0 引 言

　　鋼鐵企業(yè)是連續(xù)的流程型企業(yè)，鋼鐵的生產是連續(xù)(鐵前)和離散(鋼后)混合、物理變化和化學變化混合的過程，工藝復雜、生產條件嚴格，并且是多工廠聯(lián)合生產，生產設備多，自動化程度比較高，有大量的自動化設備、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和檢驗系統(tǒng)。鋼鐵行業(yè)的特點決定了鋼鐵企業(yè)的信息化具有其自身的特點，即不僅要進行業(yè)務層的系統(tǒng)建設，還要考慮底層與設備相關的控制和生產管理系統(tǒng)。

　　從鋼鐵企業(yè)信息化的任務看，打通訂貨一生產一銷售的關鍵路徑，并在這條關鍵路徑上整合全流程的質量監(jiān)控(包括計量化驗、質保書生成)、動態(tài)成本核算、采購、銷售、運輸、出廠以及財務管理，就成了綜合營銷系統(tǒng)。這樣的綜合營銷系統(tǒng)再加上設備維修和備品備件管理、人力資源管理、網(wǎng)上辦公和遠程辦公，就是鋼鐵企業(yè)ERP。鋼鐵企業(yè)中的MES實際上是過程控制級和作業(yè)管理級的整合。作業(yè)管理中的過程物料平衡、生產計劃、調度、排序及優(yōu)化已經(jīng)納入綜合營銷系統(tǒng)，成為其核心部分。ERP需要MES提供的成本、制造周期和預計產出時間等實際生產數(shù)據(jù)；ERP從MES中取到生產訂單的實際狀態(tài)、企業(yè)當前的實際生產能力情況以及企業(yè)中生產換班的相互約束關系；客戶關系管理模塊的成功報價和準時交貨決定于每個時刻生產的實際情況。

　　MES根據(jù)ERP系統(tǒng)下達的生產計劃，通過生產調度、生產統(tǒng)計、成本控制、物料平衡和能源管理過程組織生產，并將各種信息加以采集、傳遞和加工處理，及時呈報ERP系統(tǒng)。

　　近幾年來，隨著市場競爭日趨激烈，鋼鐵企業(yè)計劃系統(tǒng)(ERP)受市場影響越來越大，計劃的適應性問題日漸顯露出來，與低層生產過程之間脫節(jié)的矛盾也日益突出。如何有效地解決兩者之間的矛盾，充分利用上下兩層之間的數(shù)據(jù)，提高計劃的實時性和靈活性，同時又能改善生產線的運行效率，已成為一個重要的研究課題，而制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)處于鋼鐵企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，起到承上啟下的作用。文章首先分析了鋼鐵企業(yè)信息化體系結構，接著研究了ERP與MES信息化集成方法，最后解決了信息化集成的具體實現(xiàn)。

　　1 鋼鐵企業(yè)信息化體系結構

　　在鋼鐵企業(yè)信息化過程中一般將信息系統(tǒng)與控制系統(tǒng)分為四級：其中L4為企業(yè)資源計劃系統(tǒng)(ERP)；L3為分廠(車間)生產制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)；L2為過程控制系統(tǒng)PCS(Process Control System)；L1為基礎自動化系統(tǒng)，如圖1所示。L4的ERP負責企業(yè)的經(jīng)營決策和生產規(guī)劃；L3的MES負責企業(yè)生產調度和系統(tǒng)過程優(yōu)化；L2及L1負責生產過程控制。

      位于最底層的L1和L2以設備綜合控制為核心，聚焦于生產過程的設備，監(jiān)控生產設備的運行狀況，控制整個生產過程。

　　L3以優(yōu)化管理、優(yōu)化運行為核心。MES將生產過程控制、生產過程管理和經(jīng)營管理活動中產生的諸多信息進行轉換、加工、傳遞，是生產過程控制與管理信息集成的重要橋梁和紐帶。MES要完成生產計劃的調度與統(tǒng)計、生產過程成本控制、產品質量控制與管理、物流控制與管理、設備安全控制與管理、生產數(shù)據(jù)采集與處理等功能。

