（计算机应用技术专业论文）基于mes的钢铁厂产销系统的设计与实现.pdf

摘要 制造执行系统( 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 ) 是制造企 业计算机信息系统集成的纽带，作为大型钢铁企业，制造执行系统是 提高生产效率使其实现车间生产敏捷化的一个重要的技术手段。而炼 钢厂车间生产计划调度是提高车间生产效率的关键核心，车间计划调 度也是炼钢车间m e s 系统的核心模块之一。因此，面向m e s 的车间生 产计划调度的研究是国内外的研究热点问题。 本文针对某钢铁厂17 8 0 产线的产销一体化系统，对其做了总体 需求分析与功能设计，文中也列出产销系统中应用的一些关键技术。 对与其他系统的接口按通信方式分别提出了三种方案，针对系统存在 分布副本数据的情况下应用原子事务处理和分布式提交协议来解决 副本数据参与更新问题，随后特别针对炼钢车间的生产计划调度模块 做了详细的研究与实现，利用甘特图的直观明了和在甘特图上的生产 排程操作的简便，使炼钢车间生产计划调度工作获得改进与优化，使 调度员效率提高。为了减少调度员的生产排程操作，利用最晚冶炼时 间法生成冶炼序列，实现了工序详细计划的自动生成算法。 为了应对实际生产过程信息的复杂性，提高车间生产调度系统 的抗扰动能力，根据动态调度过程模型与实现机制，提出动态调度策 略，并根据相应策略实现动态协调的调度算法，自动应对炼钢厂各种 突发状况，无需调度员或者管理员去更改详细生产计划。 在此基础上，本文设计并实现了生产调度甘特图模块，并对相 关功能模块也作了介绍。 关键词制造执行系统，甘特图，动态协调调度。 a bs t r a c t 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 st h et a c h e o fc o m p u t e r s y s t e mi n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o no ft h em a n u f a c t u r e r ，a sal a r g e s c a l ei r o n a n ds t e e le n t e r p r i s e s i ti st h eb a s i ct e c h n i c a lm e a n sf o rt h ee n t e r p r i s e st o i m p r o v ep r o d u c t i o ne f f i c i e n c y a n da c h i e v et h ea g i l i t yo fw o r ks h o p p r o d u c t i o n w o r ks h o pp r o d u c t i o np l a n n i n ga n ds c h e d u l i n gi st h ec o r et o i m p r o v et h ee f f i c i e n c yo fw o r ks h o pp r o d u c t i o n ，w o r k s h o pp l a n n i n ga n d s c h e d u l i n gi s o n eo ft h ec o r em o d u l eo ft h es t e e lp l a n tm a n u f a c t u r i n g e x e c u t i o ns y s t e m t h u s t h ep l a n n i n ga n ds c h e d u l i n gf a c e do nm e si sa h o ti s s u eo fm a n u f a c t u r e r i nt h i st h e s i s ，w ef o c u s e do n17 8 0p r o d u c t i o nl i n eo fi n t e g r a t e d p r o d u c t i o na n dm a r k e t i n gs y s t e mo fh e b e ic h e n g d ei r o na n ds t e e l p l a n t a n dl i s tt h eo v e r a l ld e m a n da n a l y s i sa n df u n c t i o n a ld e s i g n s o m eo f t h em a i nt e c h n o l o g yo ft h ep r o d u c t i o na n dm a r k e t i n ts y s t e ma r el i s t e di n t h e t h e s i s ，p r e s e n t e d t h r e e p r o g r a m s t oc o m m u n i c a t ew i t ho t h e r i n f o r m a t i o ns y s t e m u n d e rt h a tt h es y s t e me x i s t