鄭祖建

摘 要：鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營與信息系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)智能制造的基礎(chǔ)條件，本文綜合分析了智能化生產(chǎn)管理系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提出鋼鐵企業(yè)智能制造的發(fā)展建議，希望為鋼鐵行業(yè)以及鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供有效參考，從單一的控制精密度邁向智能化。

關(guān)鍵詞：鋼鐵智能生產(chǎn);生產(chǎn)管理系統(tǒng);構(gòu)架設(shè)計(jì);決策管理;生產(chǎn)活動(dòng)

1.鋼鐵智能化生產(chǎn)管理系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)

當(dāng)前，國家在智能制造的體系建設(shè)方面給出了一系列指導(dǎo)方針，為制造企業(yè)建立起智能化生產(chǎn)管理系統(tǒng)提供方向?？墒?，怎樣集成與整合生產(chǎn)管理系統(tǒng)？怎樣打通生產(chǎn)數(shù)據(jù)鏈，完成智能化、數(shù)字化？怎樣由獨(dú)立模塊的系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成完整體系，把能量、物質(zhì)、信息以及資金整合起來，落實(shí)企業(yè)一體化控制？仍然需要依靠信息技術(shù)，嘗試設(shè)計(jì)創(chuàng)新。范鐵軍， 吳秀婷， 施燦濤等在中小鋼鐵企業(yè)智能制造實(shí)施路徑研究[1]詳細(xì)闡述了，基于云安全網(wǎng)絡(luò)和CPS，我們?cè)O(shè)計(jì)出智能制造的全新架構(gòu)，打破傳統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)，將工廠數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，虛擬系統(tǒng)、物理系統(tǒng)等信息實(shí)時(shí)發(fā)送至工廠內(nèi)部管理中心，從而展開生產(chǎn)制造全過程的海量信息挖掘、分析、評(píng)估、優(yōu)化以及預(yù)測(cè)，確保生產(chǎn)的垂直集成、橫向集成以及端至端集成。

2.物理系統(tǒng)

相關(guān)部門在深刻了解鋼鐵行業(yè)特征、智能制造特征的條件上，緊密跟蹤現(xiàn)代化制造技術(shù)、理論以及方式，聚焦在企業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)、決策管理、業(yè)務(wù)經(jīng)營等重要環(huán)節(jié)，及時(shí)對(duì)接企業(yè)的實(shí)際需求，打造出智能制造與執(zhí)行管理的系統(tǒng)（STEEL-IMES）。這一系統(tǒng)將智能化、集成化作為中心，綜合考慮了企業(yè)的實(shí)用性、信息化情況，圍繞著質(zhì)量、成本、計(jì)劃等六條主線，實(shí)現(xiàn)服務(wù)及時(shí)化、運(yùn)營可視化、效益最高化、決策自動(dòng)化等目標(biāo)。

STEEL-IMES的架構(gòu)可以分為四層[2]：PMS-制造系統(tǒng);PES-執(zhí)行系統(tǒng);DAS-數(shù)據(jù)應(yīng)用和采集系統(tǒng);APS-高級(jí)排程與計(jì)劃系統(tǒng)。

2.1PMS-制造系統(tǒng)

制造系統(tǒng)涵蓋了企業(yè)的管理層，是企業(yè)全局管理、資源掌控的重要環(huán)節(jié)，更是承接PES、ERP系統(tǒng)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(shù)據(jù)把控、能源耗用把控等。

2.2PES-執(zhí)行系統(tǒng)

執(zhí)行系統(tǒng)由帶鋼、高線、煉鐵、棒材、煉鋼等生產(chǎn)分廠組成，指導(dǎo)各個(gè)分廠按照質(zhì)量要求、生產(chǎn)方案執(zhí)行工作。同時(shí)，這一系統(tǒng)可以及時(shí)、準(zhǔn)確的跟蹤物料耗用情況，按照差異化精度要求發(fā)布批次、爐次、件次的執(zhí)行指令。按照鋼鐵制造企業(yè)的需求，執(zhí)行系統(tǒng)包括帶鋼執(zhí)行、高線執(zhí)行、遠(yuǎn)程計(jì)量、高爐執(zhí)行、煉鋼執(zhí)行、燒結(jié)執(zhí)行、棒材及相關(guān)配套設(shè)備檢驗(yàn)執(zhí)行等。

2.3DAS-數(shù)據(jù)應(yīng)用和采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)應(yīng)用和采集系統(tǒng)則是建立透明化工廠的前提，作為IMES整個(gè)體系的核心數(shù)據(jù)源，主要依賴實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)關(guān)隔離等技術(shù)，通過OPC SERVER進(jìn)行各個(gè)分廠的數(shù)據(jù)采集、上傳，監(jiān)視和分析各個(gè)分廠的設(shè)備使用情況，覆蓋范圍擴(kuò)大到公輔、鐵剛扎、能源等數(shù)據(jù)。

