左晶荣

信息自动化部

摘要：随着习主席提出推动新质生产力，结合《“十四五”智能制造发展规划》，为国民经济重要支柱产业进行转型升级。钢铁企业传统生产模式面临诸多挑战，深入剖析炼钢、轧钢一体化 MES 系统，阐述其理论基础、优势及实现过程。该系统具有提升生产效率、加强质量控制等显著优势，通过实时监控与调度、优化生产计划、全程质量跟踪及质量数据分析等实现。我公司在实施该系统后成效显著。未来研究方向包括技术创新、功能拓展及应用推广等方面，为钢铁产业可持续发展提供新质生产力支撑。

关键词：钢轧作业区；一体化MES系统；计划排产

1  项目背景

钢铁产业作为国民经济重要支柱，传统生产模式面临挑战，钢轧一体化MES系统成为发展趋势。钢铁是现代工业的基础材料，在建筑、交通、机械制造等众多领域发挥着不可替代的作用。然而，随着时代的发展，钢铁产业面临着诸多挑战。一方面，市场竞争日益激烈，客户对产品质量、交货期和个性化需求不断提高。另一方面，环保压力持续加大，钢铁企业需要降低能耗、减少污染排放。此外，传统的生产管理模式存在信息不畅通、生产效率低下等问题。在这种背景下，炼钢、轧钢一体化 MES 系统应运而生。一体化 MES 系统能够实现生产过程的全面监控和管理，提高生产效率、降低成本、提升产品质量。通过实时采集生产数据，系统可以对生产进度、设备状态、质量指标等进行精准掌握，及时发现问题并采取措施。同时，一体化 MES 系统还可以优化生产计划，实现资源的合理配置，提高企业的市场竞争力。

2  研究钢轧一体化MES系统的目的

2.1深入剖析钢、轧钢一体化 MES 系统，为钢铁产业升级提供理论与实践支持。

本研究旨在通过对炼钢、轧钢一体化 MES 系统的深入分析，揭示其在钢铁产业中的关键作用和价值。具体而言，我们期望从以下几个方面为钢铁产业的升级提供有力支持。

2.2研究将探讨一体化 MES 系统如何优化生产计划和资源配置。

通过精确的数据分析和智能算法，系统可以根据市场需求、设备状态和原材料供应等因素，制定出最优化的生产计划。有数据表明，使用该系统后，企业的库存周转率提高了 25%左右，大大降低了库存成本。

2.3分析一体化 MES 系统对产品质量的提升作用。

系统可以实时采集质量数据，并进行自动分析和预警，确保产品质量符合标准。例如，某钢铁企业在引入一体化 MES 系统后，产品质量合格率从 95%提升到了 98%，显著提高了企业的市场竞争力。

2.4本研究还将关注一体化 MES 系统的可持续发展性。

随着环保要求的不断提高，系统可以通过对能源消耗的监测和管理，帮助企业实现节能减排的目标。据相关数据显示，采用该系统的企业能源消耗降低了 10%以上，为钢铁产业的绿色发展做出了贡献。

3  设计构思和特点

钢铁行业对 MES 系统有特殊需求。首先，钢铁行业能源消耗量大，输配复杂，厂内二次能源多，需要 MES 系统对能源进行有效管理和监控。其次，原料、半成品、成品质量特征各不相同，取样、分析方法和试验手段多样，取样点、分析点分散，MES 系统需具备精准的质量跟踪和管理功能。再者，钢铁行业中间库存量大，按物质品种、产地、批次、质量等级等进行库存管理和工序转移关系复杂，难度大，这要求 MES 系统能够高效管理库存。此外，钢铁生产设备造价高且无可替代，主要生产环节存在各种难控对象，生产计划及生产过程调度重要且复杂，MES 系统需承担起计划、排产、调度及其优化功能。最后，钢铁企业采用过程结构和配方形成物料需求计划，不同于离散制造业的 BOM，MES 系统要贯彻以财务为中心、成本控制为核心，按合同组织生产、全面质量管理的理念，实现全过程的一贯质量管理、一贯计划管理、一贯材料管理以及整个合同生命周期的动态跟踪管理。

