西門子鋼鐵行業(yè)MES解決方案

中國加入以后中國的鋼鐵工業(yè)面臨諸多挑戰(zhàn)如更加靈活的生產(chǎn)更苛刻的質(zhì)量要求以及具備競爭力的成本。這些目標只有通過投資具有成本效益的生產(chǎn)線，使用最新目前，獨立的生產(chǎn)線的自動化水平和優(yōu)化程度已經(jīng)很高，進行進一步改進的空間非常有限。而（企業(yè)資源策劃）系統(tǒng)僅局限于總體生產(chǎn)計劃的編制，并沒有考慮設備的實際狀態(tài)和生產(chǎn)線的工藝約束。因而現(xiàn)代化的工廠需要通過使用最新技術(shù)，聯(lián)合多個獨立的生產(chǎn)線組成一個優(yōu)化的生產(chǎn)鏈并連接基礎自動化級過程級與管理級。根據(jù)（制造執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會）的定義，是對從下達訂單到生產(chǎn)出最終成品的生產(chǎn)過程進行優(yōu)化的信息本文詳細描述了鋼鐵工業(yè)系統(tǒng)的不同功能模塊和典型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。通過分析一個具有成熟功能的實際案例，揭示了系統(tǒng)為工廠的所有者帶來的效益。系統(tǒng)是企業(yè)信息化建設的重要組成部分。中國加入世界貿(mào)易組織后，中國的鋼鐵工業(yè)正在面臨幾個主要的挑戰(zhàn)：.更為靈活的生產(chǎn)鋼鐵工業(yè)的客戶期望在定單執(zhí)行、定單修改方面有更大的靈活性，同時縮短和保證交.產(chǎn)品質(zhì)量方面的更高要求對于所有客戶的復雜產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，卓越的產(chǎn)品質(zhì)量是企業(yè)成功的關鍵因素。同時，國際質(zhì)量標準要求詳細而完整的產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量文檔。.具有競爭力的成本定位具有競爭力的價位是能夠在國際化的鋼鐵市場中生存的重要因素。這必須通過以提高生產(chǎn)率，設備作業(yè)率為手段，提高產(chǎn)量和經(jīng)濟效益才能夠達到。所有這些目標，只有通過投資具有經(jīng)濟效益的生產(chǎn)線并使用最新科技才能夠?qū)崿F(xiàn)。目前，獨立的生產(chǎn)線的自動化程度和優(yōu)化水平已經(jīng)很高，進一步改進的空間非常有，（實際運行狀態(tài)和生產(chǎn)線的工藝約束。因而現(xiàn)代化的工廠需要現(xiàn)代科技作為企業(yè)信息化建設的重要組成部分，聯(lián)合多個獨立的生產(chǎn)線構(gòu)成生產(chǎn)鏈（水平集成），并連接生產(chǎn)層與管理層（垂直集成）。完成這項特定任務的系統(tǒng)稱為系統(tǒng)（制造執(zhí)行系統(tǒng)）。根據(jù)（制造執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會）的定義，是對從下達訂單到生產(chǎn)出最終成品的生產(chǎn)過程進行優(yōu)化的信息系統(tǒng)。圖系統(tǒng)在企業(yè)信息化建設的重要地位作為企業(yè)信息建設的重要組成部分，決于特定的工廠環(huán)境以及所期望的效益。系統(tǒng)包含多種不同的功能。功能的取舍，取備注：這是根據(jù)模型建立的功能說明至。.