宝钢计算机集成应用系统-(1)宝钢计算机集成应用系统-(1)
一、概述
宝钢是我国建国以来冶金工业从国外成套引进设备的最大项目。一期工程设备全部由日本引进，包括４０６３立方米高炉、３００吨转炉、１３００毫米初轧机、１４０毫米连续轧管机、４５０平方米烧结机以及焦炉、化产设备、各种配套设备等，这些设备均配有先进的检测仪表和过程控制系统。宝钢几乎把当时能买到的国外冶金过程机的先进技术都买了进来，一步就跨入了世界冶金生产过程控制自动化的先进行列。一期工程引进的过程控制计算机有２０余台，其中约２０％直接用于生产控制，其余都用于在线收集生产动态数据，提供给综合管理系统处理，它们可以看作是综合管理系统组成的基础部分。然而，作为综合管理系统的主体——综合管理计算机系统，宝钢却没有引进。
宝钢成套引进的特点是：在引进先进技术装备的同时，引进先进的管理方式。然而，这套管理方式赖以实施的手段——综合管理计算机系统却没有引进。形成这种状况的主要原因是：
１、国外大型钢铁公司的综合管理计算机系统，是公司取得竞争优势的主要手段，尤其是其中某些关键软件，是不能轻易外传的技术诀窍。
２、局部管理系统国外可以提供，但价格高得惊人。
日方对管理计算机系统的报价高达一亿美元。
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３、从主观上分析，我国长期以来处于重生产、轻经营，重技术、轻管理的产品经济阶段，人们重视工艺过程中的生产技术，而将管理放在次要地位。在引进计算机系统时，偏重于过程机系统的引进，对管理机系统引进的重要性缺乏认识。
４、我国的管理体制与习惯使宝钢难以使用从国外成套引进的管理计算机系统。宏观上，我国当时正处于经济体制改革过程中，正在实现从产品经济向市场经济的转变，宏观环境不断地发生变化。从宝钢内部来看，由日本引进的全套管理方式，需要消化、吸收，结合国情来形成自己的具有中国特色的现代化管理体制。在自身管理体制尚未基本成型的时候，建立完整的综合计算机系统，条件尚不成熟。
但是，现代化的宝钢不能没有计算机辅助管理系统，因为传统的信息管理方式和手段根本无法与先进的生产技术相适应，也无法与先进的过程控制系统以及现代管理方式相适应。没有计算机辅助生产管理，按合同组织生产、实时调度就是一句空话。为了解决这一矛盾，宝钢从１９８１年起就结合生产准备开展了计算机辅助企业管理的规划工作。如进行系统分析、统一代码定义、理顺信息流等；通过对宝钢管理信息的内容和数据结构的分析，提出了管理信息系统的逻辑功能；采用投资较少的实施方案，先解决宝钢生产的急需，即以ＩＢＭ４３４１机作为中央计算机，与微机、以太网相结合。在实施过程中，宝钢依靠自己的力量，克服过程机机型不统一、外商不提供操作系统及文档资料等困难，实现了过程机和管理机的连接。
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管理人员与计算机人员密切合作，开发出部分管理系统并陆续投入运行，为宝钢一期工程的顺利投产提供了最重要的信息支持。宝钢前期开发管理信息系统的投资约占过程机投资的二十分之一，但这套系统确实给宝钢带来了极大的好处。它保证了总厂引进的七种管理方式的顺利实施，减少了管理人员手工作业和处理的劳动强度，节约了工时，保证了数据的正确性，加快了实绩处理周期，提高了劳动生产率和管理水平，也提高了人们对计算机管理信息系统重要性的认识。
１９８９年宝钢二期工程投产，宝钢新增了１９００毫米大型板坯连铸机、２０５０毫米热轧带钢机和２０３０毫米冷轧带钢机等三大工程。第二期工程技术起点更高，达到了国际８０年代中期水平，其设备和工艺都非常复杂，自动化程度更高。对于一期工程来说，如果没有计算机辅助管理会影响生产的话，那么对于二期工程现代化的冷轧、热轧设备来说，没有计算机管理就根本不能生产。因此在二期工程中，宝钢在引进原联邦德国成套设备的同时，与原联邦德国ＴＨＹＳＳＥＮ钢铁公司电子数据处理部合作开发热轧分厂级综合管理计算机系统。开发工作由ＴＨＹＳＳＥＮ公司总负责，宝钢配合进行功能设计并负责汉字部分功能的应用程序设计。该系统于１９８６年底完成初步设计，并于１９８９年９月投入运行，从而实现了热轧分厂从订货处理到成品出厂的全过程生产管理和质量管理。