2.4APS-高級(jí)排程與計(jì)劃系統(tǒng)

高級(jí)排程與計(jì)劃系統(tǒng)是STEEL-IMES智能化組成內(nèi)容，把現(xiàn)代化管理方式、優(yōu)化算法輸入系統(tǒng)內(nèi)，促使企業(yè)開展大規(guī)模的定制生產(chǎn)，緩解產(chǎn)供矛盾中的采購決策、產(chǎn)銷矛盾中的訂單排產(chǎn)等問題，有效提高了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭能力。

3.工廠管理中心

3.1多業(yè)務(wù)協(xié)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(yīng)該在各信息流、業(yè)務(wù)流之間實(shí)現(xiàn)充分協(xié)同。參考互聯(lián)網(wǎng)+這一理念，規(guī)范網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)所采集各業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過和MES、ERP等系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互，完成能源、生產(chǎn)、安防、物流等企業(yè)生產(chǎn)要素的協(xié)同管理，杜絕“各自為營”的現(xiàn)象。把能源、生產(chǎn)、安防、視頻、設(shè)備與物流系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集中呈現(xiàn)在MCS，輔助調(diào)度人員全面觀察業(yè)務(wù)狀況，支持調(diào)度長協(xié)同指揮。一般而言，MCS大致需要打造數(shù)據(jù)共享、應(yīng)急指揮、信息管理以及在線指令四大平臺(tái)。

3.2數(shù)據(jù)管理

智能制造的理念下，數(shù)據(jù)管理必須從根源上消除孤島現(xiàn)象。劉景鈞， 封一丁等關(guān)于智能制造在鋼鐵工業(yè)的實(shí)踐與展望[3]的報(bào)告中提出，L1-L5級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)可以完成縱向數(shù)據(jù)交互，在此基礎(chǔ)上，由原料到成品利用MES信息系統(tǒng)完成橫向數(shù)據(jù)貫通，為成本、質(zhì)量分析等關(guān)鍵經(jīng)營、生產(chǎn)業(yè)務(wù)提供數(shù)據(jù)支撐，并且完成現(xiàn)場(chǎng)到經(jīng)營、客戶訂單至各工序生產(chǎn)以及銷售的數(shù)據(jù)共享。

3.3組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

以信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)，企業(yè)組織構(gòu)架可以分成生產(chǎn)模塊、鋼鐵事業(yè)模塊、經(jīng)營控制模塊。這一組織結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)包括：優(yōu)化銷售組織、增強(qiáng)專業(yè)性、調(diào)整戰(zhàn)略、完善功能，融合扁平化理念，執(zhí)行一級(jí)人資、一級(jí)財(cái)務(wù)、一級(jí)調(diào)度等一貫制、集中制管控模式，明確劃分責(zé)任、合理分配資源，最終完成生產(chǎn)控制等目標(biāo)。

強(qiáng)化各部門企劃專業(yè)性，最大程度上提升企劃能力。比如：工具、設(shè)施、原料等管理任務(wù)和戰(zhàn)略規(guī)劃落實(shí)到企業(yè)的市場(chǎng)部;把生產(chǎn)計(jì)劃、銷售計(jì)劃落實(shí)到營銷公司;生產(chǎn)運(yùn)營的整體控制和調(diào)整落實(shí)到生產(chǎn)技術(shù)部等，把分散至各部門的相似的業(yè)務(wù)有效整合，增強(qiáng)專業(yè)能力。

3.4集約化生產(chǎn)

生產(chǎn)系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：將原料、焦化以及煉鐵等連續(xù)性生產(chǎn)工序集中到中央控制室，滿足輔、主工藝的集中調(diào)配;煤氣混合站、液壓站、泵站、煤氣柜、空壓站等輔助工藝設(shè)施配合音頻報(bào)警、視頻聯(lián)動(dòng)等現(xiàn)代化媒體技術(shù)，滿足自動(dòng)化值守的管理標(biāo)準(zhǔn);針對(duì)庫區(qū)行車、中大型取料機(jī)等機(jī)電設(shè)備，采用無線通信技術(shù)、精準(zhǔn)定位，同時(shí)可制造執(zhí)行的庫存管理、計(jì)劃方案緊密配合，滿足自動(dòng)操作。優(yōu)化專家系統(tǒng)、應(yīng)用模型，充分增強(qiáng)控制精準(zhǔn)度，減少故障的故障率、生產(chǎn)費(fèi)用。

