摘  要  我国炼铁行业取得了长足的进步，重点企业大型高炉在技术装备和操作水平上与西方发达国家接近，个别略高于西方国家水平。与世界先进水平相比，我国炼铁行业最大的差距是管理上的差距，西方钢铁生产普遍使用了先进完善的计算机管理系统，实现精益生产，而我国高炉专家系统和铁区生产管理系统应用的企业还不多。本文重点介绍了铁区生产管理系统，通过将该系统作为管理工具，逐渐实现铁区的精益生产。

关键词  企业信息化  铁区生产管理  精益生产

1  引言

1973年，美国学者约瑟夫•哈林顿博士在其博士论文中提出了计算机集成制造的概念。经过几十年的发展使得今天的信息化已经成为一个学科，专家学者对信息化进行了总结，认为企业信息化的本质是从全局的、系统的角度来考虑企业的生产与经营，即认为企业生产经营的各个环节是一个统一的整体，必须统一起来，用系统的方法来考虑和研究。其次，企业的生产与经营，本质上可以看成信息的采集、传递和处理的过程，正是这个观点为企业大量采用信息技术奠定了认识上的基础。

近十年来，钢铁企业面临的市场竞争环境发生了巨大的改变，为适应激烈竞争的需要，在全球生产制造集成化和信息化的潮流推动下，开始实施先进的生产与经营管理模式和系统，在企业乃至整个行业的技术改造和管理创新中起到了很好的效果，并造就了一批具有较强竞争力的钢铁企业，分析国内外钢铁企业信息化建设项目的内容，主要有：企业全面资源管理系统（包括计划管理、销售管理、库存管理、财务管理、采购和供应管理、设备及备品备件管理、人力资源管理、客户关系管理、供应链管理和电子商务平台等）；制造执行系统（包括技术质量管理、检化验和质量在线控制、作业计划管理、物流和实绩跟踪、仓库管理、设备状态监控和管理）、产品和工艺辅助设计、能源管理系统、办公自动化系统、数据仓库及决策支持系统等内容。

2  冶金企业信息化模型

冶金企业信息化的实践早已有之，1962年，英国RTB钢铁公司将生产管理和过程控制相结合，形成了一个分级的计算机控制系统，该系统从下到上分为生产过程级、生产控制级、生产管理级、全厂生产调度级。随着网络和计算机技术的进步和冶金企业信息化建设认识的不断发展和提高，冶金企业自动化分级控制系统的各级含义也逐渐明确。

1989年，美国普渡大学Williams教授将流程工业的自动化系统从下而上分为过程控制、过程优化、生产调度、企业管理和经营决策等五个层次，国际标准化组织ISO随后在其技术报告中将冶金企业自动化系统分为L0～L5级结构，如图1所示。其中L1为设备控制级，它就是人们熟悉的基础自动化系统，对一个钢铁联合企业来讲，L1包括多个控制系统，如高炉上料控制系统、炉顶装料和布料控制系统，转炉控制系统、轧钢控制系统等。L2为过程控制，如烧结专家系统、高炉专家系统等。而L3则为车间在线作业管理，钢铁联合企业根据铁前和钢后的管理模式和管理重点不同，一般将三级系统分为铁前和钢后。如中厚板MES，棒线材MES，铁前MES等。L4则是企业管理，它是面向公司管理层的计划系统，一个企业只有一个集成的L4系统，如企业资源计划（ERP）。

在上述的四级模型中，上级向下级发送计划和指令，下级执行上级的计划和指令，并及时将结果向上级反馈。首先，L4将管理级的计划信息下达给L3；然后，L3根据车间现场情况进行优化，生成车间级的计划信息，并下达给L2；随后，L2根据具体生产过程的设备情况生成过程级的计划信息，并下达给L1；最后，L1负责具体的生产。与上述过程相反，从L1到L4逐次向上一层反馈实际的生产执行信息。这样，计划的下达与生产执行的反馈构成了一个闭环结构。

美国先进制造研究机构AMR（Advanced Manufacturing Research）将MES定义为“位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的面向车间层的管理信息系统”，它为操作人员/管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源（人、设备、物料、客户需求等）的当前状态。国际MES协会（MESA）在MES定义中强调了以下三点：1）MES是对整个车间制造过程的优化，而不是单一的解决某个生产瓶颈；2）MES必须提供实时收集生产过程中数据的功能，并作出相应的分析和处理。3）MES需要与计划层和控制层进行信息交互，通过企业的连续信息流来实现企业信息全集成。

我国重点钢铁企业大部分实施了企业资源管理系统和冶铸轧一体化的制造执行系统。实施钢后制造执行系统的企业，在销售合同兑现率、交货周期精度、销售询单应答时间、合同平均处理时间、生产计划兑现率、客户满意度等效益指标普遍得到改善。而实施企业资源管理系统（ERP）的企业，降低库存，减少了资金占用，加快了流动资金周转；降低了设备损坏，减少生产停车时间，减少了大修次数，缩短维修时间，提高有效工作时间，减少维修成本。

