浅析钢铁厂智能仓储与生产执行系统的交互风险控制

2021-11-28李冬

中国科技纵横 2021年11期

李冬

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司信息计量部，河北唐山 063200）

1.钢铁企业智能仓储及数字化执行系统应用现状

（1）MES（生产过程执行管理系统）系统应用现状。MES作为生产执行控制的关键一环是承接ERP（企业资源计划系统）和DCS（现场总线控制系统）的必要组成部分。其主要负责计划排成、生产数据调度、质量管控、库区管控、过程控制、数据分析等关键控制过程。随着国内企业数字化转型效果不断扩大，其应用范围早已从汽车制造、微电子领域扩展到各个行业，在需要精密控制、批量生产、多产线协同的钢铁行业其应用更加广泛。

（2）智能仓储系统应用现状。伴随着国内电商及物流行业突飞猛进的发展，以及云计算、AI、机器视觉、深度学习等先技术的融合使得智能仓储的应用场景众多。在钢铁行业，智能仓储的表现形式是以结合天车定位、车辆形状扫描、装车智能规划、物流路线分配、天车资源分配、跺位预测，等技术实现的综合性信息化系统为主。宝武钢铁、首钢、河钢等大型钢铁企业均已启动了大规模的应用实施，其高效稳定、安全可靠的应用效果显而易见，为钢铁企业提升核心竞争力提供了有力支撑，其他钢铁企业也都纷纷效仿部署。

2.智能仓储与生产执行系统互联存在的问题分析

在智能仓储系统未引用到钢铁企业之前，钢铁企业一直以来都是通过MES系统内嵌的WMS模块进行物流的管理，通过传统的人工操作系统来记录物料的收发存过程，为MES系统计划形成、过程管控、生产调度提供基础的数据支持。智能仓储应用过程中，必要解决的重点问题就是如何与原有的MES系统进行充分的交互，实现“无缝衔接”将系统各自的优势发挥出来，并通过互联数据共享实现“1+1＞2”的实施效果。但在具体的实施过程中，却因为一系列问题未考虑全面导致项目发生重大问题。

（1）MES系统业务响应频率与智能仓储系统需要进一步匹配。MES是计划性系统，其主要业务表现形式，是通过技术人员的计划性管理控制和调度生产全过程。而智能仓储系统由于需与产品下线、车辆停靠、包装完成等生产过程实时联动其交互节奏更高，需要更快的相应与处置。

（2）钢铁厂不同类型的库区其交互模式需要分类设计。由于仓储物料类型的差异，其智能化仓库的实现要求也有很大的差异，按照物料大类可以分为需要高温多层码放的板坯库；需要高温高效运转的热卷库；需要精准控制流程复杂的冷卷库；以及集中发货的码头库区。

（3）数据准确需要进一步设计。智能仓储其系统在运行过程中，需要必要的库存及物料信息用于开展调度计算、天车指令生成等实际业务，相关数据的准确性，直接关系到无人化天车吊装物料的安全性。所以在其与MES系统交互的过程中需要对数据进行充分的有效性验证。

（4）系统交互过程需要充分考虑应急保障能力。由于高炉持续运转的要求，畅通的内部物流是钢铁厂持续运转的必要保障，而无论是MES系统还是智能化仓储系统，对于数据传输的中断都将导致其运转停滞，停滞的发生也将进一步影响实际生产作业过程。

（5）天车、过跨车、步进梁等必要设备的链接及安全确认保障。智能库区其实现目标最主要的实施效果就是减人增效，在通过智能化算法及自动化装备代替人工作业的同时，要全面考虑各项作业安全确认工作，特别是对于吊装重物的天车操作、于生产线联动的步进梁、过跨车等重型运输设备，任何违反安全生产的作业行为，其后果都将是不可估量的。

3.智能仓储与生产执行系统互联设计

投用智能仓储的钢铁企业，一般情况下都已经建立了完善的5级体系，在此基础上需要进一步挖掘仓库效率将效益最大化，所以本文讨论的应用场景，也是考虑了在企业已有的MES生产执行系统的基础上，拓展各类型的智能仓储系统。所以在设计之初应该全面考虑统一的标准化问题，在基础的技术路线选择上，应尽量考虑数据总线的方式、标准化规范接口结构，方便统一管理和处置，本文将在提出的重点问题上进行设计建议。