sd i s t r i b u t e dd a t a b a s e ，w e p r o c e s st h ep r o b l e m o f u p d a t i n gm u l t i - c o p i e su s i n gt h ea t o m i c t r a n s a c t i o n p r o c e s s i n ga n dt h ep r o t o c o lo fd i s t r i b u t e ds u b m i t t h e n ，w ed oa d e t a i l e d s t u d y a n d i m p l e m e n t a t i o n f o r w o r k s h o pp r o d u c t i o np l a n n i n g a n d s c h e d u l i n gm o d u l e ，w em a k et h ew o r k s h o pp r o d u c t i o np l a n n i n ga n d s c h e d u l i n go p t i m i z ea n dr e d u c et h ed i s p a t c h e r sw o r kb yu s i n gt h eg a n t t c h a r tw h i c hi si n t u i t i v ea n dc l e a ra n ds i m p l et oo p e r a t e i no r d e rt or e d u c e t h e d i s p a t c h e r so p e r a t i o n ，w ep r e s e n t e d t h ea u t o m a t i c g e n e r a t e do f p r o c e s s 1 e v e ld e t a i l e dp r o d u c t i o np l a na l g o r i t h mb yu s i n gt h el a t e s tt i m e o fs m e l t i n gt og e n e r a t et h es m e l t i n gs e q u e n c e i n r e s p o n s e t ot h e c o m p l e x i t y o fa c t u a l p r o d u c t i o np r o c e s s s i n f o m a t i na n di no r d e rt oi m p r o v et h ea n t i d i s t u r b a n c ea b l i l i t yo ft h e w o r k s h o pp r o d u c t i o np l a n n i n g a n ds e c h e d u l i n gs y s t e m ，b a s e do nd y n a m i c s c h e d u l i n gm o d e la n di m p l e m e n t a t i o n o ft h em e c h a n i s m ，w ep r e s e n t e dt h e s t r a t e g yo fd y n a m i cs c h e d u l i n g ，a n di m p l e m e n tt h ed y n a m i cs c h e d u l i n g a l g o r i t h mb yu s i n gt h ec o r r e s p o n d i n gs t r a t e g y t h ed y n a m i cs c h e d u l i n g a l g o r i t h mc a na u t o m a t i cr e s p o n c et h ee m e r g e n c yc o n d i t i o n sw i t h o u tt h e d i s p a t c h e r so p e r a t i o n ，a n dt h ed i s p a t c h e rn e e dn o tc h a n g et h ep r o d u c t i o n h p l a n n i n ga n ds c h e d u l i n g o nt h eb a s i s ，t h e p a p e rd e s i g n e da n di m p l e m e n t e dt h ep r o d u c t i o n p l a n n i n ga n ds c h e d u li n gg a n t tc h a r tm o d u l e ，a n ds o m eo ft h er e l e v a n t f u n c t i o n a lm o d u l ea r ea l s oi n t r o d u c e di nt h i sp a p e r k e yw o r d s m e s ，g a n t t ，d y n a m i cc 0 0 i t d i n a t e d s c h e d i ，i n g 。 