李冬

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司信息計(jì)量部，河北唐山 063200）

1.鋼鐵企業(yè)智能倉儲(chǔ)及數(shù)字化執(zhí)行系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

（1）MES（生產(chǎn)過程執(zhí)行管理系統(tǒng)）系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀。MES作為生產(chǎn)執(zhí)行控制的關(guān)鍵一環(huán)是承接ERP（企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)）和DCS（現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)）的必要組成部分。其主要負(fù)責(zé)計(jì)劃排成、生產(chǎn)數(shù)據(jù)調(diào)度、質(zhì)量管控、庫區(qū)管控、過程控制、數(shù)據(jù)分析等關(guān)鍵控制過程。隨著國內(nèi)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型效果不斷擴(kuò)大，其應(yīng)用范圍早已從汽車制造、微電子領(lǐng)域擴(kuò)展到各個(gè)行業(yè)，在需要精密控制、批量生產(chǎn)、多產(chǎn)線協(xié)同的鋼鐵行業(yè)其應(yīng)用更加廣泛。

（2）智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀。伴隨著國內(nèi)電商及物流行業(yè)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，以及云計(jì)算、AI、機(jī)器視覺、深度學(xué)習(xí)等先技術(shù)的融合使得智能倉儲(chǔ)的應(yīng)用場景眾多。在鋼鐵行業(yè)，智能倉儲(chǔ)的表現(xiàn)形式是以結(jié)合天車定位、車輛形狀掃描、裝車智能規(guī)劃、物流路線分配、天車資源分配、跺位預(yù)測，等技術(shù)實(shí)現(xiàn)的綜合性信息化系統(tǒng)為主。寶武鋼鐵、首鋼、河鋼等大型鋼鐵企業(yè)均已啟動(dòng)了大規(guī)模的應(yīng)用實(shí)施，其高效穩(wěn)定、安全可靠的應(yīng)用效果顯而易見，為鋼鐵企業(yè)提升核心競爭力提供了有力支撐，其他鋼鐵企業(yè)也都紛紛效仿部署。

2.智能倉儲(chǔ)與生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)互聯(lián)存在的問題分析

在智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)未引用到鋼鐵企業(yè)之前，鋼鐵企業(yè)一直以來都是通過MES系統(tǒng)內(nèi)嵌的WMS模塊進(jìn)行物流的管理，通過傳統(tǒng)的人工操作系統(tǒng)來記錄物料的收發(fā)存過程，為MES系統(tǒng)計(jì)劃形成、過程管控、生產(chǎn)調(diào)度提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)支持。智能倉儲(chǔ)應(yīng)用過程中，必要解決的重點(diǎn)問題就是如何與原有的MES系統(tǒng)進(jìn)行充分的交互，實(shí)現(xiàn)“無縫銜接”將系統(tǒng)各自的優(yōu)勢發(fā)揮出來，并通過互聯(lián)數(shù)據(jù)共享實(shí)現(xiàn)“1+1＞2”的實(shí)施效果。但在具體的實(shí)施過程中，卻因?yàn)橐幌盗袉栴}未考慮全面導(dǎo)致項(xiàng)目發(fā)生重大問題。

（1）MES系統(tǒng)業(yè)務(wù)響應(yīng)頻率與智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)需要進(jìn)一步匹配。MES是計(jì)劃性系統(tǒng)，其主要業(yè)務(wù)表現(xiàn)形式，是通過技術(shù)人員的計(jì)劃性管理控制和調(diào)度生產(chǎn)全過程。而智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)由于需與產(chǎn)品下線、車輛?？俊b完成等生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)其交互節(jié)奏更高，需要更快的相應(yīng)與處置。

（2）鋼鐵廠不同類型的庫區(qū)其交互模式需要分類設(shè)計(jì)。由于倉儲(chǔ)物料類型的差異，其智能化倉庫的實(shí)現(xiàn)要求也有很大的差異，按照物料大類可以分為需要高溫多層碼放的板坯庫；需要高溫高效運(yùn)轉(zhuǎn)的熱卷庫；需要精準(zhǔn)控制流程復(fù)雜的冷卷庫；以及集中發(fā)貨的碼頭庫區(qū)。

（3）數(shù)據(jù)準(zhǔn)確需要進(jìn)一步設(shè)計(jì)。智能倉儲(chǔ)其系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，需要必要的庫存及物料信息用于開展調(diào)度計(jì)算、天車指令生成等實(shí)際業(yè)務(wù)，相關(guān)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，直接關(guān)系到無人化天車吊裝物料的安全性。所以在其與MES系統(tǒng)交互的過程中需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行充分的有效性驗(yàn)證。