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热轧分厂综合管理计算机系统的引进，解决了热轧厂自身管理现代化的问题；同时，通过合作开发，剖析了国外一个分厂的管理软件的设计思想和实施关键，取得了应用经验，锻炼了专业队伍，为开发全厂综合管理计算机系统作好了准备。
除热轧管理机系统外，宝钢还根据二期工程的实际需要，在ＵＮＩＳＹＳ机上开发了备件库管理系统，在微机网络上开发了冷轧管理和发货系统等大量管理软件。
随着宝钢建设的发展，通过学习、消化、吸收国内外的先进管理经验，经过不断探索与实践，宝钢的管理体制和管理方式已逐步形成并得到完善，建立总厂综合管理计算机系统的任务已经提到议事日程上来了。
１９８７年，在国家和冶金工业部的支持下，由美国贸易开发总署（ＴＤＰ）组织，宝钢开始进行综合信息系统的可行性研究。全厂分期分批集中了三百名工程技术人员与１４名美国专家一起，进行了为期５个月的分析论证，于１９８８年完成了“宝山钢铁总厂计算机综合管理系统”的可行性研究报告。这个报告根据美钢联ＧＡＲＹ厂的经验，以宝钢一、二期工程为管理对象，同时考虑三期工程扩展的可能性，充分利用宝钢已有的计算机资源，绘制出了一幅令人鼓舞的蓝图。这个报告于１９９２年年初得到了上级有关部门的批准，开始了宝钢计算机集成应用系统的建设。
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二、计算机集成应用系统的基础
（一）过程机系统
一、二期工程分别由日本、原联邦德国、美国的９家公司引进６８台过程机，对原料、烧结、焦化、炼铁、炼钢、初轧、连铸、钢管、热轧、冷轧及能源等１１个单元的生产过程进行监测、控制和数据处理，主要工艺过程的控制功能如下：
１、炼铁过程机。高炉自动化过程控制的目的是使生产过程最佳化，生产出均匀的产品和改善各工序劳动条件。
宝钢一号高炉的过程机系统，引入了新日铁炉体温度监视模型和热风炉燃烧控制模型。它能集中检测和记录生产过程参数，快速地进行参数运算和对测量值进行相应的监视，为手动操作提供必要的依据；通过对高炉煤气成分和压力的检测来改进加料程序，提高高炉生产能力。在二号高炉建设时，在一号高炉已引进的两个数学模型的基础上，又从川崎制铁所引进了八个模型，它们是ＧＯ－ＳＴＯＰ（进一停）模型、炉料分布控制模型、软熔带模型、炉底侵蚀模型、煤气气流分布模型、炉热指数模型、硅模型、热风炉传热预测和热风炉燃烧流量专家模型。为配合这些模型的建立和应用，高炉配备了必要的检测装置，炉中各种检测点达１０３２个，使宝钢炼铁计算机控制系统达到国际水平。
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２、炼钢过程机。炼钢过程机的目的是通过过程控制方法，来准确控制原料配比、吹炼工艺条件，以减少钢的损失和废品，提高钢材质量，降低消耗。由于转炉吹炼技术的复杂性，到目前为止，还不能对其生产过程形成闭环控制。主要控制内容有：主原料配比计算；辅助原料配比计算；对所需氧气量和冷却材料用量计算；停吹前对钢水含碳量和温度进行测定；确定控制氧量和冷却剂用量，并下达停吹指令。
该过程机引进了四套数学模型：转炉终点模型、转炉合金模型、ＲＨ合金模型、由吹炼开始到吹炼终止的自动控制模型。
３、连铸过程机。连铸控制技术有以下主要内容：动态二次冷却控制，最佳切割长度计算，铸坯表面质量判断，压缩铸造质量控制，电磁搅拌控制等。
４、热轧和冷轧过程机。宝钢热轧是第二期工程引进项目，属８０年代中期国际先进水平，其自动化水平高，配备了大量检测仪表和逻辑程序控制器，使得工艺加工过程中每个动作，例如加热炉中的抽钢动作，轧机压下位置控制，卷取机助卷辊的助卷动作，都可在基础自动化微机控制下进行。
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冷轧机八条生产线都是由过程机来进行控制的，冷轧核心设备五机架的计算机自适应功能特别强。它将下级计算机控制和传送的测量值，送至自适应系统，来改善设定值的数学模型和调整轧制上的瞬时关系。自适应系统可借助于测量的原始带钢厚度，跟踪预给定的带钢厚度，从而达到重新分配负荷的目的。它还可借助于测量的带钢张力，跟踪预给定的带钢张力，使模型的工作点与轧机状态相一致。由于具有自适应功能，使产品的质量有了可靠的保证。
