钢铁行业MES培训
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
MES（Manufacturing Execution System ）简单说就是制造执行系统。 MES 系统的实施从本质上讲，能够基于数据链、生产的计划和有效控 制来为管理决策提供合适的信息。
国际制造执行系统协会（MESA）对MES的定义是：MES提供为优化从订 单投入到产品完成的生产活动所需的信息。MES运用及时、准确的信息 ，指导、启动、响应并记录工厂活动，从而能够对条件的变化做出迅 速的响应、减少非增值活动、提高工厂运作过程的效率。MES不但可以 改善设备投资回报率，而且有助于及时交货、加快库存周转、提高收 益和现金流的绩效。MES在企业和供应链间，以双向交互的形式提供生 产活动的基础信息。
工艺规程 Q345(Nb)－S1312833
炼钢工艺规程 Q345(Nb)－S1312833 工 艺 指 导 炼钢技术规程 技 Q345(Nb)－S1312833 术
连铸工艺规程 Q345(Nb)－S1312833 工 艺 指 导 连铸技术规程 技 Q345(Nb)－S1312833 术
中板轧制工艺规程 Q345(Nb)－S1312833 工 艺 指 导 技 术 技 术 指 导 操 作
ERP
MES
PCS: PLC DCS
钢铁工业信息化的现状与挑战
现代企业已认识到管理信息化的重大作用，重金投向管理信息系 正在实施 统，开始实施以 ERP\CRM\SCM和电子商务为代表的经营管理信息系 ERP 统。
经营(公司)
被忽视 MES 成为影响信息化建 MES 执行力弱 设的瓶颈环节
生产(分厂)
三级系统（L3，MES）目标
目标 根据ERP系统下达的合同计划，通过生产调度、生产统计、成本控制、物料 平衡和能源管理过程组织生产，并将信息加以采集、传递和加工处理，及时 上传ERP系统。 消减生产和销售的提前期；消减库存；提高客户服务水平；最大化物料的利 用率；最大化边际利润；提高产销信息的可视性。
Business Layer
BusinessComponents
Transaction Control
Spring Framework 2 Message Layer Broker
② 基本属性 产品规程 Q345(Nb)－S1312833 其他规程 生产规程 能源规程 设备规程 安全规程 岗职设置 炼钢生产规程 连铸生产规程 中板轧制生产规程 产品规程岗位职责 工艺规程岗位职责 技术规程岗位职责 操作规程岗位职责
基本内容（标准）
内控标准 Q345(Nb)－S1312833
最终用途
功能描述
AMS:跨厂、跨产线间物流、订单协调（订单链物流传递）；跟踪、展示公司内、公司间的销 售订单、生产订单生产情况。 MES:完善技术展开信息（完整的PDI参数），依据APS的能力计划安排生产排程；监控生产过 程中生产、质量等信息；产线完工的物料入库、转储、出库、发货等；向四级传递生产 、质量、发货等相应数据 OQS:对生产过程中影响上下游质量的各个控制点信息进行重构、监控、分析，并通过自动或 人工的判断，对物料进行质量判定。 DAMS:整合、归并、存储订单和物料的相关生产、销售、质量过程数据，以便满足质量改进 和客户对钢材产品的生产、工艺、质量数据的存储期限和追溯要求;为客户关系平台提 供数据；最终用户对产品的使用情况
面临挑战
冶金行业面临着由统一标准规格的大宗产品制造模式向大批量个性化订制模式转变，由单 一产品刚性制造系统向多产品柔性制造系统转变的挑战。
焦化/烧结/炼铁
炼钢/精炼/连铸
钢坯库
板材、管材、型材、线材生产
冶金QMES产品—产品化历程
High
铁前MES 钢后MES 物质计量 能源管理 生产计划 综合展示 生产调度 KPI绩效 操作管理 计划管理 生产执行 仓储及运输管理 炼钢工艺监督 实验室数据管理 集成平台 物流跟踪 物料垛帐 计量管理 质量管理 QMES 1.0 物流.质量.计量集成管理 QMES 2.0计划与执行集成管理 QMES 3.0冶金行业一体化解决方案
