基于模型化的過程工藝穩態控制體系

摘要:本文介紹了一種實現卷煙生產中煙絲制造加工過程穩態控制的方法，描述了質量穩態控制模型的結構，對特性加工模型、參數指標穩態控制模型、標準作業等內容的建立方法及運用進行了具體的說明。

關鍵詞:模型、穩態控制、過程工藝

1、引言

生產過程的穩態控制是每個企業實現穩態質量管理追求的目標，實現過程的穩態控制有很多方法，通過建模把過程要素控制優化固定并形成標準化操作，是一種先進的工藝控制辦法。

煙草制絲生產線點多面廣線長，工序個性特征強，要實現過程的穩態控制，工序穩態是基礎，串聯成線的穩態，最終實現質量穩態的目的。

產品“均質化”的要求從參數、指標規范中得到了充分體現，如何減少波動、消除異常，實現參數、指標的精準控制，提高正態分布的符合性是工序穩態研究的重點?？紤]到工序質量特性的不可復制性及工序質量的可傳遞性，制絲生產過程的穩態要從生產要素的穩態控制著手，建立基于物料、設備、人三位一體的過程工藝穩態控制模型，針對性及可操作性將更加符合企業實際，我廠近幾年在這些方面進行了一些有益的探索并取得一定的成效。

2、過程工藝穩態控制體系的結構

2.1 體系的基本框架

(1)體系的構筑思路

過程工藝穩態控制體系的作用是確保質量穩態，質量是一組固有特性滿足要求的程度，特性含固有的及賦予的。所以模型要同時實現兩個方面的功能，一是通過過程工藝控制使物料固有的質量特性發生改變，滿足設計要求。二是通過過程工藝控制賦予物料質量特性并使賦予的質量特性符合設計要求。

所以，過程工藝的穩態控制體系一要控制制造過程，二要控制傳遞過程，使缺陷(這里的缺陷是相對于滿足要求的程度而言)不在接受、制造、傳遞三個環節中產生。通過控制制造過程使固有及賦予的質量滿足設計要求，通過控制傳遞過程消除不良質量的工序間傳遞或通過有效的傳遞使固有質量特性及時得到改變，滿足設計要求。

基于以上思路，過程工藝穩態控制體系由物料特性穩態、設備保障穩態、操作行為穩態三個方面支撐，涵蓋特性加工模型、參數/指標穩態模型、防錯混牌模型、作業標準模型等四個子模型，其中參數/指標穩態模型又包括預設穩態控制模型、過程糾偏模型、異常診斷模型，層次結構如下圖所示:

2.2 物料特性穩態

1)物料特性穩態通過特性加工模型來保障;

2)模型功能是通過時序折線圖將質量特性值傳遞，對不同質量特性的物料采取不同的加工參數或方法，消除固有質量特性波動，提高工序加工質量穩定性。

3)模型結構示意圖如下:

2.3 設備保障穩態

1)設備保障穩態通過參數、指標穩態控制模型來控制;

2)模型功能主要是通過批次生產的啟車快速穩定、過程偏差快速糾正、異?？焖僭\斷并防止誤操作發生。

3)模型結構

參數/指標穩態控制模型，包括了預設穩態控制模型、過程糾偏模型、異常診斷模型等三個子模型，如下圖所示:

2.4 操作行為穩態

1)操作行為穩態則通過標準作業模型，即作業標準書來控制;

2)模型功能是通過將每個工序均需進行的點檢、保養、換牌、啟車等操作行為進行規范化，讓作業者熟知，從而提高工作效率，降低安全、質量風險。

3)模型結構的例表如表2所示。對于制絲線主要對松散、加料、烘絲、加香等9個筒體的4類操作行為進行規范，并用不同的編號標示。

3、過程工藝穩態控制體系的建立與運用

3.1 穩態控制模型搭建的工作流程

穩態控制模型搭建的工作流程如下圖:

