钢铁行业 MES 需求分析：产品特点与上下游产业关系

钢铁行业MES需求分析

1.钢铁行业MES

2. 产品特点

钢铁工业是以从事黑色金属矿采选、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、锰的开采、选矿、炼铁、炼钢、钢材加工等，铁合金冶炼、钢丝及其制品业等子行业，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开采、选矿、加工、精炼 ...

金属矿采选及制品业和炼焦、耐火材料、炭素制品等工业部门。

钢铁行业的上游行业有铁矿石行业、焦炭行业和有色金属行业，下游行业有房地产行业、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开采、钢铁制造（型材、板材、管材、金属制品）、工业零部件制造（如汽车板）、工业制品（与建筑、房地产、机械、汽车等行业密切相关）。

钢铁产品主要包括生铁、粗钢和钢材三大类。

产业链不同位置的产品差异很大：

【自然资源开采】如矿产开采公司，生铁铸造的生产成本相对较高。

【钢铁制造】包括原料焦化烧结、成分精炼、连铸连轧、特殊处理等几个工序。如大型钢铁制造企业。

【工业零部件制造】与钢铁制造环节存在差距，布局围绕下游产品制造，如汽车板制造。

【工业产品】与建筑、房地产、机械、汽车等行业紧密相关。

行业本身的特性迫使行业内的企业不断与行业内的其他企业竞争，替代其他行业的产品。

因此，该行业的制造商和贸易商必须应对不断变化的市场，不断开发新产品，提高生产效率和产品质量，这些都对钢铁企业的敏感性提出了挑战。同时，企业还必须满足制造高质量产品、准时交货、保持最低成本等要求。

3. 生产模式

当前我国大部分钢铁企业的生产组织模式分为以下几个层级：

公司生产计划：生产计划主要确定大宗原材料的采购、能源配置、铁前生产计划、铁后生产计划、设备大中修计划等；

钢后生产计划：根据销售订单，制定每日钢后生产计划，组织每日炼钢、轧钢生产执行、产品入库、发货；

分厂作业执行：生产分厂根据生产部门下达的生产任务计划执行作业。

4. 行业特征

钢铁行业不同于离散设备制造等其他行业，属于流程制造业，同时也是资金密集型、设备密集型、技术密集型行业，具有投资大、风险高的特点。

随着钢铁企业向集团化方向发展，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、管理复杂，也是管理的重点；钢铁行业竞争激烈，成本控制是企业发展的重要因素。随着钢铁行业改革不断深化，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，实现了由普通钢向精品钢的战略转变。

其特点是：

【产品结构及生产排程】

产品品种相对固定，结构比较简单，材料数量和等级较少，生产过程中很少发生设计变更。但由于成品率、合格率的不确定性，以及质量变化频繁，给生产调度和作业计划制定带来了较大的难度。另外，冶金生产的连续性也增加了计划制定的难度。

大部分中间产品或在制品处于高温或流动状态，前后工序紧密衔接，互相影响，各生产单元的可变因素较多，生产过程中各种因素波动较大，因此必须引入集成计划的概念，对生产过程进行整体优化，平衡物流，保证有序生产。

【生产管理】

从原料采购、炼铁、炼钢、轧钢到成品生产，每一步都需要复杂的

生产过程由一系列专业设备和自动化控制系统支撑，生产车间的人员主要负责管理、监控和设备维护，对于钢铁行业来说，实现一体化管控非常重要。

【品质管理】

企业要盈利的前提是把好原材料、生产、成品等环节的质量关，生产出符合客户需求的钢材，钢铁企业的质量管理比一般商品的管理难度大，产品质量不仅仅取决于事后检验，而是要贯穿整个生产过程，从产品质量设计、质量监控、质量判断到质量分析。一贯质量管理在钢铁企业被广泛应用。

【成本控制】

由于钢铁生产工序复杂，企业成本管理工作量很大且准确性、及时性较差，激烈的市场竞争导致产品价格不断下降，利润空间不断缩小，迫使企业通过提升内在素质来降低生产成本。

【设备管理】

钢铁行业品种固定、批量大、生产设备投入高，且按产品布置，通常设备专用，不易改作他用，我国钢铁企业普遍拥有超高功率电炉、钢包精炼炉、连铸机、高刚性连轧机等国际先进的炼钢、轧钢设备。保证这些设备的正常运行和较高的利用率，对控制成本也十分关键。

【信息处理】

其他行业的生产信息处理过程大都是从多到少，由很多个零件组装成一个产品，而钢铁行业则相反，是从少到多，比如一炉钢浇注成很多根钢坯，一根钢坯轧制成很多根材。

信息处理量呈现不断膨胀的趋势，这些信息的处理、挖掘分析将对生产管理和经营决策起到非常重要的参考作用。

【制作方法】

企业的生产方式也由传统的以生产为主的销售模式转变为以订单为主的生产模式；因此，如何最大程度地满足用户的特殊加工要求，如何把握合同进度、实现按时交货，已成为钢铁企业争取客户的重要因素。

