莱钢数据制造执行系统的开发与应用

[摘 要] 采用MES技术对传统计量系统进行改造，实现了远程值守智能称量，提高计量效率、降低计量成本以及堵塞管理漏洞。 莱钢作为钢产量千万吨的钢铁联合企业，生产工艺复杂，企业计量检测点多，生产节奏快，原燃料消耗和产品销售量大，原燃料及产品质量管理要求高，为企业计量检测工作提出了新的更高的要求。2005年物资检斤量超过7500万t。近年来莱钢的基础自动化水平有了很大提高，相继开发了一些面向单一业务的管理信息系统。但各系统间彼此相互分离，数据不能共享，管理信息系统的作用不能得到最大限度地发挥。为适应企业发展的新要求，为集团公司各单位提供及时、准确、全面的物料数据，同时从根本上有效防止计量的人为干预，保障企业财产安全，自动化部利用近一年的时间，自主开发建成了这套DMES系统平台。 1 DMES系统设计思想 莱钢DMES是莱钢信息化建设最重要的基础。这一理念源于计量管理中“数据就是产品、质量就是准确”和现阶段流行的MES技术，即大规模定制式生产中以订单自动进行生产的基本概念。该平台以实现企业物流、数据流及信息流三流合一为目标，为企业生产、营销和管理决策提供所需的数据信息，是实现数据信息共享的最佳解决方案。该系统覆盖莱钢70多台衡器、1000多个能源检测点和20多个检化验点。根据系统的组成，它包括三个“数据制造”系统：物资计量系统、能源计量系统与质量检验系统。一个“执行”系统：即三个“制造”系统的数据整合处理、发布系统。四个主要功能：数据采集、数据处理、数据发布及质量管理。 1.1 系统设计原则 （1）坚持把握全局的观点。系统设计考虑当前开发的系统在整个系统中扮演什么角色、完成什么任务以及与其他同级系统间的关系。 （2）坚持面向发展的观点。系统设计考虑当前先进计算机技术和单位业务的发展，为系统今后的扩充和功能增强提供方便，保持系统开发的一致性和连贯性。 （3）系统资源优化整合。用好先前的投资设施，合理优化已有的应用系统，整合已有数据资源，结合管理业务和工序的需要，开发新的应用系统。 （4）重点突出，分步实施。以生产调度和质量管理为核心，以物资采购和产品销售为重点，公用模块重点开发，数据采集模块先期开发。 1.2 开发平台设计 选用Windows 2003 Server作为网络操作系统，SQL Server 2000作为数据库开发工具。针对各子模块的功能和用户特点，分别采用了Delphi7.0、VisualBacis、Visual C++、MS Visual Studio 6等编程工具以及ASP.net脚本语言作为软件开发工具。系统根据不同类型用户的业务需求特点，采用了C/S（客户机/服务器）与B/S（浏览器/服务器）相结合的体系结构。 1.3 系统功能设计 系统功能设计本着实用、安全、先进和可扩展的原则，统一设计、分步实施。依据这样的原则，统一设计数据字典、模块逻辑功能，即数据库结构、数据关系、模块的功能与层次设计。该系统采用快速原型法、生命周期法相结合的方法开发。主要功能设计思想如下： （1）数据采集 采取局部集中、就近上网、无线数传及高速传输的采集方式。各种检测、分析数据和人工录入数据通过控制接口连接到采集站，再通过TCP/IP高速光纤网实时采集到数据库。 （2）数据处理 根据用户数据“订单”进行数据规划，制定数据规范，构建数据模型，对数据进行双向处理、传输。对上行的原始数据进行检查、分析与处理，生成规范数据，对形成的控制指令、操作下行传输到控制终端。综合分析、统计数据，提供状况预警和操作指导。 （3）数据发布 以“数据需求”为中心，以“数据定制”为模式。原料、财务、烧结、生产、品保及销售等部门可以根据本部门的数据需求自行定制报表格式，上传到应用服务器，提取所需要的数据。进一步为成本核算、质量分析、物流调度、能源平衡及生产控制提供决策服务。 （4）质量管理 数据管理的核心是“质量”。通过数据自动筛选、过滤，数据督察、质量分析等手段，提高数据的准确性、稳定性和有效性。 1.4 系统数据流设计 根据物资称量、能源检测和质量分析业务，设计系统的数据流图。系统数据就是在数据流图的控制下进行工作的（见图1）。 2 DMES系统平台组成与建设 根据业务范围的划分，DMES由三大部分组成：物资称量、能源计量和质量分析。系统在建设过程中，本着统一规划、分步实施，建设与生产兼顾的建设思路。工程分为四个阶段，第一阶段，建设质量数据采集、分析系统；第二阶段，建设能源计量数据采集、分析系统；第三阶段，建设无人值守远程称量系统；第四阶段，系统整合，建设DMES数据平台。 