唐钢智能制造的信息化架构设计_于勇

第52卷第1期2017年1月Vol.52，No.1，p1-6January2017钢铁IronandSteelDOI：10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160463唐钢智能制造的信息化架构设计于勇（河钢集团有限公司，河北石家庄050023）摘要：钢铁工业是国民经济的重要基础产业，要实现其可持续协调发展，需要加快实现自动化、数字化、智能化制造进程。以唐钢信息化架构设计为切入点，以面向未来智能制造为出发点，建立了新型钢铁企业信息自动化架构体系。以一贯制质量设计及一体化产销计划的实现为主线，对一二级系统实施全公司范围的建设和改造，在三四级之间新建设三点五级系统——公司级高级计划排程系统、公司级订单设计系统、公司级质量管理系统；新建二点五级工厂数据库系统，搭建智能工厂的数据基石。实现体系内一至五级的纵向全线贯通，引领企业实现转型升级，为企业智能制造打下基础。关键词：钢铁工业；智能制造；信息化；网络架构文献标志码：A文章编号：0449-749X（2017）01-0001-06InformationarchitecturedesignofHesteelTangsteelindustryforintelligentmanufacturingYUYong（HesteelGroupCo.，Ltd.，Shijiazhuang050023，Hebei，China）Abstract：Ironandsteelindustryisanimportantbasicindustryofthenationaleconomy.Inordertoachieveitssustain-ableandcoordinateddevelopment，itneedtoacceleratetherealizationofautomation，digital，intelligentmanufacturingprocess.Inthispaper，theinformationarchitecturedesignofTangsteelwastakenasthestudyobject，thefutureorientedintelligentmanufacturingwastakenasthegoal，thenewinformationandautomationarchitecturesystemofTangsteelwasestablished.Takingtheconsistentqualitydesignandintegratedproductionandmarketingplanasthemainline，theoneandtwolevelsystemswereimprovedincompany-wide，andthenewthreepointfivelevelsystemwhichincludestheadvancedcompanyplanningandschedulingsystem，thecompanyorderdesignsystemandthequalitymanagementsystemwasbuildbetweenthreeandfourlevelsystems；thenewtwopointfiveleveloffactorydatabasesystemwasbuild，itisthedatacornerstoneofintelligentplant.Weimplementthesystemwithinonetofiveconnected，itleadstheenterprisetorealizethetransformationandupgrading，andthefoundationofenterpriseintelligentmanufacturing.Keywords：ironandsteelindustry；intelligentmanufacturing；informatization；networkarchitecture钢铁工业作为国民经济的重要基础产业，支撑了国民经济和下游用钢行业的快速发展，随着钢铁工业的快速发展，一些问题也日益突显，2016年，国家经济转型的力度进一步加大，从化解过剩产能到供给侧结构性改革，钢铁工业存在着大量的同质化产品供应严重过剩，能够激发需求的有效供给仍然不足，钢铁产业亟待技术进步和产业结构升级[1-3]。要实现可持续协调发展，必须在信息化和工业化深度融合的基础上，通过物联网、云计算、移动互联网、大数据等技术的应用，加快实现自动化、数字化、智能化制造进程，构建具有高价值、高品质、低资源消耗、低污染的新型生产管理模式，这是钢铁行业提高自身竞争力的战略选择[4]。作为中国实施制造强国战略的第一个十年行动纲领，《中国制造2025》明确指出，推进信息化与工业化的深度融合，是9项战略重点之一。依靠信息化技术，实现企业大规模定制、精准供应链管理、全生命周期管理、电子商务，重塑产业的价值链体系[5]。近年来，钢铁工业智能制造及信息化建设已经成为工业界和学术界共同的研究热点。周济院士认为“互联网＋先进制造业＋现代服务业”将成为中国经济发展的新引擎，指出“制造业数字化网络化智能化是新一轮工业革命的核心技术，并进行了全面深入的剖析解读[6]。殷瑞钰院士研究了钢铁工作者简介：于勇（1963—），男，博士，教授级高级工程师；E-mail：[e-mail]；收稿日期：2016-10-19钢铁第52卷·2·业数字化、网络化、智能化制造技术发展路线图，分析了钢铁工业数字化、智能化现状和发展趋势，提出了重大智能制造装备、智能工厂方面的重点任务及关键技术[6]。王国栋院士提出了实现钢铁工业绿色制造和智能制造过程行业的重要前沿技术和关键共性技术，介绍了钢铁行业技术创新和发展方向[7]。孙彦广分析了钢铁工业自动化、信息化的现状，介绍了钢铁工业智能制造关键应用技术，指出了钢铁工业智能制造发展趋势[8]。