前言
首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司目前共建設(shè)了2 條熱軋帶鋼生產(chǎn)線。熱軋生產(chǎn)線設(shè)計(jì)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(yùn)運(yùn)出。為了帶鋼配送滿足更多的用戶需求、增加帶鋼產(chǎn)品附加值,公司決定建設(shè)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(jìn)行試生產(chǎn)的是30w萬噸橫切線。
熱軋帶鋼剪切加工中心MES 系統(tǒng)(以下簡稱剪切加工中心MES系統(tǒng))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(tǒng)的核心功能是建立產(chǎn)銷一體化系統(tǒng),把鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)和銷售一體化,由信息化系統(tǒng)來綜合平衡、優(yōu)化設(shè)定生產(chǎn)銷售的模式,由信息化系統(tǒng)來進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃排程,最終目的是實(shí)現(xiàn)企業(yè)效益最大化。
剪切加工中心MES 系統(tǒng)另外一個(gè)核心功能是質(zhì)量管理和控制,通過質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),質(zhì)量設(shè)計(jì),質(zhì)量追蹤,質(zhì)量判定,質(zhì)量分析,實(shí)現(xiàn)在線過程質(zhì)量控制和管理,最大限度地滿足客戶訂單質(zhì)量要求,支持新鋼種的開發(fā),實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的持續(xù)改進(jìn)。對(duì)生產(chǎn)線的橫切、罩退、酸洗等各工序進(jìn)行一貫質(zhì)量設(shè)計(jì),同時(shí)根據(jù)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)和實(shí)績數(shù)據(jù)能夠判定生產(chǎn)過程中發(fā)生的異常的品質(zhì),及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問題,達(dá)到對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的全面掌控。
1 工藝簡介
依據(jù)市場(chǎng)上越來越多高強(qiáng)板需求,帶鋼剪切加工中心橫切機(jī)組需要能夠生產(chǎn)出高強(qiáng)鋼板。40 萬t 橫切機(jī)組為采用德國SUNDWIG 公司先進(jìn)技術(shù),可剪切屈服強(qiáng)度1250MPa的高強(qiáng)鋼板;30 萬噸橫切機(jī)組由國內(nèi)自主集成,可剪切屈服強(qiáng)度850MPa鋼板;酸洗機(jī)組則采用國內(nèi)最先進(jìn)的推拉式酸洗技術(shù),生產(chǎn)出高質(zhì)量的熱軋酸洗鋼卷;另有罩式退火機(jī)組,除生產(chǎn)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(tǒng)架構(gòu)
熱軋帶鋼剪切加工中心MES系統(tǒng)的系統(tǒng)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(chǎn)計(jì)劃層、作業(yè)計(jì)劃層和生產(chǎn)執(zhí)行層。上層對(duì)下層具有指導(dǎo)作用,層次越高,時(shí)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(jì)劃調(diào)度不能得到滿意解時(shí)返回上一層重新調(diào)整控制參數(shù)進(jìn)行求解,然后再往下進(jìn)行,層與層之間構(gòu)成反饋閉環(huán)系統(tǒng)。
