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首钢京唐热轧剪切加工中心MES系统研发 |
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作者：刘木刚 牛巍 刘永超 |
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前言
首钢京唐钢铁联合有限责任公司目前共建设了2 条热轧带钢生产线。热轧生产线设计能力940 万t/a，每年共438.23 万t 热轧钢卷通过铁路、汽车、海运运出。为了带钢配送满足更多的用户需求、增加带钢产品附加值，公司决定建设热轧带钢剪切加工中心。剪切加工中心共包括1 条30 万t 横切线、1 条40 万t 横切线、1 条酸洗线及1条罩退线。首先进行试生产的是30w万吨横切线。
热轧带钢剪切加工中心MES 系统（以下简称剪切加工中心MES系统）是热轧带钢剪切加工中心工程的信息化配套工程。配套中心MES系统的核心功能是建立产销一体化系统，把钢铁企业的生产和销售一体化，由信息化系统来综合平衡、优化设定生产销售的模式，由信息化系统来进行生产计划排程，最终目的是实现企业效益最大化。
剪切加工中心MES 系统另外一个核心功能是质量管理和控制，通过质量标准，质量设计，质量追踪，质量判定，质量分析，实现在线过程质量控制和管理，最大限度地满足客户订单质量要求，支持新钢种的开发，实现产品质量的持续改进。对生产线的横切、罩退、酸洗等各工序进行一贯质量设计，同时根据生产过程数据和实绩数据能够判定生产过程中发生的异常的品质，及时发现产品质量问题，达到对产品质量的全面掌控。
1 工艺简介
依据市场上越来越多高强板需求，带钢剪切加工中心横切机组需要能够生产出高强钢板。40 万t 横切机组为采用德国SUNDWIG 公司先进技术，可剪切屈服强度1250MPa的高强钢板；30 万吨横切机组由国内自主集成，可剪切屈服强度850MPa钢板；酸洗机组则采用国内最先进的推拉式酸洗技术，生产出高质量的热轧酸洗钢卷；另有罩式退火机组，除生产罩退卷之外，部分罩退卷还作为横切线的原料，可加工为热轧罩退横切板。工艺流程示意图如图1所示。
图1 工艺流程示意图
2 系统架构
热轧带钢剪切加工中心MES系统的系统框架如图2所示。
从纵向上，剪切加工中心MES 分为3 层：分别为生产计划层、作业计划层和生产执行层。上层对下层具有指导作用，层次越高，时间周期越长，层次越低则相反；上层的输出即为下层的输入，下层计划调度不能得到满意解时返回上一层重新调整控制参数进行求解，然后再往下进行，层与层之间构成反馈闭环系统。
在生产计划层，主要制订生产和质量计划，包含订单管理、生产计划管理。它是以销售订单为原始数据，经过质量设计和材料设计将其转换为生产订单，根据生产订单交货期、物料计划和各主要生产工序的生产能力情况，制订能力计划和短期生产计划。根据生产计划制定能源需求计划。
图2 剪切加工中心三级系统（MES）的总体架构
在作业计划层，主要依据生产计划层下达的生产计划，进行各产线排程/排序，制定各产线的作业计划。一般为日班作业计划。作业计划层还包括质量管理的质量跟踪和能源管理的能源平衡计划。
在生产执行层，把产线排序结果转换为生产指令（PDI）向生产线L2 下达，并收集各种生产实绩信息，该层为在线实时调度系统，需要与
生产线不断交换信息。实时监控生产过程的各种设备状态、工艺运行参数、计划执行情况、物流情况等，并进行生产状态判断；当发现生产异常或故障时对生产过程进行干预和调整，使生产能够重新顺利进行。
在生产执行层还包括质量管理的质量判定和能源管理的能源调度。仓库运输管理系统是管理和协调钢卷、板包的库管理，以及相关的运输作业指令，以协作生产执行系统完成物流调度，成品库管理根据ERP 下达的发货计划进行配车和发货。实验室管理系统（LIMS）接收检化验指令，并把检化验结果上传给质量管理模块，进行质量判定。
3 系统功能
热轧带钢剪切加工中心的生产组织的对象包括两条横切产线，以及酸洗和罩退线，同时在上下游的产线之间还存在协作生产的可能性。在这种情况下，需要由信息系统来协调和帮助业务人员实现对于生产的组织：（1）根据业务规则对订单进行技术展开，为订单选择工艺约束允许的工艺路线和设备。（2）能够对系统内的生产能力进行计划，为订单选择合适的产线，这种选择还应该可以根据生产实际情况的变化进行调整。（3）将产线选择和平衡结果发送给执行系统，由其执行生产。（4）将生产执行的结果与订单进行匹配并将结果反馈给ERP系统。
系统的功能主要包括质量管理、计划管理、生产控制管理、仓储运输和综合管理5个模块。
3.1 质量管理
技术展开模块接收ERP系统下达的计划订单，计划订单中包括基本的销售订单的客户要求和产品信息，并提供基本的工艺路线和物料清单信息。
