0 引言

　　近年来，钢铁行业不断加大信息化建设的投人，大部分企业都选择CIMS (计算机集成制造系统)、ERP (企业资源计划)、整体产销资讯系统等整体信息化方案，在流程作业系统CIMS 中一般可以采用B 玲(经营计划系统)/ MES (制造执行系统)/ PCS (过程控制系统)的三层结构，力图通过整个企业范围内的信息集成和计算机管理来推动现代企业制度的建立，使企业在市场竞争中获得有利的地位。而MES 是CIMS 的中心环节，在CIMS 中起着承上启下的作用，钢铁生产属于流程工业，它有着流程工业的特点。

　　1 流程工业定义及钢铁流程工业

　　流程工业是指生产连续不间断或半连续批量生产的工业过程，工艺过程具有主流的顺序性和连续性，钢铁、石油、化工等连续生产过程是典型的流程工业。

　　流程工业CIMS 是工业自动化发展的必然趋势，它是一种在自动化技术、信息技术、计算机技术和各种生产技术的基础上，通过计算机网络和数据库将工厂全部生产经营活动所需的信息集成起来，集控制、调度、管理、经营、决策于一体，形成一个适应生产环境不确定性和市场需求多变性的总体最优的高质量、高效益、高柔性的智能生产系统。

　　1. 1 钢铁流程工业的特点

　　钢铁生产过程兼有连续和间歇性的性质，是连续系统与离散事件系统的组合，依据合同的生产计划管理就是事件触发的，在每个流程传递过程中也可能使用事件触发来控制生产节奏，而钢铁生产各工艺过程是以连续系统为主的。

　　钢铁流程工业CIMS 是工业自动化发展的必然趋势，它是在自动化技术、信息技术、计算机技术和各种生产技术的基础上，通过计算机网络和数据库将工厂全部生产经营活动所需的信息集成起来，集控制、调度、管理、经营、决策于一体，形成一个适应生产环境不确定性和市场需求多变性的总体最优的高质量、高效益、高柔性的智能生产系统。

　　1. 2 钢铁流程工业计算机集成制造系统结构

　　在钢铁流程CIMS 中一般可以采用BPS(经营计划系统)/ MES (制造执行系统)/ PCS (过程控制系统)的三层结构，其中BPS层主要任务是营销管理、财务管理、制定公司的生产计划;MES 层主要完成生产作业计划、生产调度、设备管理、质量管理、料流跟踪等功能;PCS 层主要负责生产过程的监控[1]。而MES是CIMS 的中心环节，在CIMS中起着承上启下的作用，MES 将生产过程控制中产生的信息、生产过程管理中产生的信息以及经营管理活动中产生的信息进行转化、加工、传递，是生产控制过程与管理信息集成的重要桥梁和纽带，是CIMS 技术发展的关键。

　　2 MES及其功能

　　2. 1 MES定义及其内容

　　美国管理界于20 世纪90 年代提出了制造执行系统(Manufacturing Execution System ，简称MES )的概念，MES 国际联合会(MESA )对MES 的定义是：" MES 能通过信息传递，对从订单下达到产品完成整个的生产过程进行优化管理。当工厂里面有实时事件发生时，MES能对此及时做出反应、报告，MES要完成生产计划的调度与统计、生产过程成本控制、产品质量控制与管理、物流控制与管理、设备安全控制与管理、生产数据采集与处理等功能[2] 。并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。这种对状态变化的迅速响应使得MES 能够减少企业内部没有附加值的活动，有效地指导工厂的生产运作过程，从而使其既能提高工厂及时交货能力、改善物料的流通性能，又能提高生产回报率。MES 还通过双向的直接通信在企业内部和整个产品供应链中提供有关产品行为的关键任务信息”。从MESA 对于MES的定义可以总结出MES 系统所强调的3 点内容：( 1 ) MES 不仅要解决生产和计划之间的“断层”间题，而且要对整个生产制造过程进行优化;( 2 ) MES不仅要收集生产过程中大量的生产数据，而且要按照计划层的要求对其做相应的分析和处理;( 3 ) M 路与计划层和生产控制层之间的信息传递都是双向的，从而很好地实现企业的信息集成。

　　2. 2 MES 的功能

　　工厂级的制造执行系统层，是面向流程工业企业中工艺过程的厂级生产控制层面的。其主要工作是根据低层控制系统中采集上来的与生产有关的实时数据.进行短期生产作业的计划调度、监控、资源配置和生产过程的优化等。此层是建立流程工业企业上层ERP系统和低层设备控制系统之间的中间桥梁，它克服了传统ERP 和MRPⅡ系统缺少工厂与车间级短期计划与调度功能、缺乏过程不断改进和优化功能等缺点，得到了广泛的采纳和应用。作为生产与计划之间的信息“集线器”, MESA 通过其各成员的实践归纳了11 个主要的MES 功能模块，包括：工序详细调度;资源分配和状态管理;生产单元分配;过程管理;人力资源管理;维护管理;质量管理;文档控制;产品跟踪和产品清单管理;性能分析和数据采集。实际的MES 产品可能是包含其中一个或几个功能模块。其各模块功能简要介绍如下。