資源分配這項功能管理各種資源，包括機器、工具、勞動力技能、材料、氣體設備，以及其它各項內(nèi)容，如開始操作時必須提供的文件。它提供詳細的資源歷史，保證設備的正確設置，并提供實時的設備狀況。這些資源的管理包括資源的保存和調(diào)度，以滿足操作時間安排方面的目標。.操作/詳細排產(chǎn)這項功能根據(jù)與具體生產(chǎn)單位的優(yōu)先級、屬性、特征和或配方，在操作中對生產(chǎn)順序，如顏色排序的形態(tài)或其它特征進行優(yōu)化，從而可以通過正確的順序，使對設備的調(diào)整降低到最小。系統(tǒng)限制和識別生產(chǎn)路徑并考慮生產(chǎn)的重疊性與并行性，從而計算出精確的時間和設備負載并對生產(chǎn)調(diào)度進行調(diào)整。.分配生產(chǎn)單元系統(tǒng)以任務，訂單，爐次，批次以及生產(chǎn)指令對生產(chǎn)物流進行管理。調(diào)度信息以生產(chǎn)序列的形式呈現(xiàn)并依據(jù)生產(chǎn)實績進行實時調(diào)整。有能力改變以下達的計劃，重新生產(chǎn)，補救生產(chǎn)以及通過緩沖區(qū)管理來實時控制生產(chǎn)線負載。.文件控制這項功能可以控制生產(chǎn)單位必須維護的記錄表格，包括工作指示、配方、圖紙、標準操作程序、零件加工程序、批量產(chǎn)品記錄、工程設計變動通知、班次間的通訊，以及編輯“按計劃角度”和“按制造角度”的信息。它對操作現(xiàn)場下達指示，包括向操作人員提供數(shù)據(jù)，或向設備控制裝置提供配方。它還將包括環(huán)境、健康和安全條例的控制和完整性，以及信息，如糾正措施程序。歷史數(shù)據(jù)的存儲。.數(shù)據(jù)采集這項功能提供一個接口鏈接，用來獲取中間產(chǎn)品和參數(shù)數(shù)據(jù)，填寫在生產(chǎn)單位的表格和記錄中。這些數(shù)據(jù)既可以從工廠現(xiàn)場進行人工收集，也可以從設備中自動收集，并保證.勞動力管理該功能提供工廠員工情況的實時報道。包括記錄員工的考勤情況及時間、資格跟蹤，而且可以記錄員工的非直接工作，如材料準備、工具間工作等。這些都可以作為動態(tài)成本核算的依據(jù)。該功能可以與資源分配軟件（）協(xié)同工作，以達到最佳的人力資源分配。.質(zhì)量管理系統(tǒng)從生產(chǎn)過程采集實時測量信息，并對其進行分析以確保嚴格的產(chǎn)品質(zhì)量控制，同時鑒別潛在的質(zhì)量問題。系統(tǒng)可以提示問題糾正方案，包括相關現(xiàn)象，行為以及原因的診斷。同時可以包括以及對實驗室信息管理系統(tǒng)中的離線質(zhì)量檢驗和分析進行跟蹤和管理等功能。.生產(chǎn)管理對生產(chǎn)進行監(jiān)控并自動糾正或提示操作員糾正生產(chǎn)中存在的問題以改善生產(chǎn)線的在調(diào)節(jié)性。這些調(diào)節(jié)重點著眼于受監(jiān)視和控制的設備，并逐次跟蹤。系統(tǒng)可以管理報警以確保工廠人員了解可能導致超差的生產(chǎn)變更。該功能通過數(shù)據(jù)采集功能，提供與智能設備.維護管理系統(tǒng)跟蹤并指導設備或工具的維護工作，確保設備滿足生產(chǎn)需要以及定期維護或預防性的維護計劃順利實施，并且確保發(fā)生事故時的快速響應（報警）。系統(tǒng)可以記錄設備的歷史事件和故障，以協(xié)助故障診斷。.產(chǎn)品的宗譜與產(chǎn)品跟蹤該功能可以全程監(jiān)視產(chǎn)品的用途和加工狀態(tài)。