（1）MES系统业务响应频率与智能仓储系统需要进一步匹配的问题解决。考虑到铸机、卷取机等设备作业需要实时性相应，对于物料的产出实际应直接将FCS与智能仓储系统建立接口，将FCS产出数据实现MES、智能仓储的同步发送，这样的处置相比由MES系统转发的方式来讲，其实时性相应效果更明显，且可完全避免因MES系统相应周期造成对下线效率的干扰。同时可实现“上料辊道临时性卸料入库”“辊道吊装安全互锁”等具体交互逻辑。

（2）数据准确需要进一步设计的问题建议。钢铁厂不同生产阶段其物料交互内容有极大的不同，其交互要求也需要定制化规范管理。板坯库：MES与智能仓储应在项目开展之初，需明确切分库内规划的实现分交。在智能库堆放逻辑上应充分考虑物料调度、过跨车联动、辊道联动控制、上料计划优化等实现方式，与MES系统计划管理形成有效互补；热轧库：MES对于下线物料的质量状态应及时进行传递，用于智能仓储系统码放指令生成的输入项，提高整体作业效率。对于物料的订单信息和发货模式需要进一步确认准确，将物料订单变化及因质量导致的订单处置及时反馈智能仓储系统实现实时性联动；冷轧库及其他储运库区：对于车辆及物料的调度计划，应与智能仓储及时共享，方便仓储系统对物料进行提前预吊装，提高实际装车作业效率。

（3）数据准确需要进一步设计的问题建议。由于无人操控天车的作业特点，无论是板坯、钢卷、盒板的物料形式，都应准确传递其实际外观尺寸，应包括宽度、重量、内径、外径、长度，在此基础上需明确哪些是实际测量值，哪些是理论计算。使智能库系统能够用于确认吊装控制范围及天车夹钳设备的开口宽度，单次吊装块数等必要内容。相关数据的传递双方系统应通过密度进行数据准确性校验确保万无一失；涉及车辆装卸的库区MES或上级系统还应将车辆的车牌号、长、宽、高、载重、鞍座位置、车头与车厢距离等必要字段进行记录和传递。智能天车系统应及时准确反馈物料的入库信息、装车信息，方便MES对相关物料进一步作业发布计划指令。

（4）系统交互过程需要充分考虑应急保障能力的建议。对于双方系统均应单独存储物料在库区的信息，并建立互备的接口通道，方便根据实际情况同通过系统对数据进行同步管理；对于接口本身应采用双链路保护模式实现物理连接，其接口本身应属于二、三级网络拓扑的交互性连接，应具备防火墙等必要的交互管理软硬件确保连接安全可靠。

（5）天车、过跨车、步进梁、辊道等必要设备的链接及安全确认保障。

由于智能库区对于吊装作业的需要，在进行钢卷重物吊装的过程中需要对夹紧、对地距离、钢卷重量、夹钳开度、等数据进行逐一确认。特别是吊装轨迹安全高度是经常在项目实施过程中被忽略的项目，有效的采用激光安全高度扫描装置，是目前解决此项隐患最有效的办法。

过跨车需要注意的安全项包括：堆放的安全高度限制、载重量控制、移动速度与惯性关系的计算考虑、框架及鞍座负载能力、移动区域的安全围挡等。

步进梁、辊道是钢卷生产线出口、入口最为常见的实现方式，在无人化天车吊装过程中，应全面考虑在控制层面实现PLC互锁联动，在吊装过程中还应考虑夹钳的形式，特别是对于板坯类的重力型夹钳吊装作业，应确保起吊、落吊点的支撑和负载能力，避免发生安全风险。

在落实安全过程管控的过程中，应尽量考虑直接采集实际数据，或以更为高效的方式通过PLC、DCS系统获取数据，过程中减少与MES系统的交互从而提高数据准确性、及时性。