CIMS環境下鋼鐵企業質量管理系統的分析與設計

[摘 要] 質量管理是鋼鐵企業MES系統的重要組成部分，系統以PDCA質量控制為理念，將生產過程中從原料、半成品到產成品檢驗各環節的所有質量信息集成起來，以期建立覆蓋鋼鐵企業生產全過程的一貫制產品質量規范管理、質量設計與檢驗、質量判定與分析、質量追蹤與質保服務的鋼鐵企業質量管理系統。本文首先對鋼鐵產品特性及質量管理系統基本需求進行了詳細分析，在基礎上構建了系統整體架構并對各子模塊功能進行了詳細描述。

[關鍵詞] MES；質量管理；系統分析

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2013 . 15. 030

[中圖分類號] TH186；F273 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2013）15- 0044- 04

1 引 言

美國著名質量管理大師朱蘭指出：“20世紀是生產率的世紀，21世紀是將是質量的世紀”。隨著全球經濟一體化及網絡信息技術的不斷發展，質量管理將進入一個新的發展階段，現代鋼鐵企業質量管理應當融入以信息技術為支撐的先進質量管理理念[1]。鋼鐵企業質量管理主要是指從原料到半成品、產成品各環節的所有質量信息相集成，形成一個完整的質量信息反饋體系，并實現產品質量生產的全程追溯。本文以鋼鐵企業制造執行系統（MES）中質量管理子系統的分析與設計為研究主題，在對國內外已有的鋼鐵企業質量管理系統開發等相關文獻進行研究的基礎上[2-4]，首先根對鋼鐵產品質量特性進行了詳細分析，在此基礎上根據實際需求構建了鋼鐵企業質量管理系統模塊的整體架構，并重點就各子模塊具體功能進行了詳細描述，以期在CIMS環境下通過計算機信息技術來整合企業資源，優化質量管理流程，實現質量信息和數據的共享，實現企業經濟效益和社會效益最大化。

2 鋼鐵產品質量特性分析

鋼鐵產品質量特性大致分為直接質量特性和參數質量特性兩部分。合同規定的客戶需求一般反映的是直接質量特性，包括主質量特性，如鋼號、標準、形狀、規格等；以及輔助質量特性，如交貨狀態、加工用途、冶煉方法、技術條款等。而生產過程中參照的目標是產品的參數質量特性，包括化學成分質量特性，如C、Si、Mn等元素的含量要求；物理質量特性，如形狀、規格、力學性能、高低倍要求等；以及交貨期等時間質量特性。產品質量設計的實質就是將產品的直接質量特性映射為產品的參數質量特性，并將它們分解到各個加工工序中進行控制，作為生產過程控制和質量檢驗的目標以及判定合格與否的依據。具體分類參見圖1。

3 質量管理系統需求分析

鋼鐵生產可分為煉鋼、連鑄、軋制等階段，其在煉鋼連鑄階段是連續的，而在后續軋制等階段是離散的，因此鋼鐵生產是半連續半離散的分階段式生產方式。而從物質上來看，鋼鐵生產過程是從單一鋼水投入經后續不同加工工藝，按用戶合同要求生產出產品性能、規格各異的產品的分解過程，其產品規格雖復雜，但生產工藝卻有著很多的相似之處。基于以上對鋼鐵產品特性及鋼鐵生產流程的了解，其質量管理系統需求應須把握以下幾點[5]：

（1）工序過程質量控制：通過對生產過程各工序過程質量進行控制，以保證產品的最終質量符合用戶要求。

（2）質量檢驗及數據采集：系統在生產過程中各關鍵工序設置質量采集點以采集工序質量數據，并與數據庫中標準數據進行自動對比，并把對比結果實時顯示。

（3）檢（化）驗及質量判定：按照試樣檢驗要求及時為其他工序提供準確的檢驗數據并結合現場檢驗結果對半成品和成品進行綜合判定。

（4）質保書模板設計與應用。

（5）質量控制與生產放行：通過對產品生產質量進行監督控制，對不合格半成品采取封鎖、返修等措施，杜絕不合格半成品不經允許流轉到下道工序或出廠。

（6）產品質量分析與缺陷反查：通過對產品生產過程中各關鍵工序節點采集的質量工藝控制數據、成分物理性能數據、在線檢驗數據及各種標準數據進行綜合分析，找出產品形成缺陷的原因，為改進產品質量提供有力保障。

