制造执行系统.docx

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1、摘要在这个世界经济插上飞速发展的翅膀的全新时代，企业为应对挑战对信息化的要求 也越来越高。尤其是在钢铁行业这种传统的生产制造领域，企业需要具备对市场更高的 快速反应能力，以满足客户的各种个性化需求。而制造执行系统MES通过有效的生产 管理和调度执行，提升钢铁企业各环节间的相应能力，进而提高企业的运行效率。本文 论述了 MES在钢铁企业数字化中的重要作用和发展状况，结合实际情况对MES在具体 实施中存在的问题进行了研究。本文对课题来源及背景进行了陈述，分析了各企业MES的设计方案和普遍使用的 管理规范，分析总结了 MES系统在钢铁企业中的需求以及困难，对实际工程中出现的 具体问题提供了解决方案以

2、及优化方法，讲述了 MES的具体实现方案。最后在总结全 文的基础上展望了以后的工作。关键词：制造执行系统；钢铁企业；信息化；设计方案AbstractIn the world of rapid economic development of the new era, companies requirement on the information technology becomes higher and higher in order to deal with challenges. Especially in the steel industry, the traditional manuf

3、acturing areas, companies need to have a higher markets rapid response capability to satisfy the customers individual requirements. By the help of production management and scheduling, Manufacturing Execution System can improve the capability of every part in the steel companies, and then improving

4、business efficiency. This article discusses the important role and developments of MES in the steel industrys digitization. And combined with the actual situation, the MES in the specific implementation problems were studied.The subject sources and the background are described in the paper, analysis

5、 of the design and widespread use of standard management of MES in every company, analyzes and summarizes the needs and difficulties of MES system in the iron and steel enterprises, provides a solution to the problem and optimization methods of specific issues in actual project, described specific i

6、mplementations of MES. In the end, we summarize the paper and foresee the further work.Keywords: Manufacturing Execution System; Iron and steel enterprise; Informatization; Design目录1绪论11.1钢铁企业MES项目简介11.2钢铁企业MES研究的意义11.3国内外研究状况11.3.1国外MES发展状况11.3.2国内MES发展状况21.4论文研究的内容21.4.1研究的目标21.4.2研究的内容和取得的成效21.5论

7、文的架构22 MES集成与开发技术分析42.1 MES集成与开发研究42.1.1 MES管理架构42.1.3 MES在实施过程中的问题52.1.4 ERP与MES集成与开发的研究62.2 MES与ERP集成需求及存在的问题62.2.1钢铁企业生产流程及特点72.2.2 MES与外部系统集成需求72.2.3钢铁企业现阶段管理模式82.3本文的技术路线82.3.1 BS-MESware 的架构82.3.2 MES设计原则82.4相关的管理协议、技术简介92.4.1 TCP/IP 协议92.4.2外部通信中间件XCOM 2.092.4.3 Tuxedo 简介92.4.4 SAP R/3 的 B/S

8、结构103钢铁企业MES系统的研究与设计113.1 MES整体结构设计113.1.1钢铁企业MES系统功能结构设计113.1.2钢铁企业MES功能需求113.1.3钢铁企业MES功能模块设计113.2 MES系统业务流程设计优化143.2.1原有产品出厂流程及存在的问题143.2.2实施项目解决方案143.3本章小结154钢铁企业MES系统的实现164.1 MES系统概述164.1.1 MES系统架构164.1.2 MES系统硬件164.2 MES系统软件174.2.1软件开发环境174.2.2系统内部数据通讯194.2.3应用开发集成平台类库及代码204.3 MES数据格式及数据库的设计21

9、4.3.1 MES数据库说明214.3.2 MES数据库的实现214.4 MES与外部通讯接口的实现224.4.1 MES与SAP的接口实现224.4.2 MES与各三级系统接口的实现224.5系统界面实现234.6本章小结235总结与展望245.1本文总结245.2工作展望24参考文献25致谢271绪论1.1钢铁企业MES项目简介MES，即制造执行系统，是美国AMR公司在上世纪末率先提出将生产企业信息化的 先进理念。钢铁企业的制造执行系统在企业信息集成的三层架构中连接上下两层，占据 着重要的位置，它利用监控和调度的方式，对生产过程的参数数据实时传送，这样就能 对生产环节中发现的各类问题及时解