质 量 管 理
生 产 计 划 管 理
作 业 计 划 管 理
生 产 执 行 管 理
仓 储 及 运 输 管 理
物 料 管 理
天 车 管 理
大 型 工 器 具 管 理
能 源 计 量 管 理
系 统 安 全 管 理
基 础 数 据 管 理
Modules源自文库
计划
执行
监控
报表
安全
配置
Engines
工艺流程管理引擎
规则管理引擎
Source
检化验数据
2008年4月1日星 期二
4
MES技术架构
JSP/HTML/Ajax
System Management
Presentation Layer
User Interface Processing (Struts 2/Servlet) Logging Exception Handling Business Entities
QMES产品体系架构及功能
QMES系列产品
原料铁前MES系统 钢后MES系统 生产指挥中心系统 实验室管理系统 计量管理系统
实时数据采集系统
钢后信息化架构
SAP OM(订单管理) AQD高级质量设计 APS（高级优化排产 ) AMS物流协调器(产线分配、订单链管理） I Q D S 一 体 化 质 量 设 计
报表管理引擎
Application Server
Integration
LIMS PCS 生产实绩
MQ (Tibco RV or WebLogic JMS or Apache activeMQ)
ERP 订单/库存 计质量系统 计质量数据 能源计量系统 计量数据 天车系统 指令及反馈 报表 归档 计划 执行
MES 为流程企业定制制造执行系统，其最主要的目标就是建立和完善 生产管理体系，包括根据客户定单、市场预测和内部资源状况来制定 生产计划；从整体角度优化、协调生产过程；生产计划的动态调整等 等。与此同时，要建立保证质量管理的信息体系，包括在线物料跟踪 和质量控制的在线反馈与调整，以及对产品质量零缺陷的追求。以上 述两个目标为契机，构建流程企业MES系统可以促进生产方式和管理思 路的转变，这将是一个渐进的过程。
最终用户 技术规程 Q345(Nb)－S1312833
中板轧制技术规程 Q345(Nb)－S1312833
岗位规程 Q345(Nb)－S1312833
技 术 技术层面异状处理规程 指 导 炼钢岗位规程 操 Q345(Nb)－S1312833 作
技 术 指 导 连铸岗位规程 操 Q345(Nb)－S1312833 作
OQS在线质量判定（冷轧）
冷 轧
功能描述
SAP：物料主数据、财务成本考核、销售订单录入、物流控制（收集相应主数据、订单的 录入和发货） OM：订单管理模块。负责销售订单跟踪、合并、管理 AQD:包含所有质量、技术相关的数据、规则。依据规则对销售订单进行技术展开，形成质 量设计(部分PDI数据）、工艺路线、物料形变相关数据（将对销售订单所有可能的工 艺路线全部进行展开） 注：未来迁钢炼钢、热轧、冷轧（包含硅钢）所有相关主数据都在此保存，如：硅 钢的销售订单将在此系统技术展开（展开所有相关的质量设计、工艺路线及物料形变 相关数据。硅钢保密性：应用层次通过权限及界面设计满足，数据库层次通过硬件部 署及IMPERVA软件加密 APS:计划、控制和监控从接收用户订单直到 发货的生产全过程的系统，它考虑了数量、 时间安排和产能（产线选择、临时交货期确定、最终交货期确定、资源能力计划、摘 挂单功能-余材替代）；
建立冶 金标准 知识库 体系
一体化计划 与一贯制质 量管理集成 ，为生产统 计、考核、 决策提供技 术支持
冶金产品概述
冶金企业QMES研发与应用
北京地区MES系统获北京市三等奖，首秦铁前MES、顺义仓储及运输管理 系统、迁钢实验室管理系统等通过首钢总公司科研鉴定 结合国内的生产工艺特点和管理模式，开发了一套具有自主知识产权、技术 先进的MES解决方案和软件产品，打破了国外技术垄断，取得了显著效益 通过计划、调度、作业的协调优化技术，物流精确跟踪与控制技术，数据可 视化和实时绩效分析技术等多项创新成果取得了冶金企业MES应用的整体 突破
