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　　分析冶金企業網絡化制造的特點，根據冶金企業的特性，建立冶金企業網絡化制造系統的一種總體結構，重點討論冶金企業網絡化制造系統中的企業資源計劃和制造執行系統，給出一個實際應用案例。
 

　　冶金企業網絡化制造是在獲取生產流程所需全部信息的基礎上，將分散的控制系統、生產調度系統和管理決策系統等有機地集成起來，綜合運用自動化技術、信息技術、計算機技術、生產加工技術和現代管理科學，從生產過程的全局出發，通過對生產活動所需的各種信息的集成，集控制、監測、優化、調度、管理、經營、決策于一體，形成一個能適應各種生產環境和市場需求的、總體最優的、高質量、高效益、高柔性的現代化企業綜合自動化系統，以達到提高企業經濟效益、適應能力和競爭能力的目的。傳統的企業網絡化制造系統結構由經營管理和工程技術兩方面組成。經營管理主要由市場預測、生產計劃、能力平衡、作業調整、任務分配、工況搜集和統計活動等組成，支持經營管理運作效率的主要技術有ERP、JIT、OPT等。工程技術方面，主要是從事由產品概念設計到產品成型過程中的工程制造活動，由產品設計、工藝規劃、物料搬運和質量檢驗等活動組成，保證工程運行效率的技術有很多，如CAD、CAM、CAPP、NC、DNC、FMS等。企業網絡化制造的目標是提高企業的競爭力和敏捷性，快速響應市場的變化。
 

　　冶金企業網絡化制造的特點

　　冶金工業各工序連續，很多工序之間的銜接離散[3]，具有混合過程工業的特點。在經營管理和工程技術兩方面，冶金企業網絡化制造的特點主要體現在如下幾個方面。
 

　　1) 經營決策方面：主要通過穩產、高產、提高產品數量和質量、降低能耗和原料、減少污染來提高生產率，增加經濟效益，冶金企業更注重生產過程中資金流的管理。
 

　　2) 在生產計劃方面：通過過程結構和配方進行物料需求計劃，一般同時考慮生產能力和物料；冶金企業網絡化制造的生產面向庫存，幾乎沒有作業單的概念，作業計劃中也沒有可供調節的時間。
 

　　3) 在調度管理方面：考慮產品配方、產品混合、物料平衡、污染防治等問題，需要進行主產品、副產品、協產品、廢品、成品、半成品和回流物的管理，熱蒸汽、冷凍水、壓縮空氣、水、電等動力能源輔助系統也應納入網絡化制造的集成框架；生產過程的柔性是靠改變各種設備間的物流分配和生產裝置的工作點來實現的，必須由先進的在線優化、控制技術來保證。
 

　　4) 在質量管理方面：產品檢驗以抽樣方式為主，采用統計質量控制，一般不需要單獨的質量管理分系統，要求產品檢驗與生產過程控制、管理系統實現集成。
 

　　5) 在信息處理方面：要求實時在線采集大量的生產過程數據、工藝質量數據、設備狀態數據等，要及時處理大量的動態數據，保存許多歷史數據，分析過程變量的趨勢，并以圖表、圖形的形式予以顯示；工程數據庫主要是體現生產過程狀態的一些實時數據，如過程變量、設備狀態、工藝參數等。
 

　　6) 在安全可靠性方面：由于生產的連續性和大型化，保證生產的高效、安全、穩定運行，實現穩定、高產，才能獲取最大的經濟效益，必須實現全生產過程的動態監控，使其成為網絡化制造集成系統中不可缺少的一部分。
 

　　7) 在工程設計方面：新產品開發過程不必與正常的生產管理和制造過程集成，可以不包括工程設計分系統。
 

　　8) 在人的作用方面：由于生產的連續性，更強調基礎自動化的重要性，生產加工過程自動化程度較高，人的作用主要是監視生產設備的運行、調節運行參數等，一般不需要操作人員直接參與。
 

　　9) 在理論研究方面：在體系結構、柔性生產、優化調度、集成模式和集成環境等方面都缺乏有效的理論指導，亟需進行相關的理論研究。
 

　　冶金企業網絡化制造系統

　　冶金企業網絡化制造的總體目標是綜合運用現代計算機技術、管理技術、自動化技術、通信技術和系統工程技術等，在計算機網絡和數據庫的支持下，將企業經營過程中的人、技術和經營管理形成一個有機整體，以投入產出信息為基礎，把企業經營和生產過程中的各個環節，包括市場信息、物資供應、倉貯、生產、銷售過程中的物流信息、資金周轉中的資金流信息與管理控制信息等集成起來，對企業的經營決策、經營活動、生產過程等進行全方位指揮與控制，從而增強企業的市場應變能力，提高整個企業的運行效率和效益。
 