10、决，它是一个实时系统，在企业信息化进程中的核 心作用无可替代。ERP、MES、PCS三者一起组成了一个完整的信息系统，可对生产、作 业、物料、检验、发货、设备、质量和能源等生产相关的各环节进行全流程的管理。制 造执行系统的引入将使钢铁企业的制造管理水平得到极大提高。1.2钢铁企业MES研究的意义钢铁工业是我国国民经济的重要基础产业，在我国经济发展、社会发展以及国防事 业中发挥着非常重要的作用。几十年来，钢铁行业发生了重大转型，使生产、经营环境 有了很大的改变。钢铁行业以前是批量的大规模生产，近年来客户对产品的要求越来越 多，呈现多种小量的特点。在此情况下，钢铁企业越来越无法预料客户的需求，为了

11、降 本增效，企业需要改变生产模式，按照客户多种小量的要求生产。在新的模式下，企业 销售人员要与生产人员积极配合，了解生产的实时数据，防止出现合同无法按时完成或 低于成本价等问题；生产调度员应实时掌握生产数据和生产实况，合理安排生产进度并 协调各车间生产；生产人员也要实时了解销售人员的订单和生产计划，这样才能保证生 产的高效运行。钢铁企业生产过程工序较多，生产线长，设备操作复杂，完全靠传统人力运行管理 难度大，任务艰巨。所以MES在钢铁行业中的应用是十分有必要的。然而我国对MES系 统的研究设计还不是很成熟，因此，更加深入的研发MES系统刻不容缓。1.3国内外研究状况1.3.1国外MES发展状况

12、发达国家在制造执行系统领域起步比较早，为相关公司带来了丰厚回报。八十年代 末到九十年代初T-MES以每年二十多个百分点的增速达到14亿美元市场MES系统集成 比专用的增幅每年多12%。此后MES市场进一步扩大，年同比增长一半，传统MES已经 占有很大市场份额，专用MES增幅远高于集成性MES，20世纪末MES已有30多亿的市 场。蒂森克虏伯、新日铁等国外著名企业很早就开始将MES技术应用在企业信息化管 理中，建立了销售指导生产、生产决定用料，优化资源结构，降低库存，减少供货周期 的先进生产管理系统。1.3.2国内MES发展状况MES在应用方面，欧美国家领先与我们很多。我国企业还没有充分的意识去

13、利用MES 系统来提高工作效率，依靠人力生产依旧还是很大一部分企业主要的生产形势，没有信 息化系统的介入很难完整收集生产信息也很难对生产过程进行分析和控制。制造执行系统对生产过程进行了有效的管理与控制，由于各企业产品、生产过程、 生产形势的不同，使得对过程的控制具有专业性，各MES系统也具有一定差别，这就使 得MES系统具有多样、复杂、特殊的特点。正是如此，也促使我国MES市场有较大发展 机会和空间。正是由于MES能给企业带来非常令人理想的经济效益，21世纪初国家就将制造执行 系统作为重点项目研发，给予高度重视，促进了我国工业信息化的发展，使工业水平上 升到一个新的层次。1.4论文研究的内容1

14、.4.1研究的目标本文阐述了 MES系统是如何在钢铁企业生产过程中实施的，该项目的目标是通过 MES系统在板卷材生产车间的运用，融合与板卷材相关的各类生产信息，实现市场需求 指导订单生产的运营方式，最终使生产效率、管理水平得到飞跃。1.4.2研究的内容和取得的成效本文通过研究MES系统在板卷材生产中的运用，实现对生产各环节的管控，同时与 其他系统互联，协调组织生产，提升效率和质量。1. 提出钢铁MES系统实施方法根据钢铁企业的实际生产特点分析了企业生产流程及国内具有代表性的企业目前 的管理模式；研究并优化了 MES产品化软件。项目运行后明显缩短生产周期、降低成本， 提高了生产效率。2. 修复了

