李殿杰，紀麗娜，王金飛，胡日榮，韓寶云，張啟富

（1.北京鋼研新冶工程技術中心有限公司，北京100081；2.天津市焊接鋼管企業(yè)重點實驗室，天津301606）

鋼管企業(yè)信息化管理系統(tǒng)的應用與發(fā)展

李殿杰1，2，紀麗娜1，王金飛1，2，胡日榮1，2，韓寶云1，2，張啟富1

（1.北京鋼研新冶工程技術中心有限公司，北京100081；2.天津市焊接鋼管企業(yè)重點實驗室，天津301606）

簡單介紹了企業(yè)信息化管理系統(tǒng)、制造執(zhí)行系統(tǒng)MES的定義及其應用目的；并舉例介紹了鋼管企業(yè)信息化的應用情況，重點闡述了MES的總體架構及包含的物流跟蹤和數(shù)據采集模塊、制造計劃管理模塊、質量管理模塊、統(tǒng)計報表模塊等主要功能模塊。分析指出：今后MES的發(fā)展方向是質量控制和設備MRO，從而達到遠程控制生產與經營、大大提高企業(yè)的經濟效益和市場競爭力的目的。

鋼管企業(yè)；信息化管理系統(tǒng)；ERP；MES；模塊；應用；發(fā)展

隨著自動化技術和信息化技術的快速發(fā)展，工業(yè)信息化基礎設施的完善，企業(yè)信息化管理系統(tǒng)逐漸成為企業(yè)管理的重要手段。企業(yè)信息化的核心是基于企業(yè)的業(yè)務流程和管理特性，利用計算機技術、數(shù)據庫技術和網絡技術，獲取并集成管控經營過程中的信息。通過生產過程和企業(yè)管理過程的數(shù)字化，將經過加工的信息進行分享和有效利用，實現(xiàn)企業(yè)資源的合理配置，從而提高企業(yè)的經濟效益和市場競爭力［1-4］。

1　企業(yè)信息化管理系統(tǒng)簡介

按照管理的業(yè)務領域，可將企業(yè)信息化系統(tǒng)分為：企業(yè)資源計劃ERP（Enterprise Resource Plann-% ing）、產品數(shù)據管理PDM（Product Data Manageme-% nt）、客戶關系管理CRM（Customer Relationship Management）和制造執(zhí)行系統(tǒng)MES（Manufacturing Execution System）。其功能分別為：ERP負責接收產品訂單、制定采購計劃及產品的銷售；PDM負責產品設計及工藝設計；CRM負責售后及維護客戶關系；MES負責將訂單轉化為制造單，進行生產制造和產品總裝。最終通過網絡和系統(tǒng)集成等技術將所有系統(tǒng)集成到一起，使信息交流渠道更加暢通，運轉更加協(xié)調。企業(yè)信息化管理系統(tǒng)的分類及功能如圖1所示［5］。

圖1　企業(yè)信息化管理系統(tǒng)的分類及功能

國外冶金行業(yè)的信息化發(fā)展較早，如今已較為成熟。我國以寶鋼集團和武漢鋼鐵（集團）公司為代表的鋼鐵企業(yè)在21世紀初率先推動了企業(yè)信息化建設。由于鋼管生產工藝的復雜性，因而技術進步相對緩慢，再加上企業(yè)規(guī)模較小的原因，導致我國鋼管企業(yè)信息化建設滯后于冶金行業(yè)其他領域。因此，根據企業(yè)自身特點，定制開發(fā)鋼管企業(yè)信息化管理系統(tǒng)應成為我國鋼管企業(yè)的首選［6］。國內大型鋼管企業(yè)信息化系統(tǒng)的建設較早，如天津鋼管集團股份有限公司引進了瑞典英泰峽公司MOVEX系統(tǒng)，寶鋼集團下屬鋼管分廠也陸續(xù)上線了信息化管理系統(tǒng)［1，7］；中國石油天然氣集團等系統(tǒng)所屬的焊接鋼管企業(yè)，也隨著集團母公司的信息化建設而逐步實施。天津天管太鋼焊管有限公司（簡稱天津天管太鋼）和山東勝利鋼管有限公司（山東勝利鋼管）預精焊分廠分別針對自身情況建設了適合自己企業(yè)的MES信息化系統(tǒng)［8-13］，通過MES系統(tǒng)的實施，提高了企業(yè)生產效率和經營、管理、決策水平。