（二）一期工程的管理信息系统
宝钢一期工程有过程计算机２０余台（不包括控制用的微机），这些计算机应从管理计算机获得运行指令（指令数据要求精细到每炉钢、每根锭、每块坯……），将实时收集的大量过程数据交管理计算机进行处理。此外，宝钢引进了日本管理方式，而日本管理方式是以管理计算机为手段的。宝钢据此进行了一期工程管理信息系统的开发工作。
１、系统结构。国外先进钢铁公司的计算机系统一般均采用集中型多层树状结构，典型结构分为Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ四级，这些结构以大型计算机２台～３台作为公司级中央管理机，下设各生产厂管理机系统，部门生产控制系统及过程控制系统。
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由于微型机的迅速发展，根据我国国情，系统要投资少、见效快，具有灵活性、易扩展性，力求在支持集中管理的同时，还要能够满足各业务部门的局部数据处理的要求。因此，宝钢决定采用集中与分散相结合的结构，即将总厂管理所需要的数据，以及多个部门需要共享的数据集中于中央机，处理量大、下级计算机难以承担的工作也集中于中央机，其余的处理分散到下级计算机（微型机）进行。这样的结构，不仅能减轻中央机的负担，还能减少系统的复杂性，提高系统的可靠性。
一期工程的管理信息系统之所以选择ＩＢＭ４３４１作为系统中央机，主要是因为当时唯有ＩＢＭ４３００系列机器与各种类型计算机的连接能力最强，也就是说它对全厂近十种小型机具有“统治”能力。同时，其性能价格比比较合理，容量大，处理速度快，通道能力强。但它缺少汉字处理功能，使用难度较大。而微型机正好可以补４３４１机的不足，它可以处理汉字，应用条件要求低，易于学习和使用。所以微型机工作站，既可在集中处理时作为中央机的终端，又可作为单机进行局部处理。利用微型机简单易学的优点，不仅扩大了计算机应用的队伍，也扩大了系统开发的队伍，使系统具有广泛的群众基础。
过程机收集的大量信息是极其宝贵的资源，必须充分加以利用，有些信息应送到中央处理机处理，有些要以微型机为补充手段，为各生产厂提供信息支持。
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由于采用上述结构，中央处理机、过程机和微型机之间的连接就成为系统结构中必需解决好的重要问题。在宝钢厂区１３平方公里范围内，过程机与微机分布于全厂各部门，因而数据交换是大量的。国外大型钢厂有专用的数据通信网络。由于专用数据通信网络投资大，应用软件开发若跟不上就会造成很大浪费，因此，宝钢第一步是用磁带（磁盘）传递来解决过程机和中央机之间的数据交换问题；第二步利用电话线，建立一套低速通信网以解决数据通信问题。在多种机型间实现数据通信，特别是在外商没有提供过程机通信接口的情况下困难很大，因而每台过程机的连接都是一个难关。为了实现系统功能，宝钢不得不在通信方面投入较大力量，攻克一个个难关。例如，将炼钢实绩数据，从过程机读到磁带机上，然后再由磁带机输入ＩＢＭ４３４１，在ＩＢＭ４３４１机中存储和处理这些数据。又如，利用初轧Ｈ－８０预留接口以及有关资料，自行设计软件，实现了ＩＢＭ４３４１和Ｈ－８０直接专线双向通信等。宝钢就是这样实现了ＩＢＭ４３４１机与微机、过程机的连接，形成了一期工程集中与分散相结合的计算机结构网络。
在总厂管理大楼内的微型机局部网和物资、备件、成品等各类仓库的局部网内部各站点之间，采用电子邮件通信方式。局部网上装有调制解调器（ＭＯＤＥＭ）的站点与厂区各分厂、部、处之间的数据传递，是通过内插式的电话ＭＯＤＥＭ，经厂内的电话交换网来实现的各微机之间以及微机与４３４１机之间的点对点的通信。
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２、主要功能。宝钢一期工程管理计算机应用，主要集中于生产管理方面，用以保证生产的正常进行。由日方提供的生产管理方式有以下主要特点：
（１）适应商品经济客观规律的要求，严格贯彻按合同组织生产的原则。
（２）按照现代化社会化大生产的要求，在全厂的生产组织和指挥上强调集中统一和综合平衡，对主要的生产环节进行严密的控制和及时的调整，保证生产稳定和物流畅通。