15、 MES外部系统存在的通讯问题外部系统不确定性是影响项目实施的一个障碍，通过研究，扩展了 XCOM2.0的功能， 使其能与SAP的BC方式通讯。使多个外部系统能够相互通讯，缩短系统测试时间使效 率得到提升。3. MES和SAP集成的实现方式在总结MES项目经验与主流SAP的特点的基础上，针对与SAP集成的实施方法各阶 段目标，提出各阶段任务，减少接口电文的大面积改动。1.5论文的架构本文一共有五章，第三章与第四章是最主要的内容，各章节安排如图1.1所示。图1.1论文结构第一章：绪论根据钢铁行业现状提出MES在该领域存在的意义，阐述本文的研究内容并分析国内 外MES系统的研究状况。第二章：MES

16、的集成与开发技术解释MES系统的定义，阐述钢铁企业的生产特点，根据实际研究生产对MES系统的 具体要求。第三章：钢铁企业MES研究设计根据钢铁企业实际生产情况设计系统。第四章：钢铁企业MES系统的实现描述MES系统架构。第五章：总结与展望进行全文总结，给出今后的研究方向。2 MES集成与开发技术分析长期以来，钢铁产业一直是我国工业化进程中的支柱行业之一，钢铁业在支撑中国 现代化建设和国民经济发展的同时也面临着诸多问题，但它仍是评价区域工业化发展水 平的一个重要指标。目前钢铁行业不太景气，正是如此，优化管理、降本增效成为钢铁 厂发展生存的重中之重。权威数据显示，我国的钢铁产量和消耗量已经连续十七

17、年位居世界首位。然而我国 钢铁业却同时面临着产能严重过剩、下游用钢需求减弱等问题。与此同时，资源成本、 节能减排压力为钢企盈利带来更大挑战。而落后产能的持续扩大使得钢铁产业结构失衡 愈显突出。这些问题都制约着钢铁行业的发展。随着用户对产品要求向多样小量转化，企业的生产调度信息系统也必须转向全面、 实时的处理，时刻掌握、调整新的生产计划。为此，管理系统出现了 MPR物料需求计 划，到MRP制造资源计划，直至ERP企业资源计划的广泛普及，PLC可编程逻辑控制 器、DCS分布式控制系统在过程控制领域也普遍运用。这些系统主要应用在企业管理数 据的处理运算，却没涉及到生产过程。这导致生产管人理员不能实时

18、监控生产过程，出 现这种情况是由于计划层与控制层二者之间缺乏信息的沟通。对此，美国先进制造研究 机构AMR公司于90年代在充分调研当时欧美发达国家的制造业生产管理系统现状的基 础上提出制造业信息系统三层架构的概念就是上层管理信息系统，中层制造执行系统 （MES），底层车间工业控制系统，首次提出了 MES概念。通过信息的输送，MES能 对从订合同到产品出厂的全部流程进行监管和优化。MES能对生产车间随时发生的事 件进行积极响应，及时处理报告。MES对生产过程的快速响应和指导可使企业更高效 的进行生产。MES还可利用双向直接通讯对企业管理层以及生产流程各环节提供状态 信息4。2.1 MES集成与开

19、发研究2.1.1 MES管理架构MES在企业的管理系统与控制系统中起着的桥梁的作用，随着企业管理水平的不断 优化，MES在提高企业核心竞争力中越来越重要。MES从ERP获取订单后转为生产计划并分到各个生产活动，其管理架构如图2.1所 示。2.1.2 SAP系统的管理架构SAP系统的管理架构如图2.2所示。图2.2 SAP系统的管理架构SAP创立于上世纪七十年代的德国，是全球领先的商业软件开发商，提供优质的应 用程序和服务，包括财务管理、人力资源管理、采购销售等，帮助各种规模的企业实现 卓越运营。根据市值排名为全球第三大独立软件制造商。在世界上的一百多个国家服务 着十万个公司客户，其中世界五百强

20、企业占80%以上。SAP提供的ERP软件是ERP解决 方案的领先力量，也是全球排名领先的ERP软件，可为不同行业、规模的企业提供全方 位的解决方案5ERP系统融合了先进的信息技术和管理理念，它能改善企业运作流程从而提高企业 核心竞争力。ERP是目前最先进的企业管理系统，它为企业信息化提供了高效的管理模 式，它将人、物、资金紧密的结合起来统一管理，对现有资源做出最合理的规划，增加 企业效益。SAP系统和MES系统在钢铁企业应用中的侧重点不一样，SAP侧重的是产品，缺乏 对生产过程的监控，企业无法利用它分析生产过程中遇到的问题，改善质量，制定生产 计划。MES则是侧重于企业生产的整个过程，一旦获取

