01　钢铁企业智能工厂试点示范——河北钢铁股份有限公司唐山分公司

一、项目实施背景与状况

（一）项目实施背景

伴随着新一代信息技术的发展，柔性制造、网络制造、绿色制造、智能制造、服务型制造等日益成为生产方式变革的重要方向。智能制造正成为新一轮产业竞争的制高点。我国于2015年12月专门发布了《国家智能制造标准体系建设指南》，这为企业实施智能制造提供了具体标准和依据。

（二）主要思路及目标

为推进制造过程智能化、建设智能工厂，结合公司实际运营现状，河北钢铁股份有限公司唐山分公司（以下简称“唐钢”）智能制造示范工厂建设从顶层、全局进行统筹规划，构筑纵向贯通、横向集成、协同联动，符合中国智能制造标准的完整信息自动化体系，支撑制造工厂智能化转型。

二、项目主要实施内容

（一）项目实施总体架构

重构唐钢信息系统架构，如图1-1所示。

（二）采取的主要措施及做法

1.实施思路

（1）业务规划：梳理清楚各条业务线的工作目标、流程、组织、管控模式；梳理清楚与其他业务相关方的业务关系。

（2）应用规划：重构唐钢信息系统架构，扩充专业执行功能，增加了3.5级：高级计划系统（APS）、订单设计系统（ODS）、质量管理系统（QMS），并保证在架构中与各系统全面集成。还增加了2.5级：工厂数据库和过程质量控制。同时，从全局出发，加强1级和2级系统对3级及以上系统的支撑作用，提高基础自动化装备水平，提高数据采集的精细度和准确度。

（3）功能规划：发挥各系统最大优势，做好功能分担，确保整个业务流程在各系统顺畅稳定地运行；少量高效的原则设计系统集成通信接口，新建统一的接口平台，所有系统均通过该接口平台进行数据交互，实现数据结构化、数据格式一致化。

（4）数据规划：集中统一规划主数据，既保持各系统特点，又确保各系统交互数据可以互相识别；考虑数据的生命周期管理，保证各个应用系统间主数据的同步与统一。

2.实施亮点

1）智能化的高级计划系统（APS）

APS定位于唐钢信息系统架构中的3.5级，介于制造执行系统（MES）和企业资源计划（ERP）系统之间。承接ERP下发的销售订单及对于销售订单订货量和交期的修改。同时接收订单设计系统（ODS）下发的关于销售订单相关的工艺数据及订单相关的属性数据，包含工艺路径及其相关的工艺参数和订单相关的钢种规格等信息。APS将销售订单进行销产转换后将排好的任务计划下发至制造执行系统进行实际生产。主要功能包括全局生产管理、一体化作业计划管理、生产反馈管理、计划跟踪及报表管理、基础数据及知识表库管理。满足有限产能约束下的销产转换和钢轧一体化的优化排程及对客户所需产品准确的交期应答。

2）智能化的订单设计系统（ODS）

ODS定位于唐钢信息化架构中的3.5级，构建唐钢的产品规范数据库和冶金规范数据库。系统同相关系统充分集成，从ERP系统中获取销售订单信息，在销售订单设计展开时，基于用户需求，按细分最终用户、最终用途及其使用环境，设计出整个订单生产的制造标准数据，集中指挥APS排产、并与各MES集成，将工艺参数下传二级，参与模型计算和控制，与QMS集成，支撑QMS在线质量监控和判定等运行。

3）覆盖全工艺的质量管理系统（QMS）

在原有架构中引入3.5级公司级质量管控平台，关注产品设计全流程的全面质量控制，该平台为集质量跟踪、质量监控、质量评价和判定、质量问题溯源、全过程质量控制、质量趋势分析于一体的闭环质量管理信息平台，应用范围覆盖炼钢、热轧、冷轧的各生产工序近千个质量控制点。

4）全过程质量平台设计流程

主要功能包括数据收集和管理、质量监控和报警管理，提供实际在线产品质量和过程工艺监控和报警、历史过程质量实绩记录、统计分析监控，提供质量评估和判定，实现产品质量评估和等级判定，提供分析工艺过程异常对产品质量的影响规则、工艺过程参加判定、板坯和钢卷返修管理、板坯和钢卷产品改判充当管理、钢卷预览、产品质量缺陷、过程数据追溯、跟踪及分析产品质量等功能。其中的宏跟踪可以实现从炼钢到成品材全部的材料宗谱跟踪，分段跟踪可以实现铸坯或成品材的分段过程数据跟踪。此外，还提供针对单件产品单工序或多工序过程在线评估，将质量结果生成质量分析报告，并支持技术人员在系统中配置创建，支持用户工艺信息管理和对标管理。

5）可配置的制造执行系统

制造执行系统定位于唐钢信息化架构中的3级，在计划管理层与底层控制之间架起一座桥梁，一方面，MES对ERP、APS、ODS等系统的生产管理信息进行细化、分解，将操作指令传递给底层控制系统。另一方面，MES监控底层设备的运行状态，采集设备、仪表的状态数据，从而方便、可靠地将控制系统与信息系统联系在一起，并将生产状况及时反馈给计划层。

6）炼钢动态调度（MSCC）系统

MSCC系统应用于炼钢生产的排程及控制，还用于管理从铁水需求、炼钢、二次精炼到浇铸和钢包管理的一系列生产过程。其核心功能为炼钢厂排程模块，功能包括选择最优生产路径，并根据物流管理规则分配工厂产能。