不确定性处理

钢铁企业有其行业特点，生产环境恶劣，生产过程涉及

以及各种突发变化和不确定因素，对应急处置和异常处理要求极高。

5. 行业特征

上一节对钢铁行业生产运行特点、合规经营等共性问题进行了详细分析，下文仅针对个别问题进行分析。

选取行业内典型钢铁企业作为代表，对个性化问题进行分析。

1. 钢厂简介

某钢铁集团是一家特大型钢铁联合企业，钢厂拥有矿山开采、焦化、炼铁、炼钢、轧钢、物流及配套的公辅设施等全套先进的钢铁生产工艺装备。

2. 某钢厂典型工艺流程图

钢铁厂的生产过程主要包括炼铁、炼钢、铸钢、轧钢等工序。

炼铁：是将烧结矿、块矿中的铁还原的过程，焦炭、烧结矿、块矿和少量石灰石送入高炉冶炼成液态生铁（铁水），再送钢厂冶炼，作为炼钢的原料。

炼钢：是从原料（铁水、废钢等）中除去多余的碳、硫、磷等杂质并加入适量合金成分的过程。

连铸：钢水经中间槽连续倒入水冷结晶器，凝固成壳后以恒定速度拉出结晶器，再经喷水冷却，待钢水全部凝固后，切成规定长度的连铸坯。

轧钢：连续铸造的钢锭和钢胚在不同的轧机中经过热轧，形成各种类型的钢材。

以钢厂炼铁—炼钢—连铸—轧钢工序为例，其工艺流程图如下图所示：

以下是拆分图

6. 钢铁MES需求分析

钢铁企业MES在ERP/MES/PCS三层架构中起着关键作用，通过计划监控、生产调度等实时传输生产过程数据，构建企业计划管理与车间生产管控之间的信息沟通渠道，支撑企业实现生产管理与质量管控一体化，实现生产自动化、生产有效管理和全线物料跟踪，实时处理生产过程中各种复杂问题。快速响应、柔性化、精细化、统一化的信息化制造环境，帮助企业改善产品质量和环境，降低物料、人力等资源消耗，在信息化中起着核心、关键作用，是实时系统。

与ERP、PCS等一起构成完整的产销一体化系统，除了MES的11个基本功能需求外，还增加了一些个性化的行业需求，例如：

1.生产管理

多工序一体化作业方案。由于钢铁企业包括炼铁、炼钢、连铸、轧钢等多条生产线，前后工序环环相扣，如何将这些制约因素和基本环节整合成一个完整的系统，对实现热装、热送，从而节能降耗，起到非常重要的作用。

系统将轧钢后续的轧制顺序与先前的浇铸顺序、炼钢的装炉计划统一起来，形成一体化的作业计划。

【计划管理】

钢铁企业MES的运行计划以产品订单为依据，包括：

生产订单的转换和分解，

产品和设备的分配，

制定工作计划，

动态干扰调整等功能。

协调从订单输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，进行计划排程、计划取消、查询等操作的过程。

根据钢厂具体情况，炼钢作业计划的制定和调整要综合统一，公司生产计划细化到炉前计划、炉后切割计划，全部以冶金规范为依据，在中央支持下，与生产工艺标准、检验标准一并下达分厂。

钢厂严格按照下达的炼钢作业计划，生产过程中调度炉料计划，指导实际生产，提高钢坯产量，建立炼钢/库存/轧材之间的信息共享系统。

【提前规划管理】

可以详细安排客户订单的交货日期，以平衡工厂的所有生产资源。

【高级合约优化调度】

冶金企业如何实现全厂产能、物流、库存的平衡，对用户订单做出实时的交货承诺？这一直是企业的难题。未来系统能够对已经形成的订单、正在执行的订单进行滚动的动态计算，让整个物流最顺畅，各项产能、库存都能够平衡，同时在接到订单的时候，能够告诉用户所要求的交货日期是否能够完成。

（今天突然想到了离散型三级调度：订单级调度、计划级调度和作业任务调度，灵感来自于朋友圈一张堵车的图片。面对种类繁多的订单，频繁插单，可以吗？根据订单类型或者产品类型划分产线，然后进行产线级调度，这个过程一般是订单调度或者产线调度，如果有多条产线，如果只有一条产线，调度是没办法的。就按照订单优先级来调度生产吧，但是有没有一种情况，就是同一类型的多张订单，可以拆分成多块进行调度呢？说到底调度还是讲工时啊朋友们。也就是尽可能满负荷生产，不能让产线或者设备闲置。现代最常见的提高产能的方法是什么：加班！当然方法有很多，显然加班是最简单有效的。而且也是最立竿见影的提高产能的方法，对吧？现在我就讲几句，下次我们尽量畅所欲言。)

【职位管理】

炼钢作业管理是对混钢炉、铁水预处理、转炉、LF炉、RH炉、连铸机、板坯切割等各个操作岗位的运行状况、材料消耗、成分检验、温度等进行跟踪管理（作业管理是生产过程管理的重要组成部分，是企业生产过程中统一信息流和物流的关键）。

