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1、冶金管理2009年第7期MES 是推进钢铁工业 “两化” 融合的有效切入点张兰英“两化”融合是指信息化与工业化的融合。 工业化为信息化提供物质基础， 也对信息化发展提出应用需求；信息化通过工业化发展而不断深化和加速，同时带动工业转型升级。推进“两化”融合，找准切入点至关重要。 通过对我国钢铁工业信息化自动化发展过程的分析与研究， 笔者认为：MES能把钢铁企业生产过程控制系统（PCS）与以ERP为核心的管理信息系统联系起来，填补数字鸿沟，成为推进钢铁工业“两化”融合的有效切入点。一、MES的定义与功能MES是Manufacturing Execution System的缩写，中文译为“制造执行系
2、统”。 国际联合会对MES的定义如下：MES能通过信息的传递对从生产命令下发到产品完成的整个生产过程进行优化管理。 当工厂中有实时事件发生时，MES能及时对这些事件作出反应、报告，并用当前的准确数据对它们进行约束和处理。具体而言，MES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、数据流统一监测、分析、控制和优化。由MES的定义可见，MES为一系列管理功能，而并非一套软件系统， 它完全可以是各
3、种生产管理的功能软件集合。 国际联合会通过其各成员的实践归纳了以下11个主要的MES功能模块：（1）工序详细调度：通过基于有限资源能力的作业排序和调度来优化车间性能；（2）资源分配和状态管理：指导劳动者、机器、工具和物料如何协调地进行生产， 并跟踪其现在的工作状态和刚刚完工情况；（3）生产单元分配：通过生产指令将物料或加工命令送到某一加工单元，开始工序或工步的操作；（4）过程管理：基于计划和实际产品制造活动来指导工厂的工作流程。 这一功能实际上也可由生产单元分配和质量管理来实现；（5）人力资源管理：提供按分钟级更新的员工状态信息数据（包括工时、出勤等），基于人员资历、工作模式、业务需求的变化来
4、指导人员的工作；（6）维护管理：通过活动监控和指导，保证机器和其它资产设备的正常运转，以实现工厂的执行目标；（7）质量管理：根据工程目标来实时记录、跟踪和分析产品和加工过程的质量， 以保证产品的质量控制和确定生产中需要注意的问题；（8）文档控制：管理和分发与产品、工艺规程、设计或工作令有关的信息， 同时也收集与工作和环境有关的标准信息；（9）产品跟踪和产品清单管理：通过监视工件在任企业信息化48冶金管理2009年第7期意时刻的位置和状态来获取每一个产品的历史记录，该记录向用户提供产品组及每个最终产品使用情况的可追溯性；（10）性能分析：将实际制造过程测定的结果与过去的历史记录和企业制定的目标以
5、及客户的要求进行比较， 其输出的报告或在线显示用以辅助性能的改进和提高；（11）数据采集：监视、收集和组织来自人员、机器和底层控制操作数据，以及工序和物料信息，这些数据可由车间手工录入，或由各种自动方式获取。实际的MES产品可能同时包含了上述中的一个或几个功能模块。二、MES在ERP与PCS之间发挥桥梁和纽带作用在钢铁企业信息化建设不断取得进步的同时，业内人士逐渐认识到，过程控制系统（PCS）与管理信息系统（ERP）之间存在数字鸿沟，导致无法将管理同生产紧密结合，ERP等管理信息系统的应用效果也受到影响，甚至造成ERP系统实施失败，信息化与工业化的融合受到制约。 而MES能把PCS与ERP联系
6、起来，打通数字鸿沟， 使企业实现生产活动与经营活动的有效集成，成为优化运行、优化控制与优化管理的桥梁和纽带，从而形成一套完整的产销一体化系统，有助于提高企业的综合竞争能力， 成为推进钢铁工业两化融合的有效切入点。1.ERP与PCS之间存在数字鸿沟我国钢铁企业多年来采用的传统生产过程的特点是“由上而下”按计划生产。即从计划层到生产控制层：企业根据订单或市场等情况制定生产计划生产计划到达生产现场组织生产产品派送。 企业管理信息化建设的重点也大都放在计划层， 以进行生产规划管理及一般事务处理。 如ERP就是“位”于企业上层计划层，用于整合企业现有的生产资源，编制生产计划。 在下层的生产控制层，企业主