　　L4以財物分析／決策為核心，以產品的生產和銷售為處理對象，聚焦于定貨、交貨期、成本和顧客的關系等，直接面向管理層和決策層。

　　在以上四級體系結構中，逐級之間處在互相依賴和數(shù)據(jù)傳遞的關系。L1-L3各級之間有嚴格的依賴關系，上級控制下級，下級向上級反饋運行信息，形成閉環(huán)的控制機制。L3與L4之間更注重信息的關聯(lián)性和管理性。L4的ERP系統(tǒng)與L3的MES系統(tǒng)的有效集成，是鋼鐵企業(yè)信息化實現(xiàn)“產銷一體化”和“管控一體化”目標的一個關鍵因素。

　　2 ERP與MES集成技術

　　2.1 ERP與MES的集成方法

　　ERP與MES集成的方法是對生產相關的業(yè)務流程進行疏理和優(yōu)化，通過流程來把MES和ERP集成到一起，基于流程在MES和ERP之間的“進”和“出”來設計兩個系統(tǒng)間的接口。ERP與MES一起構成計劃、控制、反饋、調整的完整閉環(huán)系統(tǒng)，通過接口進行計劃、命令的傳遞和實績的接收，使生產計劃、控制指令、實績信息在整個ERP、MES、過程控制系緲基礎自動化的體系中透明、及時、順暢地交互傳遞。MES介于ERP與底層控制和自動化系統(tǒng)之間，起著承上啟下的作用，是ERP系統(tǒng)數(shù)據(jù)基礎和保證。

　　2.2 ERP與MES集成的信息流程

　　鋼鐵企業(yè)MES通常包括以下功能模塊：生產訂單管理、生產計劃管理、生產實績與跟蹤、質量管理、原料庫管理、成品庫管理、發(fā)貨管理、統(tǒng)計報表、鋼包管理、系統(tǒng)管理及接口通信等。ERP與MES功能模塊及信息流程如圖2所示。

      鋼鐵企業(yè)在ERP系統(tǒng)中根據(jù)銷售訂單和銷售預測排出生產計劃(年生產計劃、月生產計劃)，同時根據(jù)質每標準進行質量設計，生產計劃和質量設計結果由ERP導入MES，MES根據(jù)這些信息排出更細致的生產計劃(日生產計劃、班次生產計劃等)。由ERP傳入MES的生產計劃的具體數(shù)據(jù)有：生產訂單、物料編碼、鋼種和規(guī)格、具體數(shù)量、生產單位、對應銷售訂單、預計開始生產時問、預計完成生產時間等；由ERP傳入MES的質量設計的具體數(shù)據(jù)有：銷售訂單、物料編碼、鋼種和規(guī)格、力學性能要求、化學性能要求、生產工藝要求、幾何尺寸要求、表面質量要求等。

　　MES在下發(fā)作業(yè)計劃以后，對生產的執(zhí)行進行管理，將生產實績反饋給ERP系統(tǒng)的車間管理和庫存管理模塊，作為計算生產成本的依據(jù)。從MES傳人ERP的生產實績的具體數(shù)據(jù)有：生產訂單、物料編碼、鋼種和規(guī)格、生產單位、對應銷售訂單、消耗材料數(shù)據(jù)、消耗動力數(shù)據(jù)、資源消耗數(shù)據(jù)、產出數(shù)據(jù)等。

　　MES在生產執(zhí)行的過程中還需要進行質量控制和檢驗，把質量結果反饋給ERP系統(tǒng)的質量管理模塊。從MES傳入ERP的質量結果的具體數(shù)據(jù)有：生產訂單、銷售訂單、物料編碼、鋼種和規(guī)格、力學性能結果、化學性能結果、生產工藝結果、表面質量結果等。

　　銷售發(fā)貨在ERP系統(tǒng)中實現(xiàn)，把相關信息傳入MES系統(tǒng)的發(fā)貨管理模塊，傳遞的具體數(shù)據(jù)有：銷售訂單、銷售行、物料編碼、鋼種和規(guī)格、發(fā)貨倉庫、發(fā)貨時間、出庫數(shù)據(jù)等。