21、合同订单，安排好生产计划，管 理人员就能从中掌握生产的整体状况，可随时发现异常状况。2.1.3 MES在实施过程中的问题由于MES是在软件开发商设定好的程序基础上进行二次开发的，所以存在开发成本 高而效率不高的问题，更重要的是存在一定隐患，如果在原先逻辑结构紧密的程序上修 改不恰当可能导致系统出现严重错误，使系统崩溃无法正常运行。这主要体现在以下几 个方面：(1) 通用性差现有的制造执行系统均有使用领域的专一性，它们针对的是特定的专业设计的，并 不是为所有行业统一开发的，所以其他的行业无法直接使用，导致系统需要额外的资金 和时间去再次开发，影响了 MES的推广和使用。(2) 可集成性弱从技术发

22、展与用户需求这两方面来看，应用软件应该可以与其他系统相互融合和兼 容，这不仅可以降低企业信息化的成本，也为用户对软件有更大的选择权。有些MES系 统具有集成功能，可以与上层系统和下层系统的集成，但却只是在一些固定的系统或者 功能里才能实现。这还是限制了用户对MES系统的选择，影响了 MES市场的快速发展。(3) 重构性差系统随着生产过程发生变化而自动进行功能的匹配和改变的能力叫做重构性。具有 重构性的信息系统才能使企业针对不同生产形势根据自身需求配建各自的系统。(5)敏捷性差先进制造模式的核心就是敏捷性，系统在生产活动中需要有对市场的积极响应和生 产情况变化的及时应对，而MES系统的开发结构决

23、定了很小的变化会使系统无法正常运 行6。2.1.4 ERP与MES集成与开发的研究AMR公司在提出MES之后接着提出了企业集成的三层模型：计划层、执行层、控制 层，如图2.3所示。MES处于企业信息系统的中间层；底层为控制系统，包括大规模分 布式控制系统DCS以及可编程逻辑控制器PLC；模型上层是计划系统，包括MRPII、ERP。图2.3企业集成的三层模型计划层与执行层之间不能很好的进行信息沟通，企业就不便于及时作出响应。MES 在问世之初就是专门针对这个难题，MES在发达国家推广已经很普遍，而中国在此领域 的研究较晚，目前多数是在研究MES基础和表面的一些领域以及开发某些单一的功能， 不具有

24、广泛性。一部分研究机构在国家的大力支持下对MES理论以及系统开发方面做 出了一些成绩。但还是有着一些不足，其中首要问题在可集成性差方面。企业在发展过 程中为增加效益需要不断更新模块系统，这既损失了大量资金，又使已在前期应用中得 到成熟可行验证的系统被抛弃。MES是一个维护成本较高的大型整体系统，其发展和研 究需要一段时间的锤炼。未来，计算机技术的发展会进一步促进其模块化，大大降低维 护成本。2.2 MES与ERP集成需求及存在的问题近年来，我国钢铁企业正在随着时代的发展加大信息化建设的脚步，在这一过程中， 有的企业不重视MES只重视ERP，有的ERP厂家为了自己的利益把MES的功能放在并不 是

25、专长的ERP中管理，只是用MES来收集数据，忽视制造过程的监控，造成实际情况与 计划不符的现象，没有达到系统实施的真正效果。实际上，产销一体才是我国钢铁信息 化发展的正确模式。对于销售人员，他们需要了解生产情况、实时数据，才能保证销售 订单以正确的价格、参数、工艺出售。而对于生产计划的制定者来说，他们必须时刻了 解订单的签订情况，及时对生产计划进行合理调整规划，最终实现高效率的生产、销售 等整套流程，而这都离不开MES系统的功劳。2.2.1钢铁企业生产流程及特点钢铁企业生产的大致流程为：采矿-选矿-烧结-炼铁-炼钢-连铸-轧钢。钢铁企业的 生产流程如图2.4所示。图2.4钢铁企业生产流程钢铁生