狀態(tài)信息包括加工者、原料的供應商、批號、序列號、產(chǎn)品當前狀態(tài)、報警、返工以及其他和生產(chǎn)相關的異常情況。通過這種在線檢測功能記錄了產(chǎn)品的歷史，從而可以追蹤產(chǎn)品的生產(chǎn)歷史和最終用途。在冶金行業(yè)中原材料、中間產(chǎn)品和成品的精確物流配送主要通過先進的倉儲管理系統(tǒng)來實現(xiàn)。.性能分析該功能提供實時生產(chǎn)實績以及與歷史數(shù)據(jù)的比較和期望的結(jié)果。生產(chǎn)實績包括諸如資源利用情況、資源使用率、生產(chǎn)周期以及與計劃和標準符合情況等。同時也可以包括能評估在線顯示。.運輸物流作為物料跟蹤和宗譜的重要組成部分，冶金行業(yè)的原料、中間產(chǎn)品和成品的運輸物流，主要通過料場管理系統(tǒng)實現(xiàn)。.優(yōu)化和仿真試車或軟件更新前對所有模塊的測試是必不可少的。.能源管理這項功能雖然不是直接定義的功能，但是對的完整企業(yè)能源管理人員提供信息和工具，使他們能夠通過能源流動管理，以最為有效的方式降能源信息實時地提供給所有的工廠設備，并且采用方便的格式。能源工具應該確保最佳的分析、時間安排和計劃，從而能夠制定出能源方案，并預測潛在的本地和全局性的能.客戶定單管理這項功能雖然不是直接定義的功能，但是對的完整性卻是不可缺少的。這項功能的表現(xiàn)形式獨立于上層的（）系統(tǒng)。它至少可以取代一部分功能，或包括在其中。這項功能可以反映客戶生產(chǎn)商的關系，以及他們的供貨協(xié)議。因此，與采購和供應鏈之間的緊密聯(lián)系是必要的。從技術(shù)上講，這是一個把顧客要求轉(zhuǎn)化為具體生產(chǎn)數(shù)據(jù)的過程。此功能需要一套完整的工藝數(shù)據(jù)和工藝規(guī)則的支持。同時該功能也可以用于平衡原料和成品的定貨量。.預先計劃功能該功能不是（協(xié)會）直接定義的功能，但是對于完整的系統(tǒng)是必要的。它的表現(xiàn)形式取決于上級管理系統(tǒng)（）。該功能為工廠所有的生產(chǎn)單元制定長期生產(chǎn)計劃和生產(chǎn)能力計劃。因此，可以詳細編排出客戶定單的交付日期，從而平衡工廠的全部生.數(shù)據(jù)倉庫該功能不是直接定義的功能，但是由于必須對數(shù)據(jù)進行長期保存（可以達年），所以對于完整的系統(tǒng)而言，該功能是必要的。這些數(shù)據(jù)可以用于日后的數(shù)據(jù)評構(gòu)要求不能被滿足，所有的系統(tǒng)功能將無任何價值可言。系統(tǒng)（軟件和硬件）設計必須能夠?qū)崟r響應其任務的要求（實時響應能力）①多處理器環(huán)境②充足的內(nèi)存③正確的系統(tǒng)參數(shù)和數(shù)據(jù)庫參數(shù)⑤瘦服務器軟件設計由于冶金企業(yè)的連續(xù)生產(chǎn)的要求，為避免生產(chǎn)波動甚至由于系統(tǒng)錯誤造成的停產(chǎn)，必須采取措施使系統(tǒng)更為可靠。①重要硬件的冗余，如：供電，硬盤及其控制器，處理器3）硬件和軟件的可測量性和可維護性系統(tǒng)必須易于在基礎投資上進行經(jīng)濟的擴展。鑒于此，較高的初次安裝的投入是①選擇在過去生產(chǎn)線的操作中向上和向下兼容性穩(wěn)定的硬件和軟件提供商②硬件和軟件必須易于擴展.