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基于SBO平台的MES系统分析和应用.pdf

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重庆邮电大学硕士论文 AbstractAbstractThe current ination system of Chongqing Forth Steel Industry Limited Liability Companyhas largely achieved equipment basic automation and process control,and has also establisheda basic upper inatization management system.However,the boRom automation systemand upper management ination system were not integrated,which will result in a series ofproblems in enterprise as followsproduct line data delaying,difficulties in trackingproduction process,and SO on.Therefore,there is an urgent need for enterprise to establish aset of factory manufacturing cution systemsMESto solve these problems.Based on theresearch of MES system and combined with the construction requirements of enterpriseination system,MES in 1 450 cold rolled silicon steel production Was designed.Firstly,a deep research on manufacturing MES characteristics,function and keydesigning technologies were made,the main MES function adapting to enterprisingrequirements was established.And,the key techniques to realize these functions--realtimedatabase and OPC technology---were made a further study.Secondly,based on deep analysis of SBO system ination flow which is ERP upperbasic plat,ination process improvement scheme adapting to enterprise inationrequirements Was proposed,combining with MES design ideasflexible productionscheduling,the comprehensive quality control and management,SO on,techniques andproduction perance module were designed in detail,and the interface of this module丽mreal.time database and the OPC server was designed.Finally,according to the MES design concept simulated by key process,realtime dataacquired on pickling and mill production process were analyzed in detail,based on this,realtime data changes in the production process Was simulated,which Was collected to thesystem.Lastly,practical data in product process and production standard Was compared andanalysed,according to the analysis results,quality of products being produced Can becontrolled totally,and the productivity prediction of production equipment can be predicted.The results of