电解铝企业生产管理信息系统研究及开发.pdf

第5 7 卷第4 期 2005 年1 1 月 有色金属 N o n f e F r O U M e r a l s V d5 7 ．N o4 N o v e m b e r2005 电解铝企业生产管理信息系统研究及开发 康进武，刘琰，黄天佑，胡永沂 清华大学机械工程系，北京1 0 0 0 8 4 摘要结合M R P I I 和E R P 管理思想．提出电解铝生产企业的生产管理信息系统模型。将以电解槽和配变电站等关键设 备为核心的生产能力计划作为系统的中心。在生产能力计埘基础上生成主生产计划，进而生成物科采购计划和车问作业计划。以 质量管理为重点，包括生产过程统计质量控耐和产品质量反查。生产管理信息系统应用于某电解铝企业，取得了成功。 关键词有色金属冶金；电解铝；信息系统；生产管理；流程型；E R P 中图分类号T F 8 2 1 ；T F l l l ．5 2 ；T F 0 8 7 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 5 0 4 0 0 7 2 0 4 制造企业生产管理随着信息技术的发展，经历 了物料需求计划 M R P ，闭环M R P ，制造资源计划 M R P I I 以及企业资源计划 E R P 【1 1J 。计划的对 象越来越广泛，从企业内部物料，逐步发展到对企业 整个制造资源的有效规划。基于该管理模式的软件 已经在企业中大量应用，有很多成功的实施案例，但 是这些生产规划模式主要是针对离散型生产企业 的，最主要的是装配型企业，产品具有众多的零部 件，如汽车、飞机、设备制造等。然而在制造企业中 还有很大一批企业不同于离散型制造企业，如冶金、 制药、化工、造纸等企业。这类企业被称为流程型生 产企业。流程型企业的产品没有像汽车等机械产品 的复杂装配关系，生产计划没有那么复杂。因此该 领域的生产管理一直不是研究的重点，生产管理信 息系统在该类企业中的应用也不显著旧忡4J ，但是这 类企业同样迫切要求采用信息技术进行改造，最终 提高企业的竞争力。我国电解铝生产产量居于世界 前列，但是生产设备以及生产管理方式亟需进行信 息化改造【5 “J 。以电解铝生产企业为背景，归纳总 结生产特点，建立生产管理信息模型，为有关企业开 发生产管理信息系统，并进行实施应用。 1流程型企业生产特点 流程型生产企业不同于离散型生产企业，其所 以被称为流程型，是因为生产过程从原材料到成品 的过程连续性很强，直接由人进行干预和转运的环 收稿日期2 0 0 40 60 8 作者简介康进武 1 9 7 0 一 ，男，河北省辛集市 ，讲师，博士，主要 从事铸件凝固垃程数值模拟、热处理数值模拟与仿真和 鳞造企业管理信息系统等方面的研究。 节很少，中间过程一般也采用机械设备连续输送。 流程型企业的产品不是由各零部件装配起来的，而 是经化学反应和状态变化等得到。该生产方式生产 的产品一般多是社会生产或日常生活大量需要的产 品，因此生产方式一般为备货式生产，而不是订单 式，其与离散型生产企业的对比如表l 所示。 寰1 流程型生产与离散型生产比较 T a b l e1 C o m p a r i s o no fs u c c e s s i v ea n dd i s c r e t ep r o d u c t i o n s 从表1 可以看出，流程型生产中生产设备专业 性强，一般满负荷生产。其产量和外界需求直接联 系性不很强，生产计划层次性不强，复杂性不很高。 因此生产计划不是其难点，而在离散型生产企业中 生产计划内容复杂，是管理的核心和难点。流程型 企业的生产以生产设备的能力决定，而提高产品等 级和品种，则需要市场调研和新产品开发。提高产 品等级、保证产品质量是管理的重点，设备的稳定性 是生产能力的保证，能源动力是流程型生产的重要 组成部分。因此新产品开发，生产设备管理及监控， 质量以及能源动力的管理等是离散型生产的重点。 万方数据 第4 期 康进武等电解铝企业生产管理信息系统研究及开发 2电解铝业生产信息系统设计与规划 电解铝生产过程如图1 所示。电解铝的生产主 要是在电解槽中进行，电解铝液再进行铸造或轧制， 生产铸锭或型材、线材。 芏芏芏芏 裤薄 叁止扫群 ●l 回 制i 连卜] 幸申 铸锭线坯或型材 图1 电解铝的生产过程 F i g ．1 P r o c e d u r eo fa l u m i n u me l e c t r o l y s i s 2 ．1 电解铝企业生产管理信息系统模型 根据流程型生产企业的生产特点，并结合M R ． P I I 和E R P 思想，建立电解铝企业的生产管理信息 系统模式，如图2 所示。模型中以生产能力计划为 核心，统计质量控制和产品质量反查为重要内容，体 现了主要生产设备电解槽和配变电站的工作状况和 能力。生产计划在生产能力计划的基础上生成，并 根据配方进一步生成物料采购计划和车间作业计 划，生产统计信息也最终反馈到设备。 图2 流程型制造企业生产管理信息系统模式 F i g ．2 i n f o r m a t [ o nm o d e { o rs u c t e ．s s [ v e p r o d u c t i o ne n t e r p r i s e s 2 ．2 生产能力 电解铝生产企业的核心生产设备是电解槽，一 般有自焙槽和预焙槽，其中自焙槽较落后。对每一 台电解槽，生产能力为一天内所生产电解铝液的量， 单位为t ／d 。