　　實現(xiàn)ERP與MES系統(tǒng)的集成，關鍵在于業(yè)務流程的優(yōu)化和集成以及對所涉及MES和ERP系統(tǒng)的具體分析以充分發(fā)揮各系統(tǒng)的優(yōu)點。首先，信息系統(tǒng)都是為業(yè)務服務的，MES和ERP各自解決一部分業(yè)務問題，分別反映一部分業(yè)務流程，流程是MES與ERP整合的“粘合劑”，通過流程的整體優(yōu)化劃分出哪些流程在MES中處理、哪些流程在ERP中處理。

　　3 ERP與MES集成的解決方案

　　以某鋼軋總廠實施的MES(L3)系統(tǒng)與SAP(L4)系統(tǒng)(Systems Applications and Products in Data Processing)為例。

　　3.1 集成場景描述

　　該鋼廠SAP與MES系統(tǒng)基于流程設計了SAP XI接口系統(tǒng)，通過SAP XI接口系統(tǒng)完成整個系統(tǒng)的集成。

      SAP與MES系統(tǒng)功能的劃分本著一體化系統(tǒng)的設計方案，保證系統(tǒng)業(yè)務邏輯清楚，盡量減少數(shù)據(jù)的傳輸量，盡量避免一個業(yè)務數(shù)據(jù)邏輯在SAP和MES系統(tǒng)之間多次來回傳輸，盡量減少SAP XI接口系統(tǒng)處理大量復雜的計算為前提。在保證業(yè)務和流程順暢、部門和崗位職責清晰，能夠方便、快捷而有效地生成相應的管理和分析性報表數(shù)據(jù)等的基礎上進行SAP與MES的功能劃分。

　　3.2 集成技術

　　3.2.1 MES系統(tǒng)與XI系統(tǒng)集成技術

　　通信協(xié)議：

　　MES→XI：采用Web Service，通過SOAP message進行通信。

　　XI→MES：采用JDBC，直接對數(shù)據(jù)庫表格進行操作。

　　通信方式描述：

　　當數(shù)據(jù)從MES系統(tǒng)發(fā)送到XI系統(tǒng)中時，通過SOAP協(xié)議進行通信。XI作為數(shù)據(jù)的接收方，提供接口描述的WSDL文件。MES根據(jù)XI提供的WSDL文件，將數(shù)據(jù)以SOAP消息的方式發(fā)送到XI上。

　　當數(shù)據(jù)從XI發(fā)送到MES中時，通過JDBC進行通信。XI的outbound接口將數(shù)據(jù)發(fā)送到JDBC Adapter，通過JDBC Adapter直接執(zhí)行SQL語句或者調用存儲過程，將數(shù)據(jù)寫入MES的數(shù)據(jù)中間表中。

　　3.2.2 XI系統(tǒng)與SAP ECC(ERP Central Component)系統(tǒng)集成技術
　　通信協(xié)議：

　　采用XI協(xié)議，通過ABAP Proxy進行通信。

　　通信方式描述：

　　當數(shù)據(jù)從XI發(fā)送到ECC中時，ECC通過inbound ABAP Proxy與XI進行通信。接口集中定義在XI系統(tǒng)中，導入ECC系統(tǒng)后，在接口類的異步方法中開發(fā)的ABAP程序中進行業(yè)務處理。

　　當數(shù)據(jù)從ECC發(fā)送到XI中時，ECC通過outbound ABAP Proxy與XI進行通信。接口同樣集中定義在XI系統(tǒng)中，導入ECC系統(tǒng)后，通過調用實例化接口對象的異步方法來完成數(shù)據(jù)的發(fā)送。

　　3.3 接口系統(tǒng)模塊及功能描述

　　整個接口系統(tǒng)主要分為以下四個模塊：

　　3.3.1 生產計劃和控制PP(Production Planning and Control)模塊

　　包括物料主數(shù)據(jù)下傳、生產主數(shù)據(jù)下傳、生產訂單下傳、生產訂單變更上傳、新增生產訂單申請上傳、生產收貨上傳、生產發(fā)料上傳等接口。