销售环节
原料码头
焦化/烧结/炼铁
炼钢
热轧/冷轧
成品码头
发货
收 收 发 收 发 发 收 发 收
料场管理
料仓管理
板坯库管理
发
钢卷库管理
发 收
板坯 成品库管理
发
交割点
质检点
计量点
MES系统应用架构
内部人员 主管 客户 Access
计划/执行/监控/配置 生产质量报表 订单状态查询
Services
订 单 管 理
从订单录入到发货的业务流程
客户 订单录入 订单结束
产线分配
发货
生产及质 量计划 生产排程 /排序
订单管理 资源物料一体化计划
物料及运 输管理 生产及质 量控制
生产
冶金行业特点及面临的挑战
冶金行业特点
冶金行业对生产过程的“连续性”和“协调性”具有较高的要求。原燃料成分和生产技术 条件经常波动，为确保生产稳定顺行，需要根据物料、能量、质量要求制定最优的生产作 业计划并进行动态的调度。
产品成熟度
Low
2003（以前） 2004
2005
2006
2007
2008
2009
构建以 工厂模 型为核 心的 MES数 据平台
做为 EPR的 数据基 础，为 EPR提 供信息 来源
形成具有 自主软件 架构的生 产实绩与 质量数据 收集
生产计划 和生产过 程监督与 控制一体 的MES 工厂模型
采用基 于SOA 的可配 置的技 术架构
DHS动态炉次计划 炼钢MES 生产执行 钢铁包跟踪 料仓管理 废钢间管理
PLS产线排序 热轧MES 生产执行 天车管理 仓储管理 磨辊间管理
PLS产线排序 冷轧MES
生产执行
磨辊间管理
仓储管理 天车管理
D A M S 数 据 分 析 管 理 系 统
OQS在线质量判定（炼钢-热轧) 计量管理、LIMS L2/L1 炼 钢 精 炼 连 铸 热 轧 北京首钢自动化信息技术有限公司
ERP/MES/PCS三层结构较好地解决了上述问题 。这一结构将流程工业综合自动化系统划分 为：考虑生产过程问题的过程控制系统PCS； 考虑生产与管理结合问题的中间层生产执行 系统MES；以及考虑企业经营管理问题的企业 资源计划ERP。这样，就使流程工业综合自动 化系统中原来难以处理的具有生产与管理双 重性质的信息问题得到了解决。
中板轧制岗位规程 Q345(Nb)－S1312833
一体化四大规程 操作层面异状处理规程
QMES产品特点—精确物流管控技术得到应用
集成天车自动定位的仓库管理系统，实现从作业命令发送到物料搬运的 自动执行，全程跟踪物料的异动（物料的搬送），使物料信息与实物位 置始终保持同步一致 供应环节 生产环节
资金流（资金占用） 物流（物质占用）
运 输
约束举例 运输模式、目的地 每天吨数
物流
物流
物流
物流
机组排程
炼钢/连铸排程 热轧机组排程 冷轧机组排程
运输排程
二级生产工序
QMES产品特点—精细化质量管理与控制
基于产品生命全过程的一体化质量管控流程及其机制，在产品生命期的 各环节都与对应的产品标准管理、质量设计与技术评审等业务流程密切 相关。
QMES产品特点—一体化计划优化
综合考虑了炼钢、连铸、热轧等各工序的工艺、设备约束，从计划中进 行炼轧协调，保证热送热装计划的顺利实施。
生产计划
炼钢厂
约束举例 组炉 组浇 钢种限制
热轧厂
约束举例 超厚、超薄 超宽、超窄 特殊轧制
冷轧厂
约束举例 退火曲线/要求 镀锌/涂层集批
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； 设备控制大量采用DCS、PLC； 过程控制广泛采用以小型机为主的自动控制系统。
已经逐步完善
PCS: PLC DCS
控制(设备)
三级系统（L3，MES）目标
制造企业关心三个问题：生产什么？生产多少？如何生产？企业的生 产计划回答的是前两个问题，“如何生产”由生产现场的过程控制系 统“掌握”。ERP、CRM等系统只为生产计划的编制提供了数据信息， 对于“计划”如何下达到“生产”环节，生产过程中变化因素如何快 速反映给“计划”，在计划与生产之间需要有一个“实时的信息通道 ”，MES（制造执行系统）就是计划与生产之间承上启下的“信息枢纽 ”。