3.1钢铁行业MES系统特点

钢铁行业对 MES 系统有特殊需求。首先，钢铁行业能源消耗量大，输配复杂，厂内二次能源多，需要 MES 系统对能源进行有效管理和监控。其次，原料、半成品、成品质量特征各不相同，取样、分析方法和试验手段多样，取样点、分析点分散，MES 系统需具备精准的质量跟踪和管理功能。再者，钢铁行业中间库存量大，按物质品种、产地、批次、质量等级等进行库存管理和工序转移关系复杂，难度大，这要求 MES 系统能够高效管理库存。此外，钢铁生产设备造价高且无可替代，主要生产环节存在各种难控对象，生产计划及生产过程调度重要且复杂，MES 系统需承担起计划、排产、调度及其优化功能。最后，钢铁企业采用过程结构和配方形成物料需求计划，不同于离散制造业的 BOM，MES 系统要贯彻以财务为中心、成本控制为核心，按合同组织生产、全面质量管理的理念，实现全过程的一贯质量管理、一贯计划管理、一贯材料管理以及整个合同生命周期的动态跟踪管理。

3.2工艺流程协同

炼钢和轧钢工艺流程的协同机制主要体现在以下几个方面。首先，在生产计划上实现协同。一体化 MES 系统可以根据市场需求和企业资源状况，制定统一的生产计划，确保炼钢和轧钢工序的生产进度协调一致。例如，根据市场订单确定所需的钢材品种和规格后，MES 系统可以合理安排炼钢的炉次和轧钢的轧制计划，避免生产过剩或不足。

其次，在物料流转上实现协同。从炼钢生产出的钢水直接输送到连铸环节，再将连铸坯快速转运到轧钢工序，减少中间库存和运输时间。通过 MES 系统对物料的实时跟踪和调度，可以确保物料流转的顺畅和高效。

最后，在质量控制上实现协同。炼钢过程中的成分控制和轧钢过程中的尺寸精度控制密切相关，一体化 MES 系统可以实现质量数据的共享和分析，及时调整生产参数，确保产品质量稳定

3.3数据集成和共享

一体化 MES 系统的数据集成与共享模式主要包括以下几个方面。首先，通过统一的数据接口标准，实现炼钢和轧钢各个环节的数据采集和传输。例如，采用 OPC 等工业标准协议，将传感器、仪表等设备的数据实时传输到 MES 系统中。

其次，建立中央数据库，对采集到的数据进行存储和管理。这个数据库可以存储生产过程中的各种数据，如设备状态、工艺参数、质量检测结果等。通过数据的集中管理，可以实现数据的快速查询和分析。再者，利用数据可视化技术，将集成的数据以直观的图表形式展示给用户。管理层可以通过可视化界面实时了解生产情况，做出决策。同时，数据的共享也可以为不同部门之间的协作提供支持，例如生产部门和质量部门可以共享质量数据，共同解决质量问题。

总之，炼钢、轧钢一体化是钢铁产业发展的必然趋势，MES 系统在其中发挥着关键作用。通过工艺流程的协同和数据的集成与共享，钢轧一体化 MES 系统能够提高生产效率、降低成本、提升产品质量，为钢铁企业的可持续发展提供有力支持。

4 钢轧一体化MES系统优势

4.1 生产效率提升

钢轧一体化 MES 系统在提高钢铁企业生产效率方面具有显著优势，比如：数据传递不再依靠“传钢卡”、对讲机沟通、电话沟通等方式进行数据交换，实时数据交互可以在3秒内完成。钢轧一体化MES系统会自动下发质量设计并对产品生产实绩进行实时评价。

4.2 实时监控与调度

一体化 MES 系统具备强大的实时监控与调度功能。通过在生产现场部署各类传感器和智能仪表，系统能够实时采集生产过程中的各种数据，包括设备运行状态、生产进度、物料流转情况等。这些数据被实时传输到系统服务器中，经过处理后以可视化的方式展示给生产管理人员。例如，管理人员可以通过数据大屏直观地了解到每一个工序设备的工作状态，以及各个生产环节的进度情况。当系统检测到生产过程中出现异常情况时，如设备故障、物料短缺等，会自动触发预警提示，并及时进行调度。例如，如果某个工序设备出现故障，MES系统会自动判断并推送停机信息，提醒调度调整生产结构和能源分配。

4.3优化生产计划

钢轧一体化 MES 系统能够根据市场需求、设备状态、原材料供应等因素，对生产计划进行优化排产。同时，系统实时监测计划完成情况和交货周期进行推荐性预排产。此外，系统还与计量系统进行对接，实时掌握原材料的进厂情况。

