文 第一章绪论 2 群、3 撑线，锅炉管新、老线，钻杆线，0 6 、0 7 区，0 8 区，新、老光亮炉，配件。通讯 内容包括：接收l 2 合同申请，下发合同数据；接收l 2 投料申请，下发投料数据：接收 l 2 生产实绩；接收l 2 质量实绩；接收l 2 设备停机实绩等。与钢管l 4 通讯，接收l 4 下发合同计划、合同信息，上送生产实绩、质量实绩等。与热区l 3 通讯，接收热区l 3 发来的热轧管捆实绩。 1 2 4 原有系统环境 1 2 4 1 系统硬件配置 冷区l 3 主机系统由两台h pk 3 7 0 构成，每台主机包括以下部件： ( 1 ) 两个2 0 0 m h z p a - r i s c8 2 0 0c p u 。 ( 2 ) 1 g b ( ( 7 + 1 ) + 1 2 8 m b ) 物理内存。 f 3 14 个4 g b 内置磁盘。 h ) 一个1 2 g bd d s 3d a t 内置磁带机。 ( 5 ) 一个光驱。 ( 6 ) 三块网卡。 ( 7 ) 存储设备使用一台m o d e l2 0 磁盘阵列，由1 5 块4 g b 磁盘组成，使用r a i d 5 技术。另有一台h p 光盘库。 1 2 4 2 系统软件配置 ( 1 ) h p u x1 0 2 0 ( 操作系统) 。 ( 2 ) o r a c l ee n t e r p r i s ee d i t i o n7 3 4 ( 数据库) 。 ( 3 ) i b mm q s e r i e s5 2 0 ，0 2 ( 通讯中问件) 。 1 2 5 原有网络环境 钢管冷区l 3 的用户终端及p c 主要通过两种网络连接方式与冷区l 3 主机通讯，一 是使用1 0 mh u b 连接的1 0 m 共享式以太网连网方式，分布层设备是两台c i s c oc 3 2 0 0 交换机位于t 1 9 机房，二是采用主机终端方式通讯，现场有大量“笨终端”通过r s 2 3 2 长线驱动器及线缆点对点通讯，接入点位于t 1 9 机房和主机房。原有的两种通讯方式都 已经落后，需要更新、改造成一套符合工业标准的快速以太网。 1 2 6 开发钢管冷区l 3 的m e s 必要性 1 2 6 1 应用功能的必要性 原有钢管冷区l 3 系统是1 9 9 7 年开始设计，1 9 9 9 年上线的区域管理机，其应用功 能基本覆盖了整个钢管冷区，涉及辖整分厂、管掘工分厂、质检站，主要功能有生产管 理、质量管理、库存库位管理、设备停机实绩收集等。 随着钢管信息化建设的不断发展，需要对整个钢管生产管理系统功能进行重新整 合。原冷区l 3 设计至今已近6 年，原先的应用设计、设备配置无法满足不断增长的要 4 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 求，并且在应用功能上冷区l 3 及l 2 过程机都存在一些与新l 4 功能不相符的问题，如 合同数据、质量参数的定义不一致，影响实绩数据收集、料流跟踪等，使得l 4 系统的 资源不能充分发挥作用。 在冷区l 3 投运后上线的过程机有0 6 、0 7 、0 8 区、钻杆线、老光亮退火炉、锅炉管 新线、配件等，目前已有1 3 条线的过程机与冷区l 3 通讯，这不仅使冷区l 3 系统的通 讯量大大增加，还有对l 2 上送的实绩数据处理等应用功能的开发急需进一步完善。此 外，1 3 条线的电文定义、电文格式，以及各过程机打印的交库单格式均不尽相同，给用 户使用及应用维护带来很大不便，急需制定一套统一的规范，以便在l 2 过程机今后的 改造中参照实施。 由于历史原因，冷区l 3 系统应用功能的实现方式分为终端方式及p c 方式，两种 方式的画面格式、操作方式、数据定义都不统一，给用户使用带来极大不便，也给应用 维护带来很大困难，尤其是终端方式，因为字符界面的限制，一方面用户操作不便，另 一方面可显示的信息非常有限；因此，迫切需要建立一个统一的冷区l 3 应用平台，将 现有应用功能全面整合，移植到统一的平台上，使得冷区l 3 系统界面更友好、更具有 可操作性。 为不断提升钢管产品的竞争力，满足用户各种潜在的业务需求，如六角捆扎、单根 成品管的管长清单、定尺搭交短尺、合同按理论重量结算等等，这些不仅需要对钢管 l 4 许多功能进行改造，冷区l 3 及l 2 过程机的现有功能包括数据库结构都需要加以改 进及完善。 随着钢管管理水平越来越高，对管理系统的运行维护要求也越来越高，因此，需要 在此次改造中增加代码管理等新功能，使得整个冷区l 3 系统更加完善。 