構(gòu)建新一代大鍛件工藝與質(zhì)量控制系統(tǒng)

呂亞臣 任運(yùn)來 齊作玉

(上海重型機(jī)器廠有限公司，上海200240)

1 問題的提出

目前，我國(guó)大型鍛件的生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)能力已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。國(guó)內(nèi)100 MN以上的液壓機(jī)已經(jīng)達(dá)到16臺(tái)，僅三大重機(jī)廠的100 MN以上液壓機(jī)就有6臺(tái)，上重的新液壓機(jī)最高能力達(dá)到了165 MN。幾乎所有新的液壓機(jī)都實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制，原來的液壓機(jī)也正在實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)數(shù)字化控制。各大重機(jī)廠與大鍛件生產(chǎn)配套的煉鋼熱處理設(shè)備也都有了巨大的變化。這說明，國(guó)內(nèi)大鍛件的生產(chǎn)設(shè)備(硬件)已然更新?lián)Q代。在硬件條件已經(jīng)非常好的情況下，我們應(yīng)該研究如何從軟件方面提高大鍛件的質(zhì)量水平。

全面質(zhì)量管理理論中五個(gè)影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素是人員、機(jī)器、原料、方法和環(huán)境。而最能把這五個(gè)因素聯(lián)系在一起的關(guān)鍵技術(shù)是生產(chǎn)工藝。生產(chǎn)工藝決定著大鍛件產(chǎn)品的質(zhì)量及其控制能力。

為了穩(wěn)定大鍛件產(chǎn)品的質(zhì)量，從根本上解決大鍛件的質(zhì)量問題，上重集團(tuán)公司領(lǐng)導(dǎo)明確提出了細(xì)化工藝和加強(qiáng)過程記錄的要求。

從質(zhì)量管理和控制的角度，強(qiáng)調(diào)細(xì)化工藝和加強(qiáng)過程記錄也就是解決質(zhì)量不穩(wěn)定的基本方法，是穩(wěn)定控制大鍛件產(chǎn)品質(zhì)量的必由之路。它是上重集團(tuán)公司領(lǐng)導(dǎo)為從根本上解決大鍛件質(zhì)量問題而提出的戰(zhàn)略決策和重要任務(wù)。

然而，完成這個(gè)戰(zhàn)略任務(wù)并不容易。對(duì)于如何細(xì)化大鍛件工藝的方法，目前尚缺少具體、完整和充分有效的方案。的確，細(xì)化工藝有很大難度，進(jìn)展也比較緩慢，效果還沒得到足夠的顯現(xiàn)。

傳統(tǒng)大鍛件生產(chǎn)工藝和質(zhì)量控制之所以會(huì)存在質(zhì)量不穩(wěn)定的問題，除了有客戶對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量要求不斷提高外，主要原因是大鍛件生產(chǎn)無法擺脫兩個(gè)方面的限制：

其一，大鍛件生產(chǎn)過程中許多工序都屬于特殊工序。特殊工序的加工質(zhì)量不易或不能通過其后的檢驗(yàn)和試驗(yàn)充分得到驗(yàn)證。因此，特殊工序的工序能力通常比較低，難以穩(wěn)定生產(chǎn)出質(zhì)量好、可靠性高的產(chǎn)品。

其二，大鍛件產(chǎn)品屬于單件小批量生產(chǎn)，每種產(chǎn)品都有各自的特征，其具體生產(chǎn)過程也都有所不同。其它行業(yè)的一些先進(jìn)的質(zhì)量控制和改進(jìn)方法、科學(xué)的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析技術(shù)和精密控制裝置等在大鍛件生產(chǎn)領(lǐng)域里也統(tǒng)統(tǒng)遇到了應(yīng)用上的障礙。

正是以上兩方面的限制，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)大鍛件生產(chǎn)企業(yè)在穩(wěn)定大鍛件產(chǎn)品質(zhì)量的道路上始終步履艱難。這些困難和問題也為我們構(gòu)建新一代大鍛件工藝與質(zhì)量控制系統(tǒng)的戰(zhàn)略提供了可能和機(jī)遇。

2 創(chuàng)新的精益工藝

傳統(tǒng)上，大鍛件的工藝要求比較寬松和粗略。這種寬松和粗略主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：(1)大鍛件的工藝人員編制的工藝只是基于產(chǎn)品規(guī)范和客戶的要求。為此，在編制工藝上通常選擇的是與產(chǎn)品規(guī)范和客戶要求相一致的計(jì)量值控制區(qū)間范圍，以滿足一個(gè)范圍為目標(biāo)。即使在工藝上必須表示一個(gè)單一數(shù)值時(shí)，也通常是在允許范圍內(nèi)按工藝人員各自的經(jīng)驗(yàn)選擇一個(gè)可行的。(2)由于大鍛件生產(chǎn)系特殊工序的緣故，大鍛件工藝文件通常不予或不能詳細(xì)規(guī)定具體生產(chǎn)過程操作的細(xì)節(jié)，否則會(huì)出現(xiàn)很多工藝文件與實(shí)際操作不符合的矛盾。(3)操作人員在執(zhí)行工藝方面，也通常是以滿足工藝要求的上下限值的范圍為操作目標(biāo)。