2　 MES介紹

國際制造執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會（Manufacturing Execu-% tion System Association，MESA）對MES的定義是“MES能通過信息的傳遞，對從訂單下達開始到產品完成的整個產品生產過程進行優(yōu)化的管理，對工廠發(fā)生的實時事件，及時做出相應的反應和報告，并用當前準確的數(shù)據進行相應的指導和處理?！币虼?，MES不只是工廠的單一信息系統(tǒng)，而是橫向之間、縱向之間、系統(tǒng)之間集成的系統(tǒng)［14-15］。制造業(yè)的MES是以整個工廠車間的數(shù)據集成為核心，以生產跟蹤為主線，對車間生產業(yè)務進行全面管控。通過MES的應用，生產中關鍵工序的現(xiàn)場數(shù)據實現(xiàn)實時采集，通過物流過程中跟蹤碼的關聯(lián)，完成產品的質量跟蹤。對物流狀態(tài)和產品質量進行追溯，為企業(yè)生產管理者提供了第一手的現(xiàn)場數(shù)據。

隨著電子技術的發(fā)展，目前國內制造企業(yè)已基本實現(xiàn)了L1級設備自動控制，L2級過程控制。同時隨著企業(yè)的快速擴張，ERP也迅速的進入了企業(yè)。企業(yè)信息化管理系統(tǒng)建設得到了快速推動，但現(xiàn)在的問題是“兩頭重、中間輕”，中間作為承上啟下的L3級MES盡管隨著信息化系統(tǒng)的發(fā)展也得到很大的促進，但無論從數(shù)量還是質量上在整個國內企業(yè)運行的狀況都并不理想［16］。根據E-work研究機構的《中國制造執(zhí)行系統(tǒng)MES市場研究發(fā)展報告（2014版）》數(shù)據顯示：在調研的1 200家企業(yè)中，有1 007家對MES有潛在的需求，占比高達84%；其中未應用的企業(yè)占69%，已經應用的占31%；按行業(yè)劃分，其中鋼鐵冶金和機械制造行業(yè)占比最高（均為15%）；其次是汽車及零配件行業(yè)（比例為13%）；其他行業(yè)應用MES的比例均在10%以下。

3　 MES在鋼管行業(yè)的應用

根據不同企業(yè)信息化管理系統(tǒng)建設的不同情況，MES的管控范圍略有不同。具有較為成熟完善信息化系統(tǒng)的企業(yè)，其MES包含的功能會略有減少；而相對于信息化剛剛起步的企業(yè)，其MES的功能要遠遠多于前者［17-18］。

3.1 MES主要功能模塊

MES總體架構如圖2所示。從圖2可以看出，物流跟蹤、質量控制、制造計劃和統(tǒng)計報表是MES的重要功能。以下根據北京鋼研新冶工程技術中心有限公司為天津天管太鋼HFW 660&355車間及山東勝利鋼管預精焊分廠開發(fā)的MES，重點對上述功能的模塊進行闡述。在企業(yè)ERP系統(tǒng)沒有建立前，把訂單管理、質量管理和庫房管理的部分ERP功能與MES一體化開發(fā)，形成了可以獨立工作的擴展MES系統(tǒng)，并留出與ERP系統(tǒng)的接口，在ERP開發(fā)過程中把限于車間范圍的部分功能擴展到全公司，可以實現(xiàn)無隙化銜接。

