0 引言
當前鋼鐵工業(yè)基本實現(xiàn)基礎(chǔ)自動化和過程自動化，應(yīng)用先進的管理理念及信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)已成為發(fā)展趨勢。
攀鋼熱軋板廠是攀鋼主要生產(chǎn)廠礦之一，具有完善的基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)(L1)和過程自動化系統(tǒng)(L2)，同時還具有一些小型生產(chǎn)管理應(yīng)用系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)都是以單元生產(chǎn)設(shè)備為核心進行檢測與控制，生產(chǎn)設(shè)備之間(例如：軋線與精整，精整各線)形成諸多“自動化信息孤島”。上下工序問的生產(chǎn)信息傳遞依靠手工報表傳遞，極易導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真和信息阻塞，且缺乏對信息資源的共享和生產(chǎn)過程的統(tǒng)一管理，難以適應(yīng)現(xiàn)代鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)管理的要求閉。
攀鋼實施的整體產(chǎn)銷系統(tǒng)(ERP)需要熱軋板廠提供各個區(qū)域的實時生產(chǎn)信息、并能夠接收和執(zhí)行整體產(chǎn)銷系統(tǒng)下達的生產(chǎn)指令，熱軋板廠現(xiàn)有應(yīng)用系統(tǒng)不能承擔這樣的任務(wù)，因此，迫切需要構(gòu)建MES系統(tǒng)作為ERP系統(tǒng)與PCS系統(tǒng)進行信息交換的中間橋梁。同時，MES的建設(shè)也有助于解決熱軋板廠的“自動化孤島”問題，實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實時共享，生產(chǎn)過程的全程監(jiān)控，從而建立管控一體化的生產(chǎn)控制系統(tǒng)。
1 熱軋MES網(wǎng)絡(luò)設(shè)計
熱軋板廠已有覆蓋全廠的廠務(wù)管理網(wǎng)絡(luò)、工序過程計算機網(wǎng)絡(luò)，因此，熱軋MES系統(tǒng)在物理上不單獨組網(wǎng)，而是對原有的廠務(wù)管理網(wǎng)絡(luò)進行整合、擴展，升級構(gòu)建熱軋MES網(wǎng)絡(luò)。該MES網(wǎng)絡(luò)上與公司骨干網(wǎng)集成，下與各工序L2級網(wǎng)絡(luò)集成，橫向與煉鋼L3級生產(chǎn)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)集成，通過公司骨干網(wǎng)，實現(xiàn)與冷軋L3級信息交換。
為了保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性，熱軋MES網(wǎng)絡(luò)與集團主干網(wǎng)和煉鋼MES網(wǎng)絡(luò)集成采用雙鏈路冗余技術(shù)實現(xiàn)。熱軋MES與多個外部網(wǎng)絡(luò)連接，為了隔離對MES內(nèi)部或外部非法訪問帶來的網(wǎng)絡(luò)安全性問題，MES網(wǎng)絡(luò)采用三層交換機，利用三層交換機的VLAN功能，實現(xiàn)MES網(wǎng)絡(luò)與外部網(wǎng)絡(luò)的邏輯隔離，僅有授權(quán)的用戶能夠訪問MeS內(nèi)部資源或訪問MES外部資源。
2 MES系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
應(yīng)用系統(tǒng)體系機構(gòu)分為C/S、B/S、多層等，多層結(jié)構(gòu)具有前后臺松散耦合、邏輯組件高可復(fù)用、維護升級方便、利于分工和編碼快速方便等優(yōu)點，因此，熱軋MES系統(tǒng)采用多層體系結(jié)構(gòu)，分別為表現(xiàn)層、基礎(chǔ)架構(gòu)層，業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)訪問層和關(guān)系數(shù)據(jù)庫。應(yīng)用系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 MES系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