這種寬松粗略的工藝方式已經(jīng)不能滿足大鍛件質(zhì)量要求和大鍛件質(zhì)量成本的要求。

為此，我們將考慮在新一代大鍛件工藝與質(zhì)量控制系統(tǒng)中推行精益工藝的概念和應(yīng)用，讓寬松粗略的工藝方式在新一代的大鍛件生產(chǎn)工藝中成為過去。

精益工藝將是在滿足質(zhì)量規(guī)范的基礎(chǔ)上，以更加嚴(yán)格的最佳目標(biāo)值為內(nèi)部生產(chǎn)工藝控制目標(biāo)，要求實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格細(xì)致的記錄過程、充分分析所記錄到的數(shù)據(jù)。管理上也將按對(duì)于目標(biāo)值的偏差來考核操作人員、工藝人員、管理人員和設(shè)備條件。內(nèi)部偏差允許范圍必須要在成本較低的條件下實(shí)現(xiàn)更加嚴(yán)格的控制水平。必要時(shí)，將應(yīng)用價(jià)值工程的方法來對(duì)最佳目標(biāo)值控制加以分析。當(dāng)然，最佳目標(biāo)值和內(nèi)部檢驗(yàn)允許范圍則是相對(duì)動(dòng)態(tài)和可更新的，只要經(jīng)過科學(xué)研究和分析驗(yàn)證所得出的結(jié)果更加準(zhǔn)確。

精益工藝的實(shí)現(xiàn)需要先從轉(zhuǎn)變科技人員、管理人員和操作人員的意識(shí)入手，再通過科學(xué)研究和標(biāo)準(zhǔn)化方法的實(shí)施來實(shí)現(xiàn)。

精益工藝將與實(shí)際作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、具體操作過程緊密結(jié)合。為此，工藝編制人員需要利用先進(jìn)的動(dòng)態(tài)的管理信息系統(tǒng)，及時(shí)掌握操作人員、設(shè)備工裝、原料坯料、測(cè)量方法、 現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的狀態(tài)，借助于工藝系統(tǒng)和管理系統(tǒng)的智能結(jié)合來實(shí)現(xiàn)。

TIMKEN鋼包精煉鋼的潔凈度之所以能夠達(dá)到或超過我國(guó)電渣鋼水平，可以說是它在煉鋼方面做到了精益工藝，它所取得的質(zhì)量成果主要靠的是：(a)在工藝控制上和質(zhì)量管理上以最佳目標(biāo)值為方向，就像射擊手在射擊時(shí)以靶心為目標(biāo)，而不是以靶心到外圓的范圍為目標(biāo)；(b)準(zhǔn)確細(xì)致的質(zhì)量記錄、科學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)的應(yīng)用和高標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)研究，以及寶貴的歷史性記錄的積累。

我們實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的大鍛件精益工藝所采用的主要方法策略應(yīng)包括但不局限于如下幾點(diǎn)：

(1)在工藝控制上和質(zhì)量管理上以最佳目標(biāo)值為方向，制定管理策略、技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)操作程序來支持精益工藝的實(shí)施，尤其是要建立統(tǒng)一的工藝體系，保證在生產(chǎn)前和生產(chǎn)過程中完全控制五個(gè)影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素；

(2)參照大鍛件工藝參數(shù)化方法對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行精確推導(dǎo)和選用[2]，保證工藝參數(shù)的選擇有嚴(yán)密依據(jù)，是最優(yōu)化的；

(3)借助集體智慧和積累經(jīng)驗(yàn)，給出階段性、可計(jì)量的工藝參數(shù)的確定或選擇；

(4)引入新的工藝參數(shù)系統(tǒng)集成和新的工藝參數(shù)測(cè)量裝置與數(shù)據(jù)的集成和信息反饋，改變現(xiàn)有過程質(zhì)量記錄方法和模式，讓所有記錄數(shù)據(jù)和資料能夠參與各種工藝參數(shù)有效性驗(yàn)證的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，在經(jīng)過統(tǒng)計(jì)學(xué)分析和處理后進(jìn)行工藝參數(shù)的選擇或調(diào)整，保證質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)，工藝精益求精；

(5)將傳統(tǒng)特殊工序的不可測(cè)量逐步通過計(jì)量值、計(jì)數(shù)值和等級(jí)分類的方法進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)具體工藝和操作的計(jì)量化，實(shí)現(xiàn)內(nèi)在本質(zhì)的可測(cè)量和可控制。

