施灿涛，尹静，李铁克
(北京科技大学经济管理学院，北京100083)
摘要：ERP与MES之间的集成是钢铁企业实现管控一体和产销一体的基础，也是钢铁企业实施信息化的重点和难点。作者以邯郸钢铁集团公司信息化改造项目为例，探讨钢铁企业在ERP与MES之问的功能集成、信息集成以及数据通信机制。
关键词：钢铁企业；企业资源规划；制造执行系统；系统集成
中图分类号：TP29 文献标志码：A 文章编号：1000—7059(2008)02-0054-03
Study and application of the method of integration between ERPand M ES in iron and steel enterprise
SHI Can-tao，YIN Jing，LI Tie-ke
(School of Economics and Management，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China)
Abstract：Integration between ERP and MES is the bridge-stone of management—control integration and production—marketing integration，and also the key point to implement informationization for iron and steel enterprise．Based on an information—rebuilding project of Handan Iron and Steel Company，function integration，information integration，and communication mechanism between ERP and MES were discussed．
Key words：iron and steel enterprise；ERP；MES；system integration
日趋多变的市场环境对钢铁企业的管理系统提出了更高的要求，企业需要全面实时地掌握和处理各种信息，实现物流、资金流和信息流的三流合一[1]。为此，企业要在经营管理和生产控制间，在生产和销售之间做到一体化衔接。这要求企业对核心业务流程进行优化，明确各级系统(尤其是MES与ERP)的功能分担，通过稳定可靠的数据通信机制确保MES与ERP及其他子系统之间的信息交互。
为了建设具有国际领先水平的优质板材基地，邯郸钢铁集团公司进行了信息化改造工程的建设。该项目分三期逐步实施，首先实施的是钢铁主流程一期工程，主要包括在总体规划的基础上完成财务、销售、物料、生产、质量、设备6个模块的实施，基于供应链管理技术，构建邯钢的整体信
息平台，实现厂际间物料优化和板材生产优化，完善工序计量设施，建立基本数据库。二期工程主要包括优化一期系统平台的管理模式，实施人力资源管理、项目管理等模块，进一步深化供应链管理模式，实现设备产能优化和生产线排产的一体化。三期工程主要包括实施客户关系管理和供应商管理系统，全面优化供应链管理模式，实现准确的交货承诺，同时充分利用数据挖掘技术，建立企业战略管理决策的支持系统。项目采用德国SAP公司的ERP系统，为了满足一期工程ERP产销系统需求，需要在充分调研的基础上，与ERP系统同步规划设计并实施MES。本文以SAP ERP环境下的邯钢薄板坯连铸连轧(CSP)生产线制造执行系统为例，探讨钢铁企业ERP与MES的集成方法。
1 ERP与MES的功能集成
从软件系统功能的角度来看，SAP公司的ERP系统包含生产计划与管理(PP)、物料管理(MM)、销售与分销(SD)、财务管理(FI)、质量管理(QM)等模块。另一方面，对钢铁企业而言，MES可以包含作业计划、生产调度、物料跟踪、设备管理、质量管理、工艺管理、库存管理等功能[2]。从生产过程的角度来看，钢铁生产包括烧结、焦化、炼铁、炼钢、轧钢等阶段，各阶段所采用的生产管理系统功能侧重不同，具体的功能实现取决于生产环境的特点。也就是说，针对不同生产过程的MES在功能上不是统一的。生产过程的特点不同，ERP与MES功能分担的侧重点也有所不同。但是，从整体而言，ERP和MES的功能组合应能支持完整的生产业务过程循环[3]。
