摘要结合宝钢炼铁厂生产过程的特点，着重对宝钢炼铁厂管控一体化系统的发展历程、功能架构以及具体解决方案进行了阐述。在对现有钢铁企业的信息化体系结构和生产管理模式等进行理论研究的基础上，宝钢炼铁厂构建基于面向企业管理层ERP系统、关键层制造执行系统MES、底层PCS系统的管控一体化。实践表明，管控一体化使宝钢炼铁厂实现了节能降耗，提高了管理水平，产生了较好的经济效益。

关键词 炼铁 管控一体化 制造执行系统(MES)  ERP系统

1概况

       钢铁企业要在竞争中获胜，必须保证在向敏捷化、连续化、自动化生产发展的同时，实行实时高效的生产管理策略。而实现企业计算机管控一体化系统是必经之路。参照国际标准化组织(ISO)技术报告，钢铁企业自动化系统有六级的分层结构，其中控制层包括3级：第一级检测与驱动；第二级设备控制；第三级过程控制；管理层也包括3级：第四级车间在线作业管理；第五级企业短期生产计划及业务管理；第六级企业长期生产经营决策规划。根据上述定义，运用系统集成的思想和方法，采用先进的计算机技术、网络技术、数据库技术、自动控制技术，采用现代企业管理模式，建成覆盖上述六级自动化功能的综合自动化系统，将企业生产经营全过程中有关人、技术、经营管理三要素及其信息流与物流有机地集成并优化，充分利用互联网技术，与供应链管理、客户关系管理、电子商务、办公自动化等功能全面集成，实现资源共享及企业生产过程的整体优化，也就是钢铁企业的管控一体化系统。

       随着经济的发展，钢铁企业信息化程度的不断提高，几乎所有流程型行业都已经有了底层的PCS系统(Prooess Contml System，过程控制系统)，不少企业也实施了上层ERP系统(Enterprise ResourcePlanning，企业资源计划)，但是管理层和控制层之间迫切需要一层新的系统来填补这一空隙，以实现管控一体化。而制造执行系统MES(ManufacturingExecution System)正好能填补这一空白，同时MES也是流程工业管控一体化的关键，它在计划管理层

和控制底层之间架起了一座桥梁，填补了两者之间的鸿沟，钢铁企业信息化层次结构如图1所示。

      宝钢分公司经过近20多年的发展，目前已经基本实现了企业管控一体化的目标，不仅具有完善的底层PCS系统，而且各二级厂(部)也纷纷构建了管控一体化的核心层MES系统，在此基础上，经过长期的实践活动，大胆进行管理创新，于2001年底全面建成宝钢冶金ERP系统。这一变革不仅构造了快速、有效的业务流程，而且也设计了扁平、精干的流程型组织和协同、高效的经营运作模式，取得了成本、质量、服务、反应速度和技术创新等关键绩效上的突破性进步。

2宝钢炼铁厂管控一体化发展历程

    作为公司级管控一体化系统的子集，宝钢炼铁厂管控一体化系统的发展经历了两个阶段：一期改造项目主要是基于制造执行系统(MES)的设计思想，随后的二期扩容改造项目则是对管控一体化系统的进一步完善和升华，填补了公司级ERP系统未覆盖炼铁的空白。

    (1)一期项目阶段。2000年以前，宝钢炼铁厂各工艺单元虽然已经实现L2级的过程控制自动化，而且各工艺区间都有控制中心和过程机与相应的工艺区间相适应，但恰恰缺乏作为管控一体化的核心层——MES层，信息的传递也主要是以书面文件、电话和会议的方式进行，过程机的生产数据落地造成对技术数据的处理主要通过Excel等简单的辅助工具手工实现。1998年始，宝钢分公司为实现管控一体化系统的全面覆盖，开始决定建设宝钢炼铁厂MES系统。从1998年10月立项到2000年10月功能投运，历时2年，先后经历了技术谈判、初步设计、硬件施工安装、基本设计、详细设计、单体调试、系统联调以及投入试运行等阶段。宝钢炼铁厂MES系统涵盖制造部原料中心及原料、炼焦、烧结和高炉四个工艺单元的生产控制和管理功能。MES系统包括全部L3功能和部分L4功能，与20余个系统(其中对包括高炉、烧结、炼焦、原料等9个底层PCS系统进行了相关接口改造)有通讯关系。整个系统包括生产监视及生产管理系统、统计分析系统及厂务系统三个组成部分。