　　·物料、生產主數(shù)據(jù)下傳  實現(xiàn)SAP中的物料、生產主數(shù)據(jù)下傳到MES；相應的，MES接收到SAP物料后，可作為未來計劃外投料、異常產出的標準，以避免MES上傳SAP的物料號碼在SAP系統(tǒng)不存在的情況。

　　·生產訂單處理  當SAP新增、修改、刪除生產訂單或者計劃訂單轉為生產訂單時，觸發(fā)生產訂單下傳接口，接口程序根據(jù)約定的邏輯檢查訂單內容的相關變化來判斷是否下傳。當MES對接收的生產訂單進行了生產訂單開始時間、結束時間的變更，生產訂單數(shù)量的變更，生產訂單狀態(tài)的變更，生產訂單產線的變更等，利用生產訂單變更上傳接口將生產訂單做的變更上傳到SAP，以實現(xiàn)L3與L4生產訂單的同步更新。當MES異常產出或者其他需要新增生產訂單時，利用新增生產訂單申請上傳接口向SAP申請一個新的生產訂單，SAP根據(jù)上傳信息新建生產訂單。

　　·生產收貨上傳  MES在生產訂單產品產出后，收集產出信息，利用此接口將產出信息上傳SAP；SAP接收數(shù)據(jù)并作生產訂單收貨處理。

　　·生產發(fā)料上傳  MES對于收集到的物料消耗數(shù)據(jù)，需要對應到相應產出品的生產訂單，生產發(fā)料上傳接口上傳生產訂單的物料消耗；SAP的接口接收來自MES的物料消耗數(shù)據(jù)，完成生產訂單發(fā)料處理。

　　3.3.2 物料管理MM(Materials Management)模塊

　　包括通用移動類型記賬上傳、轉儲訂單下傳、轉儲單收貨及發(fā)貨確認上傳、盤點或庫存平衡差異上傳、物料憑證取消上傳、采購訂單下傳、轉儲單發(fā)貨信息下傳、賬面庫存下傳等接口。

　　·通用移動類型  記賬上傳在MES／LES中收集好相應的出入庫業(yè)務相關數(shù)據(jù)信息后，調用該接口上傳SAP系統(tǒng)并觸發(fā)SAP系統(tǒng)相應的移動類型記賬；SAP記賬成功后，系統(tǒng)會自動產生相應的物料憑證，該接口將返回相應的物料憑證號及項目號給MES／LES系統(tǒng)保存。

　　·轉儲訂單處理  對于鋼后產品主要為鋼坯或者鋼卷在廠際間的庫存調撥，需要在SAP系統(tǒng)中建立相應的轉儲訂單作為調撥計劃下傳到MES系統(tǒng)，轉儲訂單下傳接口根據(jù)發(fā)貨工廠和發(fā)貨庫存確認下發(fā)到哪個發(fā)貨MES系統(tǒng)；MES系統(tǒng)再給轉儲訂單發(fā)料或收貨業(yè)務數(shù)據(jù)進行處理。當SAP的轉儲訂單下傳到MES系統(tǒng)后，MES進行實際庫存調撥裝運并計量后，由庫存調撥發(fā)出方先在MES系統(tǒng)中觸發(fā)上傳發(fā)貨數(shù)據(jù)，SAP XI調用轉儲單收貨及發(fā)貨確認上傳接口觸發(fā)SAP完成對轉儲訂單的發(fā)貨記賬；當庫存調撥接收方收到鋼坯／鋼卷后，則在MES確認收貨，MES系統(tǒng)則上傳對轉儲訂單的收貨數(shù)據(jù)，SAP XI則調用轉儲單收貨及發(fā)貨確認上傳接口觸發(fā)SAP對轉儲訂單的收貨記賬。SAP發(fā)貨記賬后，利用轉儲單發(fā)貨信息下傳接口將發(fā)貨信息(鋼坯、爐號、重量、質量檢驗等)下傳到接收方MES，并形成預入庫信息。

　　·庫存平衡差異上傳  庫存盤點后，三級系統(tǒng)計算出庫存差異數(shù)據(jù)，并且將該數(shù)據(jù)上傳至SAP，保留在自定義數(shù)據(jù)表中，然后通過ABAP程序開發(fā)從該表中讀取相應的庫存平衡差異數(shù)據(jù)，按照相應的分攤規(guī)則計算分攤結果記賬到相應的成本對象上去。