（7）改判業務處理：對檢驗結果無法滿足訂單要求但符合另外一個牌號標準的產品，系統提供判定順序，指導牌號的改判，要確保改判結果的準確性和改判鋼種的合理性。

4 質量管理系統總體架構設計及各功能模塊分析

4.1 質量管理系統總體架構設計

通過以上對質量管理系統需求的分析，可知質量管理系統總體架構主要包括質量標準管理、產品質量設計、質量采集與檢驗、質量判定管理、質保書管理、質量跟蹤與分析等模塊。具體見表1。

4.2 質量管理系統各功能模塊分析

由表1可知，質量管理系統架構大致分為6個子模塊，其質量管理流程圖（以鋼卷生產為例）如圖2所示。

4.2.1 質量標準管理

鋼鐵企業質量標準管理通常由企業質量標準科在充分考慮并綜合執行國際、國家、鋼鐵行業及客戶特殊要求等基礎上制定，并及時下達至作業部門，制定企業鋼鐵內部標準，控制產品生產質量。具體包括：①國際冶金規范標準；②國家冶金規范標準；③企業內控標準，包括性能控制標準、成分控制標準、外觀控制標準、工藝路線標準、工藝參數標準；④客戶要求標準，即企業根據客戶個性化需求制定生產標準。

系統質量標準冶金規范數據庫是鋼鐵企業技術質量管理部門對管理的所有工序工藝控制參數、檢（化）驗要求等作業指令進行有機歸并后形成的集合，它是合同質量設計的重要的基礎數據來源之一，包括質量判定規范和工藝技術規范管理。其中質量判定規范在ERP，產品工藝技術規范在MES。工藝技術規范是質量管理部門針對每道工序的控制參數、檢（化）驗要求、執行標準等作業指令進行數據合并的集合。企業MES系統提供工藝技術規范的管理功能，包括查詢、增加、修改、刪除等操作。系統建立有化學成分標準庫、機械性能標準庫、高倍和工藝性能標準庫、熱軋工藝狀態庫、熱處理狀態庫等，分別存放著各種限值及判定條件[6]。

4.2.2 產品質量設計

由企業質量設計科根據產品質量標準和客戶合同進行產品質量設計，質量設計人員通過從ERP系統接收過來的客戶訂單進行質量設計，確定該產品在各工藝流程階段需要達到的質量規范和工藝參數表的設定值。如各種文檔控制，各工序加工設定值等。在此后的生產過程中，計算機就按照質量設計輸出的質量標準進行嚴格的質量控制。用戶合同的質量設計過程包括產品質量設計和生產質量設計兩個階段[7]，其具體設計過程包括：

（1）首先，在合同處理時，根據銷售合同中輸入的產品大類、產品名稱、牌號、交貨狀態、質量標準等用戶需求特性，在產品規范庫中查找對應的產品規范碼，再根據產品規范內的具體內容完成合同的產品質量設計。

（2）根據產品規范碼、客戶代碼（CUST_NO）和產品最終用途碼（APN），找到相應的冶金規范碼（MIC）。冶金規范碼是生產質量設計的關鍵。

（3）產品個性化需求由系統根據用戶的不同和使用用途來決定，而所有制造參數由冶金規范碼管理，所以，系統內建立了用戶、使用用途與冶金規范碼的對應表。

（4）對合同進行生產質量設計。以冶金規范碼為關鍵字，并以長度、厚度、寬度等度量型特征屬性及其他特殊要求為次關鍵字，在冶金規范庫中找到相對應的生產路徑（不同路徑用Line-No來區別）和路徑下所有機組的控制規范，該過程實現了對合同產線設計及產線機組制造標準的設計。

（5）對于有多產線路徑的合同，還需要根據實際生產狀況確定主產線，其他生產路徑作為備選的次產線。

（6）產線路徑是產品生產機組的組合，在冶金規范中同樣的產品可以對應幾條生產線路徑，主制程確定時一般主要考慮各產線的物流順暢平衡和生產成本等，在實際生產過程中，計劃員可以進行主次產線的變更，實現柔性生產。

（7）在合同實際制造過程中，當合同的物料進入不同機組計劃執行時，將進行工序分解，自動將前期設計的對應機組制造標準數據下發給相應的PCC計算機，PCC計算機按標準數據進行生產控制。