整体生产能力用单位时间段 d 的铝 液产量表示，如式 1 所示。 P 2 4 1 0 “‘N ’A ‘口‘J 1 式中”一生产槽数 台 ； 一铝电化当量* 0 ．3 3 5 5 9 ／ A h ，其和电解槽的类型和工作状况有 关；J 一电流强度 A ；≈一电流效率 ％ 。电流效率 目指有效析出物质的电流与供给的总电流之比，在 实际应用中，通常即输入一定的电量后，实际产量与 理论产量之比。 比较长的一段时间内电解槽粗略的生产能力可 以用总槽工作日表示，如式 2 所示。 n n ’H 。 2 式中n 一总槽工作日 d ；n 一电解槽数 个 ；”。一 单个电解槽工作日 d 。严格地讲，电懈槽生产能力 还应该考虑大修改造等造成电解槽停产的影响。 生产计划主要由生产能力决定。由核心生产能 力一电解槽决定。同时能源动力的消耗是电解铝企 业的主要决定因素之一，电能消耗占总成本的2 5 ％ - - 4 0 ％，因此也可以将变电站的能力考虑到核心能 力中去。企业一般拥有专用电网，从外部电网输入 供电车间的是交流电，经过供电车间转换，变为电解 槽可以使用的直流电。衡量转化效率的重要参数整 流效率的计算如式 3 所示，整流效率越高，表示电 力应用越充分。 口 Q D C ／Q A C 3 式中Ⅳ一整流效率 ％ ；Q D c 一直流电量 k W h ； Q “ 一交流电量 k w - h 。平均电压也是一个电能 效率的重要指标。 2 ．3 物料清单 电解铝生产的物料清单 B O M 如图3 所示，包 含三个层次第一层为产品层，铝锭／电工铝杆和铝 盘条；第二层为电解铝液；第三层为生产电解铝液的 原材料氧化铝，熔剂 氟化盐和冰晶石 、碳阳极和电 解质块以及直流电。第三层和生产配方直接相关。 物料清单中涉及的提前期分别为电解铝液生产提前 期和生产原材料熔剂等的采购提前期。这里将直流 电纳入到物料清单中体现了电能对电解铝生产的重 要性，符合M R P I I 中物料清单的思想。 2 ．4 质量管理与控制 为保证电解槽正常工作，需要实时对电解槽进 行监控。监控结果可以直接反映电解槽的生产状 态，同时更应该采用统计过程控制方法预测电解槽 的生产状态，尽早发现问题。如电解铝液的F e 、S i 含量指标就可以作为主要监测指标之一。因此电解 槽的监控系统实时检测数据应该和生产管理信息系 统相连接，由生产管理信息系统对数据加以统计分 万方数据 7 4 有色金属 第5 7 卷 1．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．一 铝液 厂丁厂了] r ] 氧直氟氟碳冰电 化流化化阳晶解 铝电铝镁扳石质 块 图3电解铝企业物料清单 F i g3 B i l l o fm a t e r i a l sf o ra h r n i n t m ae l e c t r o l y s i s 析和深层次的处理统计过程控制，对关键参数 绘制出参数均值和极差曲线 2 2R ，预测生产状 态的稳定性。 质量管理部分还包括电解铝产品国家和国际标 准，原材料、电解铝液和铝锭的检验。管理信息系统 中记录了全生产过程的检验结果，从而实现由客户 反馈信息就可以从质量证明书到堆垛号到电解槽到 原材料。 质量熔炼 图4 质量反查 F i g4R e v e r s ec h e c k i n go fp r o d u c tq u a l i t y 3电解铝企业生产管理信息系统实例 某电解铝公司主要产品为电解铝锭、铝杆和铝 盘条等，月产能1 0 0 0 多t ，原有3 9 台6 0 k A 的自焙 电解槽，后增加改造为7 8 台6 0 k A 预焙电解槽，采 用1 1 0 k V 双电源供电，拥有1 1 0 k v 变配电站和3 台 Z H S 一3 3 0 0 A ／2 0 0 0 V 整流设备。目前公司按照上面 阐述的电解铝业生产管理信息系统的管理模式，用 D e l p h i 开发工具为该公司开发了生产管理信息系 统。该系统的开发和该系统中月生产计划、配方维 图5 电解车间生产计划 F 追．5 P r o d u c t i o ns c h e d u l ef o re l e c t r o l y s i sW O r k 5 h o p 护 B O M 、供电参数变化和电解槽F e 含量变化分 别如图5 ～图8 所示。 圈6 配方维护 F i g ．6 M a i n t e t m n c eo ff o r m u l a 图7 供电参数变化 F i g ．7 V a r i a t i o no fp o w e rs u p p l y 图8 电解槽中电解铝液的F e 含量变化 F i g ．8 V a r i a t i o no fF ei n c l u s i o ni ne l e c t r o l y s i sb a t h 该系统经过调研、系统分析、系统设计、原型、反 馈意见、反复修改完善过程，从2 0 0 1 年初开始至今 在企业应用实施中取得了很好的效果，积累了大量 数据。 万方数据 第4 期康迸武等电解铝企业生产管理信息系统研究及开发7 5 4 结论 针对电解铝生产和管理特点建立企业生产管理 信息系统模型，将电解槽和配变电站等关键设备为 核心的生产能力计划作为系统的中心，在生产能力 参考文献 [ 1 ] 张晓萍， [ 2 ] 林健， 【3 ] 黄慧君， [ 4 ] 韩庆兰 [ 5 ] 邵志博， [ 6 ] 孙春亮， 计划基础上生成主生成计划，进而生成物料采购计 划和车间作业计划，以质量管理为重点，包括生产过 程统计质量控制和产品质量反查。