csp生产线mes中的订单管理系统20080114-肖拥军-张文新修改0306

CSP 生产线 MES 中的订单管理系统 肖拥军，张文新，李 铁 克 (北京科技大学 经济管理学院, 北京 100083)摘要：在基于 ERP/MES/PCS 三层体系结构的钢铁企业信息系统中，位于制造执行系统内部顶层的订单管理系统除了承担 MES 赋予的订单处理及其相关事务外，还负责 ERP 和MES 间的信息交互，在 ERP 和 MES 的运行中起到承上启下的关键作用。本文基于 CSP 生产线 MES 的集成信息环境，结合在邯钢开发的软件系统，探讨了订单管理系统的基本目标、外部接口、功能结构以及实施要点。关键词：MES；订单管理；CSP 生产线；信息系统中图分类号：TP 273 文献标识码： B 文章编号： 1000-7059 (2008) 03-00Order management system of Manufacturing Execution Systemfor Compact Strip Production LineXIAO Yong-jun , ZHANG Wen-xin, LI Tie-ke, (School of Economics and Management, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China)Abstract: In the information system based on ERP/MES/PCS three-level architecture for steel and iron industry, the order management system(OMS) located in the top layer within MES is responsible for transactions related to product orders. Furthermore, OMS provides data exchange interfaces, playing a role as bridge and link between ERP and MES. In this paper, system functions, external interfaces, functional structure of OMS and the key points of implementation are discussed based on the framework of CSP MES in integrated information Environment.Key words: MES; Order Management; Compact Strip Production; Information System0 引言在激烈的市场竞争和内外环境的压力下，钢铁企业为了达到预期的市场占有率和预期的经济效益，提高企业的应变能力和竞争能力，正逐步从以往基于库存的批量生产方式向基于订单的客户化生产方式转变 1。针对这样的变化，钢铁企业的信息系统势必要重新考虑在订货阶段对订单交货期的回答问题以及在生产执行阶段对订单完成状况的追踪问题。在基于 ERP/MES/PCS 的 CIMS 三层体系结构中，ERP 完成从销售订单到生产订单的转化，而从生产订单投入到产品完成的整个生产过程订单信息在各级系统中流动，经各级系统的不同处理，直到产品完成的整个订单在制造执行阶段的管理任务由 MES 实现 2。本文介绍的订单管理系统，是邯钢 CSP 生产线制造执行系统（ MES）的一个子系统。该系统 2006 年 12 月投入试运行，除承担 MES 所赋予的订单管理业务外，还需要与 SAP收稿日期：2007-11-25基金项目：国家自然科学基金项目(No.70771008)作者简介：肖拥军（1979） ，四川资阳市人，博士研究生，研究方向为先进制造管理。的 ERP 系统中的生产、销售和物流等多个模块实现信息集成，其集成接口是 MES 系统实现与 ERP 系统集成的关键，是 MES 正常运行的前提和基础。以下以邯钢 CSP 生产线 MES与 ERP 集成开发的实际项目为背景，对订单管理的基本目标、外部接口、功能结构以及实施要点进行分析和探讨。1 系统基本目标由于 ERP 系统管理的订单是销售订单，是由销售部门管理的客户订货合同的原始数据，而 MES 系统从 ERP 系统接收这些销售订单后并不能直接进行计划排产，需要根据设备能力、工艺规程、生产成本等生产制约因素对销售订单进行科学地拆分后重新聚合形成可以直接进行计划排产的生产订单。