而实施铁前生产管理系统，铁前MES的企业还不多。铁前MES是统筹铁前生产管理层面的管理系统，它的管理范围是从原料采购进厂到铁水输送到炼钢厂为止的整个生产作业过程，即将原料场、焦化、烧结、球团以及高炉、热风炉、制粉等工序放在一个系统中协同考虑，这正是本文论述的重点内容。

3  我国炼铁与西方的差距

近十年来，我国炼铁生产技术处于快速发展阶段，生铁产量高速增长，炼铁装备在向大型化、自动化、高效化、长寿化、节能降耗、高效率方向发展。同时，一些企业已开始加大对环保方面的投入，向清洁炼铁方向发展。（应当指出，我国炼铁发展还不均衡，先进的炼铁技术装备与落后的装备并存，产业集中度较低，1000m3以下的高炉还大量存在，处于多层次共同发展的阶段，本文比较我国重点大型企业的大型高炉与西方的差距，而中小高炉不在比较之列）。

近些年来，高炉大型化发展很快，装备水平明显提高，高炉长寿技术取得新进展，已全面掌握了实现高风温的技术，在风温使用方面与西方的差距也在逐渐缩小，在操作方面，单一个体的操作已经具有相当的水平（四班整体操作水平与单一个体操作水平明显较低）。我国重点企业的大型高炉在装备水平和技术水平上与国外处在同一水平线上，甚至个别企业的装备水平比国外还要高。

在L2级应用上，我国已引进芬兰的高炉操作专家系统，在消化吸收的基础上武钢、济钢也已开发出自己应用的专家系统，对我国高炉炼铁自动化起到了积极的促进作用。但由于我国管理上的粗放式，对高炉的操作乃至整个铁前系统的作业要求不求精益化，加之自动化设备的点检和作业要求存在理念上的差异（不影响高炉生产的测点损坏后，一般不能及时维修和更换），高炉检测的数据准确性、及时性、稳定性与国外相比尚存在一定差距，致使高炉专家系统应用的企业还不是很多，不能充分发挥出应有的作用。

与西方相比，我国炼铁行业最大的差距是管理上的差距。我国无论是高炉操作，还是原燃料的管理均还处于粗放型阶段。

比较我们管理与西方有何不同，我们会发现，我们的管理中经常出现“大概”、“差不多”、“还行”等词，缺乏精细化的标准，导致执行不彻底。在管理中，经常满足于差不多就行了。原因之一是没有制定工作的严格标准，原因之二是由于人情味同情心，没有按标准做的习惯，即使没有按时完成工作也可以明天补上。久而久之，就形成了粗放型的管理观念，这是中国管理与西方管理的第一个主要差异。另一方面，即使制定了标准，执行几天高涨的热情低沉了，遇到点阻力就不再坚持。在激烈的市场竞争中，没有时效性就严重影响企业的发展。而西方管理追求制定标准精细化，执行标准永久化，他们的这种管理观念来自工业文明早于中国近百年。农业产品不像工业产品要求那么精细，于是形成了精细化管理的差异，西方管理在这方面优于中国管理，但西方管理缺少人情味，这是中国管理与西方管理的第二个主要差异。因此，我们与西方的管理就差距就是“精细化”，或精益生产。

实现高炉操作精细化，首先要求生产原燃料的供应质量和数量提供要及时、准确、可靠、稳定。一些企业在取样、化验、统计结果等环节上管理不严格，出现抽检不规范、化验不及时、原燃料已入高炉但化验结果尚未上报等现象。对此，高炉工长要及时掌握原燃料质量变化情况，不能只凭经验操作高炉。

其次，精细化操作要求处理炉况从定性到定量，保持高炉稳定顺行。这就要求高炉操作人员具备良好的技术能力和操作水平，各炼铁厂应建立适合于本企业的高炉操作规程，明确变动高炉操作参数的职权分工，统一各工长的操作参数，并指出影响操作参数所应进行调整的方向和数量。由于高炉生产是连续化作业，因此不主张因个别工长提高产量而对下个班次高炉生产造成波动，鼓励高炉在整体高水平上的稳定生产（这就需要用一个高炉专家系统来统一四班的操作）。

再次，高炉精细化操作还要求提高企业对炼铁设备的管理水平。一些企业高炉休风率高的主要原因是因设备不能正常运行而休风。炼铁厂设备管理应采用先进的设备管理模式，实现对设备的定检定修，即不是等出问题后再进行检修，而是做到预知维修。

因此，实现高炉的精细化管理，或精益生产，不只是高炉自身的问题，而是需要铁前系统统一协调考虑，这就是铁前MES的功能和作用。铁区生产管理以高炉为中心，追求稳定均衡生产。铁区物流以配料管理和质量跟踪为主线，追求质量一贯制。