国际制造执行系统协会（MESA）对MES的定义是：MES提供为优化从订 单投入到产品完成的生产活动所需的信息。MES运用及时、准确的信息 ，指导、启动、响应并记录工厂活动，从而能够对条件的变化做出迅 速的响应、减少非增值活动、提高工厂运作过程的效率。MES不但可以 改善设备投资回报率，而且有助于及时交货、加快库存周转、提高收 益和现金流的绩效。MES在企业和供应链间，以双向交互的形式提供生 产活动的基础信息。
工艺规程 Q345(Nb)－S1312833
炼钢工艺规程 Q345(Nb)－S1312833 工 艺 指 导 炼钢技术规程 技 Q345(Nb)－S1312833 术
连铸工艺规程 Q345(Nb)－S1312833 工 艺 指 导 连铸技术规程 技 Q345(Nb)－S1312833 术
中板轧制工艺规程 Q345(Nb)－S1312833 工 艺 指 导 技 术 技 术 指 导 操 作
ERP
MES
PCS: PLC DCS
钢铁工业信息化的现状与挑战
现代企业已认识到管理信息化的重大作用，重金投向管理信息系 正在实施 统，开始实施以 ERP\CRM\SCM和电子商务为代表的经营管理信息系 ERP 统。
经营(公司)
被忽视 MES 成为影响信息化建 MES 执行力弱 设的瓶颈环节
生产(分厂)
三级系统（L3，MES）目标
目标 根据ERP系统下达的合同计划，通过生产调度、生产统计、成本控制、物料 平衡和能源管理过程组织生产，并将信息加以采集、传递和加工处理，及时 上传ERP系统。 消减生产和销售的提前期；消减库存；提高客户服务水平；最大化物料的利 用率；最大化边际利润；提高产销信息的可视性。
Business Layer
BusinessComponents
Transaction Control
Spring Framework 2 Message Layer Broker
② 基本属性 产品规程 Q345(Nb)－S1312833 其他规程 生产规程 能源规程 设备规程 安全规程 岗职设置 炼钢生产规程 连铸生产规程 中板轧制生产规程 产品规程岗位职责 工艺规程岗位职责 技术规程岗位职责 操作规程岗位职责
基本内容（标准）
内控标准 Q345(Nb)－S1312833
最终用途
功能描述
AMS:跨厂、跨产线间物流、订单协调（订单链物流传递）；跟踪、展示公司内、公司间的销 售订单、生产订单生产情况。 MES:完善技术展开信息（完整的PDI参数），依据APS的能力计划安排生产排程；监控生产过 程中生产、质量等信息；产线完工的物料入库、转储、出库、发货等；向四级传递生产 、质量、发货等相应数据 OQS:对生产过程中影响上下游质量的各个控制点信息进行重构、监控、分析，并通过自动或 人工的判断，对物料进行质量判定。 DAMS:整合、归并、存储订单和物料的相关生产、销售、质量过程数据，以便满足质量改进 和客户对钢材产品的生产、工艺、质量数据的存储期限和追溯要求;为客户关系平台提 供数据；最终用户对产品的使用情况
面临挑战
冶金行业面临着由统一标准规格的大宗产品制造模式向大批量个性化订制模式转变，由单 一产品刚性制造系统向多产品柔性制造系统转变的挑战。
焦化/烧结/炼铁
炼钢/精炼/连铸
钢坯库
板材、管材、型材、线材生产
冶金QMES产品—产品化历程
High
铁前MES 钢后MES 物质计量 能源管理 生产计划 综合展示 生产调度 KPI绩效 操作管理 计划管理 生产执行 仓储及运输管理 炼钢工艺监督 实验室数据管理 集成平台 物流跟踪 物料垛帐 计量管理 质量管理 QMES 1.0 物流.质量.计量集成管理 QMES 2.0计划与执行集成管理 QMES 3.0冶金行业一体化解决方案
质 量 管 理
生 产 计 划 管 理
作 业 计 划 管 理
生 产 执 行 管 理
