钢铁行业MES需求分析
1、钢铁行业The MES Of Steel Industry
2、产品特点Product Characteristic
钢铁行业是以从事黑色金属矿物采选和黑色金属冶炼加工等工业生产活动为主的工业行业，包括金属铁、铬、锰等的矿物采选业、炼铁业、炼钢业、钢加工业、铁合金冶炼业、钢丝及其制品业等细分行业，是国家重要的原材料工业之一。此外，由于钢铁生产还涉及非
金属矿物采选和制品等其他一些工业门类，如焦化、耐火材料、炭素制品等。
钢铁行业的上游行业是铁矿石行业、焦炭行业和有色金属行业等，下游房地产行业、机械行业、汽车行业、船舶行业、铁路行业等。整个钢铁行业分为自然资源的开采、钢材制造（型材、板材、管材、金属制品）、工业部件制造（如汽车板）、工业产品（与建筑、地产、机械、汽车等行业密切联系）。
钢铁产品主要包括生铁、粗钢、钢材三大类产品。
产业链上不同位置的产品差别较大：
【自然资源开采】如矿物采公司，生铁的铸造，生产成本较大。
【钢材制造】包括原料焦化烧结，成份精炼、铸造与轧钢，特殊处理等几个流程。如大型钢铁制造厂商。
【工业部件制造】与钢材制造环节出现断层，布局围绕下游产品制造，如汽车板制造等。
【工业产品】与建筑、地产、机械、汽车等行业密切相关。
该行业本身的特性迫使该行业的公司不断地与业内的其它公司和其它行业的替代产品进行竞争。
因此，身处该行业的生产商和贸易商必须通过不断地开发新产品、提高生产效率、提高产品质量来应对瞬息万变的市场，所有这些都对钢铁企业的灵敏程度形成了挑战。因为，与此同时企业还必须达到制造高质量产品、准时交货、保持最低成本等方面的要求。
3、生产模式Production Mode
我国大部分钢铁企业目前的生产组织模式分为以下几个层次：
公司生产计划：生产计划主要确定大宗原料采购，能源分配，铁前生产计划，钢后产量计划，设备大、中修计划等；
钢后生产排程：按照销售订单制定每天的钢后生产排程，并据此组织炼钢、轧钢每天的生产执行、产品入库与发货；
分厂作业执行：生产分厂依据生产部下达的生产任务排程进行作业执行。
4、行业特性Industry Feature
钢铁行业与离散型装备制造等行业不同，属于流程型制造行业，也是资本密集型、设备密集型和技术密集型工业，具有投资大、风险高的特性。
随着钢铁企业向集团方向发展，资金管理是企业管理的核心；投资建设项目涉及合同种类多，合同数量大、管理繁杂，也是管理的重点；钢铁行业竞争环境激烈，成本控制是企业发展的重要因素。随着钢铁行业不断深化改革，实施“做精、做专、做强”发展战略，大力推进技术创新、产品结构、工艺技术结构全面优化，实现了从普钢到精品钢的战略转移。
其特点在于：
【产品结构及排产】
产品品种比较固定，结构比较简单，物料数量和层次较少，极少在生产流程中出现设计变更。但由于成材率、合格率不定以及质量改判经常发生，导致排产和制定作业计划较为困难。并且冶金生产的连续性，也增加了计划编制的难度。、
中间产品或在制品大都呈高温或流动状态，前后工序紧密衔接、相互影响，各生产单元可变因素多，生产过程中各种因素的波动，因此，必须引入一体化计划的概念，对生产过程进行整体优化，以平衡物流，使生产有序地进行。
【生产管理】
从原料采购、炼铁、炼钢、轧钢到生产出成品，每一步都需经过复杂
的工序。与生产配套的是一系列专业化设备和自动化控制系统，生产车间的人员主要是管理、监视和设备检修。对钢铁行业而言，做到管控一体化十分重要。
【质量管理】
把好原材料、生产、成品等各个环节的质量关，生产出满足客户需要的钢材是企业赢利的前提。钢铁企业的质量管理比一般商品的质量管理难度大，并且产品质量的好坏不光靠事后的检验，而是必须贯穿于生产的全过程中，从产品的质量设计、质量监控、质量判定到质量分析，一贯质量管理在钢铁企业应用得非常广泛。