this study will be used in 1450 system of Chongqing Forth Steel IndustryLimited Liability Company.Key wordsSBOMES;RTDBII重庆邮电大学硕士论文 目录目录摘要........................................IABSTRACTII第一章 绪论.11.1课题背景及研究目的.11.1.1 重庆四钢简介及信息化现状11.1.2 重庆四钢1450冷轧生产线信息系统目标31.2 MES在钢铁企业应用现状..31.3本文主要内容与组织结构.4第二章 重庆四钢1450冷轧生产线信息系统分析62.1 MES理论发展概述..62.1.1 MES基本概念72.1.2 MES系统定位72.2流程工业MES系统特点及设计关键技术102.3重庆四钢1450冷轧生产线信息系统主要功能112.4系统功能实现的关键技术二实时数据库与OPC技术132.4.1 实时数据库技术132.4.2 现场数据采集技术OPC.16第三章 工艺与生产实绩模块设计.203.1系统整体设计203.1.1 系统架构203.1.2 系统实现平台SBO系统的分析与改进223.2重庆四钢1450冷轧生产线工艺流程273.3系统开发框架283.4功能设计..303.5接口设计..363.5.1 实时数据库接口。j36III目录..36..38..38..38..38..39..42.....43........43..434.3.3 仿真实现434.4轧机生产实绩单实现..444.4.1 轧机生产实时数据采集实现..444.4.2 与工艺标准对比分析..45第五章结论及展望....475.1 结j沧..475.2进一步工作的方向47j19[谢...................................................................................................‘I≤I参考文献...49附录攻硕期间从事的科研工作及取得的研究成果51重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论第一章绪论制造业是我国国民经济重要的支柱产业,在第二产业中占据中心地位。伴随中国加入WTO和经济全球化,中国正在成为世界制造业的中心。中国的制造业企业面临日益激烈的国内外竞争,如何迅速提高企业的核心竞争力,很重要的一点,就是以信息化带动工业化,加快信息化进程,走新型工业化道路,实现全社会生产力的跨跃式发展。纵观我国制造业信息化系统的应用现状,建设的重点普遍放在ERP管理系统和现场自动化系统hop Floor Control System,SFC两个方面。但是,由于产品行销在这一、二十年间从生产导向快速地演变成市场导向、竞争导向,因而也对制造企业生产现场的管理和组织提出了挑战,仅仅依靠ERP和现场自动化系统往往无法应付这新的局面。工厂制造执行系统Manufacturing cution System,MES恰好能填补这一空白。工厂制造执行系统MES是近10年来在国际上迅速发展、面向车间层的生产管理技术与实时信息系统。MES可以为用户提供一个快速反应、有弹性、精细化的制造业环境,帮助企业减低成本、按期交货、提高产品的质量和提高服务质量。适用于多种行业,特别是冶金行业,能够给单一的大批量生产和既有多品种小批量生产又有大批量生产的混合型制造企业提供良好的企业信息管理。目前国外知名企业应用MES系统已经成为普遍现象,国内许多企业也逐渐开始采用这项技术来增强自身的核心竞争力。1.1课题背景及研究目的1.1.1重庆四钢简介及信息化现状重庆四钢钢业有限责任公司以下简称重庆四钢是重庆钢铁集团有限责任公司下属的子公司级企业,重庆四钢属国家二级企业,总资产48095.3万元,其中固定资产原值27632.68万元、净值为11958万元,全司占地面积522699平方米。主要生产电工用薄钢板、普通用薄钢板、单张热镀铅板、连续热镀锌板等四大主导产品,还生产冷轧带钢、焊管、高速公路波型梁及附件、钢制管杆、微电机、整流器、建筑钢模板、玛钢扣重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论件、脚手架等系列产品,同时还开展餐饮、旅游等综合性第三产业。2002年10月建成投产的连续热镀锌机组具有年产10万吨热镀锌卷的能力,全公司具有年产钢材22万吨的能力其中板材产品10万吨、涂镀层产品11万吨、冷带及焊管等产品1万吨,每年可进行钢铁产品深加工2万吨。重庆四钢板材生产线于1999年通过了IS09002质量体系认证,2004年入选重庆市工业企业50强。重庆四钢公司作为国家二级企业,高度重视企业信息化建设。目前已基本实现了底层的生产过程控制系统,也初步建立了上层信息管理系统。但是,底层自动化系统与上层管理信息系统没有集成,生产线上的基础数据无法直接提供给信息系统应用,上层信息管理系统的计划和指令又无法直接下达到自动化控制系统中。这种状况严重的影响了信息化系统的应用效果。目前应对的方法只能采用人工作业方式,这种方式带来了以下一系列问题1生产线基础数据的延时失效。