26、产的主要特点：1. 工艺流程复杂钢铁的生产流程覆盖面广且较为复杂，主要包括炼铁、炼钢以及轧钢。为了满足生 产就需要很多辅助工序的配合，从矿石开采开始，直到炼铁、炼钢、轧钢以及成品物流 配送，所有辅助工序为钢铁主业服务，形成一个相互交叉的系统，各系统间需要相互配 合和协调衔接。2. 能源消耗高钢铁生产的各环节都需要消耗大量能源，数据显示我国2012年钢铁企业消耗的能 源占全国当年总能耗的15%左右，所以钢铁企业节能降耗势在必行。要通过二次能源回 收利用，推广节能工艺技术装备，优化钢铁工业结构等方式来降低吨钢综合能耗以控制 吨钢成本。3. 污染排放多钢铁的生产是一系列复杂的物理、化学变化过程，对环

27、境危害比较大，是对环境危 害最严重的行业之一。造成的污染主要从气、水、渣三个方面来体现，其中首当其冲的 是废气，它主要是经燃烧后排放出来的，有害成分主要有CO、SO2、H2S、烃的衍生物及 细微粉尘等。222.2.2 MES与外部系统集成需求SAP是世界排名第一的ERP软件，我国绝大部分企业都在使用SAP软件，具有相当 高的市场占有率。SAP现在已是企业应用最为普遍的管理系统和核心数据存储平台。很 多国内钢铁企业的项目都是由SAP来实施的，它是钢铁行业主流的MES解决方案，上线 后不需要做过多修改，方案成熟效果好10。因此很多钢铁企业都想把MES与SAP进行集 成融合，怎样融合MES与SAP并

28、挖掘各自优势是我们值得研究的。2.2.3钢铁企业现阶段管理模式我国对制造执行系统的研究在近几年发展较快，但与国外还有些差距，这主要体现 在：(1) MES最主要的是对生产计划、质量、消耗、成本的管理，在这方面我国还有很 大发展空间。(2) 国外的MES系统已能将管理人员的思路、经验存放在系统中，系统可以自行 推理判断执行，而我国还没有这方面的研发，仅将其作为一个操作平台。上世纪末，ERP和PCS已在很多企业中开始流行，各企业期待通过ERP和PCS的管 理提升他们的运作效率，而在实际运作过程中，他们发现ERP与PCS之间存在信息鸿沟， 制定计划缺少对实际生产情况的参照uh。这时，上层ERP与下层

29、PCS之间的MES诞生了， MES是连接管理计划与生产活动的重要中间层，如图2-5所示。图2.5 ERP与PCS的关系2.3本文的技术路线2.3.1 BS-MESware 的架构BS-MESware，是某公司以其十多年来从事MES系统定制开发的经验，研发的钢铁企 业信息化系统整体解决方案，BS-MESware在冶金行业取得了很多成功应用。钢铁企业 BS-MESware技术架构如图2.6所示。图2.6 BS-MESware技术架构2.3.2 MES设计原则(1) 规范化和标准化原则构建MES系统需要强调规范化和标准化，统一接口标准，连接畅通，界面人性化， 使系统灵活、完整，能更好的扩展。(2)

30、实用性、可靠性、先进性、经济性原则实用性是指好维护、易操作、寿命长。可靠性是指系统可长时间稳定工作；先进性 是指具有一定技术领先优势；经济性是指价格适宜，维护成本低。(3) 集成性的原则MES系统中各子系统统一的设计开发，利用相同开发平台以确保其集成性。MES系 统的集成性能够使各功能的子系统能相互联系，从而实现基础信息资料共享和统一维护，充分利用信息，提高资料准确性，降低维护数据的强度。(4) 安全性的原则通过相关的硬件、软件及安全管理机制，确保MES系统的安全，严格管理系统权限， 使每一个系统管理员只能进行相应权限的数据操作。2.4相关的管理协议、技术简介2.4.1 TCP/IP 协议TC

31、P/IP 协议(Transfer Controln Protocol/Internet Protocol)全称为传输控制/ 网际协议，也称为网络通讯协议。TCP/IP是网络中最基本的通信协议。它定义了设备如何介入网络，如何进行通信。 它是目前世界上应用最为广泛的协议，它的流行与互联网的高速发展密切相关，它的出 现使网络互联变得更加容易，使更多的网络能加入其中，具有强大的兼容性。TCP/IP在协议分层模型中分为网络接口层、网络层、传输层以及应用层四个层次。 TCP/IP协议模块关系如图2.7所示。图2.7 TCP/IP协议模块关系2.4.2外部通信中间件XCOM 2.0XCOM中间件是建立在网络