2.1 表現(xiàn)層
表現(xiàn)層即客戶端，該層使用Delphi語言開發(fā)完成，為用戶提供一種交互式操作的界面，主要負責用戶權(quán)限控制，客戶端邏輯操作畫面加載，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的顯示和接收用戶的輸入。
該層使用了面向?qū)ο蠼M件化開發(fā)模式，封裝了大量的客戶端控件和可復(fù)用的組件。為了客戶端保證數(shù)據(jù)庫的安全，提高數(shù)據(jù)庫的效率，避免客戶不當操作引發(fā)的鎖的問題，客戶端不直接與數(shù)據(jù)庫建立連接，該層使用COM+與基礎(chǔ)架構(gòu)層進行數(shù)據(jù)交互，而整個交互過程對于編碼人員透明，大大簡化客戶端程序的編制過程，提高了開發(fā)效率。
2.2 基礎(chǔ)架構(gòu)層
基礎(chǔ)架構(gòu)層是應(yīng)用服務(wù)器的核心層，該層使用VC++編制，主要功能包括：對象(或?qū)傩�、方�?存取控制(Access Control)，對象映射(Object Map)、域名解析(Name Resolve)、訂閱發(fā)布(Sub/Pub)，數(shù)據(jù)緩存(Data Cache)、業(yè)務(wù)邏輯組件加載與卸載、數(shù)據(jù)事務(wù)控制(Trans Action)和數(shù)據(jù)訪問層(Data Access)等。該層基于COM+標準規(guī)范建立，是一種較為理想的軟總線結(jié)構(gòu)，可以通過裝配或擴展對象組件實現(xiàn)一個特定的應(yīng)用軟件系統(tǒng)，對象組件可以在不影響系統(tǒng)中的其它對象組件的前提下被卸載或更新，真正實現(xiàn)軟件組件的即插即用，應(yīng)用服務(wù)器可以在運行過程中不影響業(yè)務(wù)使用的情況下完成業(yè)務(wù)邏輯組件的升級。該層對于業(yè)務(wù)代碼編寫人員透明，業(yè)務(wù)人員只需按照給定規(guī)范編寫邏輯程序，無須了解過多的細節(jié)。
2.3 業(yè)務(wù)邏輯層
業(yè)務(wù)邏輯層是MES系統(tǒng)的核心部分，主要完成業(yè)務(wù)規(guī)則的制定、業(yè)務(wù)流程的實現(xiàn)等業(yè)務(wù)邏輯功能。業(yè)務(wù)邏輯組件不能單獨運行，必須運行在應(yīng)用服務(wù)器的托管空間之下，其加載與卸載由應(yīng)用服務(wù)器負責。邏輯組件各自運行在自己的地址空間，不能相互調(diào)用或通訊，邏輯組件問的調(diào)用必須通過基礎(chǔ)架構(gòu)層完成，調(diào)用結(jié)果由基礎(chǔ)架構(gòu)層返回給業(yè)務(wù)邏輯組件。
2.4 數(shù)據(jù)訪問層
數(shù)據(jù)訪問層也稱持久層，位于基礎(chǔ)框架層內(nèi)，是對數(shù)據(jù)庫訪問的封裝。該層完成業(yè)務(wù)邏輯組件與數(shù)據(jù)庫之間的交互，按照業(yè)務(wù)邏輯組件的要求完成對數(shù)據(jù)庫的訪問。該層對業(yè)務(wù)代碼編寫人員透明。
3 MES功能模型
熱軋板廠MES系統(tǒng)在工廠綜合自動化系統(tǒng)中處于中間層次。在攀鋼整體產(chǎn)銷系統(tǒng)產(chǎn)生的長期計劃的指導(dǎo)下，根據(jù)底層控制系統(tǒng)生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)，完成短期生產(chǎn)作業(yè)的計劃調(diào)度、監(jiān)控、資源配置和生產(chǎn)過程的優(yōu)化等工作，其功能模型如圖2所示。
圖2 MES功能模型
3.1 系統(tǒng)管理
對系統(tǒng)用戶操作權(quán)限進行控制，防止操作人員越權(quán)實現(xiàn)用系統(tǒng)�？紤]到每一個畫面都需要進行權(quán)限控制，因此，開發(fā)出通用權(quán)限控制組件實現(xiàn)用戶權(quán)限的動態(tài)分配和控制，用戶界面操作權(quán)限的精細化控制，該組件消除了權(quán)限控制代碼與業(yè)務(wù)邏輯代碼間的耦合性，極大的提高了應(yīng)用程序的開發(fā)效率、降低了系統(tǒng)維護運行成本。