1 2 6 2 系统改造的必要性 钢管冷区l 3 现有两台h pk 3 7 0 服务器做为系统主机，每台主机配置两个c p u ，1 g b 内存。存储设备采用m o d e l 2 0 磁盘阵列，由1 5 个4 g b 的磁盘组成。以上设备从引进 至今已有七年，而且，两台主机的主要硬件都已停止生产，如硬件出现故障，对其进行 恢复存在一定困难和风险。另外，由于冷区l 3 所配置的操作系统、数据库版本较低， 目前，h p 、o r a c l e 公司对其支持正在逐步减少，给后续的系统维护带来了一定的风险。 冷区l 3 投运后，钢管l 2 又陆续新增了老锅炉管线、0 6 、0 7 区、0 8 区、老光亮退 火炉、新锅炉管线、钻杆线以及配件共七套过程机系统，冷区l 3 相应增加与这七套过 程机的通讯接口及部分应用，同时，冷区l 3 还新增了配件区生产管理等许多应用功能： 且随着钢管l 4 的上线，为配合l 4 中的成本核算及实绩收集等功能，冷区l 3 增加了大 量与l 4 的通讯电文。所有这些都直接导致冷区l 3 系统的负荷越来越重。目前，在线主 机瞬时峰值负荷已达1 0 0 ，生产繁忙的时候会连续几个小时c p u 负荷居高不下( 7 0 左右) ，l g b 的物理内存也只剩下5 左右( 5 0 m b ) 。 为更进一步完善冷区l 3 系统，在现有的冷区l 3 应用功能基础上还将补充部分应用 5 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 功能；并且，在本项目实施期间，钢管分公司还将新上焊管( e r w ) 、3 # 光亮退火炉等 项目，冷区l 3 将预留相应通讯接口，并增加部分应用功能，这些都对冷区l 3 系统的处 理能力、响应速度、数据存储等提出了更高的要求。 基于以上所述，系统优化或改造已极其必要。 1 2 + 6 3 网络改造的必要性 网络方面存在的主要问题：一是位于t 1 9 机房的两台c 3 2 0 0 交换机，属于c i s c o 早期产品，已经淘汰且长期无配件可买；目前现场使用的情况是一台在线交换机因主板 故障无法修复，而仅有的一台备件在投入使用后也发生主板损坏，无法修复，只能借用 主干网设备临时救急( 该设备也已无法购得备件) ；= 是原设计采用的1 0 mh u b 接入方 式已经无法满足现场用户访问不同网络层次的要求；三是冷区l 3 系统的终端，打印机 大部分是1 9 9 3 年投入使用的，从维修情况来看，键盘、显示器以及打印机的损坏量( 指 无法修复的) 较大，终端复位现象频繁，采用的d t c 4 8 ( 数据终端控制器) 设备无法购 得备件( 设备以及控制软件均已不再提供) ，如果出现故障将无法维持冷区现场终端的 访问要求；四是使用笨终端访问的现场无法连接网络，也就无法访问网络提供的各类应 用，如钢管l 4 等；为了对整个钢管现场的网络提供高可靠和高可维护性的保证，网络 改造也势在必行。 1 2 7 开发钢管冷区l 3 的m e s 的有利条件 钢管冷区l 3 原有系统投运至今已四年时间，现场工程师对冷区l 3 系统的应用功能 已非常了解，对其不足之处及急需改进完善的地方也非常清楚，这为此次改造奠定了良 好的基础。随着钢管l 4 、热区l 3 ，以及l 2 各过程机改造的逐步完善，为冷区l 3 的进 一步优化创造了比较成熟的有利时机。钢管分公司在本项目的项目建议书中，对本次改 造的内容、范围以及目标已非常明确，这也为此次改造提供了非常有利的先决条件。 1 3 本文工作 ( 1 ) 查阅相关的文献。了解m e s 的相关的理论，理解m e s 在企业内部生产过程中 的作用和国内外发展的情况以及应用前景。 ( 2 ) 分析钢管分公司冷区l 3 现有的业务流程和原有的系统，并针对系统与l 2 和 l 4 之间的联系进行分析整理，规定了系统要实现的目标、要完成的任务以及系 统运行的软、硬件环境、网络的拓扑结构。 ( 3 ) 根据需求，完成对系统的网络系统结构、软件系统结构的设计，给出了系统的 数据库实体关系图和数据流程图。 ( 4 ) 依据系统与其他系统的接口，开发了与l 2 和l 4 的通讯和数据传输程序。设计 和使用了l a n e o m m 和m qs e r i e s 通讯中间件。 ( 5 ) 研究了对系统进行业绩分析和评估的指标体系、评价模型。分析了它的使用前景。 ( 6 ) 完成了对系统的具体实现，并对系统目前需要改进的问题提出了对未来工作的展望。 一6 东北大学硕士学位论文 第二章制造执行系统( i v i e s ) 第二章制造执行系统( m e s ) 2 1m s 提出的背景 在m e s 的研究中，了解其产生的原因及在企业信息系统中所起的作用，有助于更好 地对其进行研究和发展。企业的需求是m e s 研究的出发点。企业需要从整体的高度制定 计划，进行统筹管理，在宏观上使企业运行处于最优状态，正因为如此，以企业战略管 理和资源计划为核心的e r p 赢得了越来越多企业的认可，获得了巨大的市场成功。 但随着e r p 应用深入，企业又发现两方面新的问题：一方面，e r p 以利润最大化为目 标从全局高度制定计划和进行管理时主要是基于工厂层的统计信息，如定单的进度、物 料的有效利用率、设备的使用情况等都是需要工厂层为e r p 提供的重要信息，因此，许 多公司计：e f j n 定者发现，为了从供应链计划和e r p 应用中获得最大的利益，需要实时了 解工厂的信息和实际性能：另一方面，计划层在计划制定时不可能把生产和市场的不确 定性及未来的变化趋势等未知因素准确地考虑在内，因此e r p 下达的计划在执行过程中 常需要根据条件的变化人为地修改和调整，这些成为企业竞争力的进一步提高的瓶颈。 但由于内在特性的限制，e r p 系统和控制系统都不能解决上述两方面的问题。 由于e r p 是管理层信息系统，抽象程度较高，相对底层而言属于静态的管理，特别 是企业规模的大型化和企业生产的国际化使得由e r p 直接实现对成千上万的人员和复 杂多样的设备的实时管理是不可想象的。数据的绝对量和复杂性以及现代自动化工厂所 要求的对异常条件的响应能力是摆在传统的管理层信息系统模型面前的主要问题。企业 实现高效率的生产意味着尽可能地降低成本、缩短生产周期和提高质量，这就要求对生 产全过程进行跟踪管理，去除掉不产生价值的工作，及早发现、解决生产过程中的“瓶 颈”和质量问题，对意外情况采取及时有效的措施，从而实现低成本、短周期、高质量 的生产。从另一方面看，尽管控制层设备和装置的自动化水平在不断提高，但控制系统 针对某设备和过程进行控制的本质并没有改变，所以其难以完成对工厂层生产过程所 涉及的作业、人员、物料和设备等的管理、调度和跟踪及相关数据和信息的收集和提取。 从上述情况可以看出，企业信息系统在工厂层出现了一定程度的间断，这阻碍着企 业信息的集成和企业素质的提高，而e r p 系统和控制系统由于内在的局限性无法实现工 厂层信息系统应具有的功能。因此作为工厂层面向执行的信息系统m e s 应运而生。 2 1 1 制造业信息化的背景 自上世纪末开始，世界经济的全球化趋势越来越明显，市场瞬息万变，企业间的竞 争越来越激烈，为应付多变的市场需求，企业对于自身的信息化要求也日益紧迫。随着 计算机技术和网络技术的不断发展，使得建立分布式的企业信息系统成为可能。国内外 许多大型流程制造企业纷纷投入大量人力、物力和财力，构建企业级或集团级的信息化 系统，即现代集成制造系统( c i m s ) ，并以此为手段提高企业在激烈的市场竞争中的应 7 东北大学硕士学位论文g = - 章制造执行系统( i v i e s ) 变能力和创新能力。在欧美和日本等发达国家，众多大型流程工业企业成功实施了c i m s 计划，推动了流程工业整体c i m s 应用水平的提高。 在新的世纪，许多国家都将制造系统集成技术列入了跨世纪战略计划。如美国的“敏 捷制造使能技术研究战略计划”与“国家工业信息基础设施协议n i i i p ”计划，欧盟的 “第四届框架研究计划”和日本的“智能制造系统计划”等。同时，许多跨国公司应用 现代集成制造系统实现了设计、制造、管理、经营一体化，加强了他们在国际市场的垄 断地位。集成制造技术已成为带动制造业发展的重要推动力。进入新的世纪，信息技术 特别是网络技术的快速发展，促进了全球信息化。经济全球化和制造网络化是本世纪制 造业发展的主要趋势与重要特征。 2 1 2 现代集成制造系统的发展背景 现代集成制造系统通过追踪生产信息流来实现对企业的全面控制和管理，经过几十 年的理论和实践发展，它的系统结构已经逐步摆脱了完全按照物理层次划分并配置系统 的传统模式，朝着一种更加简单合理的综合模式发展，如图2 1 所示。 