（1）物流跟蹤和數(shù)據采集模塊。物流跟蹤系統(tǒng)是通過不同的通信方式和協(xié)議與整條生產線各主要區(qū)域和設備進行數(shù)據交互。物流跟蹤將收集的在線實際數(shù)據進行分析處理，發(fā)送給上級以保證MES的穩(wěn)定運行。完成從原料帶鋼入廠到成品鋼管出廠的全過程物流跟蹤和數(shù)據采集，通過物流跟蹤系統(tǒng)，建立物料時空對應的關系，能實時知道何時何物在什么位置，在物流跟蹤下的數(shù)據采集可以建立時空對應的信息數(shù)據庫，獲得全部必要的與物流對應的可用信息。圖3所示為天津天管太鋼MES的部分區(qū)域物流跟蹤界面。

圖2　MES總體架構

圖3　物流跟蹤界面

圖4　制造計劃流程

（2）制造計劃管理模塊。該模塊主要功能是接收總廠的生產任務計劃，形成班組考核指標，轉換成由生產批次組成的執(zhí)行制造計劃，下達到主要工序。制造計劃流程如圖4所示。在該模塊中開發(fā)以原料庫存為基礎的可視化界面，調度員可方便地按照生產計劃形成制造計劃（原料上線序列）。依據訂單要求進行組批，根據“按爐組批、按序生產”的原則，確定上線原料，通過鼠標即可方便地完成上線操作。動態(tài)醒目顯示庫中原料爐批信息，方便生產調度，上線原料編號和對應信息自動傳入生產線。分析整個制造過程在制品分布圖，通過投料量、在制品和制成品統(tǒng)計分析信息，為交貨計劃提供有用信息和合理報表。

（3）質量管理模塊。質量管理模塊是MES的核心，在ERP沒有建立前，開發(fā)一體化的獨立運行的質量管理模塊。質量管理模塊的作用是監(jiān)督和控制產品質量，共分生產規(guī)程設計和管理、質量標準設計和管理、鋼管檢驗規(guī)范制定和管理及鋼管質量判定管理等子模塊，形成較完整的質量管理體系。生產工藝規(guī)程設計根據設備技術條件要求和逐步積累的制造經驗，對每個制造單元進行制造規(guī)范設計，包括工藝規(guī)程、操作規(guī)程和安全規(guī)程，隨制造計劃下達到各工序、工藝設備、檢驗設備予以執(zhí)行。以制造單元為單位，存儲制造規(guī)范，形成制造規(guī)范數(shù)據庫。在實踐過程中，不斷改進制造規(guī)范并存入數(shù)據庫，使得制造規(guī)范不斷完善，數(shù)據庫不斷豐富，最終達到可以直接調用、成熟的制造規(guī)范。工藝規(guī)程主要采取經驗證的數(shù)學模型和公司的經驗數(shù)據，僅對重點和關鍵的參數(shù)進行下達。通過一定運行數(shù)據的積累，可以擴展開發(fā)生產技術專家系統(tǒng)，對于新品種的開發(fā)可以獲得優(yōu)化的工藝技術規(guī)程。生產工藝規(guī)程設計界面如圖5所示。質量標準設計是以標準庫平臺為基礎，以生產指令號為單位把產品標準轉化為鋼管質量檢驗規(guī)范、下達到相關檢測終端執(zhí)行，生產過程中與實時數(shù)據進行比對校驗。質量判定是根據合同質量設計結果得到的質量判定標準，包括產品的放行標準和生產的內控標準。同時是根據檢驗實際數(shù)據對產品進行質量判定，并校核產品質保書的內容是否已按要求取樣試驗。

圖5　生產工藝規(guī)程設計界面

（4）統(tǒng)計報表模塊。報表統(tǒng)計管理主要分為各崗位數(shù)據報告和質量報表兩大類。通過原料和鋼管數(shù)據庫以及來自PLC的各主要數(shù)據，可以進行統(tǒng)計和趨勢分析形成各種報表，為其他功能模塊或更高一級的管理提供依據。報表的設計策略是對各種信息進行分類處理，形成專業(yè)分類報表庫，通過對不同部門進行授權管理，使得各部門或主管能看到必要的信息。

3.2 MES的發(fā)展方向

MES經過近幾年的開發(fā)和應用，已經成為成熟的技術，并已被開發(fā)成為完善的系統(tǒng)。但隨移動信息技術的發(fā)展和便捷應用的需求，MES還存在進一步完善的地方。