在面向订单生产模式的CSP生产线背景下，生产计划、生产执行以及成品库管理这3个关键业务环节的ERP与MES的功能分担如下。
(1)生产计划
订单排产阶段的工作由ERP完成，主要包括可用量承诺(ATP)和可用生产能力承诺(CTP)。根据订单排产结果，由MES制定冷轧批量计划。冷轧对热轧的物料需求同板坯设计结果一起形成热轧阶段的批量计划。然后根据热轧阶段的生产计划，将热轧与炼钢一连铸衔接起来。最后，形成炼钢一连铸阶段的钢水需求计划。MES要能够与ERP相协调，并能根据生产实际情况对计划进行调整，及时将结果反馈至ERP系统，以便ERP系统掌握生产完成时间以及产品交货时间。
(2)生产执行
生产执行阶段的任务主要包括生产过程监控、生产作业管理和生产实绩采集等，在MES层实现，由MES收集、汇总并向ERP上传所需信息。生产过程监控获取生产过程的各种信息，以便实时了解生产过程的实际情况，为生产调度管理和生产作业管理提供信息和依据，包括设备管理、物料跟踪和质量管理等。生产作业管理是生产操作岗位根据生产计划、设备状况、产品质量、生产实绩和工艺参数标准等信息，完成生产操作的过程。生产实绩采集主要涉及生产过程中的各种原料投入、能源消耗、产成品和副产品产量、各种损耗、辅助工具材料消耗等信息，并将其与实际生产过程相匹配，最终上传至ERP系统，以便ERP系统进行工序成本核算。
(3)成品库管理
成品库管理涉及ERP和MES两方面。MES负责执行ERP发出的各种物流转移指令，如入库、配货、退货等指令。MES分担的主要功能有：入库管理、发运管理、出库管理、库位管理、库存盘点等。此外，还与质量管理系统相结合，执行对产品的改判、降级、判废等操作。从信息集成的角度来看，成品库管理的重点是使ERP和MES的库存保持一致，从ERP的销售子系统中应能看到各库房中的实时库存情况，并可监控违规操作。
2 ERP与MES的信息集成
上述ERP与MES的功能集成在实现过程中表现为系统之间的信息集成。SAP ERP环境下的CSP MES整体架构如图1所示，与SAP ERP之间通过SAP xi(Exchange Infrastructure)进行集成；与上游炼钢MES、下游冷轧MES以及质检、计量、运输等系统之间通过三级系统通信中间件进行集成；与二级过程控制系统之间通过相应的通信中间件进行集成。由此，可以实现ERP-MES-PCS的管理控制一体化，以及冷轧一热轧一连铸一炼钢一体化的“拉式”生产计划与调度。
CSP MES与SAP ERP之间的信息交互分为生产计划、生产执行和销售发送3个阶段。
2．1 生产计划阶段
在生产计划阶段，ERP系统对销售订单和库存进行平衡(即ATP和CTP处理)后形成生产订单。MES接收到生产订单后，首先将生产订单拆分为生产任务单，在编制生产计划后，将排产信息上传至ERP，同时将排产信息转化为生产指令下达至二级计算机系统。MES上传了排产信息之后，相关生产订单将处于锁定状态，ERP不能再对其进行修改或删除。冷轧MES编制生产计划后将发送至CSP MES，后者据此编制相应的生产计划，并发送至炼钢MES，构成“拉式”生产计划。
2．2 生产执行阶段
在生产执行阶段，需要采集和监控生产过程中的物料、质量、设备、能源等多方面信息，同时记录产成品信息，并与生产任务单进行匹配。在汇总生产实绩信息后，最终与生产订单匹配，根据生产实绩归并投料量和收货量，并传递至ERP系统。如果没有可匹配的生产订单，则需向ERP申请新的生产订单。由此可实现按订单组织生产，精确核算各种成本，并提高产品质量和客户满意度。
生产执行阶段物流管理包括从ERP的物流管理模块获取物流转移计划，将物流转移结果反馈至ERP物流系统，以及将生产过程的其它物流转移结果反馈至ERP物流系统，触发ERP记账。
2．3 销售发送阶段