在生產(chǎn)計(jì)劃層,主要制訂生產(chǎn)和質(zhì)量計(jì)劃,包含訂單管理、生產(chǎn)計(jì)劃管理。它是以銷售訂單為原始數(shù)據(jù),經(jīng)過質(zhì)量設(shè)計(jì)和材料設(shè)計(jì)將其轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)訂單,根據(jù)生產(chǎn)訂單交貨期、物料計(jì)劃和各主要生產(chǎn)工序的生產(chǎn)能力情況,制訂能力計(jì)劃和短期生產(chǎn)計(jì)劃。根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃制定能源需求計(jì)劃。
圖2 剪切加工中心三級(jí)系統(tǒng)(MES)的總體架構(gòu)
在作業(yè)計(jì)劃層,主要依據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃層下達(dá)的生產(chǎn)計(jì)劃,進(jìn)行各產(chǎn)線排程/排序,制定各產(chǎn)線的作業(yè)計(jì)劃。一般為日班作業(yè)計(jì)劃。作業(yè)計(jì)劃層還包括質(zhì)量管理的質(zhì)量跟蹤和能源管理的能源平衡計(jì)劃。
在生產(chǎn)執(zhí)行層,把產(chǎn)線排序結(jié)果轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)指令(PDI)向生產(chǎn)線L2 下達(dá),并收集各種生產(chǎn)實(shí)績信息,該層為在線實(shí)時(shí)調(diào)度系統(tǒng),需要與
生產(chǎn)線不斷交換信息。實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)過程的各種設(shè)備狀態(tài)、工藝運(yùn)行參數(shù)、計(jì)劃執(zhí)行情況、物流情況等,并進(jìn)行生產(chǎn)狀態(tài)判斷;當(dāng)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)異;蚬收蠒r(shí)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行干預(yù)和調(diào)整,使生產(chǎn)能夠重新順利進(jìn)行。
在生產(chǎn)執(zhí)行層還包括質(zhì)量管理的質(zhì)量判定和能源管理的能源調(diào)度。倉庫運(yùn)輸管理系統(tǒng)是管理和協(xié)調(diào)鋼卷、板包的庫管理,以及相關(guān)的運(yùn)輸作業(yè)指令,以協(xié)作生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)完成物流調(diào)度,成品庫管理根據(jù)ERP 下達(dá)的發(fā)貨計(jì)劃進(jìn)行配車和發(fā)貨。實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)(LIMS)接收檢化驗(yàn)指令,并把檢化驗(yàn)結(jié)果上傳給質(zhì)量管理模塊,進(jìn)行質(zhì)量判定。
3 系統(tǒng)功能
熱軋帶鋼剪切加工中心的生產(chǎn)組織的對(duì)象包括兩條橫切產(chǎn)線,以及酸洗和罩退線,同時(shí)在上下游的產(chǎn)線之間還存在協(xié)作生產(chǎn)的可能性。在這種情況下,需要由信息系統(tǒng)來協(xié)調(diào)和幫助業(yè)務(wù)人員實(shí)現(xiàn)對(duì)于生產(chǎn)的組織:(1)根據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)則對(duì)訂單進(jìn)行技術(shù)展開,為訂單選擇工藝約束允許的工藝路線和設(shè)備。(2)能夠?qū)ο到y(tǒng)內(nèi)的生產(chǎn)能力進(jìn)行計(jì)劃,為訂單選擇合適的產(chǎn)線,這種選擇還應(yīng)該可以根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況的變化進(jìn)行調(diào)整。(3)將產(chǎn)線選擇和平衡結(jié)果發(fā)送給執(zhí)行系統(tǒng),由其執(zhí)行生產(chǎn)。(4)將生產(chǎn)執(zhí)行的結(jié)果與訂單進(jìn)行匹配并將結(jié)果反饋給ERP系統(tǒng)。
系統(tǒng)的功能主要包括質(zhì)量管理、計(jì)劃管理、生產(chǎn)控制管理、倉儲(chǔ)運(yùn)輸和綜合管理5個(gè)模塊。