i i i 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本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，除了论文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共 同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名： 醐：牛啦胚目 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位 论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论 文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 储躲努翩签名掣蹴毕年野丝日 硕士学位论文 第一章绪论 1 1i v i e s 产生与发展 第一章绪论 生产方式的演变与i t 技术的发展进步是促进制造企业信息化的两个基本动 因。在制造企业信息化的的早期阶段，受当时的环境限制，工厂的业务管理的信 息化与生产设备的自动化通常被作为两个独立的领域而分别进行。由不同的部 门，基于不同看法而建成的一系列单一功能的信息系统，产生了以下两个长期存 在的信息阻断问题【i j 。 ( 1 ) 信息孤岛。工厂的生产调度、工艺管理、质量管理、设备维护、物料管 理、过程控制等系统之间相互独立，缺乏数据共享，从而导致功能重叠、数据矛 盾等一系列的问题。信息孤岛造成了工厂中制造信息在水平方向的阻断，所带来 的问题严重制约着工厂内各个系统的协调，阻碍了系统的发展，降低了制造领域 信息化的作用整体作用。 ( 2 ) 信息断层。公司级的业务管理系统无法得到及时准确的生产实绩信息， 无法把握住现场的真实情况。而生产现场的人员与设备也得不到切实可行的生产 计划与生产指示。信息断层造成了企业生产经营信息在垂直方向的阻断，成为阻 碍公司级的业务管理系统与工厂级的生产管理系统集成的根本原因。 8 0 年代中期以后，伴随着消费者对产品的需求愈加的多样化，制造业的生 产方式开始由大批量的生产转向多品种少量的生产；伴随着计算机网路和大型数 据库等i j t 技术的发展，企业的信息化系统也开始从局部的、事后处理系统方式 转向全局的、实时处理系统方式。在制造管理系统出现了准是生产( j i t ) 、约束 理论( t o c ) 等新的理念和方法：在管理系统软件领域m r p 2 系统迅速普及1 6 1 ， e r p 也崭露头脚；在过程控制领域p l c ，d c s 得到大量应用。 尽管企业信息化的各个领域都有了长足的发展，但是在工厂以及企业范围信 息集成的实践过程当中，仍然难以解决信息孤岛和信息断层带来的各种问题，例 如，在计划过程中无法及时地把握生产实际状况，在生产过程当中得不到切实可 行的作业计划，工厂管理人员和操作人员难以跟踪产品的生产过程，不能有效地 控制在制品库存，用户无法了解订单的执行情况。产生这些问题的主要原因，仍 然在于生产管理业务系统与生产过程控制系统的相互分离，计划系统与过程控制 系统的之间的界限模糊，缺乏紧密地联系。在这种情况下，作为面向执行层的信 息系统m e s 应用而生1 2 j 。1 9 9 0 年1 1 月，美国的调查咨询公司a m r ( a d v a n c e d m a n u f a c t u r i n gr e s e a r c h ) 首次提出了m e s 概念，为解决企业信息集成的问题提 供了一个被广为接受的思想。 制造执行系统m e s 的概念近2 0 年来逐步形成并快速发展，m e s 是位于企 硕十学位论文 第一章绪论 业上层生产计划与企业底层生产控制之间1 3 】，是面向车间的生产管理信息技术和 实时信息系统。m e s 强调计划的执行，它在计划管理层与生产控制层之间架起 了一座桥梁，填补两者之间的鸿沟。m e s 的主要任务是接收上层下发的大的生 产计划，对生产计划进行细分成工序级的详细作业计划，然后下发给底层的生产 控制系统，采集底层生产控制系统的生产实时信息，根据实时信息，进行生产监 控和生产调度，并对生产过程当中的在制品进行质量监控，对生产的订单进行跟 踪，随时根据设备情况进行合理调度【7 j 。m e s 产生到今天，它由单一功能m e s 发展为集成m e s 、到可集成m e s 。单一功能的m e s 开始于7 0 年代早期，是为 解决某个特定领域问题，如车间维护、生产调度而开发的单独应用系统。单一功 能m e s 是最早产生并至今仍占很大比重的一类m e s 。其主要特点是针对性强， 实施周期短，投入资金少，但不同功能的m e s 相互问集成苦难，可扩展能力差。 集成的m e s 是针对某一个特定行业如航空，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。具有一些特点如：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。