4  铁区生产管理系统（铁区MES）

钢铁企业中铁区主要包括原料、炼焦、烧结、高炉等生产环节，是钢铁制造业中长流程制造的典型区域，也是重要的生产环节之一。为了实现从原料进厂到铁水产出送至炼钢厂的整个制造过程的物流和信息流的综合管理，提高原燃料管理和生产管理水平，实现铁区的精益生产；同时为了给原料采购、产品销售、成本核算、生产指标统计等管理提供基础数据，以及为进一步降低原燃料成本提供依据，因此需要建设铁区制造执行系统（以下简称铁区MES）。

铁区MES的主要功能和作用如下：铁区MES系统包括生产计划管理、原燃料管理、生产实绩与跟踪、质量管理、配料管理、铁水调度和设备管理。

（1）生产计划：铁区的月生产计划主要根据公司（ERP）下达的生产计划来制定，目标是保证原料、烧结、炼焦、炼铁生产的持续、稳定、均衡。生产完成后，系统自动根据生产实绩模块提供的数据，将生产计划和实绩进行比较，掌握计划执行情况。

（2）原燃料的管理：原燃料管理，从大宗料进厂开始，将取样、检化验与料场收料开始，实现原燃料进厂管理，原燃料回收管理，原燃料取料管理，原燃料发货管理，料场图，原燃料库存管理，原燃料输送实绩收集，原燃料输送报表。副产品入库管理、副产品发货管理、副产品库存管理。并为实现原燃料的质量管理提供数据。

（3）配料管理：配料管理一个重要的保证是成份化验数据与物流的对应关系，铁区MES通过信息化工具保证物流与信息流一致，在原料使用前，掌握原料的质量，以此为基础，进行配料计算，制定配比计划，指导生产，同时收集实际生产过程中的生产和质量信息，进行整理和分析，了解不同配比情况下，产品的质量变化情况，并将整理结果与配料计划预测的结果作比较，调整配料计算的补正系数，使之与实际情况相符，指导下次配料计划的制定。实现铁区各工序配料管理，涉及混匀、烧结、高炉、炼焦、喷煤等工序。

（4）质量管理：在系统中预存有各类原燃料的质量数据，原燃料进厂判定标准制定，焦炭、烧结矿、生铁判定标准制定，从原燃料进厂到铁水送炼钢的过程中各种检化验实绩收集，检化验实绩分组汇总，原燃料进厂符合判定，焦炭、烧结矿、生铁等级判定，副产品质量保证书管理。

（5）生产实绩与跟踪：从原燃料进厂后到铁水送炼钢厂的过程中每个工艺单元的生产实绩收集，生产事件和生产状态跟踪，生产报表打印，实际生产指标计算。为成本计算提供依据。

（6）铁水调度：铁水状态跟踪，从高炉出铁到炼钢倒铁过程中相关工位生产状态跟踪，为调度人员提供了进行铁水调度需要的信息平台，帮助调度人员制定铁水分配计划，跟踪与铁水调度相关的生产情况。

（7）铁水罐管理：铁水罐状态跟踪，铁水罐寿命跟踪，铁水罐维修管理，铁水罐配罐管理。铁水罐跟踪是在生产实绩与跟踪模块的支撑下完成的，只有及时地收集到铁水罐的使用实绩，才能准确跟踪铁水罐的寿命状况。

（8）设备管理：包括铁区主要设备的设备故障诊断、点检润滑、维护维修、维修成本、运行状态监测等信息。

（9）能源和环境管理：该系统与公司能源管理系统通讯，获得各能源工序（产能设备和用能设备）对应到各操作者能源消耗和回收实绩。提供能源考核的依据。

5  铁区生产管理系统实现的目标

实现工序间物料平衡，按批次进行物流和质量跟踪精细化，实现质量一贯制管理模式，为优化生产组织，统一协调铁前工序生产，为铁前精细化生产管理创造条件；

全面优化配料优化管理，实现铁前原料/烧结/焦化/炼铁配料一体化管理，降低生产成本，提高产品质量；

实现公司层面的一级计划管理，将生产计划、配料计划、生产投料/／料实绩与成本核算有机结合，达到财务成本日清月结和精细化管理，实现成本的一级核算；

集成原料、设备、能源、质量、计量、生产等信息形成集成的数据共享平台，实现各业务的融合贯通、炼铁生产和炼钢生产的有机衔接，实现生产业务的闭环管理；

实现生产可视化、信息透明化、业务精细化、系统集成化的平台；

通过信息化系统实现作业标准化、生产管理业务优化与整合，促进精益生产；

信息系统还能固化工艺技术与管理知识成果。

参考文献：

[1] 马竹梧.冶金原燃料生产自动化技术.北京，冶金工业出版社，2005.7.

[2] 孙彦广，陈靖屏.流程工业制造执行系统.北京，化学工业出版社，2006.

[3] 孙一康，王京.冶金过程自动化基础.北京，冶金工业出版社，2006.11.

[4] 耿启亮.管理思想如何落地.北京，机械工业出版社，2008.7.