图2 1c i 船系统结构的发展趋势图 f i g 2 1c h a r to f t h ec i m ss y s t e ms t r u c t u r ed e v e l o p m e n tt r e n d 新的系统结构按照任务的要求和功能的分担进行配置。在新的系统结构中，其核心 功能是处于中间层的m e s 系统，它是一个承上启下的功能层。为了全面实施c i m s 的建 设，单纯依靠提高设备控制的自动化水平和增强企业管理并不能解决全部问题，在设备 和过程控制与企业e r p 系统之间存在着生产过程监控管理一体化的功能需求，即要实现 从p c s 层的毫秒和秒级信息到e r p 层的日、周、月级信息之间的转换和沟通，以填补传 感器到e r p 之间的“沟壑”，完成过程信息与管理信息的双向集成，这就是m e s 系统的 功能，如图2 2 所示【4 】。 1 l o o 1 0 - - 1 0 0 i 时间如 图2 2 企业生产系统简图 f i g 2 2s i m p l ec h a r to f t h ee n t e r p r i s ep r o d u c i n gs y s t e m 8 东北大学硕士学位- ：e 文 第二章制造执行系统( m e s ) 从图2 - 2 中可以看出，m e s 系统的主要任务是将p c s 系统中的生产实际状况经过分析 和汇总及时反馈回e i 心中，同时将冲中产生的生产订单转化为生产实际操作数据并交 p c s 系统完成，其中主要包括生产计划的一体化编制和处理、生产过程动态优化调度、 生产成本的在线预测和优化控制、生产流程的质量控制和跟踪、生产设备的在线状态检 测和故障诊断。许多完成了e r p 系统的企业发现缺少m i s s 系统的支撑，e r p 系统很难用 来指导生产实际。在国家“十五”8 6 3 战略目标论证报告中指出，现代集成制造系统 ( c i m s ) 主题的一个主要研究任务就包括生产过程执行系统( m e s ) 。因此，m e s 系统是企 业实施c i m s 的关键，是使c i m s 系统发挥作用的基础和保证。 2 2 发展历程 i v i e s 的概念虽然到上世纪9 0 年初才出现，但在7 0 年代末的时候，西方发达国家部分 企业已经出现具有m e s 功能系统的端倪。在国内，应用最早的要数上海宝山钢铁公司。 1 9 9 2 年，西门子取得的宝山冷轧带钢厂和1 9 9 4 年的宝山热轧带钢厂m e s 订单，这是中国 最早的m e s 系统。m e s 的发展大概可以分为两个时期和三个阶段： 首先是从上世纪7 0 年代末到上世纪9 0 年代末，传统的m e s 时期。 该时期的m e s 大体上可以分为两大类，即前两个阶段：专用m e s 系统和集成m e s 系统。前者是为了解决某个特定领域的问题而设计和开发的自成一体的系统，例如某个 企业的车间维护、生产监控等；而后者起初是针对个特定的、规范化的环境而设计的， 目前已拓展到许多领域，如航空、装配、半导体、食品和卫生等行业，在功能上它已实 现了与上层事务处理和下层实时控制系统的集成。前者能够为某一特定环境提供最好的 性能，却常常难以与其它应用系统集成。集成的m e s 比专用m e s 迈进了一大步，具有很 多优点：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。 第二是本世纪初，可集成的m e s 时期。 该时期的m e s 能将模块化应用组件技术应用到m e s 的系统开发中，是两类m e s 系统 的结合。从表现形式上看，具有专用的m e s 系统的特点，即专用v i e s 中的部分功能作为 可重用组件单独销售；同时，又具有集成的i v i e s 的特点，即能实现上下两层之间的集成。 此外，专用v i e s 还能实现客户化、可重构、可扩展和互操作等特性，能方便地实现不同 厂商之间的集成和遗产系统的保护，以及即插即用等功能。 2 3 s 的定义与作用 美国先进制造研究机构a m r ( a d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gr e s e a r c h ) 将m e s 定义为“位 于上层计划管理系统与底层工业控制图2 3 a m r 的企业三层集成模型之间的、面向车间 层的管理信息系统”，i v i e s 为操作人员、管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有 资源( 人、设备、物料、客户需求等方面