生產管理系統的設計分析

鄭祖建

摘 要：鋼鐵企業的生產經營與信息系統是實現智能制造的基礎條件，本文綜合分析了智能化生產管理系統的架構設計，進一步提出鋼鐵企業智能制造的發展建議，希望為鋼鐵行業以及鋼鐵企業生產管理系統的優化設計提供有效參考，從單一的控制精密度邁向智能化。

關鍵詞：鋼鐵智能生產;生產管理系統;構架設計;決策管理;生產活動

1.鋼鐵智能化生產管理系統的架構設計

當前，國家在智能制造的體系建設方面給出了一系列指導方針，為制造企業建立起智能化生產管理系統提供方向。可是，怎樣集成與整合生產管理系統？怎樣打通生產數據鏈，完成智能化、數字化？怎樣由獨立模塊的系統轉變成完整體系，把能量、物質、信息以及資金整合起來，落實企業一體化控制？仍然需要依靠信息技術，嘗試設計創新。范鐵軍， 吳秀婷， 施燦濤等在中小鋼鐵企業智能制造實施路徑研究[1]詳細闡述了，基于云安全網絡和CPS，我們設計出智能制造的全新架構，打破傳統層次結構，將工廠數據作為基礎，虛擬系統、物理系統等信息實時發送至工廠內部管理中心，從而展開生產制造全過程的海量信息挖掘、分析、評估、優化以及預測，確保生產的垂直集成、橫向集成以及端至端集成。

2.物理系統

相關部門在深刻了解鋼鐵行業特征、智能制造特征的條件上，緊密跟蹤現代化制造技術、理論以及方式，聚焦在企業的生產活動、決策管理、業務經營等重要環節，及時對接企業的實際需求，打造出智能制造與執行管理的系統（STEEL-IMES）。這一系統將智能化、集成化作為中心，綜合考慮了企業的實用性、信息化情況，圍繞著質量、成本、計劃等六條主線，實現服務及時化、運營可視化、效益最高化、決策自動化等目標。

STEEL-IMES的架構可以分為四層[2]：PMS-制造系統;PES-執行系統;DAS-數據應用和采集系統;APS-高級排程與計劃系統。

2.1PMS-制造系統

制造系統涵蓋了企業的管理層，是企業全局管理、資源掌控的重要環節，更是承接PES、ERP系統的基本組成模塊。它的主要功能為：采購存貨把控、工序成本把控、主數據把控、能源耗用把控等。

2.2PES-執行系統

執行系統由帶鋼、高線、煉鐵、棒材、煉鋼等生產分廠組成，指導各個分廠按照質量要求、生產方案執行工作。同時，這一系統可以及時、準確的跟蹤物料耗用情況，按照差異化精度要求發布批次、爐次、件次的執行指令。按照鋼鐵制造企業的需求，執行系統包括帶鋼執行、高線執行、遠程計量、高爐執行、煉鋼執行、燒結執行、棒材及相關配套設備檢驗執行等。

2.3DAS-數據應用和采集系統

數據應用和采集系統則是建立透明化工廠的前提，作為IMES整個體系的核心數據源，主要依賴實時數據庫、網關隔離等技術，通過OPC SERVER進行各個分廠的數據采集、上傳，監視和分析各個分廠的設備使用情況，覆蓋范圍擴大到公輔、鐵剛扎、能源等數據。

2.4APS-高級排程與計劃系統

高級排程與計劃系統是STEEL-IMES智能化組成內容，把現代化管理方式、優化算法輸入系統內，促使企業開展大規模的定制生產，緩解產供矛盾中的采購決策、產銷矛盾中的訂單排產等問題，有效提高了企業的市場競爭能力。

3.工廠管理中心

3.1多業務協同管理

智能制造不可以局限在特定工序的信息化、智能化，而是應該在各信息流、業務流之間實現充分協同。參考互聯網+這一理念，規范網絡平臺所采集各業務系統數據，通過和MES、ERP等系統數據交互，完成能源、生產、安防、物流等企業生產要素的協同管理，杜絕“各自為營”的現象。把能源、生產、安防、視頻、設備與物流系統的數據集中呈現在MCS，輔助調度人員全面觀察業務狀況，支持調度長協同指揮。一般而言，MCS大致需要打造數據共享、應急指揮、信息管理以及在線指令四大平臺。