7）统一接口平台

重新规划设计的唐钢信息化架构体系中的应用系统数量多达几十个，一个完整的数据流转需要经由多个应用系统。为了提高系统集成的效率和稳定性，唐钢在架构设计中引入了统一的接口平台，数据以既定格式的形式推送到接口平台上，供其他系统取用。通过统一接口平台的使用，使信息架构体系层级更加明晰，提高了数据传输的效率和稳定性，减少了接口开发量，降低了集成难度。

8）智能工厂基石——工厂数据库

信息系统架构体系中3级以上系统信息化系统离不开底层生产数据的强力支撑。工厂数据库定位于信息化架构的2.5级，可以全面地收集现场具备数据采集条件的所有数据，统一保存于实时数据库中，同时把其中需要二次计算及部分生产过程中的操作数据，生产情况数据等保存在关系型数据库系统中，把实时数据库系统中的数据与关系数据库中的数据通过算法匹配，规则计算等传输至各个应用系统中。

工厂数据库是通过现场数据的精确采集，以及对现场部分原有分散数据的集中收集，统一管理现场设备数据、生产过程数据，并能够准确、及时、稳定地为公司级质量管理系统及其他信息化建设项目提供相关数据。同时，充分考虑未来新设备等数据采集的可扩展性及系统的可集成性等，为信息化架构体系中其他平台提供稳定、高效、可靠的数据基础平台。

（三）健康安全环境监控情况

能源管理系统是通过对唐钢所辖各厂生产过程中的能源介质（如水、电、煤气、蒸汽、压缩空气、氧、氮、氩等）进行分散的数据采集和控制，直接管理生产过程各个工序甚至批次的能源消耗，该系统能为唐钢能源的合理利用、平衡调配、再降吨钢能耗提供技术保证。

以先进的信息化技术为依托，通过建立能源分析监视管理平台与3级制造执行系统（MES），4级SAP、ERP和2级PI生产数据库的接口，进行数据交换。

由于唐钢能源管理系统纵向信息系统跨度大，横向覆盖相关部门，系统数据流从能源仪表、1级和2级控制系统到3级、4级ERP系统都有实时数据交互。因此，该项目的实施克服了项目协调难度大、系统稳定性差、数据交互复杂、系统问题排查周期长等诸多问题，为唐钢提高能源精细化管理水平、降低能源成本提供了技术保证。

三、实施成效

（一）有效支撑了企业多品种、小批量生产模式

真正实现按单生产，支撑多品种、小批量的生产组织模式，实现对客户的“适时”“适质”“适量”交货；通过智能工厂建设，使得产品的设计、计划、生产、质量、销售、服务管理一贯到底，建立起与唐钢产品升级、结构调整相适应的支撑体系，彻底颠覆以量取胜、以规模为主的生产模式，满足了客户对于产品质量的个性化定制需求及准确的交期应答，为个性化、定制化、多品种、小批量的订单生产组织提供有效的系统支撑。建立起包括从铁水到钢水的质量，以及轧制过程的精度控制等在内的完善的质量管控体系，提供工艺参数、工艺标准、技术标准的标准化管理，使唐钢的质量管理由过去的标准符合型转变为用户适用型，并且逐渐消除过去的富裕质量交货情况，保障了品种钢的批量化达产，提升产品创效能力，真正适应了唐钢面向市场和客户，进行产品升级和结构调整的需要。

（二）大大提高了产品质量和客户满意度

目前，唐钢已经实现了海尔家电板、超薄压花背板、电池壳钢、高强度汽车板等多个高难度品种的批量化生产，高强、深冲产品稳定批量供货。直销比例不断提升，产品先后被用于天津地铁、首都新机场、武汉天河机场等多个关系民生的重大项目建设，竞争实力不断提升。2015年的统计数据显示，唐钢订单完成率超过98%，合同兑现率达到98.5%，产品交货周期平均缩短2天以上，库存周转显著提升。架构再造对公司品种钢的批量化达产、产品一次合格率、成材率和客户满意度的提升起到了巨大的推动作用。唐钢高强板公司，作为最新的高端产品生产线，通过信息系统架构的有效支撑，投产仅一年，就完成了一般钢铁企业三年的品种开发工作，产品种类覆盖汽车板、家电全系列产品。产品订单一次合格率为96.45%，各机组产品合格率为97.43%，成材率为96.95%，海尔钢生产合格率已经达到100%。唐钢子分公司的不锈钢系统投运一年来，品种钢完成比例为70.74%，比上年度增长20.14%，卷板质量改判非计划品比去年降低20%，客户满意度达到99.2%。

四、实施经验

在智能示范工厂的建设中，整体规划蓝图不可能一蹴而就，要紧扣项目发展的阶段性特征，坚持贴近实际、稳步推进，选取一些基础坚实、应用相对成熟的项目进行先期推广或深度应用，不断提升专业化和精细化水平，逐步推进示范工厂的智能化转型，从而带动唐钢的整体制造水平提升。

智能制造的关键点在于信息化架构体系的建设，是系统间的整合、集成、联动，绝不是单纯的一个一个系统地实施，一定要以一个完整的体系为主线和切入点，将物流、资金流、信息流集成起来，相互支撑，实现公司的全方位一体化管控，达到企业的管理升级，进而促进产业升级的目标。

在进行智能示范工厂的建设中，应以标准指南中的层级构建为基准，进行信息自动化体系建设，业务覆盖产品设计、制造、销售、服务等全生命周期，通过系统与业务的深度融合，推进企业运营管控智能化。

（赵振锐、孙双　供稿）