MES 订单管理系统的基本目标是以最优的方式将销售订单自动转化为生产订单，追踪生产订单的执行过程，最终根据生产实绩将生产订单与销售订单进行匹配。订单管理系统从 ERP 生产管理模块(PP)接收包括有关销售订单、交货计划、需求量、产品物料组件、订单发料项目、订单收货项目以及产品生产工序等信息的生产订单，并按CSP 生产设备的能力要求对其拆分/合并成生产任务单。生产任务单是最小的带有唯一批次号的可供作业计划子系统直接排产的生产订单，每个生产任务单对应一件实物产品。例如，一个薄板坯生产任务单实物上对应一件薄板坯，而一个热轧卷生产任务单实物上对应一件热轧成品卷。在 MES 对生产订单排产锁定之前，订单管理系统随时接受并执行生产计划管理模块 PP 发出的对生产订单的修改、删除和关闭等命令。此外，订单管理系对包括薄板坯、热轧卷和平整卷三种产品在内的订单发料和收货进行管理并上报 ERP 生产计划管理模块 PP。该系统还提供人机界面供生产人员下达紧急生产订单以及 PCS 异常情况下手工录入生产订单发料/收货实绩。2 系统外部接口CSP 订单管理系统整体上属于以作业计划、生产调度子系统为核心的 CSP MES 的一个子系统，如图 1 所示，与其关联的外部系统包括 ERP PP 模块、CSP MES 内部子系统和炼钢车间 MES。订单管理系统 OMS 与 PP 相关联，处于 CSP MES 内部顶层的 OMS 提供CSP MES 与 ERP 的信息交换接口，接收来自 PP 的生产订单下达、修改、删除以及关闭命令，向 PP 上报生产订单状态信息（订单排产锁定状态、订单完工状态等） 、生产订单发料/收货实绩以及向 PP 申请新订单，来自 PP 的生产订单经 OMS 处理后以生产任务单的形式下达给作业计划系统供其排产优化；另一方面，OMS 接收生产调度系统反馈的薄板坯收货实绩和热轧卷、平整卷发料与收货信息，接收 CSP 上道工序即炼钢车间 MES 提供的钢水精炼实绩，因此与 MES 内部作业计划系统、生产调度系统密切关联。E R P 生产计划模块( P P )E R P 物料管理模块( M M )炼钢车间M E S生产人员订单管理系统作业计划系统生产调度系统物料跟踪联副产品C S P 生产线 M E S图 1 OMS 的外部接口Fig 1 External interfaces of OMS3 系统内部结构根据对 OMS 的基本需求、外部接口的分析和“弱耦合，强内聚”的模块划分原则，将 OMS 的具体功能分为成如图 2 所示的订单信息接收、订单信息上传、订单处理、发料管理和收货管理五项功能，各个模块功能上彼此独立并通过信息交互相联系。P P炼钢车间MES作业计划生产调度生产人员订单信息接收 订单信息上传订单处理发料管理 收货管理P PO M S图 2 CSP 生产线 OMS 内部结构Fig 2 Internal structure of OMS for CSP Line(1) 订单信息接收。接收从 PP 下达的生产订单，响应 PP 对生产订单诸如物料组件、交货计划等属性的修改、删除和关闭（生产订单处于完工确认后产品入库与成本结算之间的一种状态）订单命令并将其传送给订单处理模块。该模块主要作为 OMS 对 PP 的信息接收接口。(2) 订单信息上传。接收来自订单处理模块已拆分/合并的生产订单列表、已完工确认的生产订单列表、CSP MES 申请 PP 创建新生产订单列表和订单发料收货信息并将其上传到 PP。需申请创建的生产订单来源于 CSP MES 生产调度模块无法匹配生产任务单的热轧卷和平整卷实绩。作为过渡产品的薄板坯的生产订单不由 PP 下达，连铸机 PCS 根据薄板坯来源的炉次号自动赋予其生产任务单。订单信息上传模块主要作为 OMS 对 PP 的信息上传接口。(3) 订单处理。具体分解为订单状态更新、订单拆分和完工确认三项子模块。状态更新模块更新已下达未锁定的生产订单的状态属性和接收 PP 异常时生产人员录入订单。订单拆分模块根据 CSP 生产设备能力参数和订单标定重量，将生产订单拆分 /合并成可直接组织生产排产的生产任务单并传至 CSP MES 作业计划系统，同时将已处理的生产订单进行排产锁定并将其状态报送订单信息上传模块。完工后确认和修改已匹配生产实绩并作为发料收货后的生产订单的状态属性。(4) 发料管理。对生产完成并已完成实绩匹配的生产订单投入物料和消耗能源数量的统计以获得生产订单的物料/ 能源消耗总量的过程称为订单发料。发料管理模块对 CSP 生产线薄板坯、热轧卷和平整卷三种产品作理论上的发料，月末根据物料/能源实际投入总量和订单标定总量进行发料差异调整，将投入的物料和消耗的能源按比例分配到生产订单。