冶金企业网络化制造是在获取生产流程所需全部信息的基础上，将分散的控制系统、生产调度系统和管理决策系统等有机地集成起来，综合运用自动化技术、信息技术、计算机技术、生产加工技术和现代管理科学，从生产过程的全局出发，通过对生产活动所需的各种信息的集成，集控制、监测、优化、调度、管理、经营、决策于一体，形成一个能适应各种生产环境和市场需求的、总体最优的、高质量、高效益、高柔性的现代化企业综合自动化系统，以达到提高企业经济效益、适应能力和竞争能力的目的。传统的企业网络化制造系统结构由经营管理和工程技术两方面组成。经营管理主要由市场预测、生产计划、能力平衡、作业调整、任务分配、工况搜集和统计活动等组成，支持经营管理运作效率的主要技术有ERP、JIT、OPT等。工程技术方面，主要是从事由产品概念设计到产品成型过程中的工程制造活动，由产品设计、工艺规划、物料搬运和质量检验等活动组成，保证工程运行效率的技术有很多，如CAD、CAM、CAPP、NC、DNC、FMS等。企业网络化制造的目标是提高企业的竞争力和敏捷性，快速响应市场的变化。
冶金企业网络化制造的特点
冶金工业各工序连续，很多工序之间的衔接离散[3]，具有混合过程工业的特点。在经营管理和工程技术两方面，冶金企业网络化制造的特点主要体现在如下几个方面。
1) 经营决策方面：主要通过稳产、高产、提高产品数量和质量、降低能耗和原料、减少污染来提高生产率，增加经济效益，冶金企业更注重生产过程中资金流的管理。
2) 在生产计划方面：通过过程结构和配方进行物料需求计划，一般同时考虑生产能力和物料；冶金企业网络化制造的生产面向库存，几乎没有作业单的概念，作业计划中也没有可供调节的时间。
3) 在调度管理方面：考虑产品配方、产品混合、物料平衡、污染防治等问题，需要进行主产品、副产品、协产品、废品、成品、半成品和回流物的管理，热蒸汽、冷冻水、压缩空气、水、电等动力能源辅助系统也应纳入网络化制造的集成框架；生产过程的柔性是靠改变各种设备间的物流分配和生产装置的工作点来实现的，必须由先进的在线优化、控制技术来保证。
4) 在质量管理方面：产品检验以抽样方式为主，采用统计质量控制，一般不需要单独的质量管理分系统，要求产品检验与生产过程控制、管理系统实现集成。
5) 在信息处理方面：要求实时在线采集大量的生产过程数据、工艺质量数据、设备状态数据等，要及时处理大量的动态数据，保存许多历史数据，分析过程变量的趋势，并以图表、图形的形式予以显示；工程数据库主要是体现生产过程状态的一些实时数据，如过程变量、设备状态、工艺参数等。
6) 在安全可靠性方面：由于生产的连续性和大型化，保证生产的高效、安全、稳定运行，实现稳定、高产，才能获取最大的经济效益，必须实现全生产过程的动态监控，使其成为网络化制造集成系统中不可缺少的一部分。
7) 在工程设计方面：新产品开发过程不必与正常的生产管理和制造过程集成，可以不包括工程设计分系统。
8) 在人的作用方面：由于生产的连续性，更强调基础自动化的重要性，生产加工过程自动化程度较高，人的作用主要是监视生产设备的运行、调节运行参数等，一般不需要操作人员直接参与。
9) 在理论研究方面：在体系结构、柔性生产、优化调度、集成模式和集成环境等方面都缺乏有效的理论指导，亟需进行相关的理论研究。
冶金企业网络化制造系统
冶金企业网络化制造的总体目标是综合运用现代计算机技术、管理技术、自动化技术、通信技术和系统工程技术等，在计算机网络和数据库的支持下，将企业经营过程中的人、技术和经营管理形成一个有机整体，以投入产出信息为基础，把企业经营和生产过程中的各个环节，包括市场信息、物资供应、仓贮、生产、销售过程中的物流信息、资金周转中的资金流信息与管理控制信息等集成起来，对企业的经营决策、经营活动、生产过程等进行全方位指挥与控制，从而增强企业的市场应变能力，提高整个企业的运行效率和效益。
冶金企业网络化制造系统的总体结构