3.1 質(zhì)量管理
技術(shù)展開模塊接收ERP系統(tǒng)下達(dá)的計(jì)劃訂單,計(jì)劃訂單中包括基本的銷售訂單的客戶要求和產(chǎn)品信息,并提供基本的工藝路線和物料清單信息。
技術(shù)展開模塊根據(jù)預(yù)先配置的工藝參數(shù)對(duì)計(jì)劃訂單進(jìn)行技術(shù)展開,形成最終的生產(chǎn)訂單,生成后的生產(chǎn)訂單包括如下內(nèi)容:(1)基本的產(chǎn)品要求;(2)可用工藝路線;(3)每個(gè)工序的可用設(shè)備;(4)面向各個(gè)工序和設(shè)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(xiàng)信息是與后續(xù)的產(chǎn)線平衡和分配有直接的關(guān)聯(lián)。除了基本的業(yè)務(wù)要求外,對(duì)于后續(xù)的業(yè)務(wù)操作,技術(shù)展開需要滿足:(1)能夠根據(jù)基本的原料和成品的規(guī)格品種要求,為生產(chǎn)訂單選擇可用的工藝路線和設(shè)備組。過濾掉無法使用的工藝路線和設(shè)備組。(2)如果因?yàn)楣に嚶肪的不同而使得物料形變有所不同,技術(shù)展開應(yīng)該在相應(yīng)的設(shè)備和工藝路線中指出其中的差異。
3.2 計(jì)劃管理
MES計(jì)劃系統(tǒng)接收到技術(shù)訂單展開后的生產(chǎn)訂單,將生產(chǎn)訂單存入相應(yīng)對(duì)應(yīng)邏輯中。
(1)生產(chǎn)計(jì)劃管理
在計(jì)劃員配置了產(chǎn)線能力參數(shù)、工廠日歷后,系統(tǒng)可以根據(jù)目前產(chǎn)線的能力,考慮訂單的交貨期,來自動(dòng)分配訂單所在產(chǎn)線。這個(gè)結(jié)果是一個(gè)參考值。此訂單上的物料最終在哪條產(chǎn)線上面生產(chǎn),取決于最終此物料被編入哪條產(chǎn)線的序列里面。
(2)作業(yè)計(jì)劃管理
軋制序列的創(chuàng)建在作業(yè)計(jì)劃中完成,作業(yè)計(jì)劃在創(chuàng)建軋制序列時(shí),可以充分考慮當(dāng)前系統(tǒng)產(chǎn)線前的可用物料,并可以自由地在可用的產(chǎn)線前選擇所有當(dāng)前類型產(chǎn)線可以使用的物料。通過這種方式,用戶可以自由的確定產(chǎn)能分配的結(jié)果,同時(shí)在產(chǎn)線情況發(fā)生變化的時(shí)候,還可以隨時(shí)地進(jìn)行調(diào)整。在創(chuàng)建序列成功后,將序列發(fā)送到MES生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)。其中的信息包括為MES生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)指明序列對(duì)應(yīng)的工廠和產(chǎn)線信息。
3.3 生產(chǎn)控制管理
MES生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)在接收到產(chǎn)線序列后,根據(jù)產(chǎn)線序列中指定的產(chǎn)線來匹配執(zhí)行,并根據(jù)需要與對(duì)應(yīng)的訂單進(jìn)行匹配。
在生產(chǎn)完成后,MES生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)要將產(chǎn)出結(jié)果與相應(yīng)的訂單匹配。如果在某一工序的產(chǎn)出完成后,還需要確認(rèn)其后續(xù)的生產(chǎn)步驟,以便對(duì)物流等信息進(jìn)行協(xié)調(diào)。根據(jù)ERP的要求,組織產(chǎn)出信息,并發(fā)送給ERP系統(tǒng)。
3.4 倉儲(chǔ)運(yùn)輸
倉儲(chǔ)運(yùn)輸系統(tǒng)主要分為兩個(gè)部分:
(1)倉儲(chǔ)系統(tǒng)
倉儲(chǔ)系統(tǒng)主要包括鋼卷入庫、鋼卷倒垛、鋼卷投料、鋼卷卸料、廠際間轉(zhuǎn)儲(chǔ)、生產(chǎn)與銷售間轉(zhuǎn)庫、廢料管理、運(yùn)輸工具管理、庫跨區(qū)位配置管理、成品發(fā)運(yùn)、歷史信息查詢、庫存查詢與統(tǒng)計(jì)、天車指令管理、質(zhì)保書打印、成品標(biāo)簽打印、報(bào)表管理和圖形化倉儲(chǔ)功能。