但其整个系统的重构性能若，很难随业务的变化而进 行功能配置和动态改变。但实施时l 日j 较长且资金投入较大。没有一种能应用于所 有工业的的m e s 。在m e s 产生的近2 0 年来工厂信息系统的内涵和企业其它信 息系统的界限很模糊不清，1 9 9 2 年a m r 继提出m e s 概念后又提出a m r 三层 模型，把企业信息系统分为三层：计划层、执行层、控制层，用m e s 描述计划 和控制层之间的模糊区域。此后，人们又希望把单一m e s 与集成的m e s 的优点 结合起来，于是提出了可集成的m e s ，使得m e s 的发展实现了质的飞跃。可集 成的m e s 它能使得企业根据生产需求和自身能力逐步建立和发展m e s ，各功能 m e s 模块能单独应用又能方便的集成。随着信息技术的飞速发展为软件的可集 成提供了技术基础。9 0 年代中后期开始了可集成的m e s 的研究，利用x m l 、 c o m d c o m 等先进技术开发具有可集成、可扩展、可配置性高的m e s 。可集 成m e s 结构分为以下三个层次：领域层、对象层、基础架构层。三层之间相互 独立，从而为可集成的m e s 的实现提供了技术保证，它将模块化应用和组件技 术应用到m e s 的系统开发当中来。是前两类m e s 系统的结合，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用性，又能满足关键事务的处理。从表 现形式上看，具有专用系统的特定，同时又具有集成m e s 的特点，能实现上下 两层之间的集成。此外，可集成m e s 还能实现客户化、可重构、可扩展和互操 作等特性，方便地实现不同厂家之间的集成和系统保护。 尽管m e s 软件研究和开发取得了明显的进展，但在技术规范和成熟度方面 还有较大的差距。如何解决m e s 的行业性适应性问题，一直没有很好的解决从 2 硕七学位论文第一章绪论 而阻碍了m e s 软件产品市场的形成，随着构件技术的发展，也为m e s 软件产品 带来了新的契机，可集成m e s 成为了发展方向。 1 2 钢铁行业m e s 研究现状 首先来看下国外的行业信息化现状【4 j 。德国蒂森克虏伯公司是世界著名的钢 铁生产企业之一，2 0 0 0 年在北美分公司实施了财务管理会计、固定资产管理、 物料管理、生产管理、质量管理和销售分销管理系统，集成了从供应链到财物 的所有数据。韩国浦项是世界最大的钢铁公司之一，它从1 9 7 4 年开始建设企业 的信息管理系统，1 9 9 9 年，随着设备的不断扩充和对市场分析的需要，重新构 筑以客户为中心的销售体系及e r p 系统，包括了从综合销售计划开始到订单的 处理、生产制造管理、发货流程管理直至售后管理等经营管理全流程，缩短了交 货期，提高了客户满意度。美钢联和台湾中钢建成了新一代的钢铁企业信息系统， 该系统以订单处理为龙头，以生产销售为主线，以财务为核心，质量监控贯穿生 产全线，实现了物流、资金流、信息流动态的同步。这个系统以销定产，以产定 料、资源优化配簧，降低了库存，缩短了交货期，改善了客户服务，降低了成本， 显著的改进了经营管理。中钢再加上管控一体化的优势，提高了信息的抗干扰性， 优化了资金监控的细度和力度。企业信息化建设的新浪潮正在给中国钢铁企业的 经营带来深刻的变革。 再来看看国内的钢铁企业信息化发展状况。宝钢股份作为行业信息化的先 导，在创造性地应用扁平化的一贯管理、消化先进的生产制造执行系统技术的基 础上，采用冶金工艺流程编码技术诀窍，打通了从生产到销售的主线，即从订货 合同到生产计划到作业计划到出厂计划的关键路径，集成质量管理和财务管理， 建成了综合产销系统即产销一体化系统，按合同优化排产，使得生产节奏加快， 内部生产周期大大缩短，库存降低，缩短了合同的交货期，产品质量异议的处理 周期也大大缩短。把企业信息化的效益从隐性提升为显性。在2 0 0 3 年，武钢信 息化一期工程的成功上线，为大多数钢铁企业作出了示范。因为武钢的生产设备 和工艺状况和技术的改造过程，它的经营模式的变化过程和我国的大多数传统钢 铁企业相同或相似。武钢的信息化彻底的改变了传统的组织结构体系，实现了销 售、生产、技术、质量、产品出货、和财务上的一级管理，增强了生产管理各个 环节上的透明度，实现了对物流、资金流和信息流的管理和监控，对包括设备、 能源消耗、环境保护等各类基础信息资源进行了深度和广度的开发和利用，最终 实现了管理的高度集中、产销高度衔接、数据高度一致、信息高度安全、人员高 度精简。 硕士学位论文第一章绪论 1 3 论文研究意义 自中国加入世贸组织以来，中国在制造业方面的优势愈来愈大，中国也将很 快的转变为全球最大的生产制造基地。车间生产管理一直是大的制造企业管理的 重点和难点，发达国家经过几十年的努力，已经在车间管理的理论和实践中取得 了卓越的成就，我国的制造业要迎接国际上发达国家企业所带来的竞争和合作， 我国落后的车间生产管理就变成了制约我国制造业发展的一个重要环节。同时也 是一个迫切需要解决的关键问题。对制造执行系统m e s 的技术研究及应用可以 有效提升企业生产车间的管理水平。 