郭朝晖在从信息物理系统CPS的概念与作用、智能制造、研发与服务等方面，分析和描绘了工业4.0的未来，对应信息集成的3个维度，分析了钢铁企业在生产制造、研发与服务、采购与销售过程中可能采取的对策[9]。胡恒法探讨了智能化制造技术发展的方向和梅钢实施该技术的途径[10]。毕学工等基于德国工业4.0和中国制造2025的战略要点与目标，分析了两者之间的关系，提出了冶金工业智能制造的任务[11]。李新创等从个性化服务、智能化制造、大数据管理、供应链集成等方面讨论了“工业4.0”对中国钢铁工业转型升级的积极作用，阐述了“钢铁4.0”的层次化战略实施要点，并提出了系统化的实施建议[12]。唐山钢铁集团有限责任公司是河钢集团的骨干企业，经过70多年发展，唐钢已经成为中国特大型钢铁联合企业。“九五”至今，唐钢实施了铁、钢、轧三大系统技术改造，实现了主要装备的大型化和现代化，成为了中国重要的精品板材和精品建材生产基地，2015年初投产的高强汽车板项目，更为唐钢实现产品结构的转型升级提供了基础保障。面对持续低迷的市场形势，唐钢全面贯彻集团决策部署，深化改革创新，推进产品升级和结构调整，加强全面预算管理和产线对标，加快国际化发展步伐，全力培育钢铁行业新常态下新的竞争优势，努力打造最具竞争力的钢铁企业。结合钢铁行业的发展，唐钢以国家智能制造标准为指导，深入挖掘信息化系统的创新驱动作用，充分发挥现代互联网、物联网、大数据等新型技术优势，以面向未来智能制造为出发点，进行面向智能制造的钢铁企业信息化架构设计及实现，引领企业实现转型升级。主要包括：以一贯制质量设计及一体化产销计划的实现为主线，突出自动化系统及信息化系统的专业化管理，对一二级系统实施全公司范围的建设和改造，从而提高唐钢基础自动化总体水平，同时在三四级之间新建设三点五级系统——公司级高级计划排程系统、公司级订单设计系统、公司级质量管理系统；新建二点五级工厂数据库系统，搭建智能工厂的数据基石，并进行相关系统的配套改造工作。打通二三级断层，实现体系内一至五级的纵向全线贯通，以及横向的全面集成，为未来向智能制造发展打下基础。1传统信息化架构体系唐钢自2003年公司级主干网建设开始，截至2013年，已构建形成行业传统的信息自动化五级架构体系，如图1所示。其中，四级系统由企业资源计图1传统信息化五级架构Fig.1Fivelevelarchitectureoftraditionalinformationsystem唐钢智能制造的信息化架构设计第1期·3·划系统（ERP）、办公自动化系统（OA）、客户关系管理系统（CRM）等其他应用系统构成，用于企业管理层，全面集成应用于企业的采购与库存管理、生产管理、销售管理、质量管理、设备管理、人力资源管理等内容，并提供OA、企业门户等应用平台用于规范企业办公流程，提高工作效率；三级系统用于工厂车间作业管理层，用于管理生产厂的具体业务，包括制造执行系统（MES）及生产辅助信息系统，MES系统使用范围覆盖热轧部、长材部、冷轧部、不锈钢、中厚板等主体生产单位；生产辅助系统包括能源系统、物流系统、天车系统、铁运系统、质保书系统等十余个系统；二级过程控制系统以及一级基础自动化系统为操作控制层，由自动化控制系统承担，主要完成炼铁、炼钢、轧钢和运输等设备的自动化控制和部分工艺参数的管理，能够接受MES系统中的生产指令，根据二级过程控制系统中的工艺参数设置，完成具体的生产操作；五级系统为决策支持系统和企业间管理系统，是在四级系统基础上进一步的功能延伸，包括客户关系管理（CRM）、电子商务，同时还有基于数据挖掘的决策支持系统（BI/BO），负责加强供应链上、下游的伙伴协同工作，从而提高整个供应链的效率，实现协同电子商务；同时提供综合的数据统计分析平台，提供各种分析表单和图表，帮助企业管理人员掌握企业实时状况，及时做出准确的决策。2唐钢面向智能制造的信息化架构体系随着钢铁行业进入新常态，信息化架构体系如何整合与集成，如何成为打通数据链，实现数字化、智能化，如何从原来单纯一个一个独立系统的上马实施到以一个完整的体系为主线和切入点，将物质流、能量流、信息流、资金流集成起来，相互支撑，来实现公司的一体化管控，进而达到精细化管理要求，基于以上考虑，唐钢规划设计了全新的对接智能制造的特色五级架构体系，如图2所示。以质量一体化集成管控体系和产销一体化集成管控体系的建设为切入点来撬动生产工艺流程的改进或再造，成本的细化，销售在供应链环节上的向前延伸，客户管理的深入，反过来再推进质量体系的改进，进而实现供应链物流畅通快捷高效，资金流准确清晰。图2唐钢新型信息化五级架构体系Fig.2NewfivelevelarchitectureinformationsystemofHesteelTangsteel新架构在唐钢原有五级架构模式基础上，增加三点五级系统，建立公司级全局高级计划系统（APS），并按大三级的建设思路，扩充专业执行功能系统，建立全局的公司级质量设计系统（ODS）及公司级质量执行管理系统（QMS），并能够充分保证在这个架构中相关系统的充分集成。三点五级将搭建起建产销一体化集成平台，优化产能、合理排产、均衡交货，细化产品结构，从而达到提高客户满意度，降低运营成本，细化成本核算的目的，实现销售、供应、生产、成本、财务等业务以及三四级系统于勇：钢铁第52卷·4·的高度集成；同时建设质量一体化集成体系，建立和健全工艺规范和标准，产品在制造过程中按宏观用途、细分最终用途及其使用环境要求来组织生产；真正实现用户的定制化和规模化的组织生产；引入gradechain设计理念，实现动态质量设计，从原料设计一直到工艺设计，最大程度地降低废品率及降级、改判率；同时新架构规划进一步加快MES的配套改造，纵向上，推动业务系统层级更明晰，生产计划层，作业计划层，作业执行层，使得决策与指令贯彻更高效，更准确。横向上，改造后的MES覆盖从铁前到钢后的整个区域，生产管理、质量管理、能源管理、成本归集覆盖整个产