4.4 全程质量跟踪

钢轧一体化 MES 系统能够实现对产品质量的全程跟踪。从炼铁环节开始，系统对铁水、钢水的成分进行实时监测，确保炼钢过程中的成分符合标准要求。在连铸环节，系统对铸坯的尺寸、表面质量等进行跟踪，及时发现并处理质量问题。进入轧钢环节后，系统继续对钢材的尺寸精度、力学性能等进行监控。

5 技术实现

5.1 技术架构

5.1.1 系统架构设计

钢轧一体化 MES 系统采用分层架构设计，主要包括数据采集层、数据处理层、业务逻辑层和用户界面层。数据采集层通过各类传感器、仪表和自动化设备，实时采集生产现场的各种数据，如设备运行状态、工艺参数、质量检测数据等。数据处理层对采集到的数据进行清洗、转换和存储，确保数据的准确性和完整性。业务逻辑层包含了系统的核心业务功能，如生产计划管理、实时监控与调度、质量控制等。用户界面层为用户提供直观、便捷的操作界面，方便用户进行系统操作和数据查询。各模块之间紧密协作，数据采集层为数据处理层提供原始数据，数据处理层将处理后的数据传递给业务逻辑层进行业务处理，业务逻辑层将处理结果反馈给用户界面层进行展示。例如，当生产现场的设备运行状态发生变化时，数据采集层将实时采集到的数据传输给数据处理层，数据处理层对数据进行处理后，业务逻辑层根据数据变化进行生产计划调整或设备故障预警，用户界面层则将调整后的生产计划或预警信息展示给用户。

5.1.2 数据采集与处理

钢轧一体化 MES 系统的数据采集方式多样，主要包括传感器自动采集、人工录入和与其他系统对接等方式。传感器自动采集是通过在生产设备上安装各类传感器，实时采集设备运行状态、工艺参数等数据。人工录入主要用于一些无法通过传感器自动采集的数据，如设备维修记录、质量检测结果等。与其他系统对接则是通过数据接口与企业的 ERP 系统、自动化控制系统等进行数据交互，实现数据的共享和集成。

数据处理流程包括数据清洗、转换、存储和分析等环节。数据清洗是去除采集到的原始数据中的噪声和异常值，确保数据的准确性。数据转换是将不同格式的数据转换为统一的格式，方便数据存储和分析。数据存储采用关系型数据库和分布式文件系统相结合的方式，确保数据的安全可靠和高效存储。数据分析则是通过建立数据分析模型，对存储的数据进行挖掘和分析，为生产决策提供支持。例如，通过对历史生产数据的分析，系统可以预测设备故障的发生概率，提前进行维护保养，避免设备故障对生产造成影响。

5.2 实施案例分析

5.2.1 项目背景与目标

我公司实施一体化 MES 系统的目标主要包括以下几个方面：一是提高订单一次完成率，缩短交货期，满足客户对产品交付时间的要求；二是降低中间库存，减少资金占用，提高资金周转效率；三是加强质量控制，减少产品质量异议，提高产品市场竞争力；四是实现自动化的生产组织和数据采集，精细的生产控制和物流跟踪，提高生产管理水平。

5.2.2 实施过程与挑战

在实施过程前，进行了详细的需求分析和系统规划。根据企业的生产特点和管理需求，确定了一体化 MES 系统的功能模块和技术架构。然后，进行了系统的开发和测试。在开发过程中，充分考虑了系统的稳定性、可靠性和可扩展性，确保系统能够满足企业未来的发展需求。

实施过程中的关键步骤包括：一是数据采集与整合。通过安装各类传感器和自动化设备，实现了对生产现场数据的实时采集。同时，通过与企业的 ERP 系统、自动化控制系统等进行数据对接，实现了数据的共享和集成。二是生产计划管理。根据市场需求和企业资源状况，制定了合理的生产计划，并通过一体化 MES 系统进行实时监控和调整。三是质量控制。建立了全程质量跟踪体系，对产品质量进行实时监控和分析，及时发现并解决质量问题。