【成本控制】
由于钢材生产过程的复杂性，导致企业成本管理工作量很大且精确性、适时性差。激烈的市场竞争导致产品价格不断降低，利润空间越来越小，从而迫使企业必须增强内在素质，以降低生产成本。
【设备管理】
钢铁行业品种固定，批量大，生产设备投资高，而且按照产品进行布置，通常设备是专用的，很难改做其他用途。我国钢铁企业一般都拥有超高功率电炉、钢包精炼炉、连铸机、高刚度连轧机组等具有国际先进水平的炼钢轧钢设备，保证这些设备正常运转及高利用率对于控制成本也非常关键。
【信息处理】
其他行业的生产信息处理过程大都是由多到少，由众多的零部件组装成一个产品。钢铁行业则相反，由少到多，例如，一炉钢浇成多个坯，一块坯轧成多个材。
信息处理量呈不断膨胀的趋势；针对这些信息的处理与挖掘分析对生产管理与经营决策，会起到非常重要的参考作用。
【生产方式】
企业生产方式也由传统的以产定销模式，改变成按订单生产；所以，如何最大限度地满足用户的特殊加工要求，如何把握合同的进度、实现按期交货，成为钢铁企业争取客户的一个重要因素。
【不确定性处理】
钢铁企业具有自身的行业特点，其生产环境苛刻，生产过程中涉
及各种突变和不确定性因素，对应急处理和例外处理要求极高。
5、行业特性Industry Feature
对于钢铁行业的生产经营特点及其合规性经营等共性问题在前面已经做了详细的分析，后面的分析就只对其个性化的问题进行展开。
个性化问题是选取了行业典型的钢铁企业为代表进行分析的。
1 、某钢铁厂简介
某钢铁集团是一个特大型钢铁联合企业，该钢铁厂拥有矿山采掘、炼焦、炼铁、炼钢、轧钢及物流、配套公辅设施等一整套先进的钢铁生产工艺设备。
2 、某钢铁厂典型工艺流程图
某钢铁厂生产工艺主要包括：炼铁、炼钢、铸钢、轧钢等流程。
炼铁：就是把烧结矿石和块矿中的铁还原出来的过程。焦炭、烧结矿、块矿连同少量的石灰石、一起送入高炉中冶炼成液态生铁（铁水），然后送往钢铁厂作为炼钢的原料。
炼钢：是把原料（铁水和废钢等）里过多的碳及硫、磷等杂质去掉并加入适量的合金成分。
连铸：将钢水经中间罐连续注入用水冷却的结晶器里，凝结成胚壳后，性结晶器以稳定的速度拉出，再经喷水冷却，待全部呀、凝固，切成制定长度的连铸胚。
轧钢：连铸出来的钢锭和连铸胚以热轧的方式在不同的轧钢机轧制成各类钢材，形成产品。
以该钢厂的炼铁——炼钢——连铸——轧钢过程为例，其工艺流程图如下图所示：
下面为拆分图
6、需求分析Steel MES Requirement Analysis
钢铁企业的 MES 在 ERP/MES/PCS 三层架构中起到承上启下的关键作用，它通过计划监控、生产调度，实时传递生产过程数据，在企业计划管理和车间生产控制之间架起了一座信息沟通和管理的桥梁，支持企业实行一体化的生产管理和质量控制，实现生产的自动化、有效的生产管理和全线物料跟踪，对生产过程中出现的各种复杂问题进行实时处理，在钢厂中建立一个快速反映、有弹性、精细化、统一的信息化制造环境，帮助企业提高产品质量和环境，降低材料和人力等资源的消耗，在信息化中起到了核心关键作用，是一个实时化的系统。
它与 ERP、PCS 一起构成企业完整的产销一体化的集成系统。除了MES11个基本功能需求外，还有一些个性化的行业需求，比如：
1. 生产管理
多工序一体化作业计划。因为在钢铁企业里面包含了炼铁、炼钢、连铸、轧钢等多条产线，它的作业前后是有非常的连动关系的，如何把这些约束条件、基础作为一个完整的体系进行考虑，对实现热装热送进而节能降耗发挥了非常大的效能。
