大數(shù)據(jù)過程質(zhì)量控制系統(tǒng)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

董冠求

(天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津 301500)

為保證高端鋼鐵產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制需要，實(shí)現(xiàn)“穩(wěn)定、高效、有序”生產(chǎn)這一目標(biāo)，鋼鐵企業(yè)借助質(zhì)量過程自動控制信息系統(tǒng)，將現(xiàn)有信息化和工業(yè)化成果相融合，達(dá)成鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中可以有效的管理和控制，出現(xiàn)異常的狀況時，可以提前報警的控制目標(biāo)。

1 組建線上質(zhì)量自動判定系統(tǒng)

目前大多數(shù)鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)質(zhì)量判定主要依靠人工檢驗(yàn)，由于技術(shù)工人的技術(shù)

水平參差不齊以及個人因素的影響，會造成質(zhì)量判定的誤差甚至錯誤，嚴(yán)重影響了鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量結(jié)果。部分鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)引進(jìn)了自動化、智能化在線質(zhì)量判定系統(tǒng)，給鋼鐵企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量把控帶來了很好的標(biāo)桿效應(yīng)，該在線系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)過程中主要參數(shù)，設(shè)定“矩陣”規(guī)則庫，然后依據(jù)規(guī)則庫界定的主要參數(shù)變動范圍，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的在線實(shí)時監(jiān)測、實(shí)時判定反饋，確保各個生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)化、可控化。同時，通過實(shí)時監(jiān)測反饋，生產(chǎn)技術(shù)人員還可以通過反饋結(jié)果發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)薄弱環(huán)節(jié)，以便加強(qiáng)薄弱環(huán)節(jié)的管理，修正加工工藝，完善業(yè)務(wù)流程改造。此外，隨著市場競爭的激勵以及鋼鐵行業(yè)產(chǎn)能過剩的影響，按照客戶所需，滿足用戶個性化需求也越來收到重視，通過線上質(zhì)量自動判定系統(tǒng)的過程環(huán)節(jié)自動化控制，可以判定項(xiàng)目配置、分級配置，從煉鋼到連鑄，再到軋鋼等工藝過程，對鋼鐵產(chǎn)品的尺寸公差、外形公差等精度要素嚴(yán)格控制，從而確保鋼鐵產(chǎn)品的物理性能和化學(xué)性能。最后，通過在線系統(tǒng)檢測反饋的主要參數(shù)，可以很好的指導(dǎo)工廠科學(xué)的生產(chǎn)經(jīng)營及提高效率，這些參數(shù)對科學(xué)研究也有重要的研究價值和意義[1]。

2 運(yùn)用大數(shù)據(jù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建大數(shù)據(jù)庫

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)當(dāng)前蓬勃發(fā)展，也推動著數(shù)據(jù)技術(shù)的空前發(fā)展，特別是大數(shù)據(jù)技術(shù)，被應(yīng)用到各行各業(yè)，發(fā)揮了很好的作用。運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)及大數(shù)據(jù)技術(shù)，可以對網(wǎng)絡(luò)視頻、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)照片等數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選整理，然后加載到數(shù)據(jù)庫，完成大數(shù)據(jù)庫的建立，通過不斷的更新補(bǔ)充數(shù)據(jù)，使大數(shù)據(jù)分析幫助不同生產(chǎn)工序之間的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，為在線實(shí)時監(jiān)測判斷及統(tǒng)計分析提供基礎(chǔ)。

2.1 采集數(shù)據(jù)

采集數(shù)據(jù)的過程中，不可以影響控制系統(tǒng)，要確保其仍然安全運(yùn)行，目前主要通過物理方法，同時結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中網(wǎng)關(guān)隔離的手段，隔離信息系統(tǒng)和生產(chǎn)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)運(yùn)行速度非常高，需要運(yùn)用非常高速的數(shù)據(jù)庫，通過編寫匹配數(shù)據(jù)、篩選清楚軟件，建立覆蓋全生產(chǎn)工藝及設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的大數(shù)據(jù)庫。采集網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。