技术展开模块根据预先配置的工艺参数对计划订单进行技术展开，形成最终的生产订单，生成后的生产订单包括如下内容：（1）基本的产品要求；（2）可用工艺路线；（3）每个工序的可用设备；（4）面向各个工序和设备的物料形变信息；（5）PDI等其他信息在上述信息中，前面4 项信息是与后续的产线平衡和分配有直接的关联。除了基本的业务要求外，对于后续的业务操作，技术展开需要满足：（1）能够根据基本的原料和成品的规格品种要求，为生产订单选择可用的工艺路线和设备组。过滤掉无法使用的工艺路线和设备组。（2）如果因为工艺路线的不同而使得物料形变有所不同，技术展开应该在相应的设备和工艺路线中指出其中的差异。
3.2 计划管理
MES计划系统接收到技术订单展开后的生产订单，将生产订单存入相应对应逻辑中。
（1）生产计划管理
在计划员配置了产线能力参数、工厂日历后，系统可以根据目前产线的能力，考虑订单的交货期，来自动分配订单所在产线。这个结果是一个参考值。此订单上的物料最终在哪条产线上面生产，取决于最终此物料被编入哪条产线的序列里面。
（2）作业计划管理
轧制序列的创建在作业计划中完成，作业计划在创建轧制序列时，可以充分考虑当前系统产线前的可用物料，并可以自由地在可用的产线前选择所有当前类型产线可以使用的物料。通过这种方式，用户可以自由的确定产能分配的结果，同时在产线情况发生变化的时候，还可以随时地进行调整。在创建序列成功后，将序列发送到MES生产执行系统。其中的信息包括为MES生产执行系统指明序列对应的工厂和产线信息。
3.3 生产控制管理
MES生产执行系统在接收到产线序列后，根据产线序列中指定的产线来匹配执行，并根据需要与对应的订单进行匹配。
在生产完成后，MES生产执行系统要将产出结果与相应的订单匹配。如果在某一工序的产出完成后，还需要确认其后续的生产步骤，以便对物流等信息进行协调。根据ERP的要求，组织产出信息，并发送给ERP系统。
3.4 仓储运输
仓储运输系统主要分为两个部分：
（1）仓储系统
仓储系统主要包括钢卷入库、钢卷倒垛、钢卷投料、钢卷卸料、厂际间转储、生产与销售间转库、废料管理、运输工具管理、库跨区位配置管理、成品发运、历史信息查询、库存查询与统计、天车指令管理、质保书打印、成品标签打印、报表管理和图形化仓储功能。
（2）天车系统
天车指令模块：接收仓储系统发来的天车作业指令，并指导天车工完成吊装作业，待天车工完成吊装指令或发现吊装指令有误时，在天车管理系统上可确认指令完成情况。
天车定位模块：定位模块根据定位设备传来的物理地址转换成库内的逻辑地址以达到辅助天车工精准吊装的目的。
3.5 综合管理
根据首钢京唐公司产线发展需求，结合热轧带钢剪切加工中心产线的投产，在现有LIMS平台基础上，拓展轧钢分析中心及综合管理区功能，完善LIMS平台，为剪切加工中心MES 和ERP 系统提供服务。
结合目前实时数据采集平台，采用OPC SERVER 和采集器相结合的方式，采集厂际间能源数据和工序生产数据，为生产管控中心展示平台和计量专业管理提供依据。
收集物资计量和能源计量数据，进行分析、整理、各维度统计，为计量专业管理提供服务。
4 系统实现
系统采用北京首钢自动化信息技术有限公司信息事业部的SGMES 升级版架构，该架构使用J2EE+Flex技术，其技术特点为：
（1）通过服务层的抽象，简化IT 的繁杂基础架构，允许业务人员通过业务组件去组合应用。（2）使用标准的技术与接口，兼容异构系统，在组织级内实现标准的服务调用方式。（3）构建可重用、可组合的业务服务组件，通过松耦合接口方式支持业务变化。
以该架构为原型，结合首钢京唐公司的轧钢业务组件，使用XQL语言在系统中对各个业务功能的输出内容进行配置。
在具体的业务功能界面，通过对已配置的XQL 表达式的调用，则可根据业务需求实现具体的业务逻辑。
5 结束语
本文对首钢京唐公司热轧带钢剪切加工中心MES 系统进行介绍。该系统于2011年11 月上线。目前，30万t横切产线正在进行试运行，该MES系统为产线的试车与正式投用提供了有效的系统支撑和保证。该系统实现了业务组件的可配置与可组装性，在业务发生变化时，只需要在线更改业务组件配置，即可以实现变化的业务需求，系统响应用户需求的能力被大幅提升。同时，系统对从订单下传、产品生产到成品发货的整个生产管理流程进行了全生命周期的有效跟踪和管理，为产线未来的达产和稳产、产品质量的跟踪和提升提供了有效的保障，并具有很大的推广价值。
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(6/2/2014) |
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