另一方面，生产计划与生产控制过程的脱节一直是困扰生产管理人员的难 题，它不仅直接影响制造工厂的生产效率，而且成为制约现代企业的内部信息集 成和企业之间供应链优化的瓶颈。而m e s 系统它起到连接企业的上层计划系统 与下层控制系统的桥梁作用，它有效的解决了制造企业中的企业资源管理e r p 系统与底层控制p c s 系统较难通信而导致的信息孤岛问题。因此对m e s 系统的 研究与应用对制造企业信息的整体集成起到至关重要的作用，也是对制造企业信 息化水平深层次推进的需要。 m e s 经过近2 0 年的发展、尤其是近几年的飞速发展，在国外有些行业已经 逐步形成了较成熟的产品了，国内比国外则发展较慢，尤其在钢铁企业信息化方 面国内虽然有宝钢和武钢的示范，但其他钢铁公司还是要落后不少。钢铁市场在 全球范围内的竞争日益激烈，大型钢铁企业信息系统的建设受到世界各大钢铁企 业的重视。无论欧洲( 德国的蒂森，英国的英刚联，奥地利的奥钢联) ，美国( 如 美钢联，伯利恒) ，还是在亚洲( 日本的新r 铁，韩国的浦项，台湾的中钢) ，各 大钢铁企业都建立了自己的企业信息化系统，在生产管理中为企业创造了巨大的 效益，带来了良好的回报。如果本国国内的钢铁企业不能迎头追赶，则无法应对 国际上的挑战，最终要被淘汰或吞并，所以国内大多钢铁公司认识到了这一点， 最近几年国内的钢铁公司在企业信息化方面投入非常巨大。某钢铁厂在上线了 o r a c l e e r p 系统后于0 7 年丌始打算在新产线1 7 8 0 上建设产销一体化m e s 系 统，本文的研究结合在某钢铁厂当前的实际情况，在研究m e s 相关关键技术与 理论的基础上，着重研究了钢铁厂的生产车间调度甘特图方面的应用与调优。对 我国钢铁厂以及相似生产模式的m e s 推广和使用具有重大意义。 1 4 相关技术概述 1 组件技术 组件技术的思想是将复杂系统的应用分割为小的、功能单一的组件模块，组 4 硕士学位论文 第一章绪论 件之间可以跨进程、跨机器、跨语言甚至跨操作平台进行通信，这些组件模块可 以运行在不同的开发环境中【1 6 j 。采用组件技术，软件系统的开发就可转化为组件 的开发和集成。由于组件具有可复用性，用户可以在原有组件的基础上开发新的 组件或将原有组件集成为一个大的组件。随着组件的不断积累，软件开发中开发 的比重不断降低，而集成的比重不断提高，因此可大大提高软件的开发效率，降 低开发成本。 组件模型是组件程序之间的接1 2 标准。组件对象模型( c o m ：c o m p o n e n t o b j e c tm o d e l ) 是其中一种基于组件技术的组件模型，它是一种二进制标准，它 定义了组件对象之间基于这些技术进行交互的方法【l _ 7 1 。它允许任意两个组件互相 通信，对象是组件的基本要素之一，组件提供给客户的是以对象形式封装起来的 实体，但对象本身对于用户是不可见的，客户请求服务是通过接1 2 进行的，接口 是c o m 对象提供给外界的方法或函数集合。客户程序并不关心组件模块的名称 和位置，通过系统注册表和c o m 库，它知道自己在和哪个c o m 对象进行交互， 通过一个1 2 8 位的全局唯一标识符g u i d ，保证c o m 对象的唯一性【4 3 】。客户通 过g u i d 获得接口的指针，再通过接口指针，就可以调用相应的成员函数。 2 n e tr e m o t l n g 技术简介 n e tr e m o t i n g 是n e t 平台上允许存在于不同应用程序域中的对象相互知晓 对方并进行通讯的基础设施。调用对象被称为客户端，而被调用对象则被称为服 务器或者服务器对象。简而言之，它就是n e t 平台上实现分布式对象系统的框 架。 传统的方法调用是通过栈实现，调用方法前将t h i s 指针以及方法参数压入线 程栈中，线程执行方法时将栈中的参数取出作为本地变量，经过一番计算后，将 方法的返回结果压入栈中。这样我们就完成了一次方法调用【5 2 】。 基于栈的方法调用在同一个应用程序域中很容易实现，但是如果要调用的方 法所属的对象位于另一个应用程序域或另一个进程甚至是另一个机器，又当如何? 应用程序域之间是无法共享同一个线程栈的，此时我们将转而使用另一种方法调 用机制基于消息的方法调用机制【5 3 1 。在客户端通过代理对象将原先基于栈的 方法调用信息( 定位远程对象的信息、方法名、方法参数等) 封装到一个消息对象 中，再根据需要将这些消息对象转化成某个格式的数据流发送到远程对象所在的 的应用程序域中。当经过格式化的消息到达服务器后，首先从中还原出消息对象， 之后在远程对象所在的的应用程序域中构建出相应方法调用栈，此时就可以按照 传统的基于栈的方法调用机制完成方法的调用，而方法返回结果的过程则按照之 前的方法反向重复一遍。 硕士学位论文 第章绪论 3 。数据库连接池技术 数据库连接池的基本思想是为数据库建立一个“缓冲池”。系统预先建立好 一定数量的物理连接放在一个缓冲池中，用户访问数据库时，直接从连接池中取 得一个数据库连接，而不需要重新连接数据库；当用户使用完连接后，将连接放 回连接池中，以供下一个连接请求使用，而不是关闭连接。这种方式可以减少数 据库连接的频繁建立、关闭的开销，提高数据库的访问效率【l2 1 。更为重要的是可 以通过连接池的管理机制监视数据库的连接的数量、使用情况，为系统丌发、测 试性能调整提供依据。 