2.2 存儲數(shù)據(jù)

在生產(chǎn)過程中，對于關(guān)鍵參數(shù)數(shù)據(jù)要讀取并記錄存儲，這些參數(shù)主要包括：檢測設(shè)備數(shù)據(jù)參數(shù)、投料的數(shù)據(jù)、傳感器設(shè)備參數(shù)、控制設(shè)備數(shù)據(jù)；另外，從工廠生產(chǎn)管理的角度，產(chǎn)品的批次、檢驗(yàn)化驗(yàn)過程、成品的質(zhì)量特性數(shù)據(jù)等，應(yīng)從時間及空間的角度，按照一定的規(guī)則對應(yīng)整理、存儲，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量按照批次可追溯，產(chǎn)品缺陷按照批次可追蹤。常用的MES轉(zhuǎn)存數(shù)據(jù)是通過運(yùn)用Oracle數(shù)據(jù)庫，來與在線監(jiān)測的實(shí)時參數(shù)進(jìn)行匹配，從而對生產(chǎn)過程進(jìn)行分析、追溯。

2.3 處理數(shù)據(jù)

如上分析，該系統(tǒng)將鋼鐵生產(chǎn)過程的主要參數(shù)與工廠生產(chǎn)管理要求（如產(chǎn)品批次、檢驗(yàn)化驗(yàn)過程等）從時間及空間的角度進(jìn)行對應(yīng)整合，對于基礎(chǔ)的啟動、停止等接口融入大數(shù)據(jù)庫，從而增加歷史生產(chǎn)過程中的歷史數(shù)據(jù)的啟動、停止等計算能力，最終保證啟停功能更加強(qiáng)大。處理數(shù)據(jù)的主要流程如下：數(shù)據(jù)計算的啟動、停止；匹配板坯號；接口表與業(yè)務(wù)表的數(shù)據(jù)參數(shù)轉(zhuǎn)存[2]。此外，該系統(tǒng)還可以比對實(shí)際生產(chǎn)開始時間和系統(tǒng)開始時間，取最小差值的對應(yīng)的數(shù)據(jù)，然后去匹配MES實(shí)際生產(chǎn)表里的產(chǎn)品批次號，取匹配數(shù)據(jù)記入系統(tǒng)大數(shù)據(jù)庫，以便追溯及分析數(shù)據(jù)。最后，該系統(tǒng)大數(shù)據(jù)中的計算發(fā)生在接口表，數(shù)據(jù)參數(shù)最終實(shí)際存儲在業(yè)務(wù)表，因此，數(shù)據(jù)需要從接口表移存至業(yè)務(wù)表，同時該系統(tǒng)提供修正、補(bǔ)錄功能，生產(chǎn)技術(shù)人員可以人工將丟失的數(shù)據(jù)手動補(bǔ)錄到該系統(tǒng)，使數(shù)據(jù)更加完整。關(guān)于數(shù)據(jù)移存方面，可以通過大數(shù)據(jù)庫JOB在規(guī)定的時間定時執(zhí)行。

圖1 采集網(wǎng)絡(luò)

3 產(chǎn)品性能在線預(yù)測技術(shù)