系统把后面轧钢的轧制顺序与前面的浇铸顺序以及炼钢的组炉计划几个统一起来形成一个一体化的作业计划。
【计划管理】
钢铁企业 MES 的作业计划以产品订单为主线，具体包括：
生产订单的转换与分解、
产品与设备的指派、
作业计划的制定、
针对动态干扰的调整等功能。
协调从订单投入到产品完成的整个生产过程。
计划管理是接收 MES 系统下发的炼钢作业计划，进行计划调度、计划取消和查询等操作的过程。
根据炼钢厂的具体情况，在进行炼钢作业计划的调度，调整时必须进行全面而统一的考虑。公司生产计划制定到炉次级的炉次计划和切割计划，所有的计划都在冶金规范支撑下，计划下发时连同生产工艺标准、检验标准一起下发到分厂。
炼钢厂严格按照下发的炼钢作业计划执行。对生产过程中炉次计划进行调度来指导实际生产，提高钢坯产量，并建立炼钢/库存/轧材之间的信息共享体制。
【预先计划管理】
可以详细编排出客户定单的交付日期，从而平衡工厂的全部生产资源。
【高级合同优化排产】
冶金企业如何实现整个工厂内的产能的平衡、物流的平衡、库存的平衡，实时进行用户订单的交期承诺，这一直是困扰企业的一个难题。该技术的核心内容主要是当用户签定订单以后，系统能够对现在已经形成的订单和正在执行的订单进行一个滚动动态的计算，能够使得整个的物流是最通畅的，对所有的产能、库存进行平衡，同时在接收定单的时候就可以告诉用户其所要求的交期是否能够完成。
（我今天突然想到离散三层调度：订单级调度，计划级调度和作业任务调度，灵感来源于朋友圈的一张交通瘫痪的图，面对订单种类繁多和插单频繁的情况，有没有可能根据订单类型或产品类型去划分产线，然后进行产线级调度。流程一般都是订单调度或者产线调度，如果存在多条产线的情况下，假如就一条产线，调度个锤子啊，就按订单优先级排产好了，但是有没有这种情况，如果同种类型的多个订单，可以拆分成多块进行调度，调度调度最终玩的还是工时啊小伙伴们。所谓的调度就是尽可能的去满负荷生产，不让产线或设备闲着，当代最通用的提高产能的方式是什么：加班！当然方法有很多种，很明显加班是操作最简单，行之最有效，而且最能立竿见影的提高产能的方式对吧。现在随便扯两句，等下一遍的时候我们尽量放开来扯。）
【作业管理】
炼钢作业管理是对混铁炉、铁水预处理、转炉、LF 炉、RH 炉、连铸机、板坯切割等各操作岗位设备运转状态、物料消耗、成分检验、温度等进行作业进程跟踪（Tracking）及前、后、上、下岗位之间的信息共享。作业管理是生产过程管理的重要部分，是企业生产过程中信息流与物流实现统一的关键。
各个岗位人员根据作业指示，炼钢质量标准要求以及作业路线、据其所处的环节以及设备状态、对上一道工序半产品进行把关的同时，规范操作，规范记录，使生产过程管理规范化、有序化，并根据调度指令，将钢水及时移送到下一道工序。
【生产实绩管理】
实绩管理是收集作业管理模块中跟踪到的各岗位生产实绩信息、质量实绩信息、物流跟踪信息、生产异常信息和设备信息，并可对这些生产信息进行补录和修改。
实绩管理主要包括：脱硫站实绩管理、转炉实绩管理、吹氩站实绩管理、精炼站管理、RH 炉实绩管理、连铸实绩管理。管理的内容包括：数据录入操作、数据修改、数据查询等操作。
（小伙伴们如果把之前的ERP合集看完了的话，看这些内容还是比较简单的。比如这个实绩管理，其实就是作业结果分析，基于数据采集。流程类MES的奥义就是把数据采集搞好了，在数据完整性的基础上进行MES理论和功能赋能。）
2. 质量管理
把企业里面所有的国际标准、国内标准、企业标准等全部统一起来，建立一个完整的冶金规范体系。