　　冶金企業網絡化制造系統的總體結構

　　由于冶金企業大多具有規模大型化、產融一體化、經營多元化、成員多元化、市場廣域化甚至國際化、布局分散化、管理文化多元化、組織結構層次化等主要特點，大多數冶金企業都是企業集團。因此其網絡化制造系統的構成就會比單一企業網絡化制造系統的構成復雜得多，其總體結構如圖1所示。冶金企業網絡化制造系統的結構由支撐層、集團層、二級廠礦層、平臺層和其他層五個層面構成。
 

圖1 掖進企業網絡化制造系統的一種總體結構
 

　　1) 支撐層：主要包括計算機網絡(Intranet、Extranet、Internet)及安全系統、數據庫系統(分布式數據庫)和標準化支持系統等。
 

　　2) 集團層：主要指集團層面的內部網絡化制造系統，主要是經營功能，也可能有新鋼種產品開發功能車間自動化功能一般較弱(有的甚至沒有生產車間)但可能有與車間功能類似的直屬部門(如立體倉庫)因此集團層主要包括集團管理信息系統(MIS)、制造自動化系統(MAS)、集成設備管理系統(EMS)、質量保證分系統(QAS)等。

　　3) 二級廠礦層：屬于二級企業，雖有一定自主權但經營權是不完全的，在經營決策、原料采購、產品銷售、人事管理等多方面要接受集團公司的領導和制約，因此在經營管理功能上要弱些，有可能在產品設計上也會受到一定制約，二級廠礦與集團公司在功能上和信息上均有密切的聯系，二級廠礦之間有一定的聯系，如企業集團內子企業間存在的上、下游廠的關系，即一個廠產品是另一個廠的原料。
 

　　4) 平臺層：主要指集團公司及其二級廠礦對外的信息集成平臺，屬于集團公司及各子公司外部網絡化制造系統，其主要功能包括電子商務分系統、供應鏈管理分系統、遠程設備監測與診斷分系統等。
 

　　5) 其他層：主要指集團之外而又與集團有密切聯系的要素集合，包括一些半緊密層企業、供應商、客戶、經銷商、高校、科研院所、政府及上級主管部門等。冶金企業網絡化制造系統又是一個多層次遞階的集成系統，通常分為過程控制層、過程優化層、生產調度層、企業管理層和經營決策層，如圖2所示。
 

圖2 冶金企業網絡化制造系統遞階控制圖
 

　　冶金網絡化制造通過信息集成來實現各組成部分的有機集成，集成的技術手段是計算機網絡、分布式數據庫、各種現場儀表、現場總線等，生產過程的柔性主要靠物流和生產裝置操作點的在線優化、建立通用模型來保證，特別是集散控制系統(DCS)、分布式數據庫和客戶機P服務器網絡環境的應用，使冶金網絡化制造的柔性大大增強。長期以來，生產過程優化控制在冶金工業企業受到高度重視。DCS的廣泛應用，為大系統理論、智能控制在生產過程的應用提供了強有力的技術工具，使過程自動化突破了以先進控制算法為核心的局部控制模式，進入管控一體化的新時期。
 

　　值得指出的是，由于冶金工業生產的連續性和大型化，企業資源計劃和制造執行系統在冶金企業網絡化制造中具有更加重要的地位，是冶金企業網絡化制造能否發揮應有作用的關鍵所在。
 

　　冶金企業網絡化制造中的ERP

　　ERP系統是冶金企業網絡化制造系統的重要組成部分，它負責生產計劃制定、庫存控制和財務管理，側重于企業生產組織、生產管理、經營決策等方面的優化。軟件功能組成上，冶金企業ERP系統應包含以往MRP－II系統的功能，如生產計劃、生產作業計劃、物料需求計劃、銷售管理、采購管理、成本管理、庫存管理、財務管理及生產數據管理；同時，冶金工業ERP系統還增加了體現冶金工業特點的冶煉配方管理、計量單位的轉換、協產品、副產品、冶金作業管理、維護管理等功能。例如，冶金工業存在著周期性生產線停車檢修程序，ERP系統可以通過收集和處理企業生產全過程的日常信息，制定經濟和科學的大修決策計劃。冶金工業ERP還包含全面質量信息管理，包括產品質量、工藝質量和工作質量，以及與EDI(Electronic DataInterchange)集成，接受從客戶EDI系統傳來的合同、訂單等信息，從銀行EDI系統傳來的信貸、賬務信息，向海關EDI系統發送報關信息，向供應商EDI系統發送采購訂單信息等，通過EDI信息網絡進行貿易伙伴之間的信息傳送。
 