32、通讯协议接口上的一套通讯传输管理软件，各个计算机系 统可以通过它在以太网上进行信息传输。它向用户提供了统一的通信维护环境和接口子 程序(即API)。用户只要掌握了子程序接口，就可以调用API接口编写通讯程序，实现 计算机之间的数据通讯14。数据库管理是XCOM2.0这一版本更新的功能，数据库可以保存用户收发的电文信息， 数据库内的配置参数也可以呈现的管理界面中，用户还可以对进程进行调整。2.4.3 Tuxedo 简介Tuxedo是一种中间件平台，它的作用是管理分布式计算交易处理。它支持很多开发 语言来适应企业的各种应用环境。Oracle Tuxedo是当今C、C+和COBOL解决方案的首选平台

33、，是许多世界五百强 企业的事务处理支柱平台，Tuxedo的性能卓越超群，它能在分布式异构计算环境运行多 个应用，它支持跨越任何系统的事务，具有很强的支持性。Oracle Tuxedo是一种扩展 性很强的事务处理平台，它提供的任务关键型基础架构是它的一大特点，使系统的可访 问性大大增强，增加企业运行效率，使之与企业流程紧密结合UmOracle Tuxedo的特点有以下3点：(1)在网络复制应用服务和可用资源间平衡负载，调高系统的运行效率。(2) Tuxedo的多层架构可以优化跨异构环境，调高效率，资源管理更全面。(3) 系统能利用自身的技术能力、资金财产，优化成本结构，API能简化事务处理。2.

34、4.4 SAP R/3 的 B/S 结构SAP R/3的互联网技术是由多层网络结构组成的，互联网应用部分是与R/3系统核 心分开的，所以SAP客户能从新的R/3商务处理中更快的受益，由于R/3的Internet 的多层网络结构是从三层结构扩展形成的，所以它可以应对庞大且日益增长的网络用户 16。(1) SAP事务服务器SAP事务服务器为了便于互联网应用，扩展了原有的三层结构。SAP事务服务器融 合了互联网技术和R/3,使用户稳定可靠的SAP交易在互联网或者企业内部网上得以进 行。(2) WEB服务器客户端和商业应用程序由WEB服务器连接。所有常用的浏览器都可对服务器进行访 问和维护，而且兼容各

35、种软硬件平台系统。3钢铁企业MES系统的研究与设计3.1 MES整体结构设计3.1.1钢铁企业MES系统功能结构设计制造执行系统功能的设计要按照本企业的实际生产流程进行，实现全面的质量管 理，一体化的计划编制和实时动态优化，加强成本控制，缩短产品周期。MES系统由订单、生产、质量、作业计划、物料跟踪的管理等模块组成，如图3.1 所示。图3.1 MES功能结构图为了将BS-MESware开发应用到系统中，我们首先要根据当今国内钢铁企业信息技 术发展的状况构建系统架构，配置所需要的硬件环境和开发软件，制定相互兼容的接口 标准。MES架构设计如图3.2所示。图3.2 MES架构模型制造执行系统应用于

36、制造业中最需要具备的是高稳定性、及时响应、分布式处理等， 所以以往的C/S双层结构已无法胜任。三层C/S结构采用中间件技术，技术成熟就有很 多优势，它集成了用于数据传输的Tuxedo中间件，用于各接口间通讯的XCOM中间件等。3.1.2钢铁企业MES功能需求计划管理：依据客户订单的要求和产品最优生产配置等条件，实时调整每天的生产 计划。生产实绩与跟踪：生产中的各项数据指标可通过相应接口获取。质量管理：实时收集生产过程的质量数据并进行分析，及时对数据异常的产品给出 方法解决。同时还对线下检验和实验室数据进行分析。库管理：包括对入库、出库、库位、清库的管理。发货管理：制定发货计划并对其确认以及退货