實時數(shù)據(jù)庫與關系數(shù)據(jù)庫由于每個系統(tǒng)都處理著大量的數(shù)據(jù)，擁有一個先進的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)是很重要的。在使用公司的關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)時，這一優(yōu)勢很突出。在類似冶金行業(yè)的連續(xù)作業(yè)環(huán)境的作業(yè)中該數(shù)據(jù)庫的能力得到了證實?，F(xiàn)代數(shù)據(jù)庫是基于關系型概念的。通過定義關系（如外鍵），數(shù)據(jù)庫對象（如表）可關系型數(shù)據(jù)庫的實時性是通過事件驅(qū)動機制來實現(xiàn)的。事件驅(qū)動機制（如觸發(fā)器），允許數(shù)據(jù)庫應用程序立即響應事件，如數(shù)據(jù)電文或操作員輸入。另外，巧妙的物理和邏輯數(shù)據(jù)庫及其應用程序的設計也是確保系統(tǒng)實時性的必要條件。.無線通訊與可移動訪問在工廠中有許多工作地點是不可能設置固定的客戶端設備的。過去操作員為了和固定的客戶端設備聯(lián)系，必須要離開工作地點才能完成。由于這種不合理的工作地點到客戶設備的信息傳送方式（如：電話，或者記錄在紙上造成了時間浪費甚至數(shù)據(jù)的丟建立在成熟的可移動設備基礎上的現(xiàn)代無線通訊技術(shù)允許操作人員在工廠的任何位置與系統(tǒng)進行通訊。②質(zhì)量檢查③庫存管理④材料入庫/發(fā)運⑤生產(chǎn)器械準備.長存期數(shù)據(jù)儲由于不斷提高的國際質(zhì)量標準要求，所有成品以及中間生產(chǎn)過程的相關數(shù)據(jù)必須保存，以利于日后的訪問。因此，系統(tǒng)必須具有集成數(shù)據(jù)倉庫。①數(shù)據(jù)從生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)倉庫必須迅速，并且具有很好的可維護性②具有快速簡便的數(shù)據(jù)訪問工具以及進行數(shù)據(jù)存儲的應用程序和文檔為達到此目的，一個重要的問題就是在倉庫數(shù)據(jù)庫存儲大量數(shù)據(jù)的方法。為能夠快速訪問表中數(shù)據(jù)，推薦使用數(shù)據(jù)庫表格分區(qū)功能將數(shù)據(jù)庫的表格內(nèi)容細分為不同的邏輯區(qū)西門子為中國提供系統(tǒng)以有多年歷史。寶鋼的毫米的冷軋鋼廠和毫米的熱軋鋼廠的系統(tǒng)是中國鋼鐵行業(yè)中最早的計算機管理系統(tǒng)。珠江和包頭最新的廠也裝備了西門子的。寶鋼的軋板廠和梅山鋼鐵公司煉鋼廠也與我們簽訂了新的定所以，西門子不僅可以通過在世界各地的成功案例，也可以通過在中國的業(yè)績顯示其在系統(tǒng)上的豐碩經(jīng)驗。下面通過描述一個大型復雜的系統(tǒng)，揭示西門子是如何實施系統(tǒng)，來滿足客作為大規(guī)模電氣設備供貨的一部分，西門子公司工業(yè)系統(tǒng)及技術(shù)服務集團連鑄與熱軋部為坐落于德國的蒂森克虜伯鋼廠公司的薄板坯連鑄連軋廠設計并實施了系統(tǒng)。年月日，開始調(diào)試兩個月之后，就產(chǎn)出了第一卷帶鋼。①共用中間包的二流連鑄機以及420噸鋼包②配備有運輸輥道的再加熱爐③七架軋機④層流冷卻⑤一臺旋轉(zhuǎn)卷取機和兩臺單一卷取機⑥打包機和打號機⑦鋼卷庫.詳細排產(chǎn)基于遺傳基因算法的排產(chǎn)模塊把一系列的用戶定單轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)計劃。