3.5市場(chǎng)環(huán)境

組織設(shè)計(jì)方面需要嚴(yán)格遵循訂單驅(qū)動(dòng)、客戶為主、市場(chǎng)導(dǎo)向這一理念，針對(duì)組織設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)搭建起面向顧客的銷售團(tuán)隊(duì)，持續(xù)提高營銷水平，做到專業(yè)化、個(gè)性化營銷。此外，信息化建設(shè)需要在現(xiàn)有MES、ERP分工觀念的條件上，增加MARKETING系統(tǒng)，真正意義上完成生產(chǎn)、銷售信息化系統(tǒng)的集成建設(shè)。MARKETING系統(tǒng)納入集成管理生產(chǎn)和銷售計(jì)劃，新增客戶為主的企劃功能模塊。需要注意的是，想要進(jìn)一步提高客戶質(zhì)量的應(yīng)對(duì)能力，還應(yīng)該把質(zhì)量以及生產(chǎn)計(jì)劃規(guī)劃到銷售部門。由銷售部進(jìn)行生產(chǎn)銷售的計(jì)劃制定與整合，將各種計(jì)劃的沖突點(diǎn)降到最小，從而縮小交貨期。而由生產(chǎn)部統(tǒng)一管理各道工序的生產(chǎn)活動(dòng)，則合理縮減了工序中半成品生產(chǎn)、庫存所耗時(shí)間。

4.信息系統(tǒng)

鋼鐵生產(chǎn)系統(tǒng)包含MES、ERP兩大功能模塊，突破層級(jí)的限制，從產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈、一體化生產(chǎn)、設(shè)備資產(chǎn)生命周期等維度入手，統(tǒng)籌企業(yè)運(yùn)營、管理。將ERP、MES基礎(chǔ)功能作為基石，面向各生產(chǎn)工序，增加工業(yè)大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下的決策優(yōu)化、故障分析與診斷、產(chǎn)品模型預(yù)報(bào)、質(zhì)量檢測(cè)、智能維護(hù)、全流程資源管控以及市場(chǎng)分析等大數(shù)據(jù)。

根據(jù)功能類型可以劃分為：生產(chǎn)管理PM、基本運(yùn)營管控BOM、過程優(yōu)化POM、資源管控IRM、生產(chǎn)管理PM、運(yùn)營服務(wù)管控OSM等。其中，生產(chǎn)管理PM集中體現(xiàn)在具體工具的生產(chǎn)過程、質(zhì)量、設(shè)備管理，包括質(zhì)量判斷、設(shè)備評(píng)估、質(zhì)量預(yù)報(bào)、設(shè)備維護(hù)等新功能，確保生產(chǎn)活動(dòng)這一企業(yè)核心能夠穩(wěn)定運(yùn)行;基本運(yùn)營管控BOM涉及到企業(yè)的日常管理，確保企業(yè)基礎(chǔ)運(yùn)營活動(dòng);過程優(yōu)化POM則是對(duì)各個(gè)生產(chǎn)工序的優(yōu)化，CPS計(jì)算能力日漸提高，使得POM功能已經(jīng)逐漸下沉到物理系統(tǒng)的CPS生產(chǎn)單元，;資源管控IRM對(duì)企業(yè)的產(chǎn)品、設(shè)備、物質(zhì)等資源型對(duì)象負(fù)責(zé)，同時(shí)新增PHM、PLM等功能模塊，多角度管理企業(yè)資源;運(yùn)營服務(wù)管控OSM在現(xiàn)有的MES、ERP日常管理內(nèi)容上，新增協(xié)調(diào)優(yōu)化等功能，對(duì)企業(yè)高級(jí)經(jīng)銷運(yùn)營管控全權(quán)負(fù)責(zé)。

5.虛擬系統(tǒng)

5.1關(guān)鍵制造工序仿真虛擬

根據(jù)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況、參照工藝設(shè)計(jì)與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，展開關(guān)鍵制造工序仿真虛擬，從而形成一種信息化虛擬產(chǎn)品。正確使用工廠管理中心所提供的質(zhì)量數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)，執(zhí)行產(chǎn)品質(zhì)量的可視化評(píng)估，從而為產(chǎn)品問題、生產(chǎn)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(chǎn)品質(zhì)量評(píng)估和可視化預(yù)測(cè);第三，多制造工序的可視化虛擬仿真;第四，多制造工序的產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)估和可視化預(yù)測(cè)。