37、处理。设备管理：提供生产设备的运行状态和历史记录，确保设备运行正常，生产顺利173.1.3钢铁企业MES功能模块设计（1）订单管理订单管理负责检查、确认从销售系统下达的订单指令，然后组织生产直到合同完毕。 生产订单管理功能如图3.3所示。图3.3生产订单管理功能图(2 )质量管理质量是企业的生命，所以质量的管理在生产活动中占据相当重要的位置。质量管理 人员可以根据需求对生产各流程进行质量管理，对产品进行质量检验，为用户提供满意 的产品。质量管理业务流程如图3.4所示。图3.4质量管理业务图质量管理功能层次图，如图3.5所示。图3.5质量管理功能层次图(3 )生产管理生产管理是对生产过程动态跟踪

38、，实现效益最大化。生产管理业务流程如图3.6所 示。图3.6生产管理业务流程图生产管理功能层次图，如图3.7所示。图3.7生产管理功能层次图(4) 作业计划管理使企业建立正常的生产秩序和工作秩序，合理制订和控制成本，指导生产调度工作。 同时生产作业计划又是联系企业技、产、供、销等工作的纽带，组织企业的均衡生产， 连续而有节奏地生产，完成生产计划，并取得良好的经济效益。作业计划管理功能层次图，如图3.8所示。图3.8作业计划管理功能层次图(5) 物料跟踪管理跟踪物料所在各道工序的名字、设备、时间、已完成未完成工序的情况，同时记录 生产的工艺参数和现场的实时信息；全过程跟踪新产品和特殊产品的成分信

39、息、工艺参 数等。最终能确保生产的工艺符合标准，产品质量达到预定条件，不放过不合格的半成 品和成品。物料跟踪管理功能层次图如图3.9所示。图3.9物料跟踪管理功能层次图(6) 仓库管理主要是负责轧钢区域的库区，管理目标为降低库存，提高物流周转速度，对所管理 的板卷材进行准确的跟踪。仓库管理包括坯库、半成品库、成品库的管理，支持清库盘点。(7) 出厂管理出厂管理包括物料、出厂计划、发货管理等，发货对象为板卷材成品。出厂管理业 务流程如图3.10所示。图3.10出厂管理业务流程出厂管理功能层次，如图3.11所示。图3.11出厂管理功能层次图3.2 MES系统业务流程设计优化3.2.1原有产品出厂流

40、程及存在的问题以前板卷材生产线必须有客户下订单才能进行生产，板卷材都是按包管理，每包板 卷材生产出来后都会生成一个标签，标签上有板卷号、标签号、重量、生产日期，每包 产品可以被全程跟踪，实时了解其状态低按包管理会出现产品在成品库被客户提货时，发现包被放在垛最下层，需要倒包影 响装货速度，既拖延了时间又增加了工作量。3.2.2实施项目解决方案1. 分解ERP订单数据SAP系统中，用户所订购的订单里会有多个小项目，每个项目对应一个规格的产品。 ERP销售订单如图3.12所示。图3.12 ERP销售订单2. 合并MES订单生产用户对产品的需求呈现多样化发展，为此企业的生产也由少种多量改为多种小量，

41、而多品种小批量的生产牵制了企业的发展，降低了生产效率。合并订单生产解决了这一 问题，将多个小订单合并组成大订单生产，能有效降低耗材、提高效率，增强企业竞争 力。MES订单归并如图3.13所示。图3.13 MES订单归并当前经济发展的多样性使得用户普遍对钢铁产品采用多种小量的订单订购，对于钢 铁企业来说，合并订单能够使生产线保持较好的生产负荷，实现降本增效的目的。例如， 1250mm宽的卷材，其卷重最大为15.2t。以25t的卷材订货量合同计算，如以30t生产 会有5t多余；如以25t生产，虽不会有多余，但每包卷重只有12.5t，这样只有82.24% 的利用率，效率不高，对50t的卷材订单同样是

42、这种情况。如果把25t和50t的订单合 并起来达到75t，生产5个15t的卷材，设备利用率达将到98.68%。这样就能提高生产 的经济效益，使设备利用率达到最大化。订单归并效果前后对比如表3.1所示。表3.1订单归并前后对比订单归并前订单归并后A订单B订单C=A+B卷材需求量255075卷包单量12.51015卷包数255设备利用率82.24%65.79%98.58%系统把多个订单合并为一个归并订单并重新制定计划，确定日期后开始生产。3. 出库时对应原订单号产品出库时，系统会在订单关系库中寻找订单行项目所匹配的MES订单号，然后以 MES订单号对应归并订单号，归并订单下生产的产品即为客户订单产