　　除此以外，冶金企業網絡化制造系統中的ERP系統的特點主要體現在生產計劃與控制方面：主生產計劃的制定應以安全、穩定、長期、滿負荷、優質的生產為目標，進行有限能力計劃；冶金生產的連續性特點決定了它對包括主生產計劃等在內的ERP系統功能的實時性有更高的要求；冶金信息化采用過程結構和某些配方進行物料需求計劃；同時考慮生產能力和物料；企業生產需要考慮進行協產品、副產品、廢品、回流物管理等。總之，ERP系統應具備專門應用于冶金行業的功能，并符合現代企業管理思想，在冶金工業中不斷得到推廣應用，在管理信息系統層次上成為冶金工業信息化中的重要組成部分。
 

　　冶金企業網絡化制造中的MES

　　制造執行系統(ManufacturingExecutionSystem，MES)是處于計劃層和控制層之間的執行層，主要負責生產管理和調度執行。它通過控制包括物料、設備、人員、冶金指令和設施在內的所有工廠資源來提高制造競爭力，提供了一種系統地在統一平臺上集成諸如質量控制、文檔管理、生產調度等功能的方式。隨著冶金工業生產方式由面向庫存生產轉為面向訂單生產，企業資源計劃(ERP)系統需要實時的生產信息輔助進行經營決策和訂單管理。但是來自生產現場的狀態信息和生產數據并不能直接地反映經營者所關心的產品進度和質量變化等信息。因此，需要MES在企業資源計劃和過程控制之間提供信息的轉換。MES執行由ERP制定的計劃，并根據實時生產信息調整生產作出調度，并將有關資源利用和庫存情況的準確信息實時地提供給ERP系統。MES將從DCS采集來的生產數據與質量指標進行對比和分析，以提供閉環的質量控制。可見，MES是ERP和DCS之間的信息紐帶，是冶金工業網絡化制造的核心。
 

　　冶金企業網絡化制造中，MES軟件系統的功能主要包括物料管理、資源管理、作業P訂單管理、質量管理、操作管理及行業法規管理等。冶金企業的MES的特點主要體現在如下幾個方面。
 

　　1) 冶金工業生產環境苛刻，生產過程包含復雜的物理、化學過程，及各種突變和不確定性因素，特別是啟動、停機和應急處理等暫態過程的各項操作，不僅影響生產效率，而且存在著安全隱患。因此，操作管理是冶金信息化中MES的一項重要任務，負責監督在所執行的每一項操作中遵守操作步驟和規范，在連續、混合及間歇生產環境下為操作員提供設備啟動、平穩運行及停機等過程的標準操作指令。
 

　　2) 冶金企業中MES的調度決策功能需要對物料和能量提供最佳控制策略，同時，決策不僅以提高生產效率和降低生產成本為目標，還應將節省能源、減少污染等目標考慮在內。
 

　　3) 冶金企業中MES的決策具有混雜性，不僅包括連續過程變量，而且包含離散過程變量。為了對生產過程及產品質量進行控制，必須建立反映連續過程主要物理、化學變化的過程模擬模型，并將過程模型與優化模型結合起來。通常MES是一個很大的整體軟件系統，其定制和維護的成本很高。隨著計算機支撐技術的發展，使開發更加模塊化、更具柔性的MES系統成為可能，實施和維護MES的成本將大大降低。MES作為冶金企業網絡化制造的核心，在冶金工業的綜合自動化進程中具有廣闊的應用前景。
 

　　示例

　　由于冶金企業網絡化制造系統是一個復雜的大系統，這里僅以某鋼鐵公司第二熱軋廠網絡化生產過程中的物料控制系統為例加以說明。如圖3所示。該系統分為四級：生產管理系統(包含在集團公司MIS系統內)、生產控制系統(第三級)、過程控制系統(第二級)和基礎自動化系統(第一級)。熱軋生產過程包括合同管理到組織生產，從板坯入庫到鋼卷成品出廠，從板坯裝爐到卷曲成鋼卷，從儀表控制到電氣傳動，全部由計算機實施管理和控制。從生產組織方面來看，該系統負責接受生產管理系統(與集團公司MIS及煉鋼廠MIS集成)下達的各種生產計劃和控制指令，供生產操作人員根據生產和設備的實際情況通過人機對話方式進行現場實時調整，并下達給過程控制系統，實施生產過程的組織；同時以通訊和人機對話方式從過程控制系統、基礎自動化系統和生產作業線收集各種生產實績，保存待用，并返回給生產管理系統。
 

圖3 某熱軋廠網絡化制造物流系統
 

　　從信息流管理方面看，該系統接受煉鋼廠的板坯信息，并根據鋼卷實績，將鋼卷信息傳送給后面的工序(二熱軋精整線、一熱軋精整線、一/二冷軋廠)；負責三庫(板坯庫、鋼卷庫、成品庫)的物流作業管理。該系統的主要功能包括：板坯管理，軋制計劃執行管理，軋制線實績收集，鋼卷庫管理，鋼卷發貨計劃執行管理，精整計劃執行管理，精整線作業管理，成品管理，成品發貨計劃執行管理，質量管理等功能。