1 5 课题来源及研究内容 本论文来源于导师介绍本人实习的公司湖南视拓科技承接的某某股份有限 公司某钢铁厂产销一体化m e s 项目，本人主要负责炼钢厂生产调度模块和成本 管理模块，而本论文涉及m e s 的大部分内容，包括系统业务流程、功能实现、 系统接口技术、系统开发平台、硬件系统设计、系统安全策略、车间生产调度甘 特图等等，因本人的工作内容职责所在，本论文侧重研究的是关于炼钢厂车间生 产调度甘特图模块的实现及其算法改进。 本论文分成以下几个部分： 第一章概要叙述m e s 的产生与发展，着重诠释了国内外钢铁厂m e s 系统的 研究及应用现状。对所使用相关技术进行了概述，进而提出本文的研究意义和研 究内容。 第二章对系统做需求分析与总体设计，罗列出系统大部分的详细需求和功能 分析，并将系统使用的丌发平台、网络及硬件系统设计与配置做了说明，对系统 采用的安全技术保障和管理策略作乐介绍，最后列出总体实现结构，本章浓缩了 系统的需求分析，并针对需求分析做了总体概要设计。 第三章针对本系统使用的部分关键技术做了详细解说，如外部系统的接口技 术使用了三种方式，共享数据库方式，a p i 接口调用方式，t c p i p 通信方式：介 绍了分布式数据管理技术，以及详细介绍了车白j 生产调度甘特图是如何实现的， 包括手工生成工序级详细计划，以及如何自动生成工序级详细生产计划。 第四章主要针对如何处理车间生产调度中的复杂情况，提出动态调度过程模 型及其实现的机制，并列出进度提前滞后、设备故障、紧急任务这三种复杂情 况下的动态调度的策略，然后通过动态调度协调算法中应用这三种情况下的动态 调度策略来，最后进行举例说明动态调度协调算法是如何工作的。 第五章描述了在某钢铁厂的应用实现情况，主要是，车间生产调度甘特图方 面的界面功能实现，以及m e s 系统中其它部分与车间生产调度相关界面的解说。 6 硕士学位论文 第一章绪论 最后说明了车间生产调度甘特图在其它钢铁厂的得到了应用推广的一些情况。 最后一章，总结了本文的主要工作，并指出了论文的不足和下一步所要做的 工作。 1 6 本章小结 本章首先对m e s 的产生与发展进行了较详细的介绍，然后具体针对钢铁行 业的信息化现状作了介绍，并提出本文的研究意义，然后对本人研究的m e s 系 统所使用的技术作了简要介绍，最后介绍了课题来源以及本文的研究内容。 7 硕士学位论文 第二章系统需求分析与总体设计 第二章系统需求分析与总体设计 2 1 系统的总体需求分析 以1 7 8 0 热卷板项目为核心，建立适应快速市场变化、能满足个性化客户需 求的整体产销信息管理系统。建立以产品规范、冶金规范为主要支撑、贯穿于生 产过程的全面质量管理与控制系统，实施冶铸轧一体化和扁平化管理，有效地与 自动化控制系统和e r p 系统业务衔接，实现销售订单、计划排程、轧件跟踪、 生产管控、下线与发运等动态信息管理，完善e r p 系统销售业务管理、板坯库、 钢卷库库存管理，细化成本核算与过程控制，实现“整体优化、动态管控、三流 同步 ，提高综合生产管理效率。 2 2 系统的详细需求和功能分析 2 2 1 销售与发运管理目标 从业务上实现销售订单管理、客户信息查询，价格折让与信用检查、质量 设计、成品库存、装车发运、结算等业务处理和管理功能。 从功能上接收e r p 系统的客户信息，与e r p 财务记账衔接，实现销售订单 从录入、质量设计、评审、下发等订单管理功能。能够实时进行订单过程查询， 销售订单与生产计划转化、虚拟订单业务处理等功能。在销售业务与质量管理衔 接方面，能够进行异议管理，能够与e r p 系统进行有效的业务衔接。 2 2 2 生产计划与作业排程管理 从业务上接收销售需求计划、设备产能和检修计划，形成月周生产计划， 实现成品替代、坯料设计、坯料替代等功能，制定炼钢浇次作业计划、虚拟炉次 计划和轧钢作业计划。 从功能上具有作业计划调整、取消、下发、与l 2 进行计划流量控制及信息 交换等功能，按照轧辊辊役、热送、最早交货期、最晚开工期等规则进行作业计 划编排，动态自动寻优与人工优化，提供图形化的炼钢作业计划排程、浇次7 炉 次调整、作业路线调整等功能。 2 2 3 冶金规范与质量管理 在冶金规范管理中构建完整的产品规范和冶金规范体系，以规范体系支撑 订单管理和生产过程控制，满足标准+ a 产品质量管理，按照统一、规范的冶金 硕士学位论文第二章系统需求分析与总体设计 规范管理模式，实现产品规范、技术标准规范、设备能力规范、质量规范、工艺 规程的标准化系统管理，并实现操作规范、简单、实用性强等功能，确保系统处 理与界面查询的保密性。一 在质量管理中建立与整体产销紧密衔接的质量管理系统，能够与现有质量 管理系统功能进行有效衔接与继承，实现产品质量设计、计划过程取样点设计、 自动生成检验编号并与产线轧件跟踪同步，以化学成分、性能、在线规格尺寸、 表面质量等关键过程质量为核心，以炼钢过程质量实时、动态管理为重点，建立 产品缺陷管理规范，能够进行过程质量缺陷数据分析与状态追踪，实现生产过程 p d c a 质量循环 2 2 4 生产管控与动态调度 以信息系统为主要支撑，建立炼钢、轧钢生产全过程的作业管理系统，实 现炼钢过程提钒、冶炼、吹氩、l f 精炼、铸机分配等过程动态调度和车间工艺 路线调整，确保一级浇次计划有效执行：在钢区物流、过程质量与各工位作业衔 接方面，实现上下工序信息实时传递、质量可控度强、动态图开化显示各工位作 业状态。 