43、品，货物与订单关 系如图3.14所示。图3.14货物与订单的关系3.3本章小结本章首先对钢铁MES系统功能架构进行了设计，接着通过对钢铁MES功能需求分析 对MES各功能模块进行了设计，最后对系统业务流程进行了设计与优化。4钢铁企业MES系统的实现4.1 MES系统概述钢铁企业的信息化系统由多层系统框架组成，ERP采用世界排名第一的SAP企业管 理解决方案对企业进行完整周密的管理，它的信息管理平台整合了财务、采购、生产、 销售、库存等企业信息，系统的高度集成使企业更进一步实现数字化管理，效率大大提 高。制造执行系统MES是面向车间的生产过程管理与实时信息系统，它主要解决车间生 产任务的执行问题

44、，管理人员利用它可以方便的了解计划的进度和人、机、物、客户的 当前状态信息，对采购、生产、销售的整个流程进行跟踪监控。4.1.1 MES系统架构钢铁企业MES系统硬件架构如图4.1所示。图4.1 MES系统硬件架构图钢铁企业MES系统采用了当前广泛使用的客户机/应用服务器/数据库服务器三层架 构即C/S架构，这种新的架构在可用性、可靠性、安全性方面都较以前的二层C/S架构 有很大的提高，是目前的主流技术方向。在该系统平台中，中间层采用甲骨文公司的事务处理型中间件Tuxedo,它的优势是 技术成熟且能容纳大量客户并发访问，后台数据库采用Oracle，它是适合大型事务处理 系统的关系型数据库。该系

45、统适合应对钢铁企业不间断生产的特点，运行响应快且稳定。 MES系统与L2系统、ERP系统间的通讯使用XCOM中间件。MES系统软件架构如图4.2 所示。图4.2 MES系统软件架构图MES系统提供了一个具有反应快、精细化程度高的生产环境，人、机、物等资源都 在可控范围内，MES信息平台集成了排产、调度、品控、设备、能源、报表等信息，一 个全新的管理方式能够使企业快速发展，促进企业信息化进程，实现智能化生产、数字 化管理，不断降本增效，提高企业效益。4.1.2 MES系统硬件钢铁轧钢系统的MES主机使用2台小型机IBM System p5 510Q组成HACMP主机集 群高性能平台，利用网络来侦

46、测主机及网卡的状况，当其中一个服务器的网卡、硬盘控 制卡、硬盘或网络发生故障时，自动切换到另一套备用服务器上重新工作，保证不间断 运行。炼钢系统MES主机使用1台小型机IBM System p5 510Q，开发平台也使用1台小型 机IBM System p5 510Q，二者组成HACMP主机集群的高性能平台。炼钢系统的MES主机 将开发平台的IBM服务器作备份机，如果炼钢主机无法运行，将自动切换到另一套备份 主机上重新工作，保证系统的不间断运行。炼钢、轧钢MES系统通过一台IBM Storwize V7000磁盘阵列集中存储，配置双通 道RAID。 配置2台光纤存储交换机IBM TotalSt

47、orage H08，炼钢、轧钢MES系统服 务器通过H08存储交换机组成存储区域网络。配置一台IBM System x3650 M4服务器（intel至强八核CPU，8G DDR3内存）并安 装VERITAS软件系统作容灾备份，配置一台HP StorageWorks MSL2024磁带库，完成备 份存储工作。服务器硬件如表4.1所示。表4.1系统硬件序 号名称规格部署部位数量备注1数据采集客户机普通PC数据中心内网1双网卡接入互联网网速100M2数据采集服务器服务器或工作站数据中心内网1双网卡接入互联网网速100M3数据采集服务器服务器或工作站数据中心内网1多核CPU 8G内存4数据服务器服务器数据中心内网1Oracle服务器4.2 MES系统软件4.2.1软件开发环境IBM小型机安装由IBM开发的基于UNIX的AIX操作系统以及高可用性集成多处理软 件HACMP5.5, HACMP可以和AIX操作系统一起保护用户的操作不受硬件故障影响，即自 动将服务从一个故障节点移动