表 1 列出了 CSP 生产线三种产品的发料物料/能源和收货主副产品。(5) 收货管理。对生产完成并已完成实绩匹配的生产订单主副产品数量进行统计以获得完整的物料产出信息的过程称为订单收货。收货管理还要获取订单从物料投入到产品完成整个生产过程物料批次属性信息，以实现产品的批次跟踪管理，为质检组批提供依据。收货管理模块对 CSP 产品也作理论上的收货，月末按订单标定总量和副产品实际产量进行收货差异调整。表 1 CSP 生产线物料投入产出详细表Tab 1 Detail of Input/Output materials of CSP投入物料 精炼钢水发料 消耗能源 净化水、动力电、高炉煤气、焦炉煤气、氧气、蒸汽、压缩空气、高压氮气、氩气主产品 薄板坯薄板坯生产订单收货 副产品 事故溢流罐、中间包溢流罐、中间包事故罐、中间包大块、切头切尾，碎断、氧化铁皮投入物料 薄板坯发料 消耗能源 净化水、动力电、高炉煤气、焦炉煤气、氧气、蒸汽、压缩空气、高压氮气主产品 热轧卷板热轧卷生产订单收货 副产品 氧化铁皮，轧钢甩废，加热炉甩废、热轧废卷、取样板头、取样过渡板块、取样样板投入物料 热轧卷板发料 消耗能源 动力电、压缩空气、氮气、净化水，蒸汽、氧气、焦炉煤气主产品 平整卷平整卷生产订单收货 副产品 平整头、尾卷、废卷4 系统实施在订单管理系统的实际实施中，应该注意以下两个要点：（1）各子系统依据生产的不同过程对订单进行不同的处理，在对订单处理过程中，通过订单信息共享形成订单拆分/合并、排产、执行、追踪、完工确认以及发料收货的业务循环。要实现以订单为中心的信息共享，即要求在系统设计过程中确保各子系统拥有统一的数据模型，从而实现数据信息的有机集成。 （2）考虑到 MES 与 ERP 以及其他同级系统之间有大量的数据交互，这就需要建立可靠的通讯机制。在邯钢 CSP 生产线 MES 中，OMS 与 MES 外部系统之间的通信采用 SAP XI（Exchange Infrastructure）中间通信组件，该组件将源系统数据打包加密后传输至目标系统，杜绝网络数据传输过程中发生的数据丢失和泄密情况。在 MES 与 ERP 的集成方面，MES 建立与 SAP ERP 数据结构完全相同的接口数据库，SAP XI 的通讯接口与双方的接口数据库相联，各系统的接口数据库与各自的业务数据库关联。OMS 与 ERP 以及其他同级系统之间的信息传递通过 SAP XI 通讯接口完成，并不操作对方的业务数据库，这样能够保证各系统数据的准确性、有效性和安全性。此外，SAP XI在进行信息交互时可自动生成相关日志记录，以便在信息传递失败时查询失败原因。上述订单管理系统在邯钢 CSP 生产线制造执行系统实际应用中， MES 通过订单信息接收模块顺畅地接收 ERP 下达的销售订单，将销售订单通过如图 3 所示的订单拆分模块处理生成生产任务单，之后，订单管理系统同作业计划、生产调度等系统协调工作，追踪订单的执行状况，直到产品完成将订单发料收货信息上传 ERP，从而实现了从订单投入到产品完成的整个业务循环。图 3 OMS 生产订单拆分界面示例Fig 3 A visualization of order decomposition in OMS5 结束语MES 中的订单管理不同于 ERP 中的订单管理，后者根据销售订单交货期、产品库存和企业资源状况等，制定一定周期内的生产计划；前者对 ERP 下达的生产订单进行预处理、对完成的订单进行发料收货统计，配合 MES 中其他系统实现对订单下达到产品完成整个过程的管理。此外，它提供的信息交换接口与 MES 外部系统关联，这使订单管理系统也不同于 MES 内部其他任何子系统。MES 的订单管理系统具有与 ERP 进行信息交互的功能，其运行状况直接影响到这两个信息系统的集成和整体运行效果。尽管本文的探讨主要以CSP 生产线为背景，其内容对其他类型的钢铁企业 MES 的订单管理系统开发与应用也有一定的参考和借鉴作用。参 考 文 献1 李铁克,车琳,周健等.CSP 生产线制造执行系统的功能结构J. 冶金自动化,2003,27(5):18-21. LI Tie-ke,CHE Lin,ZHOU Jian. Functional structure of manufacturing execution system for CSP production lineJ. Metallurgical Industry Automation. 2003,27(5):18-212 刘明周,方叶祥.CIMS 下面向订单的动态生产计划解决方法J. 合肥工业大学学报( 自然科学版),2004,27(4):414-417. LIU