3.2 作業(yè)計劃管理
作業(yè)計劃管理是MES的核心功能，包括計劃接收、計劃手工錄入、計劃調(diào)整、計劃處理和計劃跟蹤等功能。計劃接收，接收產(chǎn)銷系統(tǒng)下達的作業(yè)計劃信息；計劃手工錄入，當網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題或因其他問題時可錄入計劃；計劃調(diào)整，根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的實際情況，對作業(yè)計劃內(nèi)的材料進行吊銷和整個計劃撤銷；計劃處理，對計劃中的材料形成作業(yè)命令，并進行計劃確定，下傳到PCS系統(tǒng)執(zhí)行，計劃跟蹤，上傳計劃執(zhí)行信息。
3.3 庫位管理
庫位管理包括對板坯庫、鋼卷庫和成品庫和冷軋原料庫的精細化管理。由于四個庫位管理具有一定的相似性，因此，設(shè)計時，采用了組件化設(shè)計方法，開發(fā)出庫位管理公共組件，實現(xiàn)了庫位代碼的復(fù)用，提高了開發(fā)效率。
3.3.1 板坯庫管理
板坯原料數(shù)據(jù)自動接收(煉鋼L3)，板坯實績信息變更管理，板坯原料信息管理，熱裝管理，板坯入庫管理，退料管理，封鎖、釋放管理，板坯垛位預(yù)約管理，倒垛管理，垛位影像圖的自動生成，垛位變更管理，盤庫對帳管理，出庫管理，回爐坯管理，外購坯入庫管理，返倒業(yè)務(wù)管理，表判和記錄表面質(zhì)量管理，各類信息的統(tǒng)計查詢。
3.3.2 鋼卷庫管理
完成對軋線機組下線鋼卷的管理，包括鋼卷出入庫管理、熱卷實績變更管理，熱卷基本信息管理，熱卷垛位預(yù)約管理，表判和記錄表面質(zhì)量、垛位管理、垛位影像圖的自動生成，倒垛管理，盤庫對帳管理，出庫管理，材料封閉和解封管理、垛位變更管理。
3.3.3 成品庫管理
成品出入庫管理、成品信息管理，表判和記錄表面質(zhì)量、垛位管理、倒垛管理、成品垛位變更管理、成品庫垛位影像圖自動生成、成品實績變更管理、成品封閉、解封管理、成品出庫管理、盤庫對帳管理、返廠車業(yè)務(wù)管理、返倒業(yè)務(wù)管理。
3.3.4 冷軋偏跨庫管理
材料出入庫，表判和記錄表面質(zhì)量，熱卷的封鎖，釋放管理、垛位管理，垛位變更，出庫管理，冷軋退料管理，退廢管理，向冷軋L3提供熱卷信息管理，返倒業(yè)務(wù)管理，盤庫對帳管理，各類信息查詢統(tǒng)計管理。
3.4 質(zhì)量管理
對板坯、鋼卷和成品等進行質(zhì)量管理，如封鎖、釋放、降級、判廢、機組生產(chǎn)建議、表面判定、物料缺陷和物化試驗數(shù)據(jù)的登錄、修改、查詢和刪除，并且把相關(guān)的質(zhì)量信息上傳整體產(chǎn)銷系統(tǒng)。主要包含制造標準管理，在線判定管理，取樣管理，過程質(zhì)量分析。
3.4.1 制造標準管理
完成對工序制造標準、作業(yè)標準、工序管理規(guī)范的管理，接收隨熱軋計劃下達的工藝控制參數(shù)、表面控制參數(shù)、尺寸控制參數(shù)及按合同號為單位的成品性能取樣指示，按工藝控制參數(shù)形成對應(yīng)的制造標準和作業(yè)標準，對生產(chǎn)過程進行控制。
3.4.2 在線判定
按整體產(chǎn)銷系統(tǒng)下達的表面和尺寸控制要求對產(chǎn)品做在線表面+尺寸、卷取溫度和終軋溫度判定，將判定結(jié)果(合格/不合格)隨生產(chǎn)實績上傳整體產(chǎn)銷系統(tǒng)。
3.4.3 取樣管理
成品性能取樣按一個計劃中同爐+同合同的材料為單位；按下達的取樣要求進行初樣取樣，取樣后樣板附樣號送檢化驗L2，并將初樣取樣結(jié)果上傳產(chǎn)銷系統(tǒng)；接收產(chǎn)銷系統(tǒng)下達的復(fù)樣取樣指示。取樣后樣板附樣號送檢化驗L2，并將復(fù)樣取樣結(jié)果上傳產(chǎn)銷系統(tǒng)；對于大梁鋼、管線鋼、耐厚鋼、車輪鋼、焊瓶鋼和低合金鋼，接收產(chǎn)銷系統(tǒng)下達的二次復(fù)樣取樣指示。取樣后樣板附樣號送檢化驗L2，并將二次復(fù)樣取樣結(jié)果上傳產(chǎn)銷系統(tǒng)。
3.4.4 過程質(zhì)量分析
根據(jù)過程質(zhì)量數(shù)據(jù)，繪制相應(yīng)的直方圖，為分析制造過程中存在的問題提供依據(jù)，管理對象為板坯或熱卷。
3.5 生產(chǎn)實績管理