(2)天車系統(tǒng)
天車指令模塊:接收倉儲(chǔ)系統(tǒng)發(fā)來的天車作業(yè)指令,并指導(dǎo)天車工完成吊裝作業(yè),待天車工完成吊裝指令或發(fā)現(xiàn)吊裝指令有誤時(shí),在天車管理系統(tǒng)上可確認(rèn)指令完成情況。
天車定位模塊:定位模塊根據(jù)定位設(shè)備傳來的物理地址轉(zhuǎn)換成庫內(nèi)的邏輯地址以達(dá)到輔助天車工精準(zhǔn)吊裝的目的。
3.5 綜合管理
根據(jù)首鋼京唐公司產(chǎn)線發(fā)展需求,結(jié)合熱軋帶鋼剪切加工中心產(chǎn)線的投產(chǎn),在現(xiàn)有LIMS平臺(tái)基礎(chǔ)上,拓展軋鋼分析中心及綜合管理區(qū)功能,完善LIMS平臺(tái),為剪切加工中心MES 和ERP 系統(tǒng)提供服務(wù)。
結(jié)合目前實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集平臺(tái),采用OPC SERVER 和采集器相結(jié)合的方式,采集廠際間能源數(shù)據(jù)和工序生產(chǎn)數(shù)據(jù),為生產(chǎn)管控中心展示平臺(tái)和計(jì)量專業(yè)管理提供依據(jù)。
收集物資計(jì)量和能源計(jì)量數(shù)據(jù),進(jìn)行分析、整理、各維度統(tǒng)計(jì),為計(jì)量專業(yè)管理提供服務(wù)。
4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
圖3 業(yè)務(wù)功能輸出配置
系統(tǒng)采用北京首鋼自動(dòng)化信息技術(shù)有限公司信息事業(yè)部的SGMES 升級(jí)版架構(gòu),該架構(gòu)使用J2EE+Flex技術(shù),其技術(shù)特點(diǎn)為:
(1)通過服務(wù)層的抽象,簡化IT 的繁雜基礎(chǔ)架構(gòu),允許業(yè)務(wù)人員通過業(yè)務(wù)組件去組合應(yīng)用。(2)使用標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)與接口,兼容異構(gòu)系統(tǒng),在組織級(jí)內(nèi)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)調(diào)用方式。(3)構(gòu)建可重用、可組合的業(yè)務(wù)服務(wù)組件,通過松耦合接口方式支持業(yè)務(wù)變化。
以該架構(gòu)為原型,結(jié)合首鋼京唐公司的軋鋼業(yè)務(wù)組件,使用XQL語言在系統(tǒng)中對(duì)各個(gè)業(yè)務(wù)功能的輸出內(nèi)容進(jìn)行配置。如圖3所示。
在具體的業(yè)務(wù)功能界面,通過對(duì)已配置的XQL 表達(dá)式的調(diào)用,則可根據(jù)業(yè)務(wù)需求實(shí)現(xiàn)具體的業(yè)務(wù)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(jié)束語
本文對(duì)首鋼京唐公司熱軋帶鋼剪切加工中心MES 系統(tǒng)進(jìn)行介紹。該系統(tǒng)于2011年11 月上線。目前,30萬t橫切產(chǎn)線正在進(jìn)行試運(yùn)行,該MES系統(tǒng)為產(chǎn)線的試車與正式投用提供了有效的系統(tǒng)支撐和保證。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)組件的可配置與可組裝性,在業(yè)務(wù)發(fā)生變化時(shí),只需要在線更改業(yè)務(wù)組件配置,即可以實(shí)現(xiàn)變化的業(yè)務(wù)需求,系統(tǒng)響應(yīng)用戶需求的能力被大幅提升。同時(shí),系統(tǒng)對(duì)從訂單下傳、產(chǎn)品生產(chǎn)到成品發(fā)貨的整個(gè)生產(chǎn)管理流程進(jìn)行了全生命周期的有效跟蹤和管理,為產(chǎn)線未來的達(dá)產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量的跟蹤和提升提供了有效的保障,并具有很大的推廣價(jià)值。
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