依據(jù)鋼鐵在生產(chǎn)過程中的核心數(shù)據(jù)，通過實(shí)時獲取的參數(shù)，并通過系統(tǒng)關(guān)聯(lián)至對應(yīng)的生產(chǎn)批次，例如，C元素當(dāng)量、P元素[3]的含量、S元素的含量、板坯的薄厚程度度、開始軋鋼時候的溫度、結(jié)束軋鋼時候溫度、冷卻過程速度、卷取的溫度和終軋的速度等，運(yùn)用回歸擬合法的原理，結(jié)合向量機(jī)，使C元素當(dāng)量、板坯的薄厚度、開始軋鋼時候溫度、結(jié)束軋鋼時候的溫度、精軋壓下率、卷取的溫度等關(guān)鍵影響因子與抗拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長率等三大力學(xué)性能指標(biāo)的關(guān)系公式化，從而通過公式初步預(yù)測產(chǎn)品的力學(xué)性能指標(biāo)，同時，針對預(yù)測系統(tǒng)預(yù)測的產(chǎn)品，也要求檢驗(yàn)部門對全部產(chǎn)品實(shí)行全檢，確保預(yù)測精度，最終提升產(chǎn)品的合格率。考慮到不同用戶的個性化需求，來配置不同的公式參數(shù)，生產(chǎn)滿足不同用戶使用工況的鋼種和規(guī)格，擴(kuò)大市場范圍。通過在系統(tǒng)的預(yù)測性能界面，根據(jù)不同參數(shù)輸入輸出及不同數(shù)據(jù)條件的設(shè)定編輯，來實(shí)現(xiàn)廣泛的鋼種和規(guī)格生產(chǎn)制造。不同的參數(shù)配置及數(shù)據(jù)條件設(shè)定，可以生產(chǎn)出不同的鋼種，不同的鋼種具有不同的物理特性和化學(xué)特性，舉例說明，如SS400鋼[4]，C元素、Si元素、Mn元素、S元素、P元素等元素的含量可直接影響其性能，而對于其他的鋼種，如微合金元素強(qiáng)化鋼種，微合金元素就是影響性能的主要因素之一了。此外，系統(tǒng)的界面設(shè)定也非常人性化，生產(chǎn)技術(shù)人員或操作工人可以通過點(diǎn)擊“添加”按鈕增加不同的輸入或輸出參數(shù)。

4 建立“互聯(lián)網(wǎng)＋”的客戶服務(wù)平臺

運(yùn)用“互聯(lián)網(wǎng)＋”的理念和指導(dǎo)思想，建立針對用戶的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺，根據(jù)用戶的個性化需求進(jìn)行有的放矢的生產(chǎn)經(jīng)營活動，從而更做到優(yōu)質(zhì)的服務(wù)用戶，整體提升用戶的滿意度。從更好服務(wù)用戶的角度出發(fā)，創(chuàng)造差異化服務(wù)，并以用戶滿意度及服務(wù)水平為核心，提升鋼鐵企業(yè)的競爭力，對于重點(diǎn)用戶，可以考慮洽談戰(zhàn)略合作協(xié)議，聯(lián)合開發(fā)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)時分享生產(chǎn)數(shù)據(jù)并結(jié)合用戶需求反饋，實(shí)時調(diào)整最佳生產(chǎn)數(shù)據(jù)。從現(xiàn)代化信息支撐方面及銷售的角度，首先應(yīng)該考慮建立現(xiàn)貨銷售服務(wù)平臺，從用戶詢單接收，到報價處理，再到合同簽訂，最后到產(chǎn)品交付等銷售環(huán)節(jié)的高效處理；其次，針對期貨產(chǎn)品，也要利用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)施監(jiān)控，隨時隨地關(guān)注用戶的動向，以便提供必要的及時服務(wù)；最后，需要運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的廣覆蓋特點(diǎn)，建立網(wǎng)絡(luò)營銷組織，更大范圍、更大面積的實(shí)現(xiàn)銷售，銷售不僅僅局限于PC端渠道，也需要配合手機(jī)端渠道，從售前咨詢、售中溝通、售后服務(wù)方面提供全方位的系統(tǒng)服務(wù)。

綜上所述，運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合大數(shù)據(jù)應(yīng)用的過程質(zhì)量自動控制系統(tǒng)，對于鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)有非常重大的意義和價值，本系統(tǒng)的不僅可以把控鋼企業(yè)生產(chǎn)過程的產(chǎn)品質(zhì)量，還可以更好的指導(dǎo)企業(yè)按照用戶的個性化需求定制生產(chǎn)，同時也大大提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率，從而最大化的提升了鋼企的市場競爭力。