实施困难和挑战，烘熔钢铁在实施钢轧一体化MES系统中，遇到自动化设施缺失、二级系统不完善、开发人员缺乏、开发周期短时间紧等一系列问题。还有一体化 MES 系统涉及到多个技术领域，如传感器技术、自动化控制技术、数据库技术等，需要具备较高的技术水平和专业知识，系统的实施需要员工具备一定的信息技术素养和操作技能，因此需要进行大量的人员培训。其次是数据安全。生产数据是企业的重要资产，我公司又缺少可靠的硬件防护措施。为了应对这些挑战，项目组采取了一系列措施。一是加强与普阳总部技术研发和合作，共同攻克技术难题。二是制定详细的人员培训计划。通过集中培训、现场指导等方式，提高员工的信息技术素养和操作技能。三是制定数据安全隔离架构，通过管理来为安全增加一层保障，项目还采用加密技术、备份技术等确保数据的安全可靠。

6未来研究方向展望

随着科技的不断进步和钢铁产业的持续发展，钢轧一体化 MES 系统在未来有着广阔的研究方向和发展空间。

6.1技术创新方面

6.1.1人工智能与机器学习的应用：进一步探索人工智能和机器学习在一体化 MES 系统中的应用，实现更精准的生产预测和优化。例如，利用机器学习算法对历史生产数据进行分析，预测设备故障的发生时间和类型，提前进行维护和保养，减少设备故障对生产的影响。同时，通过对市场需求数据的学习，优化生产计划，提高生产的灵活性和适应性。

6.1.2物联网技术的深化：持续拓展物联网技术在生产过程中的应用范围和深度。通过增加更多的传感器和智能设备，实现对生产现场的更全面、更精细的监测和控制。例如，在炼钢和轧钢过程中，实时监测原材料的质量和消耗情况，优化配料方案，提高产品质量和降低成本。同时，利用物联网技术实现设备的远程监控和诊断，提高设备的可靠性和维护效率。

6.1.3大数据分析的强化：加强大数据分析在钢轧一体化 MES 系统中的作用，挖掘更多有价值的信息。通过对海量的生产数据进行深度分析，发现生产过程中的潜在规律和问题，为企业的决策提供更科学的依据。例如，分析不同生产工艺参数对产品质量的影响，优化工艺参数，提高产品质量的稳定性。同时，利用大数据分析评估企业的能源消耗情况，制定节能减排方案，实现绿色生产。

6.2功能拓展方面

6.2.1供应链协同管理：将一体化 MES 系统与供应链管理系统进行深度集成，实现供应链的协同管理。通过与供应商和客户的信息系统进行对接，实时掌握原材料的供应情况和客户的需求变化，优化生产计划和库存管理，提高供应链的效率和灵活性。例如，当客户需求发生变化时，系统能够及时调整生产计划，确保产品按时交付。同时，与供应商合作，实现原材料的准时供应，降低库存成本。

6.2.2智能决策支持：开发更强大的智能决策支持功能，为企业管理层提供更准确、更及时的决策依据。通过整合生产、质量、设备、能源等多方面的数据，建立综合决策模型，帮助管理层在复杂的生产环境中做出最优决策。例如，在面临设备故障、原材料短缺、市场需求变化等多种情况时，系统能够快速给出最优的解决方案，减少决策时间和风险。

6.2.3可持续发展支持：强化一体化 MES 系统对企业可持续发展的支持功能。除了能源管理和节能减排外，系统还可以关注环境保护、资源回收利用等方面。例如，监测生产过程中的污染物排放情况，制定环保措施，降低企业的环境风险。同时，优化资源回收利用流程，提高资源利用率，实现循环经济。

7  结束语

积极推动钢轧一体化 MES 系统，规范系统的功能、性能和接口标准，促进系统的广泛应用和互联互通。可以提高系统的可靠性和稳定性，降低企业的实施成本和风险。同时，也有利于不同系统的信息共享和协同作业，提高数据利用和数据挖掘。在人才培养方面，加强对信息化技术和软件开发人员的培养，为数字化转型提供人才支持。通过开展专业培训、帮带等方法，提高信息技术素养和业务能力。总之，未来在钢轧一体化 MES 系统领域的研究方向将围绕技术创新、功能拓展和应用推广等方面展开，为钢铁产业的可持续发展提供更强大的支持。

参考文献

[1]  曹文峰.基于精益生产管理的工厂MES系统研究.智慧中国.2023(06)。

[2]  王晨阳.MES系统生产排产模块结构与功能探讨.中国管理信息化.2020,23(20)

[3]  张涛,李志伟.钢铁企业MES系统的集成应用.冶金经济与管理.2021(03)