生产作业现场会产生大量有用的实时数据,这些生产数据对企业的快速决策起重要作用。但是,由于采用人工方式采集和传递,具有较长的时延,使这些数据失去辅助决策的作用。2生产线基础数据采集传递效率低、出错率高。采用原始的人工方式采集和传递生产数据,不仅需要专门安排人员完成这项工作,占用大量人力资源;并且采集输入效率低、出错率高。3难以跟踪产品生产的全过程。生产现场的数据分散在许多不同的工序环节,采用原始的人工方式采集和传递生产数据,难以跟踪产品从生产开始直到成品下线的全过程。4上层制造信息系统不能直接获取基础生产数据,难以完整实现其功能。采用原始的人工方式采集和传递生产数据,由于数据不全和延迟,上层制造信息系统不能全面、实时了解生产现场情况,部分功能将难以实现。针对上述问题,重庆四钢公司构建MES系统,实现产销一体化,把信息管理系统和过程控制系统集成为一体,进而实施ERP系统和决策支持系统,进一步增强企业核心竞争力。2重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论1.1.2重庆四钢1450冷轧生产线信息系统目标MES系统的最终目标是在保证企业生产经营管理正常进行的前提下,最大限度地简化日常事务,降低原材料成本和运营成本,降低库存和占用资金,减少财务收支差错或延误,使物料管理人员把更多的精力集中在诸如选择供应商、合同谈判和效益分析等战略性决策任务上。用计算机来管理物料不是照搬照抄人工管理模式,变成人工管理的翻版,而是要根据物料管理的目标对人工管理的业务流程进行优化,抽象出业务中的管理思想和规律。让物流、业务流、资金流、信息流、控制流畅通并形成一个完整的闭环反馈系统。整个物料采购系统要以计划和控制为主线,充分体现物流、业务流、资金流、信息流、控制流有机集成的管理思想。 。具有丰富的监控、考核、管理功能,做到事先有计划,事中有控制,事后有核算,每一个业务过程都能为领导者综合管理者提供丰富的决策参考信息和考核数据。建立一支既精通业务管理知识,又相当了解计算机集成技术的专业队伍。营建一个先进的物料采购平台,以真正实现“管理上台阶,管理出效益”。1.2 MES在钢铁企业应用现状“MES的应用难点,在钢铁企业中就在于排产的顺序,打通整个的计划环境,这个最大的难点,也是最要紧的问题。其中还有物料的跟踪和中间库的管理等等。“随着钢铁工业产能的增加和个别产品结构的调整,对于制造执行系统的要求已经越来越迫切,有一些大型的企业,像宝钢、首钢、马钢等他们都根据自己的经验,消化国际上的制造执行系统,在解决他们的问题方面取得了成绩。【l】宝钢随着宝钢整体信息化建设的开展,宝钢重新规划、构建了公司企业级管理系统ERP,各个厂级的制造执行系统MES以及各底层的过程控制系统,从而在我国钢铁企业首次构造了完整的ERP/MES/PCS架构的信息化系统。目前宝钢经过陆续的改造,新增了包括一二三期炼铁、炼钢、连铸、热轧、冷轧、钢管、高速线材等生产线在内的20多套MES系统。首钢2001--2005年,首钢依靠自己的技术力量,自主开发实现了面向长材产品、重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论以批次属性管理为特点的MES系统。2006--2008年,自身深度参与、引进和消化吸收了国际先进的套装MES软件平台体系,在首钢三个新的板带钢基地实施和应用。2008年至今,自主开发新型MES平台体系代替以往完全引进套装软件平台模式,由于技术队伍学习和消化吸收国外套装软件功能,以及与首钢板带业务人员高度的业务融合,使得首钢京唐等MES系统平台体系具有同国际先进套装软件平台一样的可配置性和灵活性,成为首钢未来板带生产企业重要信息化平台体系之一。攀钢攀钢整体产销系统于2005年7月1日整体上线运行,其特点之一是“整体推进、集成应用”,同步建设的炼钢、热轧、冷轧三个制造执行系统MES是其重要的下位支撑系统。在MES建设过程中,攀钢结合自身实际和软件产业发展战略要求,于2004年4月自主设计研发成功了MES应用服务器平台软件,并于2003年6月开始作为应用开发平台支撑攀钢3个MES的应用研发,确保了攀钢MES于2005年3月成功上线并稳定运行至今。1.3本文主要内容与组织结构本文结合企业信息化系统建设,针对1450冷轧硅钢生产线MES系统的设计进行研究。主要内容包括以下几个方面首先,在研究MES系统特点、功能及定位的基础上,提出企业对MES系统的功能需求。并研究了实现这些功能的关键技术实时数据库和OPC技术。其次,提出了1450冷轧生产线MES系统的整体架构。结合SBO系统管理思想与MES系统功能需求,提出工艺与生产实绩模块的设计,并对该模块与实时数据库及与OPC服务器的接口进行了设计。最后,对酸洗和轧机生产过程中需要采集的实时数据进行了分析和模拟,并将模拟出的生产实时数据采集到系统中,并结合生产工艺标准进行了对比分析。论文的组织结构安排如下第一章简要介绍了重庆四钢公司信息建设现状以及1450冷轧生产线信息系统目标,并介绍了MES系统在钢铁企业的应用现状。