3.2數據管理

智能制造的理念下，數據管理必須從根源上消除孤島現象。劉景鈞， 封一丁等關于智能制造在鋼鐵工業的實踐與展望[3]的報告中提出，L1-L5級自動化系統可以完成縱向數據交互，在此基礎上，由原料到成品利用MES信息系統完成橫向數據貫通，為成本、質量分析等關鍵經營、生產業務提供數據支撐，并且完成現場到經營、客戶訂單至各工序生產以及銷售的數據共享。

3.3組織結構設計

以信息系統為基礎，企業組織構架可以分成生產模塊、鋼鐵事業模塊、經營控制模塊。這一組織結構的特點包括：優化銷售組織、增強專業性、調整戰略、完善功能，融合扁平化理念，執行一級人資、一級財務、一級調度等一貫制、集中制管控模式，明確劃分責任、合理分配資源，最終完成生產控制等目標。

強化各部門企劃專業性，最大程度上提升企劃能力。比如：工具、設施、原料等管理任務和戰略規劃落實到企業的市場部;把生產計劃、銷售計劃落實到營銷公司;生產運營的整體控制和調整落實到生產技術部等，把分散至各部門的相似的業務有效整合，增強專業能力。

3.4集約化生產

生產系統的具體設計內容包括：將原料、焦化以及煉鐵等連續性生產工序集中到中央控制室，滿足輔、主工藝的集中調配;煤氣混合站、液壓站、泵站、煤氣柜、空壓站等輔助工藝設施配合音頻報警、視頻聯動等現代化媒體技術，滿足自動化值守的管理標準;針對庫區行車、中大型取料機等機電設備，采用無線通信技術、精準定位，同時可制造執行的庫存管理、計劃方案緊密配合，滿足自動操作。優化專家系統、應用模型，充分增強控制精準度，減少故障的故障率、生產費用。

3.5市場環境

組織設計方面需要嚴格遵循訂單驅動、客戶為主、市場導向這一理念，針對組織設計環節搭建起面向顧客的銷售團隊，持續提高營銷水平，做到專業化、個性化營銷。此外，信息化建設需要在現有MES、ERP分工觀念的條件上，增加MARKETING系統，真正意義上完成生產、銷售信息化系統的集成建設。MARKETING系統納入集成管理生產和銷售計劃，新增客戶為主的企劃功能模塊。需要注意的是，想要進一步提高客戶質量的應對能力，還應該把質量以及生產計劃規劃到銷售部門。由銷售部進行生產銷售的計劃制定與整合，將各種計劃的沖突點降到最小，從而縮小交貨期。而由生產部統一管理各道工序的生產活動，則合理縮減了工序中半成品生產、庫存所耗時間。

4.信息系統

鋼鐵生產系統包含MES、ERP兩大功能模塊，突破層級的限制，從產業供應鏈、一體化生產、設備資產生命周期等維度入手，統籌企業運營、管理。將ERP、MES基礎功能作為基石，面向各生產工序，增加工業大數據驅動下的決策優化、故障分析與診斷、產品模型預報、質量檢測、智能維護、全流程資源管控以及市場分析等大數據。

根據功能類型可以劃分為：生產管理PM、基本運營管控BOM、過程優化POM、資源管控IRM、生產管理PM、運營服務管控OSM等。其中，生產管理PM集中體現在具體工具的生產過程、質量、設備管理，包括質量判斷、設備評估、質量預報、設備維護等新功能，確保生產活動這一企業核心能夠穩定運行;基本運營管控BOM涉及到企業的日常管理，確保企業基礎運營活動;過程優化POM則是對各個生產工序的優化，CPS計算能力日漸提高，使得POM功能已經逐漸下沉到物理系統的CPS生產單元，;資源管控IRM對企業的產品、設備、物質等資源型對象負責，同時新增PHM、PLM等功能模塊，多角度管理企業資源;運營服務管控OSM在現有的MES、ERP日常管理內容上，新增協調優化等功能，對企業高級經銷運營管控全權負責。

5.虛擬系統

5.1關鍵制造工序仿真虛擬

根據設備的實際運行情況、參照工藝設計與質量標準，展開關鍵制造工序仿真虛擬，從而形成一種信息化虛擬產品。正確使用工廠管理中心所提供的質量數據、生產數據，執行產品質量的可視化評估，從而為產品問題、生產問題提供參考。具體功能包括：第一，單一制造工序的可視化虛擬仿真;第二，單一工序的產品質量評估和可視化預測;第三，多制造工序的可視化虛擬仿真;第四，多制造工序的產品質量評估和可視化預測。