各岗位人员要按照作业指导书、炼钢质量标准及操作路线，对上一道工序的半成品、所处的环节及设备状况进行检查，并规范操作、记录，使生产过程管理规范、有效，做到工序有序化，并根据调度指令，将钢水及时转入下一道工序。

【生产绩效管理】

绩效管理是将作业管理模块中跟踪的各个岗位的生产绩效信息、质量绩效信息、物流跟踪信息、生产异常信息、设备信息进行汇总，并对这些生产信息进行补充、修改。

绩效管理主要包括：脱硫站绩效管理、转炉绩效管理、吹氩站绩效管理、精炼站绩效管理、RH炉绩效管理、连铸绩效管理，管理内容包括：数据录入操作、数据修改、数据查询等。

（如果看过前面的ERP合集的话，看这些内容就比较简单了，比如绩效管理其实就是基于数据采集进行工作结果的分析，而基于流程的MES的秘诀就是做好数据采集，MES理论与功能赋能都是在数据完整性的基础上进行的。

2. 质量管理

在企业内部统一所有国际标准、国内标准、企业标准等，建立完整的冶金规范体系。

当用户下单的时候，系统可以自动把用户的订单要求转化成所有的加工参数，然后作为作业指令发送给下面的单元，下面的单元会按照此去执行，包括各个单元在哪里取样，取多少样，加工温度是多少，拉力是多少，设备的控制参数有哪些，以及最终的检验标准，放行条件等等，从而形成一个质量管理的完整闭环，实现产品的全过程质量管控。

3.料场管理

【运输物流管理】

冶金行业原材料、中间产品及产成品的运输物流作为物料跟踪与谱系的重要环节，主要通过料场管理系统来实现。

4.设备运行管理

分析生产中断的时间、地点、情况及原因，确保生产设施维持最高的生产效率。停机信息是判断钢铁行业生产性能和可靠性的重要指标。当发生停机事件时，自动创建或手动输入停机记录。

生产设备运行状态监控针对各类设备提供监控功能，为动态编制生产计划提供实时依据，在线跟踪炼钢、精炼、连铸、热轧、冷轧、精整等所有设备的运行状态及生产过程，确保工作计划能实时动态调整。

5.维修保养管理

【维护管理】

该系统对设备或工具的维护保养进行跟踪和指导，确保设备满足生产需要、定期维护或预防性维护计划顺利实施，发生事故时能够快速响应（报警），并监控设备的状态和负荷。

【维护管理】

系统可以记录设备的历史事件和故障，以协助故障诊断并预先规划设备保护和维护工作，以提高设备性能和寿命。

【能耗分析】

自动抓取各设备能耗信息（能耗系数、功率、费用）进行分析。

6. 流程追踪

工艺跟踪是针对数据采集系统采集的数据，进行测量数据自动分析、炉子匹配等任务的后台处理与集成。工艺跟踪是在后台执行的服务，主要针对PLC数据、操作数据、计划数据、部件数据。工艺、炉号、加工顺序等数据的集成、分析、特征提取和跟踪，形成以炉子为单位的生产绩效。

7. 工具管理

炼钢设备管理主要涉及钢包、氧枪、结晶器、中间包等大型工艺设备的使用情况、使用状态、寿命、维护历史的管理。

8.动态成本控制

MES系统与生产系统相连接，当物料在单元生产时，自动采集重要的工艺数据，同时按照预先设定的规则，将财务数据实时“过账”到成本管理系统，进行动态成本核算。并设定一些重要的成本考核指标，以控制工序成本，达到降低成本的效果。

9.基于指标的参数优化功能

钢厂现场的控制参数都是由设备驱动的，如何监控现场信息，将这些指标放到工艺控制信息中，形成自动对比、自动调整。针对现场重要设备，比如转炉、连铸机、轧机、退火、镀锌、彩涂等设备，设定工艺、质量控制指标，优化实时采集的工艺参数，为现场操作提供实时指导。

10.能源监控与管理

在钢厂特别是钢水/热钢阶段，消耗大量的能源，MES系统将现场能源监控、能源调度、能源性能分析等与生产、质量管理、工序成本分析等集成到一个系统中，将制造过程延伸到能源管理，真正实现集成制造全过程的优化管理，通过对能源系统的集中监视和控制，实现能源数据采集、过程监控、能源介质消耗分析、能耗管理等全过程管理。

11.系统模拟、优化与仿真

钢铁行业需要系统仿真，制定作业计划后通过仿真测试各工序是否均衡、能源供应是否充足、生产节奏是否合适等，切割计划计算等功能可以优化材料的利用。

12.配置管理

配置系统所需的基础数据及代码，如钢种、钢号分类、材料类型、材料编码、班次项、界面显示数据元素及样式配置、工艺标准可结合冶炼工艺要求及相关技术标准，综合在线获取的设备运行信息及相关工艺检测参数，为钢厂管理者和操作人员提供及时可靠的信息支持和工艺指导，为各级生产决策提供可靠的数字化依据。