仓 储 及 运 输 管 理
物 料 管 理
天 车 管 理
大 型 工 器 具 管 理
能 源 计 量 管 理
系 统 安 全 管 理
基 础 数 据 管 理
Modules源自文库
计划
执行
监控
报表
安全
配置
Engines
工艺流程管理引擎
规则管理引擎
Source
检化验数据
2008年4月1日星 期二
4
MES技术架构
JSP/HTML/Ajax
System Management
Presentation Layer
User Interface Processing (Struts 2/Servlet) Logging Exception Handling Business Entities
QMES产品体系架构及功能
QMES系列产品
原料铁前MES系统 钢后MES系统 生产指挥中心系统 实验室管理系统 计量管理系统
实时数据采集系统
钢后信息化架构
SAP OM(订单管理) AQD高级质量设计 APS（高级优化排产 ) AMS物流协调器(产线分配、订单链管理） I Q D S 一 体 化 质 量 设 计
报表管理引擎
Application Server
Integration
LIMS PCS 生产实绩
MQ (Tibco RV or WebLogic JMS or Apache activeMQ)
ERP 订单/库存 计质量系统 计质量数据 能源计量系统 计量数据 天车系统 指令及反馈 报表 归档 计划 执行
MES 为流程企业定制制造执行系统，其最主要的目标就是建立和完善 生产管理体系，包括根据客户定单、市场预测和内部资源状况来制定 生产计划；从整体角度优化、协调生产过程；生产计划的动态调整等 等。与此同时，要建立保证质量管理的信息体系，包括在线物料跟踪 和质量控制的在线反馈与调整，以及对产品质量零缺陷的追求。以上 述两个目标为契机，构建流程企业MES系统可以促进生产方式和管理思 路的转变，这将是一个渐进的过程。
最终用户 技术规程 Q345(Nb)－S1312833
中板轧制技术规程 Q345(Nb)－S1312833
岗位规程 Q345(Nb)－S1312833
技 术 技术层面异状处理规程 指 导 炼钢岗位规程 操 Q345(Nb)－S1312833 作
技 术 指 导 连铸岗位规程 操 Q345(Nb)－S1312833 作
OQS在线质量判定（冷轧）
冷 轧
功能描述
SAP：物料主数据、财务成本考核、销售订单录入、物流控制（收集相应主数据、订单的 录入和发货） OM：订单管理模块。负责销售订单跟踪、合并、管理 AQD:包含所有质量、技术相关的数据、规则。依据规则对销售订单进行技术展开，形成质 量设计(部分PDI数据）、工艺路线、物料形变相关数据（将对销售订单所有可能的工 艺路线全部进行展开） 注：未来迁钢炼钢、热轧、冷轧（包含硅钢）所有相关主数据都在此保存，如：硅 钢的销售订单将在此系统技术展开（展开所有相关的质量设计、工艺路线及物料形变 相关数据。硅钢保密性：应用层次通过权限及界面设计满足，数据库层次通过硬件部 署及IMPERVA软件加密 APS:计划、控制和监控从接收用户订单直到 发货的生产全过程的系统，它考虑了数量、 时间安排和产能（产线选择、临时交货期确定、最终交货期确定、资源能力计划、摘 挂单功能-余材替代）；
建立冶 金标准 知识库 体系
一体化计划 与一贯制质 量管理集成 ，为生产统 计、考核、 决策提供技 术支持
冶金产品概述
冶金企业QMES研发与应用
北京地区MES系统获北京市三等奖，首秦铁前MES、顺义仓储及运输管理 系统、迁钢实验室管理系统等通过首钢总公司科研鉴定 结合国内的生产工艺特点和管理模式，开发了一套具有自主知识产权、技术 先进的MES解决方案和软件产品，打破了国外技术垄断，取得了显著效益 通过计划、调度、作业的协调优化技术，物流精确跟踪与控制技术，数据可 视化和实时绩效分析技术等多项创新成果取得了冶金企业MES应用的整体 突破
销售环节
原料码头
焦化/烧结/炼铁
炼钢