5.2物流仿真分析

由于生產節奏不穩定、設施故障、作業時間不穩定等現實生產問題，必須進行工廠作業計劃仿真分析，進而為調整生產計劃、調度帶來數據參考。中國智能制造系統解決方案供應商聯盟電力裝備分盟. 中國電器工業協會系統集成商聯盟暨中國智能制造系統解決方案供應商聯盟電力裝備分盟工作報告及2018年工作計劃[4]明確指出，針對產成品、半成品、原材料的運輸配貨、倉儲活動展開仿真分析，設計更加合理的物流作業方案，具體功能為：一是，單一作業的仿真分析;二是，多道工序作業的聯合分析;三是，倉儲物流仿真優化;四是，生產物流的節奏分析;四是，物流運輸的優化仿真。

5.3供應鏈仿真分析

模擬市場環境，為企業優化經營決策提供信息，功能包括：原料訂購方案和庫存策略的仿真分析;現金流分析預判;產品定價和銷售方案仿真分析;制造能力影響下的交貨期商定仿真優化。

6.鋼鐵企業智能制造的發展建議

6.1轉變發展理念

智能制造的實施離不開業務流程、生產組織的重構，借此推動生產、能源、銷售、采購、質量的內部協同。建立適合企業的管理制度以及模式，由于智能制造作為循序漸進的過程，持續優化生產組織，積累管理經驗，加速知識轉化，都應該對智能制造整體系統展開更新升級，這同張偉. 面向智能制造的信心中心的應用研究[5]的結論相一致。所以，企業在落實智能制造過程中，要求生產人員、管理人員深入參與，以項目的推動培養出智能制造的技術團隊。

6.2深挖經管核心

6.2.1供應優化

采購優化：設計周、月配比方案，最大程度上收集原料市場的成本信息，篩選出最佳采購種類和采購數量。

配料優化：給定鐵水需求上，綜合考慮鐵水、燒結成分與指標約束，計算出燒結的最優配比、高爐的最優配比，確保鐵區全局的成本最少。

6.2.2生產優化

將產能、產線的動態生產當做基礎，分析生產組織、訂單多樣化要求，協調銷售、生產的壓力，確保大規模生產、小批量需求的平衡。將設備使用率、熱裝熱送率作為主要目標制定軋鋼、煉鋼的合理生產順序、批量，優化軋鋼工序以及煉鋼工序的整體生產節奏。

6.2.3銷售優化

企業應該正確認識到，提升經管水平、創造最大的利潤是一切經營活動的主旨，調整產銷經營方案，保證管理過程的系統化、精細化、規范化以及智能化。對于復雜、重大決策活動建立其數學模型，采取智能算法求解，選擇實用性更強的數據挖掘、數據管理、決策分析等手段，對比市場約束、產品的利潤貢獻率、產能約束，輔助企業編制最佳經營戰略。

結束語：

綜上所述，我國側供給的政策指導之下，鋼鐵生產企業升級轉型工作迫在眉睫。而智能制造作為戰略升級、轉型的核心落腳點，更是整個鋼鐵行業借助于信息化完成彎道超車的寶貴機遇。通過智能制造，促使內部經營、生產與信息化技術、產業鏈的有效銜接，同時構建出綠色節能、高效生產的工廠。

參考文獻：

[1]范鐵軍， 吳秀婷， 施燦濤. 中小鋼鐵企業智能制造實施路徑研究[J]. 冶金經濟與管理， 2018（1）：119-119.

[2]趙振銳， 孫雪嬌. 鋼鐵企業智能制造架構的探索、實踐及展望[J]. 冶金自動化， 2019， 43（01）：29-35.

[3]劉景鈞， 封一丁. 智能制造在鋼鐵工業的實踐與展望[J]. 河北冶金， 2018， No.268（04）：77-83.

[4]中國智能制造系統解決方案供應商聯盟電力裝備分盟. 中國電器工業協會系統集成商聯盟暨中國智能制造系統解決方案供應商聯盟電力裝備分盟工作報告及2018年工作計劃[J]. 電器工業， 2018， No.211（06）：33-35.

[5]張偉. 面向智能制造的信心中心的應用研究[C]// 第三十二屆中國（天津）2018IT、網絡、信息技術、電子、儀器儀表創新學術會議. 0（1）：56-58.