5.2物流仿真分析

由于生產(chǎn)節(jié)奏不穩(wěn)定、設(shè)施故障、作業(yè)時(shí)間不穩(wěn)定等現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)問題，必須進(jìn)行工廠作業(yè)計(jì)劃仿真分析，進(jìn)而為調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃、調(diào)度帶來數(shù)據(jù)參考。中國智能制造系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商聯(lián)盟電力裝備分盟. 中國電器工業(yè)協(xié)會(huì)系統(tǒng)集成商聯(lián)盟暨中國智能制造系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商聯(lián)盟電力裝備分盟工作報(bào)告及2018年工作計(jì)劃[4]明確指出，針對(duì)產(chǎn)成品、半成品、原材料的運(yùn)輸配貨、倉儲(chǔ)活動(dòng)展開仿真分析，設(shè)計(jì)更加合理的物流作業(yè)方案，具體功能為：一是，單一作業(yè)的仿真分析;二是，多道工序作業(yè)的聯(lián)合分析;三是，倉儲(chǔ)物流仿真優(yōu)化;四是，生產(chǎn)物流的節(jié)奏分析;四是，物流運(yùn)輸?shù)膬?yōu)化仿真。

5.3供應(yīng)鏈仿真分析

模擬市場(chǎng)環(huán)境，為企業(yè)優(yōu)化經(jīng)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(xiàn)金流分析預(yù)判;產(chǎn)品定價(jià)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(yōu)化。

6.鋼鐵企業(yè)智能制造的發(fā)展建議

6.1轉(zhuǎn)變發(fā)展理念

智能制造的實(shí)施離不開業(yè)務(wù)流程、生產(chǎn)組織的重構(gòu)，借此推動(dòng)生產(chǎn)、能源、銷售、采購、質(zhì)量的內(nèi)部協(xié)同。建立適合企業(yè)的管理制度以及模式，由于智能制造作為循序漸進(jìn)的過程，持續(xù)優(yōu)化生產(chǎn)組織，積累管理經(jīng)驗(yàn)，加速知識(shí)轉(zhuǎn)化，都應(yīng)該對(duì)智能制造整體系統(tǒng)展開更新升級(jí)，這同張偉. 面向智能制造的信心中心的應(yīng)用研究[5]的結(jié)論相一致。所以，企業(yè)在落實(shí)智能制造過程中，要求生產(chǎn)人員、管理人員深入?yún)⑴c，以項(xiàng)目的推動(dòng)培養(yǎng)出智能制造的技術(shù)團(tuán)隊(duì)。

6.2深挖經(jīng)管核心

6.2.1供應(yīng)優(yōu)化

采購優(yōu)化：設(shè)計(jì)周、月配比方案，最大程度上收集原料市場(chǎng)的成本信息，篩選出最佳采購種類和采購數(shù)量。

配料優(yōu)化：給定鐵水需求上，綜合考慮鐵水、燒結(jié)成分與指標(biāo)約束，計(jì)算出燒結(jié)的最優(yōu)配比、高爐的最優(yōu)配比，確保鐵區(qū)全局的成本最少。

6.2.2生產(chǎn)優(yōu)化

將產(chǎn)能、產(chǎn)線的動(dòng)態(tài)生產(chǎn)當(dāng)做基礎(chǔ)，分析生產(chǎn)組織、訂單多樣化要求，協(xié)調(diào)銷售、生產(chǎn)的壓力，確保大規(guī)模生產(chǎn)、小批量需求的平衡。將設(shè)備使用率、熱裝熱送率作為主要目標(biāo)制定軋鋼、煉鋼的合理生產(chǎn)順序、批量，優(yōu)化軋鋼工序以及煉鋼工序的整體生產(chǎn)節(jié)奏。

6.2.3銷售優(yōu)化

企業(yè)應(yīng)該正確認(rèn)識(shí)到，提升經(jīng)管水平、創(chuàng)造最大的利潤是一切經(jīng)營活動(dòng)的主旨，調(diào)整產(chǎn)銷經(jīng)營方案，保證管理過程的系統(tǒng)化、精細(xì)化、規(guī)范化以及智能化。對(duì)于復(fù)雜、重大決策活動(dòng)建立其數(shù)學(xué)模型，采取智能算法求解，選擇實(shí)用性更強(qiáng)的數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)管理、決策分析等手段，對(duì)比市場(chǎng)約束、產(chǎn)品的利潤貢獻(xiàn)率、產(chǎn)能約束，輔助企業(yè)編制最佳經(jīng)營戰(zhàn)略。

結(jié)束語：

綜上所述，我國側(cè)供給的政策指導(dǎo)之下，鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型工作迫在眉睫。而智能制造作為戰(zhàn)略升級(jí)、轉(zhuǎn)型的核心落腳點(diǎn)，更是整個(gè)鋼鐵行業(yè)借助于信息化完成彎道超車的寶貴機(jī)遇。通過智能制造，促使內(nèi)部經(jīng)營、生產(chǎn)與信息化技術(shù)、產(chǎn)業(yè)鏈的有效銜接，同時(shí)構(gòu)建出綠色節(jié)能、高效生產(chǎn)的工廠。

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