产品下线时，MES将产品数据写入库存数据库，通过库存管理模块执行入库操作。产品入库时，将向ERP报告入库信息，只有待入库产品数据与生产实际数据匹配并且信息完备时才能成功入库，没有质检信息或未匹配生产订单的产品不允许入库。同时要能接受ERP系统的退货入库指令。ERP销售系统下达发货指令计划时指定产品批号，配货人员根据发货指令信息执行配货，并结合运输系统提供的车辆信息指定车号，最后执行发货出库，同时向ERP上传发货实绩，触发ERP记账，使MES与ERP系统的数据保持一致。
3 数据通信
通过对上述功能和信息集成的分析过程可以看出，在各级系统之间，尤其是MES与ERP之间存在着大量的信息交互。确保信息交互过程的稳定性和可靠性，是系统顺利运行的基础。MES通常由第3方负责实施，其组成和机制与SAP ERP系统有较大差异。SAP ERP系统本身是集成的单一系统，而MES往往是多个不同的子系统独立运行，因此需要建立可靠的通信和集成机制，SAP XI为确保信息交互提供了有效的通信机制。SAP XI使用网络标准接口，如网络服务描述语言、XML结构描述定义语言以及简单对象访问(SOAP)协议，可以很好地完成SAP应用系统和非SAP应用系统之间的连接，已在许多大型系统中获得成功实施。
基于SAP XI的通信机制，本文考虑的CSPMES与SAP ERP之间的数据通信如图2所示。首先，三级各MES建立与SAP ERP端数据结构完全相同的接口数据库，MES向SAP ERP上传数据时，将业务数据库中的数据写入MES接口数据库，并触发上传操作。xI上传通信接口首先对上传数据进行处理，将其转换为SAP支持的统一数据格式，并写入SAP ERP接口数据库。同样，SAPERP下传数据则是通过xI下传通信接口将数据进行格式转换，并写入MES接口数据库。MES之间的信息传递通过MES通信接口完成，不需操作对方的业务数据库，这样，能够保证各系统数据的2)打开仪器主电源，用EAS-03板的ACOM作为检测地，然后分别将CR2，CR1，CROS，SR1作为测量点，将万用表打到DC挡，通过万用表显示，使用钟表起子调节各测量点的零点电位器，保证电压在一9．9~一10 V之间。经过调节，发现各测量点的零点均可以在正常范围之内。
(2)EAS-03板的增益校正
1)插好截光电机在TCC-02板的连接线CN7，恢复截光电机的正常工作。
2)打开仪器主电源，用EAS~3板的ACOM作为检测地，然后分别将CR2，CR1，CROS，CR0，SR1作为测量点，将万用表打到DC电压挡，通过万用表显示，使用钟表起子调节各测量点的增益电位器，保证电压在7．9～8 V之间。但是，我们无法将CR2，CR1，CROS，CR0，SR1电压控制在7．9～8 V之间，增益不可调节。
由此我们判定池体没有明显损坏，但红外检测部件中红外传感器已损坏。
之后对截光部分进行检查，包括：截光电机、光源、橡皮轴套、截光片以及截光座。分别检查了截光电机的转动状况是否是匀速转动；光源电源电压是否在4．9～5．0 V之间(上图中L5V为测量点)；橡皮轴套是否磨损。发现截光片与截光座的连接件上卡簧松动，且光源已明显老化。为保证仪器稳定性，更换了红外检测部件和截光部件。
最后，按上面步骤对EAS-03板进行增益和零点调节，使零点、增益均在标准范围之内，红外检测器中CO，CO2L／H，SO2的电信号均稳定在55 000—60 000 mV·s／g之间，且波动范围在±50mV·s／g之间。
2．4 解决试样不完全烧熔或不燃烧的现象
操作人员发现分析试样时会发生试样不能完全烧熔或不燃烧的现象。EMIA一8200采用的是高频炉，主要通过高频炉的升温(1 800～2000 0C)完成试样燃烧。将装有试样的坩埚放在振荡线圈之中，高频振荡管产生高频振荡电流，此时，振荡线圈带来的磁感损失及涡流产生的高温使试样熔融[1]。我们检查了振荡电路，并没有发现异常。经过分析认为，EMIA-8200已在质检中心使用8 a，从未更换过振荡管，应该是振荡管老化，使振荡线圈没有产生涡流升温，从而发生试样不燃烧的现象。更换了高频振荡管后，此问题得以解决。
3 结束语
2007年9月我们使用国家标准样对EMIA一8200红外碳硫分析仪进行长短精度验收，结果均合格。现设备已正式投入使用，应用状况良好。
特别关注