系统应用于某电 解铝企业，效果良好。 康进武，吕志刚．材料加工企业管理信息系统[ M ] ．北京清华大学出版社，2 0 0 0 1 8 2 8 ． 张玲玲．E R P 与现代管理思想及E R P 的未来发展[ J ] ．工业工程，2 0 0 1 ，4 4 7 1 2 ． 薛恒新．流程企业C I M S ／M R P l l 实施技术分析[ J ] ．计算机集成制造系统，2 0 0 0 ，6 4 8 5 9 1 M R P 一Ⅱ系统在流程工业的应用研究[ J ] ．合肥工业大学学报，2 0 0 2 ，2 5 1 5 6 5 8 ． 吴举，于涛．试论电解铝企业的经济运行[ J ] ．世界有色金属，1 9 9 9 ， 6 1 7 1 9 ， 王醒钟．浅析我国电解铝工业现状及发展方向[ J ] ．轻金属，2 0 0 1 ， 4 3 2 3 5 ． I n f o r m a t i o nS y s t e mo fP r o d u c t i o nM a n a g e m e n ta n dI t sD e v e l o p m e n t f o rA l u m i n u mE l e c t r o l y s i sE n t e r p r i s e s K A N G J i n 一“ H ，L 1 U Y a n ， D e t №r t m e n to f M e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g ， H U A N GT i a n - y o u ，H UY o n g - y i n i n 曲u aU n i v e r s i t y ，B e i j i n g1 0 0 0 8 4 ，C h i n a A b s t r a c t T h ei n f o r m a t i o nm o d e lo fp r o d u c t i o nm a n a g e m e n tf o ra l u m i n u me l e c t r o l y s i se n t e r p r i s e si sp r e s e n t e dw i t h t h ei d e a si nM R P I Ia n dE R P ．T h i sm o d e le m p h a s i z e st h ep r o d u c t i o nc a p a b i l i t ys c h e d u l i n g ，e s p e c i a l l yf o re l e c t m l y s i sb a t ha n de l e c t r i c i t ys t a t i o na n do t h e rk e ye q u i p m e n t s ．T h em a i np r o d u c t i o ns c h e d u l ei se s t a b l i s h e do nt h e p r o d u c t i o nc a p a b i l i t ys c h e d u l e ，f u r t h e r m o r e ，t h em a t e r i a l sr e q u i r e m e n tp l a n n i n ga n dw o r k s h o pp r o d u c t i o np l a n n i n ga rep e r f o r m e da c c o r d i n gt oi t ．T h es t a t i s t i c a lq u a l i t yc o n t r o lo fe l e c t r o l y s i sb a t ha n dq u a l i t yr e v e r s ec h e c k i n g area l s ot h ei m p o r t a n te o n l p o n e n t s ．Am a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e md e v e l o p e df o ra na l u m i n u me l e c t r o l y s i s e n t e r p r i s ei ss u c c e s s f u l l yo p e r a t e da n dt h ee n t e r p r i s e ’sm a n a g e m e n ti si m p r o v e d ． K e y w o r d s n o n f e r r o u sm e t a l sm e t a l l u r g y ；a l u m i n u me l e c t r o l y s i s ；i n f o r m a t i o ns y s t e m ；p r o d u c t i o n m a n a g e m e n t ；s u c c e s s i v et y p ep r o d u c t i o n ；E R P 万方数据