（4）系統(tǒng)交互過程需要充分考慮應(yīng)急保障能力。由于高爐持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的要求，暢通的內(nèi)部物流是鋼鐵廠持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的必要保障，而無論是MES系統(tǒng)還是智能化倉儲(chǔ)系統(tǒng)，對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹袛喽紝?dǎo)致其運(yùn)轉(zhuǎn)停滯，停滯的發(fā)生也將進(jìn)一步影響實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)過程。

（5）天車、過跨車、步進(jìn)梁等必要設(shè)備的鏈接及安全確認(rèn)保障。智能庫區(qū)其實(shí)現(xiàn)目標(biāo)最主要的實(shí)施效果就是減人增效，在通過智能化算法及自動(dòng)化裝備代替人工作業(yè)的同時(shí)，要全面考慮各項(xiàng)作業(yè)安全確認(rèn)工作，特別是對(duì)于吊裝重物的天車操作、于生產(chǎn)線聯(lián)動(dòng)的步進(jìn)梁、過跨車等重型運(yùn)輸設(shè)備，任何違反安全生產(chǎn)的作業(yè)行為，其后果都將是不可估量的。

3.智能倉儲(chǔ)與生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)互聯(lián)設(shè)計(jì)

投用智能倉儲(chǔ)的鋼鐵企業(yè)，一般情況下都已經(jīng)建立了完善的5級(jí)體系，在此基礎(chǔ)上需要進(jìn)一步挖掘倉庫效率將效益最大化，所以本文討論的應(yīng)用場景，也是考慮了在企業(yè)已有的MES生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，拓展各類型的智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)。所以在設(shè)計(jì)之初應(yīng)該全面考慮統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化問題，在基礎(chǔ)的技術(shù)路線選擇上，應(yīng)盡量考慮數(shù)據(jù)總線的方式、標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范接口結(jié)構(gòu)，方便統(tǒng)一管理和處置，本文將在提出的重點(diǎn)問題上進(jìn)行設(shè)計(jì)建議。

（1）MES系統(tǒng)業(yè)務(wù)響應(yīng)頻率與智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)需要進(jìn)一步匹配的問題解決。考慮到鑄機(jī)、卷取機(jī)等設(shè)備作業(yè)需要實(shí)時(shí)性相應(yīng)，對(duì)于物料的產(chǎn)出實(shí)際應(yīng)直接將FCS與智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)建立接口，將FCS產(chǎn)出數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)MES、智能倉儲(chǔ)的同步發(fā)送，這樣的處置相比由MES系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)的方式來講，其實(shí)時(shí)性相應(yīng)效果更明顯，且可完全避免因MES系統(tǒng)相應(yīng)周期造成對(duì)下線效率的干擾。同時(shí)可實(shí)現(xiàn)“上料輥道臨時(shí)性卸料入庫”“輥道吊裝安全互鎖”等具體交互邏輯。

（2）數(shù)據(jù)準(zhǔn)確需要進(jìn)一步設(shè)計(jì)的問題建議。鋼鐵廠不同生產(chǎn)階段其物料交互內(nèi)容有極大的不同，其交互要求也需要定制化規(guī)范管理。板坯庫：MES與智能倉儲(chǔ)應(yīng)在項(xiàng)目開展之初，需明確切分庫內(nèi)規(guī)劃的實(shí)現(xiàn)分交。在智能庫堆放邏輯上應(yīng)充分考慮物料調(diào)度、過跨車聯(lián)動(dòng)、輥道聯(lián)動(dòng)控制、上料計(jì)劃優(yōu)化等實(shí)現(xiàn)方式，與MES系統(tǒng)計(jì)劃管理形成有效互補(bǔ)；熱軋庫：MES對(duì)于下線物料的質(zhì)量狀態(tài)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行傳遞，用于智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)碼放指令生成的輸入項(xiàng)，提高整體作業(yè)效率。對(duì)于物料的訂單信息和發(fā)貨模式需要進(jìn)一步確認(rèn)準(zhǔn)確，將物料訂單變化及因質(zhì)量導(dǎo)致的訂單處置及時(shí)反饋智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性聯(lián)動(dòng)；冷軋庫及其他儲(chǔ)運(yùn)庫區(qū)：對(duì)于車輛及物料的調(diào)度計(jì)劃，應(yīng)與智能倉儲(chǔ)及時(shí)共享，方便倉儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)物料進(jìn)行提前預(yù)吊裝，提高實(shí)際裝車作業(yè)效率。