（３）在整个生产过程中，即从原料进厂至各加工过程直到产品出厂，从合同签订至组织生产直到完成合同，实行严密的全过程的跟踪管理，以保证缩短生产周期，按质、按量、按时完成合同。
（４）所有管理业务．完全按照标准化的要求进行；建立生产实绩信息反馈系统，通过实绩整理为生产的组织和调整提供及时、准确的依据。
日方提供的生产管理方式，基本上都应在计算机中完成，各管理部门共享计算机中的数据。宝钢由于未引进管理计算机系统，日方将这种管理方式转化为人工处理方式；这样，管理深度越精、越细，人工劳动强度就越大，数据就越繁杂，有些数据需人工重复抄写４次一５次。生产部各单元管理干部在一期工程试车期间仍严格按此繁杂的人工管理办法进行生产管理。按每天冶炼３８炉钢计算，每天需核对整理抄写的数据量达１２００００个，经计算处理报出的数据达１４７００个。
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如此之大的工作量靠人工处理，使管理人员陷于埋头抄写数据的事务中，并且数据准确性、一致性还难以保证。因此，从试车期就开始了计算机辅助生产管理系统的开发工作。
一期工程主要生产管理过程，包括原材料计划管理、生产作业计划编制、生产调度、生产实绩整理和发货质量保证书生成等方面开发出的微机辅助管理系统。它能辅助全过程的管理，对保证集中指挥，按合同组织生产，促成计划、实施、检查、处理，即ＰＤＣＡ良性循环起了重要作用。现将各主要功能分述如下。
（１）外供钢坯合同计划，炼钢、初轧日作业计划编制系统。宝钢编制计划的指导思想是：严格按合同组织生产，按时、按质、按量完成各项合同；根据上级的指令和市场情况的变化，对计划作必要的调整；减少非合同量，降低库存量，加快资金周转，提高企业效益。基于这一指导思想，设置本功能。该功能完成由用户合同至下达炼钢，初轧指令为止的计划与作业管理。它体现了根据合同组织生产、最大限度满足用户需求的指导思想，实现了以销定产的经营方针，达到了减少库存积压、加快资金周转的目的。各种标准文件一次性建立，供编制各种计划时查询使用，减少了出错概率。同时，提高了工作效率。保证了作业计划的及时性、准确性。
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（２）铁、钢、坯生产调度系统。宝钢在生产工艺上是炼铁、炼钢、初轧三位一体，各个工序环节紧密相联，环环紧扣，稍有不慎，就会造成一环受阻、全盘被动的局面。高度的自动化流水作业，对生产线上各工序之间的协调提出了很高的要求。从高炉出铁开始，一直到初轧厂轧坯，其间的每一个工序环节都要依据不同钢种、不同坯型和不同锭型的工艺处理规则，进行以小时为单位的精度很高的事前预测、进度安排和动态调整，即“一贯工序管理”，使生产能合理协调，有条不紊地稳步进行。这样的管理融工艺、设备、质量为一体，精度高，时间准，效率高。很显然，没有准确的事前预测、及时的信息反馈以及灵活、迅速的反应能力，要达到上述要求是难以想象的。
日本新日铁提供的生产管理方式，规定了清晰明了的业务流和信息流，为实现“一贯工序管理”提供了现实可能性。这种管理方式与国内“头痛医头、脚痛医脚”传统调度方式的显著区别，就是在整个生产线上，始终要依据各工序环节设备的能力，对不同钢种、锭型、坯型进行定性、定量的事前预测和进度安排，井实施一贯跟踪。它不是以事后的调整为重点，而是突出事前预测，坚持计划为主，并据此展开生产过程，有预见、有计划地对预测中发现的问题进行科学的调整，始终保持生产均衡稳定地进行，防止出现大起大落、时断时续的局面。因此，在微机铁、钢、坯调度系统中，进度预测、一贯跟踪和各工序设备能力的预检查及实时调整是系统的关键。
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宝钢的铁、钢、坯生产系统具有：出钢顺序最佳处理；各炉次、各工序进度预测、进度安排与实绩跟踪；充分展示总体物流各工序状况，使调度员可以有的放矢地进行作业调整；对关键工序和影响物流畅通的限制性“瓶颈”进行重点检查；设备匹配检查等功能。该系统通过计算机屏幕画面和报表，使调度员对全厂的生产情况，细至每一炉钢，大至全厂动态，及其进度安排、现状、去向都能一目了然，全盘掌握，以便及时进行调整和调度。同时，也为总厂领导决策提供了科学的依据。