生產(chǎn)實績管理主要包含實績收集和實績變更管理。實績收集主要收集在制品在軋制和精整作業(yè)過程中產(chǎn)生的實績，并上傳產(chǎn)銷系統(tǒng)；實績變更主要完成對收集在制品在軋制和精整作業(yè)過程及入庫后發(fā)生的實績變更信息，并上傳產(chǎn)銷系統(tǒng)。
3.6 發(fā)貨管理
接收準發(fā)計劃、確認準發(fā)單據(jù)、準發(fā)材料吊銷和準發(fā)紅沖、接收L4發(fā)貨計劃電文、計劃強制結(jié)束、編制發(fā)貨清單、填寫裝車實績、生成碼單、生成承運單、計劃強制結(jié)束、打印廠內(nèi)承運單、打印出廠碼單。
3.7 軋輥管理
軋輥是熱軋板廠的主要生產(chǎn)設(shè)備，實時動態(tài)掌握軋輥信息對于生產(chǎn)計劃的制定具有重要意義。軋輥管理是對軋制過程中使用的粗軋工作輥、精軋工作輥、粗軋支承輥、精軋支承輥及立輥、平整輥、卷取夾送輥等各類軋輥從計劃、入庫、磨削加工、到上機使用直至報廢整個生命周期信息進行計算機化管理。核心功能包括軋輥入庫管理，軋輥質(zhì)量判定管理，軋輥磨削實績管理，軋輥配輥管理，軋輥軋制實績管理，軋輥報廢管理。
3.8 流程監(jiān)視和調(diào)度管理
流程監(jiān)視根據(jù)各工序生產(chǎn)實績情況及工序作業(yè)情況，提供全廠的生產(chǎn)流程監(jiān)視畫面，對各工序作業(yè)情況、物料流動情況、工序作業(yè)銜接情況、主要設(shè)備運行狀況等進行實時動態(tài)監(jiān)視，以便優(yōu)化調(diào)度流程生產(chǎn)，調(diào)度管理統(tǒng)計各機組運行情況和產(chǎn)量，記錄各機組運行日志，繪制各機組運行趨勢圖。
3.9 生產(chǎn)實績管理
生產(chǎn)實績管理包括軋線、平整、縱切、1#橫切和2帶橫切的實績信息管理，每條產(chǎn)線的功能類似，其主要功能包括計劃材料詳細信息的顯示(如材料信息、控制參數(shù)、理化特性等)、計劃回退、材料吊銷、材料在軋線工序跟蹤、表判和質(zhì)量記錄、取樣、實績變更和實績上傳。
4 MES接口信息模型
熱軋板廠MES系統(tǒng)作為集團整體產(chǎn)銷的重要支撐系統(tǒng)，與整體產(chǎn)銷、煉鋼MES系統(tǒng)、冷軋MES、熱軋產(chǎn)線PCS等眾多系統(tǒng)之間存在接口，熱軋MES接口信息模型如圖3所示。MES與各系統(tǒng)的接口是MES系統(tǒng)與外部系統(tǒng)進行正常信息交互和數(shù)據(jù)共享的基礎(chǔ)，關(guān)系到MES系統(tǒng)乃至整體產(chǎn)銷系統(tǒng)的成敗。熱軋MES系統(tǒng)與外部系統(tǒng)接口數(shù)據(jù)交換采用電文交換和數(shù)據(jù)庫表交換兩種形式進行，下面進行介紹。
圖3 MES接口信息模型
熱軋MES系統(tǒng)與煉鋼MES系統(tǒng)、冷軋MES系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換采用開發(fā)的通訊組件L3COMM，與檢化驗L2系統(tǒng)采用開發(fā)通訊組件L2COMM，與整體產(chǎn)銷的數(shù)據(jù)交換使用保信軟件提供的XCOM組件。L3COM、L2COM以XCOM組件為基礎(chǔ)，進行了二次封裝，使得更加適合于MES系統(tǒng)開發(fā)。L3COM、L2COM對程序開發(fā)人員透明，程序人員無須了解過多的開發(fā)細節(jié)。L3COM、L2COM、XCOM均采用電文方式交換數(shù)據(jù)，電文的格式采用文本文件配置，且事先由各系統(tǒng)接口人員共同定義。配置文件不能隨意改動，否則可能會引發(fā)通訊故障。
熱軋板廠MES系統(tǒng)與熱軋產(chǎn)線PCS系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換采用接口表的形式進行。交換的數(shù)據(jù)分為上傳數(shù)據(jù)和下傳數(shù)據(jù)。其中，生產(chǎn)實績、物料跟蹤、質(zhì)量信息等由PCS上傳MES，計劃、取樣、作業(yè)控制參數(shù)等信息由MES下傳到PCS系統(tǒng)。上傳數(shù)據(jù)與下傳數(shù)據(jù)原理相似，下面僅給出上傳數(shù)據(jù)的原理。