制定生產(chǎn)計劃時已經(jīng)考慮了大量的計劃約束。這些約束包括用戶定單的約束，工廠設備約束和連鑄連軋工.緊急計劃當生產(chǎn)出現(xiàn)緊急情況（如：連鑄斷流，非計劃換輥，澆鑄耽擱等等）時，原有的生產(chǎn)計劃將不能繼續(xù)。這時，緊急計劃模塊必須適當?shù)恼{(diào)整計劃，以最佳的策略繼續(xù)進行生.質(zhì)量管理系統(tǒng)在各個生產(chǎn)階段連續(xù)分析和記錄產(chǎn)品質(zhì)量。當生產(chǎn)條件改變時，具有重新分配客戶定單的能力，以滿足產(chǎn)品的質(zhì)量要求。.維護管理包括完整的軋輥間管理（包括：軋輥修磨，軋輥裝配，換輥，軋輥磨損記錄等）和對中間包、結(jié)晶器和扇形段等重要設備的管理。.產(chǎn)品跟蹤和產(chǎn)品的宗譜從鋼水的接收直至成品的發(fā)送，系統(tǒng)對爐次、板坯、鋼卷進行連續(xù)的跟蹤。所有與原料和生產(chǎn)相關的數(shù)據(jù)將被記錄。.生產(chǎn)實績分析.庫存管理應用三維定位系統(tǒng)，在庫區(qū)內(nèi)對所有鋼卷自動進行跟蹤。系統(tǒng)自動生成運輸指令，以優(yōu)化庫區(qū)內(nèi)和發(fā)貨（通過卡車和火車）時的物流。.數(shù)據(jù)倉庫由于客戶要求完整的質(zhì)量文檔，所有與質(zhì)量有關的重要數(shù)據(jù)必須在數(shù)據(jù)倉庫里儲存一年以上。這些數(shù)據(jù)能夠通過與線數(shù)據(jù)庫相同的工具進行訪問。另外，用戶可以使用本.文件控制通過有限制的網(wǎng)頁瀏覽器向操作者提供諸如工作狀態(tài)、安全防衛(wèi)說明、使用手冊、管.計劃與排產(chǎn)計劃與排產(chǎn)目標是為廠制定出三班倒最優(yōu)生產(chǎn)計劃。該交貨日期，支持以定單為依據(jù)的生產(chǎn)。計劃的依據(jù)是當前訂單庫池，以及補充未來的低優(yōu)先級的定單。該訂單池可以包括庫存產(chǎn)品的定單。根據(jù)該訂單池，作為西門子重要部分的計劃編制程序編制一個或多個連鑄、連軋程序。包括雙流連鑄機的計劃程序、爐次、板坯等。計劃編制程序考慮了許多工藝限制條件，除訂單屬性外，只有計劃編制程序生成的生產(chǎn)程序，才能夠使得鋼廠、連鑄機、軋鋼機在最佳組合狀態(tài)下運作。否則，對個別裝置的單獨計劃將會導致生產(chǎn)流程的實質(zhì)的性能損失，而無法達到最佳的生產(chǎn)狀態(tài)。計劃編制程序區(qū)分了兩種不同的計劃模式：圖9全自動標準計劃窗口：用戶可通過不同的參數(shù)控制標準計劃，兩個重要參數(shù)是：型：根據(jù)如下參數(shù)選擇不同特點的連鑄連軋程序：反映結(jié)晶器寬度范圍、板坯的厚度、帶鋼寬度范圍、主要帶鋼厚度范圍（在軋制壽命結(jié)束時）、中間軋制變化（有/無）、按連鑄連軋程序減少的最大允許板坯寬度及每個程序的最大爐次等連鑄連軋程序參連鑄組：選擇一組鋼種，能夠在一個澆鑄程序統(tǒng)一澆鑄。連鑄組通過主表對話框進行定義。計劃編制程序使用不同的數(shù)學方法找到生產(chǎn)程序的總“成本”的最佳連鑄連軋程序。該成本用于生產(chǎn)準備時間，模具變化、結(jié)晶器變化、換輥、澆鑄次序、切頭需要的廢料。圖顯示軋制程序的原理。每個豎條代表一個已經(jīng)計劃的板坯圖顯示軋制程序。每個豎條代表一個已經(jīng)計劃的板坯)緊急計劃當出現(xiàn)緊急情況時，如連鑄斷流、非計劃換輥等時，程序計劃者能夠更新原編制的生產(chǎn)程序。