（３）质量保证生成系统。质量保证生成系统的目的是：向用户提供宝钢主要产品（板坯、方坯、钢管）的质量保证书，并按用户的具体要求提供供货产品的实际生产、检验、发货实绩信息。它是宝钢履行用户合同的证明，也是银行托收的凭证，直接关系到宝钢的经济效益。质保书是否准确、可靠、及时，影响到宝钢产品的声誉，同时也在一定程度上反映了宝钢的管理水平。
质保书生成系统，用分布于各分厂的微机来收集各单位的有关信息，通过电话通信线路，把所有信息传送到技术处质量科的微机上统一整理、核对、汇总、存档、打印出“质保书”。需收集的信息为１２５项，它们遍布于整个生产线（从合同开始执行到成品出厂），包括生产处合同科、炼钢厂、初轧厂、钢管厂、成品仓库、技术处质量科等六个单位。生成的质量保证书包含合同信息、钢种成分信息、板坯精整信息、板坯检验信息、发货实绩信息等。
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（三）二期工程计算机管理应用的发展
１、二期工程计算机应用发展综述。如前所述，宝钢二期工程除增加炼铁、炼钢能力外，还新增了热轧、冷轧、连铸三大工程。为了重点突破，取得在一个分厂建立完整的分厂管理信息系统的经验，宝钢选定在热连轧带钢厂引进分厂级管理机系统（ＭＳ）。同时，在冷轧厂的微机网络上自行开发了冷轧合同管理系统，与引进的冷轧生产控制系统相结合，实现了冷轧厂的计算机管理。分厂级管理计算机系统的引入，在生产中起到了巨大的作用，实现了从用户合同到生产合同，再从生产合同到轧制批量的全面转换，精简了轧钢厂的计划部门，大大提高了计划编制工作的效率。
在一期工程计算机局部生产管理系统的基础上，各分厂，各部、处、设计院及公司的微机应用得到了迅速的扩展和完善。全厂至１９９１年底已拥有１６套以太网和４００多台微机，承担着生产、计划、人事、资材、财务等方面的信息管理任务。此外，在ＵＮＩＳＹＳ公司的ＳＰ２２００／４０４机上，由本厂自动化部利用ＵＮＩＳＹＳ公司提供的第四代计算机浯言ＭＡＰＰＥＲ开发了备件管理系统。系统投入近１００人／年，共存贮有３００多万条记录，具有４００多个功能模块，３００多幅显示画面，能输出１００多种报表，从而实现了全厂备件的科学管理，减少了资金积压，取得了较好的经济效果。该系统已通过了冶金部主持进行的鉴定，并被冶金部树立为冶金系统应用计算机进行企业管理的样板。
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下面着重介绍热轧分厂级管理系统。
２、热轧管理计算机系统。
（１）热轧生产工艺过程。
热带钢热轧（简称热轧）生产过程如下：
板坯→加热炉→粗轧区→精轧区→卷取区→精整区→出厂→冷轧
板坯自板坯区进入加热炉加热后，根据轧制规程要求，以一定节奏将对应板坯由加热炉取出送往粗轧区轧制，然后经中间辊道进入精轧，取轧成所要求尺寸的带钢，经输出辊道冷却后，由卷取机卷成卷，经运输链送往钢卷库。热轧钢卷一部分作为冷轧原料，送往冷轧继续加工；一部分通过精整加工，作为热轧钢板成捆包装出厂。
（２）热轧计算机系统的组成。热轧计算机系统采用树形分级结构，系统分为四级。
热轧计算机系统的层次
ＭＳ
管理计算机系统
│
ＰＣＳ
生产控制计算机系统
│
ＰＣＣ
过程控制计算机系统
│
ＢＡ
基础自动化微机控制系统
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其中基础自动化微机控制系统，直接对设备和物料进行控制。过程控制计算机系统，用于完成各种初始数据的输入，工艺条件设定计算，工艺条件控制，对所控制段的物料跟踪，操作指导，以及记录操作状况，对质量参数进行分类统计等。生产控制计算机系统用于完成对热轧分厂物料的跟踪，实施热轧、精整和发货计划，对板坯库、钢卷库和成品库进行管理，向过程控制机下达生产指令，并接受由过程控制计算机传送来的现场信息，将收集的生产实绩传送给管理机系统ＭＳ，以进行生产计划决策管理活动分析、质量监督等管理活动。
（３）热轧管理计算机系统。居于最上位置的生产管理计算机系统（ＭＳ）是一个热轧厂范围内的完整的生产管理信息系统。它是总厂管理信息系统（ＭＩＳ）的一个组成部分。
热轧管理机系统主要由以下三个应用于系统组成：