    (2)二期扩容改造项目阶段。从2004年3月份立项到2005年4月与炼铁厂4号高炉投产同步投运，历时1年时间。由于一期项目打下的坚实基础，本次改造项目比较顺利，主要是增加功能覆盖新的4号高炉区域，调整功能以适应原料、一烧结、二烧结、一二炼焦等区域相关工艺变化和过程机的改造及适应“3对4”新物流交叉模式的需要，另外在炼铁MES系统中增加了对铁水调度系统的改造，涵盖了制造部管制中心的铁水调度功能，使得从物流跟踪上炼铁L3与炼钢L3能够无缝连接。本次改造的主要目的除了是对一期的MES系统进行完善，同时也主要是为顺应管控一体化的需要，从宝钢分公司信息化总体架构考虑，将统计分析功能上移到上层ERP系统中，将原料管理也整合到上层ERP系统中，其业务包括矿石实绩与计划、煤焦实绩与计划、新增原辅料管理等功能。在系统架构方面不增加服务器，对原有服务器系统硬件环境进行了升级。

3宝钢炼铁厂管控一体化架构

3．1  主机解决方案

    MES系统采用了先进的计算机和网络技术，构建炼铁区域高速ATM主干网络和高可靠的生产状态监视及生产管理、厂务服务器系统；选用先进、可靠、通用系统软件，高性能数据库管理系统和开发工具。应用系统采用C／S客户／服务器、B／S浏览/服务器结构。上层。ERP主机系统的配置依赖于宝钢分公司的产销系统与数据仓库系统主机。   

    (1)主机配置。原MES系统采用2台COMPAQ 公司AlphaServer GS60小型机，针对新系统对主机的需求进一步提高，采用在炼铁原MES系统主机进行扩容的方案。2台AlphaServer  GS60主机各增加2个525MHZ EV6 CPU，最终4块CPU，内存各增加4GB，最终8GB内存。内置硬盘各增加2个9．1GB UltraSCSI硬盘。2台服务器之间用专用快速通道互连构成Cluster集群系统的高速心跳线，并共享一套磁盘阵列，以保证应用系统的高可用性。整个切换过程对用户透明，不需要人工干预。主机操作系统使用COMPAQ公司TRUE64 Digital UNIX V4．0F操作系统，数据库使用ORACLE 8．O．5OPS，开发工具使用PB。数据库的操作系统是IBM AIX，以SAS数据集格式存储数据，开发软件采用SAS、Lotus公司的系列产品。   

    (2)存储设备。磁盘系统：外置磁盘阵列RA7000新增4个18．2GB硬盘，以满足新的开发环境、运行环境的要求。磁带系统：采用HP公司TL891企业级高性能DLT磁带库，与2台主机服务器通过SCSI连接，TL891配有2个驱动器，7个磁带插槽，最大存储容量为6300CB。

3．2网络解决方案

    (1)方案概述。根据网络现状，设计原则如下：①对于使用粗缆的通讯介质改造为光缆介质；②采用CISCO厂商设备进行组网；③设备配置按宝钢主干网配置要求进行配置；④对于需用专线方式接人的节点采用帧中继一ATM方式。

    (2)主机接入设计。MES系统的2台AlphaSer-ver GS60主机，采用ATM网卡以155 M接人铁区主干网络，主机上划分了多个LEC，实现与铁区网络中不同子网用户的通讯。

    (3)网络拓扑图。炼铁厂管控一体化系统主要依托宝钢分公司主干网作为与上层ERP系统信息传输的通道，具体参见宝钢炼铁厂管控一体化网络架构图，如图2所示。

4宝钢炼铁厂管控一体化功能

    从宝钢炼铁厂管控一体化系统功能框架图(如图3所示)可以看出，宝钢炼铁厂的ERP层是宝钢分公司大ERP系统的子集，它主要包括生产计划管理、原辅料管理等；核心层MES系统主要包括实时状态监视、作业计划管理等功能；底层PCS系统是过程控制层，包括各单元的L2级过程控制自动化系统及基础自动化L1系统。

  由于底层PCS系统已经相当完善，本文着重介绍ERP及MES层功能分担：

4．1 ERP层

  作为公司级ERP层的子集，炼铁厂管控一体化的ERP层包括统计管理、能源管理、计划管理、原辅料管理等功能。

  (1)计划管理。作为ERP层的计划管理的责任部门是制造部原料中心。通过对计划编制流程的重新梳理，并根据新的生产规模、工艺特点和管理要求完善了计划管理体系，优化了计划的输出格式。计划管理包括生产计划及配料计划，实现了网上在线方式的控制与下达。其中配料计划的控制可通过不同的权限进行编制、审核、批准等分级确认，将配料计划下达到各二级单元，不但保证了配料计划的受控，而且实现了由ERP层直接将计划送达PCS层的完美功能，从而实现了管理与生产的双向通迅，在做到数据上传不落地的同时，做到了计划下达不落地。