　　·物料憑證取消上傳  當MES系統(tǒng)某筆庫存收發(fā)數(shù)據(jù)已經(jīng)上傳SAP成功記賬后，發(fā)現(xiàn)錯誤，需要取消原先上傳記賬的數(shù)據(jù)，則調用該接口取消原先記賬的物料憑證。

　　·采購訂單下傳  當銷售公司在SAP系統(tǒng)建立完外購鋼材產品的采購訂單并保存后，利用此接口下傳到MES系統(tǒng)，以便供應商貨物到達后，在MES系統(tǒng)進行外購鋼材產品的采購收貨。

　　3.3.3 銷售和分銷SD(Sales and Distribution)模塊
　　包括訂單庫存轉儲下傳、揀配單下傳、揀配單刪除下傳、發(fā)貨實績確認上傳等接口。

　　·訂單庫存轉儲下傳  業(yè)務人員根據(jù)銷售定單與庫存狀況，把產品在定單庫存間進行轉移，SAP系統(tǒng)執(zhí)行相應的操作后，通過接口把庫存調整信息傳遞給MES系統(tǒng)，MES根據(jù)SAP系統(tǒng)的指令作相應的庫存調整。

　　·揀配處理  SAP在系統(tǒng)創(chuàng)建揀配單后，通過揀配單下傳接口將裝運發(fā)貨指令下達給MES，MES負責貨物出庫的實際操作，如確定倉庫、裝卸點、進行揀配、打印發(fā)貨標簽、組織發(fā)運等；MES系統(tǒng)揀配完成后按實績發(fā)貨及揀配數(shù)量通過發(fā)貨實績確認上傳接口對SAP系統(tǒng)中的揀配單進行揀配確認。若SAP系統(tǒng)取消揀配單，通過揀配單刪除下傳接口發(fā)送給MES，MES根據(jù)指令刪除相應的揀配單。

　　3.3.4 質量管理QM(Quality Management)模塊

　　包括代碼下傳、檢驗計劃下傳、檢驗結果上傳、檢驗批下傳、檢驗計劃申請上傳等接口。

　　·代碼下傳  SAP系統(tǒng)將定性檢驗結果做成代碼組、代碼形式，利用代碼下傳接口下傳MES系統(tǒng)，以便為MES上傳定性檢驗結果以代碼的形式上傳。

　　·檢驗計劃下傳  SAP系統(tǒng)確定需要下傳給MES的檢驗計劃的創(chuàng)建或修改后，利用此接口下傳給MES，以便MES完成判定的物料。

　　·檢驗結果上傳  MES系統(tǒng)完成連鑄坯、板坯的檢驗后，利用此接口將檢驗結果上傳給SAP。

　　4 結 論

　　ERP、MES、PCS、基礎自動化系統(tǒng)構成了鋼鐵企業(yè)信息自動化的整體。特別是MES系統(tǒng)彌合了企業(yè)計劃層和生產車間過程控制系統(tǒng)之間的間隔。是制造過程信息集成的紐帶。MES通過強調制造過程的整體優(yōu)化來幫助企業(yè)實施完整的閉環(huán)生產，同時也為敏捷制造企業(yè)的實施提供了良好的基礎。深刻理解ERP、MES和PCS等系統(tǒng)先進的管理思想，把握它們的發(fā)展趨勢，分析它們之間的相互關系，對于鋼鐵企業(yè)的信息化建設具有重要的意義。

　　文章結合某鋼軋總廠的ERP與MES系統(tǒng)的實際應用提出了一種ERP與MES的集成技術，基于流程設計了SAP XI接口系統(tǒng)，并將整個接口系統(tǒng)分為生產計劃與控制、物料管理、銷售與分銷、質量管理等四個模塊。實踐表明該集成技術有效地解決了ERP與MES系統(tǒng)之間的矛盾，充分利用系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)，提高了計劃的實時性和靈活性，從而改善了生產線的運行效率。