7、要采用自动化生产设备、自动化检测仪器、 自动化物流搬运储存设备等解决具体的生产瓶颈，实现生产现场的自动化控制。由于市场环境的变化和现代生产管理理念的不断更新， 钢铁企业能否良性运营，关键是使“计划”与“生产”密切配合，企业和车间管理人员可以在最短的时间内掌握生产现场的变化，作出准确的判断和快速的应对措施，保证生产计划得到合理而快速的修正。虽然ERP和PCS已经发展到了非常成熟的程度，但是由于ERP系统的服务对象是企业管理的上层， 一般对车间层的管理流程不提供直接和详细的支持。 而PCS的功能主要在于现场设备和工艺参数的监控， 它可以向管理人员提供现场检测和统计数据，但是本身并非真正意义上的管理
8、系统。所以，ERP系统和PCS系统之间出现了管理信息方面的数字鸿沟，对于车间层面的调度和管理要求，它们往往显得束手无策或功能薄弱。 比如面对以下车间管理的典型问题，它们就难以给出完善的解决手段：（1）出现用户产品投诉的时候，能否根据产品号码追溯这批产品的所有生产过程信息？比如原料供应商、操作机台、操作人员、经过的工序、生产时间和关键的工艺参数等。（2） 同一条生产线需要混合组装多种型号产品的时候， 能否自动校验和操作提示以防止工人部件装配错误、产品生产流程错误、产品混装和货品交接错误？（3）过去12小时之内生产线上出现最多的5种产品缺陷是什么？ 次品数量各是多少？（4）目前仓库以及前工序、中工
9、序、后工序线上的每种产品数量各是多少？要分别供应给哪些供应商？何时能够及时交货？（5）生产线和加工设备有多少时间在生产，多少时间在停转和空转？ 影响设备生产潜能的最主要原因是设备故障？调度失误？材料供应不及时？工人培训不够？还是工艺指标不合理？（6） 能否对产品的质量检测数据自动进行统计和分析，精确区分产品质量的随机波动与异常波动，将质量隐患消灭于萌芽之中？（7）能否废除人工报表，自动统计每个过程的生产数量、合格率和缺陷代码？MES的定位，是处于计划层和现场自动化系统之间的执行层，主要负责车间生产管理和调度执行。一个设计良好的MES系统可以在统一平台上集成诸如生产调度、产品跟踪、质量控制、设备
10、故障分析、网络报表等管理功能， 使用统一的数据库和通过网络联接可以同时为生产部门、质检部门、工艺部门、物流部门等提供车间管理信息服务。 系统通过强调制造过程的整体优化来帮助企业实施完整的闭环生产， 建立一体化和实时化的ERP/MES/PCS信息体系。2.MES的桥梁和纽带作用MES具有三大特点：MES的优化目标是整个生产企业信息化49冶金管理2009年第7期过程；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。作为生产管理系统核心的MES是PCS与管理信息系统之间的桥梁和纽带
11、， 同相关系统之间存在密切的数据交流关系（如图1）。ERP系统需要MES提供的成本、制造周期和预计产出时间等实际生产数据；SCM（供应链管理）从MES中取到生产订单的实际状态、企业当前的实际生产能力情况以及企业中生产换班的相互约束关系；CRM（客户关系管理）模块的成功报价和准时交货决定于每个时刻生产的实际情况， 所以它必须和MES有密切的联系； 过程控制需要基于MES对产品的工艺参数进行优化； 而基础控制模块则必须从MES中取到控制数据或操作步骤。 而另一方面，MES也要从其他的系统中获取到自身需要的数据， 这些数据保证了MES在工厂中的正常运行。 例如，ERP的计划数据是MES进行生产调度的