第二章概述了MES系统的概念、功能定位与MES系统功能模块,分析了流程工业MES系统的特点及设计关键技术,在此基础上提出1450冷轧生产线MES系统主要功能,4重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论并进一步研究了实现系统功能的关键技术实时数据库和OPC技术。第三章在上一章对四钢公司实际情况详细分析的基础上,提出1450冷轧生产线信息化系统的整体规划。并在分析SBO系统原有信息流程的基础上,提出适合重庆四钢1450冷轧信息系统的信息流程改进方案。最后提出工艺与生产实绩模块的详细设计,并对该模块与实时数据库及OPC服务器的接口进行了设计。第四章详细分析了酸洗与轧机生产过程需要采集的实时数据,并按照生产工艺要求对这些数据进行仿真,最后将仿真的数据采集到工艺与生产实绩模块中,结合工艺参考对这些数据进行了简要分析。第五章总结全文所做工作,指出下一步的研究内容。重庆邮电大学硕士论文 第二章重庆四钢1450冷轧生产线信息系统分析第二章重庆四钢1450冷轧生产线信息系统分析我国制造业多年来采用的传统生产过程的特点是“由上而下“按计划生产。简单的说是从计划层到生产控制层企业根据订单或市场等情况制定生产计划一生产计划到达生产现场一组织生产一产品派送。企业管理信息化建设的重点也大都放在计划层,以进行生产规划管理及一般事务处理。如ERP就是“位’’于企业上层计划层,用于整合企业现有的生产资源,编制生产计划。在下层的生产控制层,企业主要采用自动化生产设备、自动化检测仪器、自动化物流搬运储存设备等解决具体生产制造过程的生产瓶颈,实现生产现场的自动化控制。由于市场环境的变化和现代生产管理理念的不断更新,一个制造型企业能否良性运营,关键是使“计划”与“生产“密切配合,企业和车间管理人员可以在最短的时间内掌握生产现场的变化,作出准确的判断和快速的应对措施,保证生产计划得到合理而快速修正。虽然ERP和现场自动化系统已经发展到了非常成熟的程度,但是由于ERP系统的服务对象是企业管理的上层,一般对车间层的管理流程不提供直接和详细的支持。而现场自动化系统的功能主要在于现场设备和工艺参数的监控,它可以向管理人员提供现场检测和统计数据,但是本身并非真正意义上的管理系统。所以,ERP系统和现场自动化系统之间出现了管理信息方面的“断层”,对于用户车间层面的调度和管理要求,它们往往显得束手无策或功能薄弱。2.1 MES理论发展概述MES是一个制造管理系统,其管理对象是生产车间,其反映的是车间计划生产产品多少,实际投入多少,已经生产多少,有多少wP,产品在生产过程中有多少不合格品等等反映制造的信息,MES下还有一层执行层,多数是一下自动化设备的控制系统,控制系统与MES系统之间在自动化程度高的企业会有双向的通讯,设备在MES的控制下生产,MES取得加工信息。6重庆邮电大学硕士论文 第二章重庆四钢1450冷轧生产线信息系统分析2.1.1 MES基本概念MES系统Manufacturing cution System即生产制造执行系统,AMR机构将其定义为“位于上层计划管理系统与底层的工业控制之间的面向车间层的管理信息系统”,它为操作人员、管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源人、设备、物料、客户需求等的当前状态。由此可见,MES不仅仅是工厂的的单一信息系统,而是作为整个企业各个信息模块之间互相联系的纽带。归结起来MES可以概括为一个宗旨生产是如何执行的,两个核心数据库实时数据库、关系数据库,两个通信接口控制层接口与计划管理层接口,五个重点功能生产管理、工艺管理、过程管理、质量管理和物流跟踪。而制造执行系统协会MESA将MES定义为“MES能通过信息传递,对从订单下达到产品完成整个的生产过程进行优化管理。当工厂里面有实时事件发生时,MES能对此及时做出反应、报告,并用当前的准确数据对他们进指导和处理。这种状态变化的迅速响应使得MES能够减少企业内部没有附加值的活动,有效地指导工厂生产运作过程,从而使其既能提供工厂及时交货能力、改善物料的流通性能,又能提高生产回报率,MES还通过控制层与管理层之间的双向通讯在企业内部和整个产品供应链中提供有关产品行为的关键任务信息。“【2】,其对于MES的定义强调了以下三点1MES是对整个车间制造过程的优化,而不是单一解决某个生产瓶颈2MES必须提供实时收集生产过程数据的功能,并做出相应的分析和处理;3MES需要与计划层和控制层进行信息交互,通过企业的连续信息流来实现企业信息集成。综上所述可以看出MES的两个重要作用,一方面MES可以对来自ERP软件的生产管理信息细化、分解,将操作命令传递到控制层;另一方面MES可以实时监控底层设备的运行状态,采集设备、仪表的状态信息,经过分析、计算与处理,反馈给ERP软件,从而方便、可靠地将控制系统与信息系统联系起来。应用MES可以为企业及时提供生产实时数据信息、优化生产、提高生产效益、改进生产工艺、优化资源配置。2.1。2 MES系统定位AMRAdvanced Manufacturing Research提出的企业集成模型清楚地描述了MES在7
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