钢铁企业ERP与MES集成方法研究和应用

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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。为此，企业要在经营管理和生产控制之间，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。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。

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l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－热轧－连铸－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。

图1 CSP MES与SAP ERP及其他子系统之间的信息交互

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。