当用户在进行订货的时候，系统就可以自动地把用户的订货要求，转换成所有的加工工艺参数，然后作为作业指令下发给下面的机组，下面的机组照着这个执行，包括所有的机组在什么地方取样、取几块样，所有的加工的温度是多少，张力是多少，设备的控制参数是怎么样的，以及最后的检验标准、放行的条件等等，这样就形成一个质量管理的完整的闭环，实现产品的全过程质量控制。
3. 料场管理
【运输物流管理】
作为物料跟踪和宗谱的重要组成部分，冶金行业的原料、中间产品和成品的运输物流，主要通过料场管理系统实现。
4. 设备运行管理
分析生产中断发生的时间、地点、情况、原因，确保生产设施保持最高的生产效率。停机信息是判断钢铁行业生产绩效和可靠性的重要指标，当停机事件发生时，自动创建或者手工输入停机记录。
生产设备运行状况监视 提供对各种设备的监视功能，为生产计划的动态编制提供实时依据，同时在线跟踪炼钢、精炼、连铸、热轧、冷轧、精整等所有设备的运转状况和生产进程，确保作业计划得以进行实时动态调整。
5. 维修维护管理
【维护管理】
系统跟踪并指导设备或工具的维护工作，确保设备满足生产需要以及定期维护或预防性的维护计划顺利实施，并且确保发生事故时的快速响应（报警），监视设备的状况和负荷。
【维修管理】
系统可以记录设备的历史事件和故障，以协助故障诊断。预先计划设备保护维修工作，提高设备的性能及寿命。
【能耗分析】
自动捕捉每个设备的能源消耗信息（能耗系数、功率、成本）用来进行分析。
6. 流程跟踪
流程跟踪是对数据采集系统采集的数据实现测量数据自动分析，炉次匹配等任务进行后台处理和整合。流程跟踪是在后台执行的服务，主要是对 PLC 数据、操作数据、计划数据、成分数据等数据的集成，分析、特征提取和按流程、炉号和处理顺序进行跟踪形成以炉次为单位生产实绩。
7. 工器具管理
炼钢工器具管理主要是钢包、氧枪、结晶器、中包等大型工艺设备的使用、使用过程的状态、寿命和维修的履历进行管理。
8. 动态成本控制
MES 系统与生产系统衔接，当物料在机组生产完毕、自动地把加工的重要数据收集上来，同时按照事前设定好的规则，实时地把与财务有关的数据“抛帐”到成本管理系统中，进行动态成本核算。并设定一些重要的成本考核指标，进行工序成本的控制，达到降低成本的作用。
9. 基于指标的参数优化功能
钢铁厂现场的控制参数都是通过设备来进行驱动的，对现场的信息如何进行监控，将这些指标下到一个过程控制的信息里面去，形成一个自动的比对，自动的进行调整。MES 系统对于现场重要设备比如：转炉、连铸机、轧机、退火、镀锌、彩涂等机组设备设定工艺、质量控制指标，并对实时收集的过程参数进行优化处理，实时指导现场的操作。
10. 能源监控与管理
在钢铁厂，尤其是在液态/热钢阶段，要消耗大量的能源。MES 系统通过将现场能源监控、能源调度、能源绩效分析等与生产制造、质量管理、工序成本分析等集成在一个系统中，将制造过程延伸到能源管理，真正实现集成制造的全过程优化管理，通过对能源系统实行集中监测和控制，实现从能源数据采集──过程监控──能源介质消耗分析──能耗管理等全过程进行管理。
11. 系统模拟、优化和仿真
钢铁行业需要系统模拟仿真，在制定作业计划后，通过模拟仿真测试工序间是否平衡、能源供给量是否充裕、生产节奏是否合适等。通过诸如切割计划计算等功能，可以优化材料的使用。
12. 配置管理
配置系统需要的基础数据和代码、如钢种、钢种分类、物料类型、物料编码、交接班项目、界面展现数据元素和风格的配置、工艺标准可结合冶炼工艺要求和相关技术标准，集成可在线获取的设备运行信息和相关工艺检测参数，为炼钢厂的管理人员和操作人员提供及时、可靠的信息支持和工艺指导，为各个层次的生产决策提供可靠的数字依据。