2.1 远程值守物资计量系统 本系统建立覆盖企业所有物资计量点的大型数据库，实现数据的集中计量、储存、处理和实时查询、检索，并实现对各秤点的远程实时视频监控，使全系统达到企业ERP建设的管理要求，并为其他系统提供数据接口。该系统能够每天反映各工序的实际消耗情况和各料场的存货、出货、莱钢整体的收发货物的状况，实现物资消耗日、旬、月、年的自动累加和相互平衡，并实现莱钢物资能力平衡预测。 在实施过程中，以“流程化”为目标，通过流程整合、业务重组、规范管理、统一编码和全员培训等工作，将原、燃物料的运输、储存、计量、结算过程有效地实现了人流、物流和信息流的三流同步。将原料处、生产处、财务处及各相关需求单位的计量业务通过计算机网络系统实现了数据传输、发布和结算的自动进行，简化了周转环节、节约了人力物力，提高了计量效率。 2.2 水电风气能源计量系统 该系统采用两级网络结构，对莱钢的水、电、风、气（汽）、油等厂级计量数据和主要生产工艺参数进行集中管理、处理，实现二级单位能源管理数据共享，直接反映了各个工序的实际能源消耗水平，并能实现能源消耗数据日、旬、月、年的自动累加，及时了解全公司能源消耗变化情况，进行能源动力的平衡，为公司有效地调度生产提供保障。 系统以国际标准工业控制系统规程为构架，采用服务器（管理计算机）/主控机（采集节点）/下位机（智能仪表）网络结构，以计算机局域网络和计算机数据采集网络为依托，综合采用网络通信技术、串行通讯技术、智能仪表技术、数据库技术、嵌入式技术、分布式实时监控技术、多线程编程等计算机技术，可以实现PROFIBUS、MODBUS、DEVICENET等多协议转换，自主研发的智能流量仪具有多种数学模型任意组态，自主研发的能源监控组态软件实现了实时数据显示、报警、流程图和曲线自由组态、智能化平衡分析模型等多种功能，与iFIX等软件比较，具有自动清除历史数据、多种安全设定方式、数据存储转发、管理控制一体化、支持无限点、性能价格比高等优点。系统自投运以来，运行可靠稳定，数据传送准确及时，保证了莱钢对整个能源系统的调度管理。 2.3 质量检验系统 该系统为质量检验相关的各道工序和钢铁生产线提供准确、及时的数据，为提高钢铁生产线的利用效率，降低生产成本提供了可靠的数据保障。通过自动判定程序的实现，提高了判定的准确性和效率，同时降低了操作人员的劳动强度，减少了质量检验报出周期，使整个莱钢钢铁主业的质量信息都互联互通，提高了质量信息的利用率。 根据质量管理流程顺序，本系统主要由以下几大模块组成： （1）数据处理模块 在本模块中处理所有的检验数据，包括中间检验结果和最终结果的记录、数值修正、检验结果的自动动态判定等。 （2）数据查询报表模块 查询模块可以按照多种条件查询，提供了许多灵活的查询方式，并且查询结果可以按照报表打印出来，打印结果可以保存成excel、rtf、jpg、bmp等多种文件方式，报表格式多样，既可以打印流水账、日报、月报，还可以自定义时间段结合查询结果出质量分析报表，灵活多样。除此以外还可以给最终用户开具产品质量证明书，同时对成品的出入库进行了管理。 （3） B/S部分 该部分可以实现WEB方式的数据录入如何修改、查询，客户端不用下载应用程序，用浏览器就可以实现质量数据的传送。 （4）系统管理 系统管理主要包括用户管理、钢号管理、技术标准管理、质量判定标准管理、客户管理、产品名称管理等。 2.4 数据整合处理、发布系统 该系统整合上述三个系统的数据，进行处理后，将数据有机结合在一起，为用户提供满足其所需的，“订单”式的数据，同时最大限度地满足各管理部门、物流能源管理和生产单位对数据信息的总体需求和个性化的要求。 3 莱钢DMES系统特点 （1）智能化秤房 串行通信和打印机网络化，使计量远离现场，杜绝了司秤员和客户的直接接触，减少了人为干预，实现了远程管理；视频监控和环境监控提供了网络化的远程维护和管理；在任一具有网络链接到的角落都可以运行自如的控制称量的动作、语音对讲、输出单据、监控车和人的行为。 （2）远程集中称量 对每一步的操作都作日志，并对计量和监控画面进行截图，实时播放，配合视频监控信息，做到计量异议问题有据可查，实现了人、机、物和数据信息的有机整合和集中管理；最大限度地挖掘人力资源，解决了几十年来困绕企业在计量过程中产生的各种弊端和管理难题。 （3）衡器专有技术 智能型网络皮带秤拥有皮带张力补偿、偏张力修正、运行的自诊断等多项自有技术；智能动静两用网络型称量轨道衡含有4项先进技术发明，从软件上实现了远程标零及故障诊断，大大减少了因维护而影响计量业务问题的发生。 （4）自主研发产品应用 自主研发的流量仪表产品获国家专利，通过ISO9001国际质量体系认证，支持多种数学模型，并可对流量、密度补偿等多种