由于冶金企业大多具有规模大型化、产融一体化、经营多元化、成员多元化、市场广域化甚至国际化、布局分散化、管理文化多元化、组织结构层次化等主要特点，大多数冶金企业都是企业集团。因此其网络化制造系统的构成就会比单一企业网络化制造系统的构成复杂得多，其总体结构如图1所示。冶金企业网络化制造系统的结构由支撑层、集团层、二级厂矿层、平台层和其他层五个层面构成。
图1 掖进企业网络化制造系统的一种总体结构
1) 支撑层：主要包括计算机网络(Intranet、Extranet、Internet)及安全系统、数据库系统(分布式数据库)和标准化支持系统等。
2) 集团层：主要指集团层面的内部网络化制造系统，主要是经营功能，也可能有新钢种产品开发功能车间自动化功能一般较弱(有的甚至没有生产车间)但可能有与车间功能类似的直属部门(如立体仓库)因此集团层主要包括集团管理信息系统(MIS)、制造自动化系统(MAS)、集成设备管理系统(EMS)、质量保证分系统(QAS)等。
3) 二级厂矿层：属于二级企业，虽有一定自主权但经营权是不完全的，在经营决策、原料采购、产品销售、人事管理等多方面要接受集团公司的领导和制约，因此在经营管理功能上要弱些，有可能在产品设计上也会受到一定制约，二级厂矿与集团公司在功能上和信息上均有密切的联系，二级厂矿之间有一定的联系，如企业集团内子企业间存在的上、下游厂的关系，即一个厂产品是另一个厂的原料。
4) 平台层：主要指集团公司及其二级厂矿对外的信息集成平台，属于集团公司及各子公司外部网络化制造系统，其主要功能包括电子商务分系统、供应链管理分系统、远程设备监测与诊断分系统等。
5) 其他层：主要指集团之外而又与集团有密切联系的要素集合，包括一些半紧密层企业、供应商、客户、经销商、高校、科研院所、政府及上级主管部门等。冶金企业网络化制造系统又是一个多层次递阶的集成系统，通常分为过程控制层、过程优化层、生产调度层、企业管理层和经营决策层，如图2所示。
图2 冶金企业网络化制造系统递阶控制图
|
冶金网络化制造通过信息集成来实现各组成部分的有机集成，集成的技术手段是计算机网络、分布式数据库、各种现场仪表、现场总线等，生产过程的柔性主要靠物流和生产装置操作点的在线优化、建立通用模型来保证，特别是集散控制系统(DCS)、分布式数据库和客户机P服务器网络环境的应用，使冶金网络化制造的柔性大大增强。长期以来，生产过程优化控制在冶金工业企业受到高度重视。DCS的广泛应用，为大系统理论、智能控制在生产过程的应用提供了强有力的技术工具，使过程自动化突破了以先进控制算法为核心的局部控制模式，进入管控一体化的新时期。
值得指出的是，由于冶金工业生产的连续性和大型化，企业资源计划和制造执行系统在冶金企业网络化制造中具有更加重要的地位，是冶金企业网络化制造能否发挥应有作用的关键所在。
冶金企业网络化制造中的ERP
ERP系统是冶金企业网络化制造系统的重要组成部分，它负责生产计划制定、库存控制和财务管理，侧重于企业生产组织、生产管理、经营决策等方面的优化。软件功能组成上，冶金企业ERP系统应包含以往MRP－II系统的功能，如生产计划、生产作业计划、物料需求计划、销售管理、采购管理、成本管理、库存管理、财务管理及生产数据管理；同时，冶金工业ERP系统还增加了体现冶金工业特点的冶炼配方管理、计量单位的转换、协产品、副产品、冶金作业管理、维护管理等功能。例如，冶金工业存在着周期性生产线停车检修程序，ERP系统可以通过收集和处理企业生产全过程的日常信息，制定经济和科学的大修决策计划。冶金工业ERP还包含全面质量信息管理，包括产品质量、工艺质量和工作质量，以及与EDI(Electronic DataInterchange)集成，接受从客户EDI系统传来的合同、订单等信息，从银行EDI系统传来的信贷、账务信息，向海关EDI系统发送报关信息，向供应商EDI系统发送采购订单信息等，通过EDI信息网络进行贸易伙伴之间的信息传送。
除此以外，冶金企业网络化制造系统中的ERP系统的特点主要体现在生产计划与控制方面：主生产计划的制定应以安全、稳定、长期、满负荷、优质的生产为目标，进行有限能力计划；冶金生产的连续性特点决定了它对包括主生产计划等在内的ERP系统功能的实时性有更高的要求；冶金信息化采用过程结构和某些配方进行物料需求计划；同时考虑生产能力和物料；企业生产需要考虑进行协产品、副产品、废品、回流物管理等。总之，ERP系统应具备专门应用于冶金行业的功能，并符合现代企业管理思想，在冶金工业中不断得到推广应用，在管理信息系统层次上成为冶金工业信息化中的重要组成部分。
