前言
首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司目前共建設了2 條熱軋帶鋼生產線。熱軋生產線設計能力940 萬t/a，每年共438.23 萬t 熱軋鋼卷通過鐵路、汽車、海運運出。為了帶鋼配送滿足更多的用戶需求、增加帶鋼產品附加值，公司決定建設熱軋帶鋼剪切加工中心。剪切加工中心共包括1 條30 萬t 橫切線、1 條40 萬t 橫切線、1 條酸洗線及1條罩退線。首先進行試生產的是30w萬噸橫切線。
熱軋帶鋼剪切加工中心MES 系統（以下簡稱剪切加工中心MES系統）是熱軋帶鋼剪切加工中心工程的信息化配套工程。配套中心MES系統的核心功能是建立產銷一體化系統，把鋼鐵企業的生產和銷售一體化，由信息化系統來綜合平衡、優化設定生產銷售的模式，由信息化系統來進行生產計劃排程，最終目的是實現企業效益最大化。
剪切加工中心MES 系統另外一個核心功能是質量管理和控制，通過質量標準，質量設計，質量追蹤，質量判定，質量分析，實現在線過程質量控制和管理，最大限度地滿足客戶訂單質量要求，支持新鋼種的開發，實現產品質量的持續改進。對生產線的橫切、罩退、酸洗等各工序進行一貫質量設計，同時根據生產過程數據和實績數據能夠判定生產過程中發生的異常的品質，及時發現產品質量問題，達到對產品質量的全面掌控。
1 工藝簡介
依據市場上越來越多高強板需求，帶鋼剪切加工中心橫切機組需要能夠生產出高強鋼板。40 萬t 橫切機組為采用德國SUNDWIG 公司先進技術，可剪切屈服強度1250MPa的高強鋼板；30 萬噸橫切機組由國內自主集成，可剪切屈服強度850MPa鋼板；酸洗機組則采用國內最先進的推拉式酸洗技術，生產出高質量的熱軋酸洗鋼卷；另有罩式退火機組，除生產罩退卷之外，部分罩退卷還作為橫切線的原料，可加工為熱軋罩退橫切板。工藝流程示意圖如圖1所示。
圖1 工藝流程示意圖
2 系統架構
熱軋帶鋼剪切加工中心MES系統的系統框架如圖2所示。
從縱向上，剪切加工中心MES 分為3 層：分別為生產計劃層、作業計劃層和生產執行層。上層對下層具有指導作用，層次越高，時間周期越長，層次越低則相反；上層的輸出即為下層的輸入，下層計劃調度不能得到滿意解時返回上一層重新調整控制參數進行求解，然后再往下進行，層與層之間構成反饋閉環系統。
在生產計劃層，主要制訂生產和質量計劃，包含訂單管理、生產計劃管理。它是以銷售訂單為原始數據，經過質量設計和材料設計將其轉換為生產訂單，根據生產訂單交貨期、物料計劃和各主要生產工序的生產能力情況，制訂能力計劃和短期生產計劃。根據生產計劃制定能源需求計劃。
圖2 剪切加工中心三級系統（MES）的總體架構
在作業計劃層，主要依據生產計劃層下達的生產計劃，進行各產線排程/排序，制定各產線的作業計劃。一般為日班作業計劃。作業計劃層還包括質量管理的質量跟蹤和能源管理的能源平衡計劃。
在生產執行層，把產線排序結果轉換為生產指令（PDI）向生產線L2 下達，并收集各種生產實績信息，該層為在線實時調度系統，需要與
生產線不斷交換信息。實時監控生產過程的各種設備狀態、工藝運行參數、計劃執行情況、物流情況等，并進行生產狀態判斷；當發現生產異常或故障時對生產過程進行干預和調整，使生產能夠重新順利進行。
在生產執行層還包括質量管理的質量判定和能源管理的能源調度。倉庫運輸管理系統是管理和協調鋼卷、板包的庫管理，以及相關的運輸作業指令，以協作生產執行系統完成物流調度，成品庫管理根據ERP 下達的發貨計劃進行配車和發貨。實驗室管理系統（LIMS）接收檢化驗指令，并把檢化驗結果上傳給質量管理模塊，進行質量判定。
3 系統功能
熱軋帶鋼剪切加工中心的生產組織的對象包括兩條橫切產線，以及酸洗和罩退線，同時在上下游的產線之間還存在協作生產的可能性。在這種情況下，需要由信息系統來協調和幫助業務人員實現對于生產的組織：（1）根據業務規則對訂單進行技術展開，為訂單選擇工藝約束允許的工藝路線和設備。（2）能夠對系統內的生產能力進行計劃，為訂單選擇合適的產線，這種選擇還應該可以根據生產實際情況的變化進行調整。（3）將產線選擇和平衡結果發送給執行系統，由其執行生產。（4）將生產執行的結果與訂單進行匹配并將結果反饋給ERP系統。
系統的功能主要包括質量管理、計劃管理、生產控制管理、倉儲運輸和綜合管理5個模塊。
3.1 質量管理
技術展開模塊接收ERP系統下達的計劃訂單，計劃訂單中包括基本的銷售訂單的客戶要求和產品信息，并提供基本的工藝路線和物料清單信息。