热轧/冷轧
成品码头
发货
收 收 发 收 发 发 收 发 收
料场管理
料仓管理
板坯库管理
发
钢卷库管理
发 收
板坯 成品库管理
发
交割点
质检点
计量点
MES系统应用架构
内部人员 主管 客户 Access
计划/执行/监控/配置 生产质量报表 订单状态查询
Services
订 单 管 理
从订单录入到发货的业务流程
客户 订单录入 订单结束
产线分配
发货
生产及质 量计划 生产排程 /排序
订单管理 资源物料一体化计划
物料及运 输管理 生产及质 量控制
生产
冶金行业特点及面临的挑战
冶金行业特点
冶金行业对生产过程的“连续性”和“协调性”具有较高的要求。原燃料成分和生产技术 条件经常波动，为确保生产稳定顺行，需要根据物料、能量、质量要求制定最优的生产作 业计划并进行动态的调度。
产品成熟度
Low
2003（以前） 2004
2005
2006
2007
2008
2009
构建以 工厂模 型为核 心的 MES数 据平台
做为 EPR的 数据基 础，为 EPR提 供信息 来源
形成具有 自主软件 架构的生 产实绩与 质量数据 收集
生产计划 和生产过 程监督与 控制一体 的MES 工厂模型
采用基 于SOA 的可配 置的技 术架构
DHS动态炉次计划 炼钢MES 生产执行 钢铁包跟踪 料仓管理 废钢间管理
PLS产线排序 热轧MES 生产执行 天车管理 仓储管理 磨辊间管理
PLS产线排序 冷轧MES
生产执行
磨辊间管理
仓储管理 天车管理
D A M S 数 据 分 析 管 理 系 统
OQS在线质量判定（炼钢-热轧) 计量管理、LIMS L2/L1 炼 钢 精 炼 连 铸 热 轧 北京首钢自动化信息技术有限公司
ERP/MES/PCS三层结构较好地解决了上述问题 。这一结构将流程工业综合自动化系统划分 为：考虑生产过程问题的过程控制系统PCS； 考虑生产与管理结合问题的中间层生产执行 系统MES；以及考虑企业经营管理问题的企业 资源计划ERP。这样，就使流程工业综合自动 化系统中原来难以处理的具有生产与管理双 重性质的信息问题得到了解决。
中板轧制岗位规程 Q345(Nb)－S1312833
一体化四大规程 操作层面异状处理规程
QMES产品特点—精确物流管控技术得到应用
集成天车自动定位的仓库管理系统，实现从作业命令发送到物料搬运的 自动执行，全程跟踪物料的异动（物料的搬送），使物料信息与实物位 置始终保持同步一致 供应环节 生产环节
资金流（资金占用） 物流（物质占用）
运 输
约束举例 运输模式、目的地 每天吨数
物流
物流
物流
物流
机组排程
炼钢/连铸排程 热轧机组排程 冷轧机组排程
运输排程
二级生产工序
QMES产品特点—精细化质量管理与控制
基于产品生命全过程的一体化质量管控流程及其机制，在产品生命期的 各环节都与对应的产品标准管理、质量设计与技术评审等业务流程密切 相关。
QMES产品特点—一体化计划优化
综合考虑了炼钢、连铸、热轧等各工序的工艺、设备约束，从计划中进 行炼轧协调，保证热送热装计划的顺利实施。
生产计划
炼钢厂
约束举例 组炉 组浇 钢种限制
热轧厂
约束举例 超厚、超薄 超宽、超窄 特殊轧制
冷轧厂
约束举例 退火曲线/要求 镀锌/涂层集批
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； 设备控制大量采用DCS、PLC； 过程控制广泛采用以小型机为主的自动控制系统。
已经逐步完善
PCS: PLC DCS
控制(设备)
三级系统（L3，MES）目标
制造企业关心三个问题：生产什么？生产多少？如何生产？企业的生 产计划回答的是前两个问题，“如何生产”由生产现场的过程控制系 统“掌握”。ERP、CRM等系统只为生产计划的编制提供了数据信息， 对于“计划”如何下达到“生产”环节，生产过程中变化因素如何快 速反映给“计划”，在计划与生产之间需要有一个“实时的信息通道 ”，MES（制造执行系统）就是计划与生产之间承上启下的“信息枢纽 ”。