冶金企业网络化制造中的MES
制造执行系统(ManufacturingExecutionSystem，MES)是处于计划层和控制层之间的执行层，主要负责生产管理和调度执行。它通过控制包括物料、设备、人员、冶金指令和设施在内的所有工厂资源来提高制造竞争力，提供了一种系统地在统一平台上集成诸如质量控制、文档管理、生产调度等功能的方式。随着冶金工业生产方式由面向库存生产转为面向订单生产，企业资源计划(ERP)系统需要实时的生产信息辅助进行经营决策和订单管理。但是来自生产现场的状态信息和生产数据并不能直接地反映经营者所关心的产品进度和质量变化等信息。因此，需要MES在企业资源计划和过程控制之间提供信息的转换。MES执行由ERP制定的计划，并根据实时生产信息调整生产作出调度，并将有关资源利用和库存情况的准确信息实时地提供给ERP系统。MES将从DCS采集来的生产数据与质量指标进行对比和分析，以提供闭环的质量控制。可见，MES是ERP和DCS之间的信息纽带，是冶金工业网络化制造的核心。
冶金企业网络化制造中，MES软件系统的功能主要包括物料管理、资源管理、作业P订单管理、质量管理、操作管理及行业法规管理等。冶金企业的MES的特点主要体现在如下几个方面。
1) 冶金工业生产环境苛刻，生产过程包含复杂的物理、化学过程，及各种突变和不确定性因素，特别是启动、停机和应急处理等暂态过程的各项操作，不仅影响生产效率，而且存在着安全隐患。因此，操作管理是冶金信息化中MES的一项重要任务，负责监督在所执行的每一项操作中遵守操作步骤和规范，在连续、混合及间歇生产环境下为操作员提供设备启动、平稳运行及停机等过程的标准操作指令。
2) 冶金企业中MES的调度决策功能需要对物料和能量提供最佳控制策略，同时，决策不仅以提高生产效率和降低生产成本为目标，还应将节省能源、减少污染等目标考虑在内。
3) 冶金企业中MES的决策具有混杂性，不仅包括连续过程变量，而且包含离散过程变量。为了对生产过程及产品质量进行控制，必须建立反映连续过程主要物理、化学变化的过程模拟模型，并将过程模型与优化模型结合起来。通常MES是一个很大的整体软件系统，其定制和维护的成本很高。随着计算机支撑技术的发展，使开发更加模块化、更具柔性的MES系统成为可能，实施和维护MES的成本将大大降低。MES作为冶金企业网络化制造的核心，在冶金工业的综合自动化进程中具有广阔的应用前景。
示例
由于冶金企业网络化制造系统是一个复杂的大系统，这里仅以某钢铁公司第二热轧厂网络化生产过程中的物料控制系统为例加以说明。如图3所示。该系统分为四级：生产管理系统(包含在集团公司MIS系统内)、生产控制系统(第三级)、过程控制系统(第二级)和基础自动化系统(第一级)。热轧生产过程包括合同管理到组织生产，从板坯入库到钢卷成品出厂，从板坯装炉到卷曲成钢卷，从仪表控制到电气传动，全部由计算机实施管理和控制。从生产组织方面来看，该系统负责接受生产管理系统(与集团公司MIS及炼钢厂MIS集成)下达的各种生产计划和控制指令，供生产操作人员根据生产和设备的实际情况通过人机对话方式进行现场实时调整，并下达给过程控制系统，实施生产过程的组织；同时以通讯和人机对话方式从过程控制系统、基础自动化系统和生产作业线收集各种生产实绩，保存待用，并返回给生产管理系统。
图3 某热轧厂网络化制造物流系统
从信息流管理方面看，该系统接受炼钢厂的板坯信息，并根据钢卷实绩，将钢卷信息传送给后面的工序(二热轧精整线、一热轧精整线、一/二冷轧厂)；负责三库(板坯库、钢卷库、成品库)的物流作业管理。该系统的主要功能包括：板坯管理，轧制计划执行管理，轧制线实绩收集，钢卷库管理，钢卷发货计划执行管理，精整计划执行管理，精整线作业管理，成品管理，成品发货计划执行管理，质量管理等功能。 |
|
|