技術展開模塊根據預先配置的工藝參數對計劃訂單進行技術展開，形成最終的生產訂單，生成后的生產訂單包括如下內容：（1）基本的產品要求；（2）可用工藝路線；（3）每個工序的可用設備；（4）面向各個工序和設備的物料形變信息；（5）PDI等其他信息在上述信息中，前面4 項信息是與后續的產線平衡和分配有直接的關聯。除了基本的業務要求外，對于后續的業務操作，技術展開需要滿足：（1）能夠根據基本的原料和成品的規格品種要求，為生產訂單選擇可用的工藝路線和設備組。過濾掉無法使用的工藝路線和設備組。（2）如果因為工藝路線的不同而使得物料形變有所不同，技術展開應該在相應的設備和工藝路線中指出其中的差異。
3.2 計劃管理
MES計劃系統接收到技術訂單展開后的生產訂單，將生產訂單存入相應對應邏輯中。
（1）生產計劃管理
在計劃員配置了產線能力參數、工廠日歷后，系統可以根據目前產線的能力，考慮訂單的交貨期，來自動分配訂單所在產線。這個結果是一個參考值。此訂單上的物料最終在哪條產線上面生產，取決于最終此物料被編入哪條產線的序列里面。
（2）作業計劃管理
軋制序列的創建在作業計劃中完成，作業計劃在創建軋制序列時，可以充分考慮當前系統產線前的可用物料，并可以自由地在可用的產線前選擇所有當前類型產線可以使用的物料。通過這種方式，用戶可以自由的確定產能分配的結果，同時在產線情況發生變化的時候，還可以隨時地進行調整。在創建序列成功后，將序列發送到MES生產執行系統。其中的信息包括為MES生產執行系統指明序列對應的工廠和產線信息。
3.3 生產控制管理
MES生產執行系統在接收到產線序列后，根據產線序列中指定的產線來匹配執行，并根據需要與對應的訂單進行匹配。
在生產完成后，MES生產執行系統要將產出結果與相應的訂單匹配。如果在某一工序的產出完成后，還需要確認其后續的生產步驟，以便對物流等信息進行協調。根據ERP的要求，組織產出信息，并發送給ERP系統。
3.4 倉儲運輸
倉儲運輸系統主要分為兩個部分：
（1）倉儲系統
倉儲系統主要包括鋼卷入庫、鋼卷倒垛、鋼卷投料、鋼卷卸料、廠際間轉儲、生產與銷售間轉庫、廢料管理、運輸工具管理、庫跨區位配置管理、成品發運、歷史信息查詢、庫存查詢與統計、天車指令管理、質保書打印、成品標簽打印、報表管理和圖形化倉儲功能。
（2）天車系統
天車指令模塊：接收倉儲系統發來的天車作業指令，并指導天車工完成吊裝作業，待天車工完成吊裝指令或發現吊裝指令有誤時，在天車管理系統上可確認指令完成情況。
天車定位模塊：定位模塊根據定位設備傳來的物理地址轉換成庫內的邏輯地址以達到輔助天車工精準吊裝的目的。
3.5 綜合管理
根據首鋼京唐公司產線發展需求，結合熱軋帶鋼剪切加工中心產線的投產，在現有LIMS平臺基礎上，拓展軋鋼分析中心及綜合管理區功能，完善LIMS平臺，為剪切加工中心MES 和ERP 系統提供服務。
結合目前實時數據采集平臺，采用OPC SERVER 和采集器相結合的方式，采集廠際間能源數據和工序生產數據，為生產管控中心展示平臺和計量專業管理提供依據。
收集物資計量和能源計量數據，進行分析、整理、各維度統計，為計量專業管理提供服務。
4 系統實現
圖3 業務功能輸出配置
系統采用北京首鋼自動化信息技術有限公司信息事業部的SGMES 升級版架構，該架構使用J2EE+Flex技術，其技術特點為：
（1）通過服務層的抽象，簡化IT 的繁雜基礎架構，允許業務人員通過業務組件去組合應用。（2）使用標準的技術與接口，兼容異構系統，在組織級內實現標準的服務調用方式。（3）構建可重用、可組合的業務服務組件，通過松耦合接口方式支持業務變化。
以該架構為原型，結合首鋼京唐公司的軋鋼業務組件，使用XQL語言在系統中對各個業務功能的輸出內容進行配置。如圖3所示。
在具體的業務功能界面，通過對已配置的XQL 表達式的調用，則可根據業務需求實現具體的業務邏輯，以訂單概覽功能為例，其功能界面如圖4所示。
圖4 訂單概覽功能界面
5 結束語
本文對首鋼京唐公司熱軋帶鋼剪切加工中心MES 系統進行介紹。該系統于2011年11 月上線。目前，30萬t橫切產線正在進行試運行，該MES系統為產線的試車與正式投用提供了有效的系統支撐和保證。該系統實現了業務組件的可配置與可組裝性，在業務發生變化時，只需要在線更改業務組件配置，即可以實現變化的業務需求，系統響應用戶需求的能力被大幅提升。同時，系統對從訂單下傳、產品生產到成品發貨的整個生產管理流程進行了全生命周期的有效跟蹤和管理，為產線未來的達產和穩產、產品質量的跟蹤和提升提供了有效的保障，并具有很大的推廣價值。
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