　　( 1 )工序详细调度：通过基于有限资源能力的作业排序和调度来优化车间性能;

　　( 2 )资源分配和状态管理：指导劳动者、机器、工具和物料协调地进行生产，并跟踪其现在的工作状态和刚刚完工的情况;

　　( 3 )生产单元分配：通过生产指令将物料或加工命令送到某一加工单元开始工序或工步的操作;

　　( 4 )文档控制：管理和分发与产品、工艺规程、设计或工作命令有关的信息，同时也收集与工作和环境有关的标准信息;

　　( 5 )产品跟踪和产品清单管理：通过监视工件在任意时刻的位置和状态来获取每一个产品的历史纪录，该记录向用户提供产品组及每个最终产品使用情况的可追溯性;

　　( 6 )性能分析：将实际制造过程测定的结果与过去的历史记录和企业制定的目标以及客户的要求进行比较，其输出的报告或在线显示用以辅助性能的改进和提高;

　　( 7 )人力资源管理：提供按分钟级更新的员工状态信息数据(工时，出勤等)，基于人员资历、工作模式、业务需求的变化来指导人员的工作;

　　( 8 )维护管理：通过活动监控和指导，保证机器和其它资产设备的正常运转以实现工厂的执行目标;

　　( 9 )过程管理：基于计划和实际产品制造活动来指导工厂的工作流程(这一功能实际上也可由生产单元分配和质量管理来实现);

　　( 10 )质量管理：根据工程目标来实时记录、跟踪和分析产品和加工过程的质量，以保证产品的质量控制和确定生产中需要注意的问题;

　　(11 )数据采集：监视、收集和组织来自人员、机器和底层控制操作数据以及工序和物料信息，这些数据可由车间手工录人或由各种自动方式获取。尽管MESA 并没有指出这些功能的行业适用性，但对于流程工业的大规模、高产能以及其生产过程的不确定性等特点，使得流程工业的生产监控与管理极为复杂。因此，功能强大，反应迅速且高度集成的流程工业MES是提高生产效率、优化生产过程的有效手段，也是全面改善企业绩效的重要基础。

3 MES核心关键技术

　　既然MES 有上述诸多的功能，那这些功能又是通过什么样的技术来实现的呢?对于钢铁生产中的MES而言，它包括下面几个核心关键技术。

　　第一，适应柔性生产的动态优化调度技术，这是一个非常关键的技术。比如，炼钢、热轧一体化生产计划，DHCR (连铸坯直接热装工艺)计划编制与动态控制技术对它提出了非常高的要求。在异常情况下重组的调度技术，在多个工艺路线情况下对工艺路径进行重组的技术，多种工艺路线情况下人机协同动态生产调度技术等等，都是通过MES 的系统来实现的。

　　第二，网络环境下物流管理和控制技术。它对各个生产工序的生产组织能够实现有效地调度、控制和跟踪，进行工序的配合和工序的分析，尤其包括对一些中间库的管理和优化技术，一些中间板坯库的管理与优化技术等。

　　第三，面向决策和操作的全面质量管理技术。对于钢铁产品来讲，质量的设计和控制从一开始就耍进行。因此，要对产品的冶炼、轧制、精整以及包装等各工序进行统一质量设计，同时根据生产过程数据和实际数据，能够在线实时地判定生产过程中发生异常品质的情况。

　　第四，生产全过程动态成本的控制技术。主要建立在各生产工序和成本核算的模型上，同时采用数据挖掘和预报，使企业能够依据这～动态成本模型来预测生产成本。

　　4 我国钢铁信息化及MES 的位置

　　我国是个制造大国，但却不是制造强国。目前，我国钢铁企业总体制造水平参差不齐，既有像宝钢等这样世界级的企业，也有一些粗放型管理的老企业占制造管理能力的不足，成为制约我国钢铁行业发展的一个重要因素。一些老的企业还停留在靠经验指挥生产、靠手工传递生产、质量信息单据及生产命令的方式组织生产;还有些企业为了解决当前企业生产的突出矛盾，也上了一些单项的车间级管理系统，比如：质量管理系统、检化验管理系统、库场管理系统、发货管理系统等。但是由于各个系统之间彼此孤立，这样的“头疼医头、脚疼医脚”的方式很难解决企业信息集成的问题，更难以提高整个制造管理的水平。