（1）質量過程控制。從原料直至成品，全流程地進行質量過程控制。質量管理的過程控制既是指狹義上產品質量的控制，又是指廣義上各項工作質量的控制。質量過程控制的重要內容是確保生產過程按程序文件的要求嚴格執(zhí)行，因而工序質量控制成為過程控制的基本點。對生產過程中的各工序質量狀況實行在線分析，將檢測得到的質量控制數(shù)據與過程策劃的質量控制要點進行對比，生成質量控制圖，進行工序能力分析。對關注的重點指標，以報表、圖形的方式呈現(xiàn)，便于診斷、管理和改進。將每個工序的質量異常信息及時、準確地傳遞給質量管理單位，實現(xiàn)管理決策部門的快速反應，將處理辦法及時反饋給生產單元質量控制工序，解決質量異常問題，改善質量管控程序，保證企業(yè)的順利生產。

（2）設備MRO。MRO（維護Maintenance、維修Repair、運行Operation），是設備在使用和維護階段所進行的各種日常維護、維修、大修和操作等工業(yè)產品服務活動的總稱，是產品全生命周期的重要組成部分。MRO旨在通過對設備進行有效的維護維修，以確保在生命周期內最大程度地發(fā)揮使用價值，維持正常的運行狀態(tài)。該功能重點反映設備的預警、搶修、性能和周期，并做出設備策略計劃，實現(xiàn)設備可追溯的全壽命周期信息，從而保證生產的運營。

（3）遠程監(jiān)控。應用遠程監(jiān)控可以隨時隨地了解生產狀況，借助于服務器的數(shù)據庫技術，通過分析儲存的數(shù)據資料，提供更精確的分析結果，生成更直觀的分析報表，以作為決策依據。通過移動應用，制造環(huán)節(jié)與管理的分離也得以實現(xiàn)。利用移動應用軟件（APP），實現(xiàn)遠程生產過程的監(jiān)控、檢測以及現(xiàn)場的遠程遞階控制。

4　結論

隨著鋼管制造技術和生產裝備水平的快速發(fā)展，我國鋼管制造行業(yè)的同質化競爭日益激烈。通過企業(yè)信息化管理系統(tǒng)的應用，提高產品質量的穩(wěn)定性，提升企業(yè)的管理水平和科學決策能力，成為當前企業(yè)發(fā)展的主要方向。由北京鋼研新冶工程技術中心有限公司為天津天管太鋼HFW 660&355車間和山東勝利鋼管SAWH預精焊分廠開發(fā)的MES已成功上線運行。通過MES的上線應用，使企業(yè)實現(xiàn)了實時質量控制、科學管理和精益生產，提高了企業(yè)的綜合競爭力。

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Application and Development of Informationized Management System in Steel Pipe Enterprise

LI Dianjie1，2，JI Li’na1，WANG Jinfei1，2，HU Rirong1，2，HAN Baoyun1，2，ZHANG Qifu1
（1.Beijing CISRI-NMT%Engineering Technology Co.，Ltd.，Beijing 100081，China；2.Tianjin Key Laboratory of Welded Steel Pipe Enterprise，Tianjin 301606，China）

Briefed in the paper are the definitions and application scopes of the enterprise informationized management system and MES（Manufacturing Execution System）.The application situation of steel tube enterprise informationized management system is introduced with actual cases.Focused on are the general framework of the MES and its main function modules including the logistics tracking and data acquisition module，the manufacturing and planning management module，the quality management module and the statistics reporting module，etc.Relevant analysis result shows that in the future，the MES will be developed towards quality control and equipment MRO so as to realize remote control of the production and operation activities in a bid to tremendously enhance economic benefit and market competitiveness of the enterprise.

steel pipe enterprise；informationized management system；ERP；MES；module；application；development

TG409；F272.7搖搖

A搖

1001-2311（2016）02-0078-05

李殿杰（1979-），男，高級工程師，副總經理，主要從事鋼管成型工藝和鋼管質量研究工作。

2015-12-25；修定日期：2016-01-18）