    (2)统计管理。炼铁厂统计分析功能主要包括各单元的生产管理、质量管理、成本管理、过程管理、综合报表等统计功能。制造部原料中心的统计功能分别包括矿石、煤焦、焙烧、废钢的生产管理、质量管理、库存平衡等功能。各种统计台帐、报表功能丰富，可以为生产经营、技术分析提供可靠依据。

    (3)能源管理。从能源EMS系统中按月抽取有关炼铁数据，形成炼铁各单元的能源消耗实绩和单耗实绩月报。

    (4)原辅料管理。原辅料管理主要包括矿石副料和煤焦管理。主要分为进厂管理、矿石实绩、矿石计划、煤焦实绩、煤焦计划管理功能。由于宝钢料场中部分的料场存放贸易料，因此包含对贸易料进厂、库存平衡、外运的管理功能。

4．2 MES层

    MES层是连接．ERP层与底层PCS层的桥梁，因此也是炼铁厂管控一体化系统的核心层，起到了承上启下的作用。

    (1)计划管理。根据上层ERP下达的月生产计划，制定日作业计划来指导炼铁各单元生产。其中配料计划经MES层使用者确认好可直接下达到PCS层，直接参与系统控制。

    (2)实时监视。生产状态实时监视功能是炼铁MES的重要组成部分，它改变了以往部门领导由于关心现场数据而经常要打电话才能了解现场生产状况的不利局面，该功能的开发，达到了在分公司范围内实时、动态地了解炼铁生产现场的目的，极大地方便了领导对现场生产的把握及决策。功能主要特点是将工艺流程中重要的参数重新组合与集中，形成便于理解的直观生动的画面。

    (3)实绩整理。该功能实现了炼铁区域内的班、日报、作业记录的自动收集，这些生产实绩信息经相关人员审核后，投入到系统中使用，确保了数据的完整性和准确性。日整理有日报，月整理有月报，年整理有年报，不同特点的生产实绩整理，从不同角度、用不同的方法归纳分析了不同生产周期的数量实绩、操业实绩和成本实绩，为更高层次的生产、管理及技术研究提供了详尽的数据基础。

    (4)质量管理。炼铁工艺有范围广、工艺复杂、试样量大等特点，质量管理功能实现了自动、及时地将各个试样的质量信息收集、检查与判定，为生产操作、技术分析提供了可靠的质量保障。

    (5)物流跟踪。铁水调度系统的开发，使混铁车的作业跟踪管理更加有效，铁水调度对铁水的管理范围从高炉受铁至倒铁或倒渣结束，在这区间内，有受铁、前扒、预处理、后扒、倒铁、倒渣、深脱硫、铸铁、铸造等工位，系统收集每一工位的TPC处理实绩信息和铁水质量信息，为生产管理者提供各工位生产管理等功能，为调度制定和调整指令提供依据。   

    (6)成本管理。实现了各单元的成本日日清功能，及时投入产出实绩的跟踪与分析。同时在系统中引入了原燃料成本控制概念，从中长期的年度计划、到最小执行周期的生产调整，都对对应计划周期的原燃料成本构成进行了核算，使管理者在计划阶段就能掌握该计划(配比)的成本状况，将成本第一的思想落实到日常管理中。

    (7)标准管理。标准管理包括代码管理、标准成本价格管理、铁水标准管理等功能。

    (8)数据处理。针对ERP层、MES层开发了不同的数据挖掘工具，实现了数据下载功能，极大地提高了数据分析的效率。

    (9)厂务系统。厂务系统基于Lotus  Notes系统平台，带来了信息传递的快捷性、时效性与方便性，为推动无纸化办公创造了条件。

5结语

    (1)炼铁厂管控一体化功能的实现，是宝钢自行独立开发的结果，充分说明了宝钢有自行开发大型管控一体化系统的能力。

    (2)系统开发投运至今，成效显著，不但提高了炼铁生产管理水平，管控一体化应用实践也使炼铁厂实现了节能降耗，产生了较好的经济效益。

    (3)将信息技术与现代管理技术相结合，通过信息化带动工业化进而取得企业的进步和发展将是企业的必由之路。

    (4)企业的信息化必须是过程自动化(PCS)、生产制造执行系统(MES)、企业经营管理(ERP)三者同步推进、不可偏废，只有这样，才能将信息流、物质流、资金流最佳集成，发挥信息化的功能，提升企业竞争力。