4.2.3 質量采集及檢驗

質檢部在各分廠設有質量監測站，其主要職能是對該分廠的產品進行在線監測以及對中心實驗室的檢測結果依據標準進行質量判定，對定量結果進行自動判定，對定性結果進行人工判定。其中送來中心實驗室檢驗的對象統稱為委托方，它包括各生產分廠、物供、技術中心、質量部、鋼研所及其他外委單位。送料包括足夠檢驗項目所需的試驗、檢驗卡片（即大票），檢驗卡片上注明委托方、爐號、規格、技術條件等信息。檢驗項目主要包括物理和化學兩大類，其中物理檢驗分為力學性能和高低倍檢驗，化學檢驗分為化學成分和氣體分析檢驗。質量采集取樣委托流程如圖3所示。

4.2.4 質量判定管理

將質檢部在各分廠收集到的質量數據，按編號輸入到計算機內，與系統事先建立的工序放行標準（相應工序牌號產品的化學成分標準庫、物理機械性能和高倍、工藝性能等各質量規范標準庫數據）相對照，判定內容包括：①成分實際判定，對比各階段產品的實際化學成分與標準庫中的成分標準，檢驗其成分實際值是否在標準范圍內；②性能實際判定，對比各階段半成品機械性能實際、工藝性能、表面質量、尺寸規格與各相應的性能標準，檢驗其值是否在標準范圍內。如果以上判定都符合各相應的標準，則相應工序放行通過，進入下一道工序。如不符合放行標準，就要進入質量異常處理，根據異常實際情況的不同，分別進入“判廢”（廢品）、“改判”（不良品）和“返回”（返回品）流程。如果進入“判廢”流程，則終止該在制品的制造流程，將其送入廢品庫。如果進入改判流程，同樣終止制造流程，但該在制品被降級改變牌號或規格，作為可利用材轉入中間產品庫，以便在調配調度時供其他合同使用。如果進入“返回”流程，同樣終止制造流程，但該在制品將返回前面出錯的流程進行返修。此時原合同必須進行重新補料，重新申請材料等等[8]。質量判定流程如圖4所示。

4.2.5 質保書生成及管理

質保書內容需滿足國家法規和訂貨合同要求，主要包括合同相關事項和產品檢（化）驗數據結果，包括：質量證明書標識、產品標識、用戶標識、合同標識、發貨日期、運輸標識、發貨人、審核人、執行標準、批號、爐罐號、牌號、規格、數量、重量、化學成分、物理檢驗等。質保書生成過程如圖5所示。

出廠產品錄入：根據發貨通知單，輸入需要開具質保書的產品相關信息。

出廠產品分析：①對發貨通知單上的產品支數、質量進行有效性校對（主要指定尺及長度要求的鋼管）；②調用化學成分臺賬，檢查化學成分分析結果；③調用機械、工藝、高倍數據臺賬、查驗分析結果；④列出前3項分析不合格的產品，提出警告。

產品質保書信息修改：對錄入或分析結果錯誤的出廠產品信息進行修改。

產品質保書生成管理：①對經過分析質量完全合格的產品自動登記分配質保書號；②按質保書號屏幕顯示質保書；③按開出日期打印質保書；④按質保書號打印質保書；⑤開具的質保書存檔。

4.2.6 質量跟蹤與分析

質量跟蹤主要是針對在制品每道工序的在線和離線質量情況，對其理化性能進行跟蹤和判定，對所有的質量數據以成品材料（捆）為單位，在系統中保留一定的時期，結合物料跟蹤管理模塊，可以對從原料到成品的所有質量數據進行查詢和追溯。目的是為了對產品的質量信息進行分析，找出存在的問題和改進方法，以期對未來產品質量和生產管理水平的提高起到促進作用。

質量分析是將被控變量與預定的質量規范或質量標準給定值進行比較，達到修正質量偏差的目的。通過產品質量分析，及時找出引發質量問題的原因和根源，根據產品的質量狀況制定相應的措施并監督執行，為改進工藝或操作規程提供參考依據。

5 結 論

質量管理是無縫鋼管MES系統的重要組成部分，本文所研究的鋼鐵企業質量管理系統從鋼鐵企業質量管理所面臨的實際問題出發，以先進管理思想和技術理念為指導，以PDCA質量控制為理念，針對鋼鐵企業質量管理流程優化、先進制造管理平臺構建、信息系統集成等問題，建立了覆蓋鋼鐵產品生產全過程的一貫制質量管理架構體系，并重點就各功能子模塊進行了詳細分析及說明。

主要參考文獻

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