當現(xiàn)場實績數(shù)據(jù)產(chǎn)生時，PCS需要向接口表寫入數(shù)據(jù)，在寫入數(shù)據(jù)之前，PCS首先檢查標志位數(shù)據(jù)，如果標志位數(shù)據(jù)為0(表示實績數(shù)據(jù)已被MES獲取)，此時，PCS可以向接口表寫入實績數(shù)據(jù)，在寫接口表之前，PCS先將標志位置為1(表示PCS正在向接口表寫入數(shù)據(jù))，然后將實績數(shù)據(jù)寫入接口表，數(shù)據(jù)寫完之后將標志位置為2(表示PCS將數(shù)據(jù)完全寫入接口表，MES可以獲取接口表的數(shù)據(jù))，MES輪詢標志位，當發(fā)現(xiàn)標志位置為2時，MES馬上將標志位置為3(表示MES正在從接口表獲取數(shù)據(jù))，然后讀取接口表的數(shù)據(jù)，當數(shù)據(jù)讀取完成后MES將標志位置為0。如果標志位長時間不發(fā)生變化，系統(tǒng)將顯示通訊出現(xiàn)故障，同時PCS將實績數(shù)據(jù)進入隊列，待故障恢復(fù)后，重新傳送。
5 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)
數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)作為MES系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲中心，其穩(wěn)定性和效率對MES系統(tǒng)具有重要作用。在綜合考慮了所有數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)特性之后，熱軋選用Oracle9i作為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。
熱軋MES系統(tǒng)作為ERP與PCS的中間橋梁，必須保證數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的高可用性，因此，熱軋數(shù)據(jù)庫采用了Oracle雙機集群系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器選用兩臺HP高檔微機服務(wù)器，存儲設(shè)備選用SAN存儲器。數(shù)據(jù)服務(wù)器和存儲設(shè)備通過一臺千兆光纖交換機相連，該交換機為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器與存儲設(shè)備專用，從而避免了外部網(wǎng)絡(luò)可能帶來的網(wǎng)絡(luò)風暴和信息阻塞。采用雙機集群系統(tǒng)后，可以有效地實現(xiàn)兩臺服務(wù)器的負載均衡，加快數(shù)據(jù)服務(wù)器的處理能力，同時避免一臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器宕機后，出現(xiàn)MES系統(tǒng)崩潰的情況。
6 結(jié)論
應(yīng)用COM+技術(shù)、面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)、組件化編程技術(shù)設(shè)計并實現(xiàn)了攀鋼熱軋MES系統(tǒng)，該系統(tǒng)的建立取得了以下成果：
1)消除了“自動化孤島”，實現(xiàn)了生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實時共享和生產(chǎn)過程的遠程監(jiān)控；
2)簡化業(yè)務(wù)流程和業(yè)務(wù)操作方式，實現(xiàn)了各工序的無縫銜接，消除了手工數(shù)據(jù)傳遞，提高了信息的實時性與準確性，降低了操作人員的勞動強度；
3)各級管理部門能夠及時、準確地獲取各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為進一步數(shù)據(jù)挖掘和業(yè)務(wù)分析建模奠定了基礎(chǔ)；
4)完成了MES系統(tǒng)和整體產(chǎn)銷系統(tǒng)的無縫集成，使得生產(chǎn)管理模式由人工粗放式管理轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)精細化管理，提高了生產(chǎn)管理水平和生產(chǎn)效率。
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