不同的對話框針對實際的工廠情況促使操作員將緊急計劃的成果最大化。操作員可以選擇不同的參數(shù)。緊急計劃在計劃編制程序的操作下自動生成。圖顯示緊急計劃情況下，對話框的實例.物料跟蹤物料跟蹤的目的是，向所有終端客戶提供全廠范圍的生產(chǎn)的材料的狀態(tài)和當前地點的 )爐次)板坯)帶卷物料跟蹤同樣告知了生產(chǎn)單元的狀況并顯示了工序的選重價值。但它不意味著取代由工序區(qū)域計算機為它們所分別負責地區(qū)提供的詳細的材料跟蹤。一些詳細的過程計算機跟蹤圖像的詳細信息可以從用于總的材料跟蹤的中得到。在廠中，總的物料跟蹤根據(jù)地點來區(qū)別：)煉鋼廠的預計爐次)連鑄機)再加熱爐)軋機包括冷卻區(qū)和卷取機)傳送鏈)檢查段)鋼卷庫模塊保持了一個從加工區(qū)計算機，或由對話框或標簽讀取器進行的材料特性的輸入而獲得的信息的跟蹤映像。另外，工廠操作人員能夠?qū)υ捒騺砑m正。圖所示為物料跟蹤的原理結(jié)構(gòu)圖廠的典型物料跟蹤對話框.宗譜的詳細情況為了擁有材料的全部歷史和使用情況的信息，就必須建立一個材料的家譜。設想由某種材料的編號開始，可以向前或向后看到與材料相關的材料加工和其他事件?？梢韵蚯盎蛳蚝罂吹脚c材料相關的材料加工和其他事件。這種視圖包括實際情況中帶有物料編號的材料的實際部分的橫切、縱切和結(jié)合。家譜是用于在如下情況中爐次鋼卷的組合和切割的：)))到到到個關系個關系個關系關系的每一個部分在實際材料編號的情況下可以有不同的歷史數(shù)據(jù)。.鋼卷庫管理在打包、稱重和標注后，已加工的熱鋼卷通過特殊的鋼卷卡車被運往附近的鋼卷庫。鋼卷庫包括兩個跨。一個跨里有兩個起重機，另外一個有一個起重機。廠房被分成排和空我們的鋼卷庫管理具有如下功能：)從鋼卷的入庫到發(fā)運，在鋼卷庫內(nèi)進行所有鋼卷的管理和跟蹤)在存放區(qū)域內(nèi)生成、監(jiān)督和管理至起重機和過跨的運輸指令)監(jiān)督和管理使用火車和卡車的發(fā)送起重機和過跨車由來控制，并裝有用于自動確定鋼卷的位置的調(diào)節(jié)位置度量系統(tǒng)。圖顯示，在一排中排成兩個垂直層的一個鋼卷場地跟蹤對話框.質(zhì)量管理西門子質(zhì)量信息系統(tǒng)通過對探測到的質(zhì)量偏差來告知已加工的產(chǎn)品的質(zhì)量并在線控制質(zhì)量。這樣它就能決定爐次、板坯或鋼卷是否達到了設計的質(zhì)量規(guī)格。質(zhì)量信息系統(tǒng)有如下的目標：在爐次的化學分析中有無化學成分超標？通過爐次化學成分分析，可以達到哪一個鋼種？在板坯和鋼卷中在哪里超標？板坯和鋼卷中可能的質(zhì)量缺陷在哪里在生產(chǎn)過程中對質(zhì)量偏差的在線反應：根據(jù)生產(chǎn)定單的要求比較質(zhì)量實際數(shù)據(jù)。在出現(xiàn)偏差時，要求從模塊再申請器上對爐次、板坯和鋼卷進行在線的重新申請，而這個模塊再申請器可能最終導致對后續(xù)加工步驟的生產(chǎn)指令的在線更新。再申請器根據(jù)適當?shù)纳a(chǎn)指令搜索數(shù)據(jù)庫，并把他們分派到材料處，將更新的生產(chǎn)指令送到輔助的加工區(qū).提高了產(chǎn)量最優(yōu)的生產(chǎn)計劃編排，最合理地利用了工廠設備，從而提高了產(chǎn)量并縮短了產(chǎn)品的交.彈性的生產(chǎn)只有我們先進的計劃編排工具才能夠使工廠處理大量的客戶定單以及復雜的計劃約束條件。眾多不同的客戶定單能夠被優(yōu)化處理