12、依据；SCM通过外来物料的采购和供应时间控制着生产计划的制订和某些零件在工厂中的生产活动时间；CRM采购订单中的具体客户要求是指导工厂生产的重要依据； 从控制模块传来的实时生产状态数据被MES用于实际生产性能评估和操作条件的判断。图1MES的桥梁和纽带作用三、钢铁企业MES的技术特点与应用难点钢铁行业生产有其自身特点：多分厂联合制造生产：产品制造需要经过多分厂联合制造才能交货；大规模定制生产： 炉次/浇次/轧次的组织要有规模定制，并遵守复杂工艺约束；生产条件严格：严格的物料、能源需求和生产准备等。钢铁行业产销是一对矛盾的统一体。 从市场销售来看，必须实现按订单生产，多品种，小批量，并充分考虑客
13、户个性化需求，争取最广泛的细分市场。从生产角度来看，如此则很难释放出企业的产能，达到产量的最大化。而在钢铁行业不实现产能最大， 只是一味追求按单生产， 追求每一个客户满意，赢得细分市场，企业内部只会增加生产成本，降低经济效益。 所以，如何在生产和销售之间达到平衡，既能很好实现产能最大，又能很好实现按单生产，成为一个关键问题。 解决上述问题的最好办法是建立产销一体化系统。所谓产销一体化系统，就是把钢铁企业的生产和销售一体化，由信息化系统来综合平衡、优化设定生产销售的模式，最终目的是实现企业效益最大化。产销一体化系统的关键要依靠MES系统来完成。 这就要求钢铁企业MES具有以下特点：较强的一体化计
14、划编制功能和实时动态优化功能；具有较强的与ERP系统及PCS系统的集成性；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；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、质量判定还是生产实绩收集、成本核算都由生产中发生的事件触发， 进行实时抛账和即时处理。在具体实现上，具有以下技术特点：（1）建立产品规范体系和钢铁规范体系，真正实现按用户需求进行产品设计。 为贯彻一贯的质量管理理念，需要建立产品规范管理体系及钢铁规范管理体系；产品规范支持销售系统订货处理，并规范产品的品名、标准、牌号、表面特性等，确保从合同
15、到标签、质保书的统一引用。 建立企业产品规范管理体系及钢铁规范管理体系，是实现一贯质量管理的关键技术。（2）自动的合同处理与设计技术。合同处理在产品规范系统和钢铁规范系统的支持下， 自动对销售下发生产的用户合同进行产品的质量设计和生产设计，设计合同的加工工艺途径及合同产品从材料准备、生产、检验、发货、出厂等全过程的工序工艺控制参数、检验要求等作业指令， 以及各工序的物料重量和合同的工序欠量，实现全自动的合同处理技术。（3）产品质量判定的自动处理技术。钢铁规范对于产品的最终放行条件作了规定，对于同一种产品，可以针对不同的用户、 不同的用途分别制定不同的放行条企业信息化50冶金管理2009年第7期
16、件，真正体现了按用户进行质量管理模式。根据质量设计结果的放行标准和对产品的检验实绩， 实现对产品实物的自动质量判定。（4）实时动态的合同执行进程跟踪管理技术。根据合同处理结果及生产实绩的实时合同抛账作业， 对合同各工序生产欠量进行动态平衡，实时监控合同进度，动态反映合同的欠量、通过量，合同跟踪从销售、质量、生产、出厂直到财务结算为止，真正实现实时动态的合同跟踪。中国钢铁工业信息化及自动化推进中心副主任漆永新曾指出：“MES的应用难点，在钢铁企业中就在于排产的顺序，打通整个的计划环境，这是最大的难点，也是最要紧的问题。其次，还有物料的跟踪和中间库的管理等等。”随着钢铁工业产能的增加和个别产品结构的调整，对于制造执行系统的要求已经越来越迫切，有一些大型的企业，像宝钢、首钢、鞍钢、马钢等他们都根据自己的经验，消化国际上的制造执行系统，在解决他们的问题方面都取得了成绩，可以说积累了一些经验，甚至我们有一些软件在这方面做的也是很好的。 可以说， 现在国内的钢铁企业已经具备了解决制造执行问题的能力，并逐步向产品化的方向迈进。四、几家大型钢铁企业MES应用情况1