在轧区作业管理过程中，能够实现轧辊i 日j 管理、磨辊作业、坯库、热送的 动态监控与管理，实现作业排程、热送与加热炉装炉策略的有效衔接，当轧线及 相关工序发生生产扰动变化时，能够快速接收二级动态调度反馈指令：在坯料装 料、钢卷下线过程与轧线作业节奏紧密配合，实现动态同步作业，提供订单进程 实绩、炼钢作业进程实绩、轧钢作业进程实绩查询。 2 2 5 库存管理 库存管理的管理范围是实现轧钢板坯库、钢卷库的动态库存管理和在线作 业控制，与产线作业进行实时动态衔接。 其功能上具有库图管理、堆垛策略管理、动态作业优化等功能，实现库存 管理与作业排程、行车通讯与定位、产线作业与行车协同等作业衔接。 库存管理中的行车作业以操作简便、快捷高效、安全可靠为基本原则，根 据行车操作工操作特点设计无线通讯与自动定位功能，与地面指挥系统进行实时 通讯，实现行车位置、作业目标与实际状态自动反馈给地面指挥系统的自动化功 能。 2 2 6 财务抛账与成本核算管理 库存记账需要实现坯库、卷库库存物料入出库业务、财务规则的自动记账， 9 硕士学位论文 第二章系统需求分析与总体设计 确保e r p 系统相应库存数据随整体产销系统相应库存数据同步更新。在物料编 码规则转换方面，以能满足财务在e r p 系统进行月份成本统计、科目净余额记 账为基本原则。 科目记账主要涉及到销售业务环节，运价运费、销售折让与客户结算的有 关信息，须满足钢卷销售业务在e r p 系统进行正常结算所必须的分类数据。 成本核算按照生产过程可控、可管、可进行各种数据按统一的规则进行归 集与统计的规则，在整体产销系统实现工序成本管理，钢区能满足按不同的牌号 进行成本归集，轧区通过牌号、规格生产能力权值与实际生产过程的规格品种产 量比例，进行权值分摊法计算。在能源动力消耗方面，钢区按提钒、炼钢等工艺 路线进行分类统计，品种钢要考虑与合金、精炼工艺变化对成本波动影响的成本 管理规则，轧辊等分摊类成本按分摊规则计算，实现分摊规则可维护功能。 2 2 7 轧辊与工器具管理 轧辊问管理实现与磨辊作业、配辊与轧辊实绩的协调管理，并能够对轧辊 附属器件进行管理，实现轧辊档案及生命周期管理，具备轧辊入库、修磨、使用 实绩、配辊、报废等管理功能。 炼钢工器具实现炼钢厂钢包、中包、铁水罐、结晶器、氧枪、电极等工器 具的管理和成本核算。 2 2 8 统计与分析 报表功能充分利用生产实绩收集功能，实现生产、指标、质量、成本统计 报表的自动化，可实现数据在线图形化分析和数据导出。 界面查询功能可进行生产过程、订单、轧件、设备运行状态动态界面显示 与异常报警功能，界面查询符合工序岗位需求和综合管理需求等不同需求的集成 与分割，工序岗位查询以上下相关工序关联、简明、直观为基本原则，确保界面 的实用性。 统计分析功能以报表形式提供生产统计报表、质量统计报表，以图形方式 提供生产统计分析、质量统计分析、产品质量缺陷分析、动态扰动因素分析、成 本变化综合分析等功能。 2 3 系统功能接口关系 系统内部功能的接口关系如图2 - 1 ： 1 0 硕士学位论文第二章系统需求分析与总体设计 a 、订单执行情况 实绩； 1 3 、坯科信思 图2 1 内部接口流程图 ( 1 ) 由销售管理向生产管理提供销售需求订单； ( 2 ) 由销售管理向质量管理提供订单信息、发货信息； ( 3 ) 由生产管理给销售管理提供实际订单执行情况； ( 4 ) 由质量管理向销售管理提供规范基础信息支持，提供质保书数据； ( 5 ) 计划管理将各工序作业计划发送给二级系统； ( 6 ) 计划管理接收作业管理生产实绩，作业过程中的异常扰动信息； ( 7 ) 由质量管理向计划管理提供规范基础信息支持； ( 8 ) 库存管理从计划管理接收上料计划信息、物料堆放计划信息； ( 9 ) 库存管理向计划管理提供在库物料信息、区域垛位信息； ( 1 0 ) 质量管理从作业管理接收物料实绩： ( 1 1 ) 作业管理向库存管理传递钢坯切割实绩、提供产成品下线信息； ( 1 2 ) 由质量管理给作业管理提供工序工艺参数、质量放行标准、质量检验 ( 1 3 ) 由库存管理向作业管理提供原料信息； ( 1 4 ) 质量管理向库存管理提供判定信息； ( 1 5 ) 库存管理向质量管理提供物料实绩； 硕士学位论文 第二章系统需求分析与总体设计 ( 1 6 ) 库存管理向销售管理提供可发信息； ( 1 7 ) 库存管理接收销售管理提供的装车计划信息； 2 4 系统的开发平台 本系统选择v i s u a ls t u d i o2 0 0 5 n e t 为基础开发平台，以及利用m a t l a b 提供 的科学计算功能实现对数据的运算和将模型开发成c o m 组件，编程语言选择 c 撑n e t ，充分利用n e t 提供的数据库操作组件a d o n e t ，实现对数据库的连 接及其与其它组件的集成。系统开发过程中，充分利用了w i n d o w s 友好的图形 界面及其a p i 资源函数。 ( 1 ) 系统的软件开发环境配置如下： 操作系统：w i n d o w s 系列 开发平台：v i s u a ls t u d i o2 0 0 5 n e t 系统编程语言：c n e t 数据访问操作组件：a d o n e t 数据库管理系统：o r a c l e l o g 外部数据录入工具：m sa c c e s s 2 0 0 0 、e x c e l2 0 0 0 、记事本 ( 2 ) 系统硬件配置环境： 为了保证系统的运行效率，要求系统的硬件配置档次要高，即计算机的存储 容量要大，数据处理速度要快。1 5 g h z 以上c p u ，2 5 6 m 以上内存，2 0 g 硬盘， 3 2 m 显存，分辨率1 0 2 4 7 6 8 以上。 2 5 网络及硬件系统设计与配置 高可用性和稳定性：对于关键服务器采取群集分布布置，应对灾难，任何一 台服务器出现故障都由另外一台进行服务接管，不会导致服务的中断；对于核心 网络采用双链路冗余、双核心交换机冗余来构建，保证网络访问有多条路径。 安全性：三级系统单独组网，与一级、二级和办公网络的通讯通过防火墙、 防病毒网关进行过滤，抵御来自黑客和病毒的威胁，防止病毒在网络间迅速传播。 设置防病毒服务器，安装企业网络版防病毒软件，集中管理客户端防病毒系统， 实现多层、多级网络系统的跨级统一管理和网络安全控制。 高效性：关键服务器采用专用高性能服务器，主干网络采用千兆光纤网，网 络系统采用先进的三层架构：核心层、汇聚层和接入层。 2 6 系统安全技术保障与管理策略 系统采取如下灵活有效的安全保障技术和系统管理策略： 1 2 硕士学位论文 第二二章系统需求分析与总体设计 ( 1 ) 建立部门信息维护、用户信息维护、岗位信息维护、系统功能菜单维 护相结合的系统维护体系。避免越权访问，保证系统运行安全。 ( 2 ) 建立基于岗位的授权体系 岗位权限是指能操作哪些功能菜单的哪些功能点；一个用户可以拥有多个 岗位，一个岗位可以被授权给多个用户；同一个功能菜单可以被授权到不同的岗 位使用；一个功能菜单包括多个功能点，一个功能点只能属于一个功能菜单。 对系统授权数据进行加密保存，确保严格的系统权限的控制。 特别针对产品规范与冶金规范数据，设立产品规范与冶金规范管理员，对 产品规范与冶金规范的工艺质量信息进行浏览需要管理员进行授权，达到一致严 格的保密目的。 ( 3 ) 数据归档 随着系统的运行，生产数据将不断产生，数据会越来越多，为了节省空间 和提高查询效率，必须进行数据归档工作，将一部分历史数据归档出来，并专门 针对历史数据做查询操作。将根据具体实施情况对各种数据进行数据量分析，然 后再决定需要对哪些数据进行归档。 ( 4 ) 快捷、易于恢复的数据库备份 数据库备份是一种十分重要的数据安全策略，在原始数据丢失或硬件遭到 破坏的情况下，可以利用备份的数据把原始数据恢复出来，使系统能够正常工作。 系统实施时，采取定期备份( 冷备) 和在线热备相结合的原则，确保数据的安全与 完整。 ( 5 ) 系统时钟同步 l 3 系统中的许多业务都与时间有着非常紧密的关联，在整个系统中必须有 一个统一的时间基准来保证业务的准时可靠，因此l 3 系统中的服务器以及工作 站都必须进行时钟同步工作。从大系统来考虑，l 3 还必须与e r p 系统以及l 2 系统保持时钟同步。时钟同步有三种主要的方式，这些方式可以混合使用：使用 操作系统提供的时钟同步方式；使用专用的时钟同步软件；由应用软件系统通过 接口来实现时钟同步。 2 7 系统的总体实现结构 生产过程面向过程管理和面向质量管理的两条主线： ( 1 ) 面向生产实绩过程上跟踪 在炼钢区，从订单开始跟踪，到订单的炉次排程，再到冶炼生产过程中的 过程跟踪，跟踪炉次的相关工艺的工艺参数( 如：温度、节奏、成分、拉速、 配水) ，跟踪炉次的在制品的消耗，跟踪炉次生产过程的原料( 铁水废钢) 、能 硕十学位论文第二章系统需求分析与总体设计 源、辅助料( 石灰、造渣剂、大包覆盖剂等) 、合金料消耗等，跟踪炉次的产出、 质量检测情况。 在轧钢区，从板坯的热装冷装开始，跟踪其入炉温度、出炉温度、加温时 长、轧线生产过程状况( 热炉、粗轧、热卷、精轧、卷取、打捆) 、成为热轧商 品卷进入成品库或者作为冷轧原料进入冷轧原料库的详细信息。 进而跟踪订单执行，订单执行率，订单完成情况等信息。 ( 2 ) 面向质量监控管理的跟踪 从目标产品的炼钢轧钢工艺上的跟踪，显示工艺的各项指标在各个工艺点 上执行情况和执行结果。再基于这两条主线上执行的生产统计( 如：班产量、 同产量、物料消耗等) 、质量分析：一维上，温度合格率、化学成分指标( 如终 点合格率等；二维或多维上( 即两个或多个工艺相关性分析) 缺陷坯，中包温 度变化情况，拉速变化情况、轧钢过程变化参数等来追朔定位出产品质量可能 的原因，进而为改进质量和改进工艺提供可靠的数据依据。 系统的总体结构框图如图2 2 ： 1 4 巫芏垫堡塞蔓= 茎墨丛煎鲞坌近兰璺竖堂生 ；器鬻 产蕾g ! 锱；m ，一一i 髫嚣。 1 聃# n 0 m ；品器埔 t i 州h ； 女n 龇蚪! 器 口 “，口 h t l m l _ _ m “ l a 堕一 tr 台嚣 蓄 t 承整体产螬l 托 敝# # t t t ka l 酬l l 啭炉、唆酗、l 舯、 帆，自舯，l 蛳，t 吼，嘛l 御u n 1 埘自剥臻l 困2 - 2 系统总体结构困