3.2 穩態控制模型的運用

(1)穩態控制模型在工序的綜合運用

我們以制絲線的松散工序為例，對如何運用穩態控制模型進行說明。表1中闡述了從生產前準備到生產結束松散工序的穩態控制過程。

(2)各子模型運用

①特性加工模型

特性加工模型的結構如下圖5所示。

質量特性數據的收集整理是利用在線指標檢測儀或物理判定結果得到工序物料的質量特性值(在線檢測指標主要是水分，物理判定結果包括由等級、產地、部位等衍生出來的質量特性，如中長梗率、吸水性、水分等指標)，經過數據處理軟件整理加工后自動形成有質量特性內容的編碼信號。

②參數/指標穩態控制模型

參數、指標的穩態控制模型包括:預設穩態控制模型、過程糾偏模型、異?？焖僭\斷模型，整個模型的結構如下圖6所示。

③標準作業模型

我們以制絲線的梗加料衛生保養為例加以說明，如下表2所示。

備注:作業類別按工序分保養、啟車、點檢、換牌四種行為，分別用拼音首字母表示，如梗加料的保養，簡稱:梗料-保養，用GL-BY表示，依此類推。

4、過程工藝穩態控制體系對質量穩定性的保障

4.1 批次間調整后的工序加工質量快速穩定

①快速操作。通過將品牌的關鍵工藝、設備參數進行優化打包，能自動跟蹤在線生產品牌，品牌相關的參數模型自動跟蹤適應，無需人工更換。保證過程控制參數的匹配性和準確性并有效減少每次換牌后的參數修改，提高工作效率，降低調整時間，使工序加工質量快速穩定。

②自動糾錯。參數的自動糾錯功能，可以預防誤操作發生，防止質量指標的批量偏差:一是在生產過程中，對需微調的參數進行辨識，對超出控制標準的參數能自動糾錯，當操作人員輸入的當前值小于參數下限或大于參數上限時，系統自動將自動采用初始值作為實際參數值。二是對參數修改實現兩級維護，一級為操作員級，即操作員根據當前的控制要求，實現參數當前值的微調，但不能超過參數的上下限;二級為工藝員級，完成對參數的上下限的維護，在標準許可范圍內對上下限進行調整，確保加工質量。

4.2 及時糾偏加工過程中出現的質量指標或技術指標波動

指標超出設計范圍一定時間時，系統將馬上提示是否調整，當調整指令實施時，系統通過預置的數據庫指令將設計好的參數最佳調整方案顯示，操作工只需確認即完成操作，使監控、糾偏能快速、準確、自動完成，提高質量特性的瞬時符合程度。

4.3 快速診斷并排除設備故障，避免質量問題的發生

在生產穩定進行過程中，由于設備故障導致的質量指標或技術指標超標，系統通過自動檢查核實實時設備參數與數據庫的符合性，自動判斷識別并通過對話框形式彈出，提示操作工或維修工檢查排除。

4.4 降低來料質量特性對工序加工質量的影響

特性加工模型針對不同物料特性采用不同處理參數，能縮小固有質量特性差異，提高工序加工質量穩定性。

4.5 消除人的不穩定因素導致的加工質量問題

過程工藝穩態控制模型通過機控、技防的手段實現加工過程的自動控制，以作業的標準化實現行為特性的一致性，在設計上消除人的技能、經驗差異及狀態波動帶來的不穩定。

5、結論

過程工藝穩態控制體系通過對設備性能、技術參數、質量指標三者數據關系的研究，以模型化方式自動分析自動控制，實現過程的精準控制;通過對操作行為的分解優化，以作業標準書的形式規范化流程化，實現過程的精細管理。該體系將“設備保工藝、工藝保質量”的工藝控制思路及“參數控制指標、過程控制結果、科學決策替代經驗”的工藝控制方法進行了有效結合，能有效確保產品質量的穩定性。

(作者單位:湖南中煙工業有限責任公司郴州卷煙廠)