（3）數(shù)據(jù)準(zhǔn)確需要進(jìn)一步設(shè)計(jì)的問題建議。由于無人操控天車的作業(yè)特點(diǎn)，無論是板坯、鋼卷、盒板的物料形式，都應(yīng)準(zhǔn)確傳遞其實(shí)際外觀尺寸，應(yīng)包括寬度、重量、內(nèi)徑、外徑、長度，在此基礎(chǔ)上需明確哪些是實(shí)際測量值，哪些是理論計(jì)算。使智能庫系統(tǒng)能夠用于確認(rèn)吊裝控制范圍及天車夾鉗設(shè)備的開口寬度，單次吊裝塊數(shù)等必要內(nèi)容。相關(guān)數(shù)據(jù)的傳遞雙方系統(tǒng)應(yīng)通過密度進(jìn)行數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性校驗(yàn)確保萬無一失；涉及車輛裝卸的庫區(qū)MES或上級(jí)系統(tǒng)還應(yīng)將車輛的車牌號(hào)、長、寬、高、載重、鞍座位置、車頭與車廂距離等必要字段進(jìn)行記錄和傳遞。智能天車系統(tǒng)應(yīng)及時(shí)準(zhǔn)確反饋物料的入庫信息、裝車信息，方便MES對(duì)相關(guān)物料進(jìn)一步作業(yè)發(fā)布計(jì)劃指令。

（4）系統(tǒng)交互過程需要充分考慮應(yīng)急保障能力的建議。對(duì)于雙方系統(tǒng)均應(yīng)單獨(dú)存儲(chǔ)物料在庫區(qū)的信息，并建立互備的接口通道，方便根據(jù)實(shí)際情況同通過系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行同步管理；對(duì)于接口本身應(yīng)采用雙鏈路保護(hù)模式實(shí)現(xiàn)物理連接，其接口本身應(yīng)屬于二、三級(jí)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞慕换バ赃B接，應(yīng)具備防火墻等必要的交互管理軟硬件確保連接安全可靠。

（5）天車、過跨車、步進(jìn)梁、輥道等必要設(shè)備的鏈接及安全確認(rèn)保障。

由于智能庫區(qū)對(duì)于吊裝作業(yè)的需要，在進(jìn)行鋼卷重物吊裝的過程中需要對(duì)夾緊、對(duì)地距離、鋼卷重量、夾鉗開度、等數(shù)據(jù)進(jìn)行逐一確認(rèn)。特別是吊裝軌跡安全高度是經(jīng)常在項(xiàng)目實(shí)施過程中被忽略的項(xiàng)目，有效的采用激光安全高度掃描裝置，是目前解決此項(xiàng)隱患最有效的辦法。

過跨車需要注意的安全項(xiàng)包括：堆放的安全高度限制、載重量控制、移動(dòng)速度與慣性關(guān)系的計(jì)算考慮、框架及鞍座負(fù)載能力、移動(dòng)區(qū)域的安全圍擋等。

步進(jìn)梁、輥道是鋼卷生產(chǎn)線出口、入口最為常見的實(shí)現(xiàn)方式，在無人化天車吊裝過程中，應(yīng)全面考慮在控制層面實(shí)現(xiàn)PLC互鎖聯(lián)動(dòng)，在吊裝過程中還應(yīng)考慮夾鉗的形式，特別是對(duì)于板坯類的重力型夾鉗吊裝作業(yè)，應(yīng)確保起吊、落吊點(diǎn)的支撐和負(fù)載能力，避免發(fā)生安全風(fēng)險(xiǎn)。

在落實(shí)安全過程管控的過程中，應(yīng)盡量考慮直接采集實(shí)際數(shù)據(jù)，或以更為高效的方式通過PLC、DCS系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)，過程中減少與MES系統(tǒng)的交互從而提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、及時(shí)性。

4.結(jié)論

在鋼鐵企業(yè)努力推進(jìn)兩化深度融合，不斷提升制造能力的進(jìn)程中，對(duì)于多系統(tǒng)交互細(xì)節(jié)的風(fēng)險(xiǎn)把控將有效提高項(xiàng)目實(shí)施效率、效果，相信本文將為正在實(shí)施或準(zhǔn)備實(shí)施的智能倉儲(chǔ)項(xiàng)目提供有效借鑒。