　　而目前，在我国钢铁行业业己进行信息化建设的企业中，存在着重视公司管理系统(ERP ) ，而忽视MES 系统的现象，有的ERP 厂商出于商业的需要，把大量现场制造管理的功能放在自己并不擅长的ERP 系统来管理.只是把MES系统当做ERP 系统的数据收集器，不重视现场制造过程的管理，造成整个计划与实际情况完全脱节，ERP 系统也成了摆设。其实，企业生产制造管理是一个整体，产供销一体化才是解决我国钢铁企业信息化的最佳模式;对于销售部门来说，必须对生产制造现场的情况非常了解，掌握生产线的实时数据，才能够进行实时的订单评审，保证订单价格不会低于生产成本、订单不会超出现有设备、工艺、质量水平能力，交货期等问题;而对于生产计划人员来说，必须实时地掌握当前生产情况，对计划进行动态修正与调整;而现场操作人员也要及时掌握当前的各项订单情况、生产计划指令，能够快速准确地根据销售合同和生产计划安排作业生产;这种产供销一体化管理的模式已经被无数成功的案例所佐证。而在这其中，MES 是不可或缺的。钢铁企业MES 在BRS / MES / PCS 或ERP / MES / PCS 3 层架构中起到承上启下的关键作用，它通过计划监控、生产调度，实时传递生产过程数据，来对生产过程中出现的各种复杂问题进行实时处理，在信息化中起到了核心关键作用，是一个实时化的系统。它与ERP 、PCS 一起构成企业完整的产销一体化的集成系统如图1 所示。

　　5 实施MES 后的作用

　　通过引人MES ，可以大大地提高企业的制造管理水平。

　　(1)提高实物的质量水平、大大缩短加工周期，减少在制品库存。

　　(2)贯彻“按合同组织生产”的管理思想，提高企业按期交货的能力，增加用户满意度。当前，我国钢铁企业追求的目标已经从以生产、以产品为中心，向以客户、以市场为中心进行转变。MES引人后可以做到按客户的要求进行质量设计和生产设计;按合同组织生产，并编制合同计划和生产作业计划;对合同的执行过程进行全程、动态、实时的跟踪。

　　(3)将一贯质量管理的概念贯穿于制造的全过程，全面制定了企业所有生产区域的质量标准及工艺规范，使工艺规程与生产合同有机结合，确保所有工序质量的一致性，提高产品的质量。通过统一国际标准、国家标准、企业标准、内控标准的关系，建立从原料进厂到成品产出厂等钢铁全流程的产品规范和钢铁规范，将用户订货的产品指标要求转换成厂内生产加工过程工艺参数的具体要求，细化了质量控制内容，实现产品的全过程质量控制。

　　(4) 建立“以财务管理为中心”的理念，实现企业效益最大化。通过建立面向工厂制造的实时MES系统，与财务有关的成坪：信息由原来的月底通过统计数据收集进行成本核算，变为由相应的业务系统实时“抛帐”进行动态成本控制，提高了管理水平，真正做到了物流、信息流、资金流的高度统一。

　　(5) 与国际接轨，面临国际市场竞争的需要及适应ISO 9000、QS 9000等贯标工作。企业生产数据、生产履历的透明化，不仅便于向客户、股东、质量管理部门清楚地说明企业的经营业绩，保证了数据的真实性，回溯起来非常容易。对于质量异议以及贯标过程需要的产品生产过程履历、质量数据的可追溯性等要求，都能够提出可靠的依据。

　　(6) 定义制造规范与操作指导。对于高度依赖操作技能的生产过程来说，不同的操作者所产生的结果会不一样。MES通过规范了工艺规程、岗位规范以及面对各种复杂问题的处理方法，提高了操作人员的技能以及应变能力，减少了人为

　　失误，提高了产品质量与工作效率。

6钢铁企业MES的整体架构

　　根据钢铁企业的特点，采用如图2所示的整体架构。

　　7 MES 系统需要解决的主要问题

　　( l ) MES 的高级计划排程(APS )、高级作业排序(ALS)模块必须解决很多ERP系统难以解决的问题：将客户订单打包归并成适合企业生产车间实际生产的生产订单。并由此生成具体的生产计划调度、作业排序。

　　( 2 ) MES 的在制品跟踪(WIP )模块必须对整个生产过程中所有的有用数据进行跟踪，并对数据进行分析处理。

　　( 3 ) MES 系统必须处理好与计划层、生产控制层的接口问题。

　　( 4 ) MES 和ERP 注意控制网络和管理网络连接的安全问题。

　　( 5 )为了提高MES 系统的运行效率，减少数据冗余度，MES 系统应该采用分布式设计方法，并对历史数据进行定期整理。

　　( 6 )为了实现MES 与ERP 和代5 之间更好的集成，MES 系统应该采用面向对象的设计方法。

　　8 实施MES是钢铁企业发展趋势

　　钢铁企业是一个高能耗、高污染的行业，在全球能源总体短缺，价格不断上涨的今天，竞争和生存环境压力日见增加。如何通过改善能源管理、提高能源系统装备水平以降低能源的消耗，进而实现降低生产成本，实现绿色生产，以提高产品的市场竞争力，是当今世界各国都在重点研究的课题。将能源管理纳人到生产制造系统中，开发出适应于我国钢铁企业的MES 软件产品，实现全流程制造的紧密集成，是今后钢铁企业MES 的发展方向。

　　[参考文献]

　　[ 1 ] 王志新，金寿松.制造执行系统MES及应用[ M ]，北京：中国电力出版社，2006.

　　[ 2 ] 胡 春.制造执行系统体系结构中功能模型的研究[ J ] .信息与控制，2002,11.