精益工藝的實(shí)質(zhì)是精益求精的系統(tǒng)，該系統(tǒng)除了保留原有傳統(tǒng)工藝技術(shù)的精華，還將綜合運(yùn)用現(xiàn)代運(yùn)營(yíng)管理技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)、信息技術(shù)、數(shù)學(xué)數(shù)值方法、最優(yōu)化方法、統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和運(yùn)籌學(xué)方法等等，通過一個(gè)高效的系統(tǒng)產(chǎn)生精益工藝。

3 創(chuàng)新的信息化工藝過程記錄系統(tǒng)

3.1 現(xiàn)有或傳統(tǒng)工藝記錄體系的不足：

(1)記錄及時(shí)性和可靠性難以保證，完全可以人為后補(bǔ)記錄而難以監(jiān)督；

(2)一些重要的生產(chǎn)工藝過程數(shù)據(jù)記錄無法做到精細(xì)和完整；

(3)查詢不方便，除了手寫資料閱讀不便外，一個(gè)鍛件的信息還常常需要跑多個(gè)地點(diǎn)查詢；

(4)數(shù)據(jù)處理不方便，難以進(jìn)行科學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)處理和分析，再利用價(jià)值不高；

(5)質(zhì)量責(zé)任受主觀因素影響過大而難以落實(shí)；

(6)難以快速傳遞、及時(shí)共享和獲得自動(dòng)的智能報(bào)告，不能自動(dòng)的提示、通知和提供決策支持。

3.2 采取的主要措施將包括：

(1)將所有關(guān)鍵信息點(diǎn)連成網(wǎng)絡(luò)；(2)組建專門的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)并制訂實(shí)施計(jì)劃；

(3)添加專用服務(wù)器及其軟件；

(4)開發(fā)大鍛件工藝過程記錄應(yīng)用和管理系統(tǒng)；

(5)集成工業(yè)控制計(jì)算機(jī)與管理系統(tǒng)；

(6)引入新的工藝測(cè)量裝置；

(7)項(xiàng)目實(shí)施運(yùn)行。

人類已經(jīng)進(jìn)入信息技術(shù)時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟?？焖匍_發(fā)和建立一個(gè)質(zhì)量記錄系統(tǒng)用于替代傳統(tǒng)手工記錄已經(jīng)是非常容易的事情，而且不需要很高的成本和代價(jià)。有了這樣一個(gè)系統(tǒng)，我們傳統(tǒng)工藝記錄體系中的許多不足都可以自然解決。但是，為了與我們建立新一代大鍛件工藝與質(zhì)量控制系統(tǒng)相適應(yīng)，我們將發(fā)展創(chuàng)新的信息化工藝過程記錄系統(tǒng)。

3.3 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)：

(1)根據(jù)工藝研究和質(zhì)量控制的現(xiàn)有成果和理論，重新篩選和建立支撐與新工藝優(yōu)化直接相關(guān)的過程記錄要點(diǎn)，建立新的、方便的關(guān)鍵記錄點(diǎn)和周期性動(dòng)態(tài)啟用機(jī)制。

(2)引入新的用于工藝細(xì)化控制的工藝測(cè)量裝置：如意大利MERMEC[3]開發(fā)的鍛造過程中尺寸的二維三維測(cè)量和控制系統(tǒng)，它可以在鍛造過程中在線測(cè)量大鍛件的尺寸，對(duì)保證成形質(zhì)量與節(jié)能節(jié)材起到了很好的作用；又比如，德國(guó)IMPAC的雙色法非接觸金屬測(cè)溫裝置，它能排除傳統(tǒng)測(cè)溫裝置受到大鍛件氧化皮影響，解決傳統(tǒng)紅外線存在測(cè)溫不準(zhǔn)的問題，新測(cè)溫裝置可用于鍛件鍛造溫度的精確控制。

(3)引入新的控制技術(shù)與管理信息系統(tǒng)的集成技術(shù)來獲取關(guān)鍵、細(xì)化和完整的分析數(shù)據(jù)。將現(xiàn)有的數(shù)據(jù)控制中人為無法記錄的重要參數(shù)和數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲(chǔ)，再將新的工藝測(cè)量裝置的數(shù)字測(cè)量結(jié)果進(jìn)行集成，我們就能獲得細(xì)化、真實(shí)和關(guān)鍵的過程數(shù)據(jù)記錄，為質(zhì)量控制和精益工藝的分析和提高奠定充分的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

(4)自動(dòng)的NCR(不合格記錄項(xiàng))傳遞、通知、跟蹤提醒和超時(shí)行為記錄。系統(tǒng)中不僅有NCR還將有觀察項(xiàng)(未使用最佳方法)的提出，自動(dòng)提供防止質(zhì)量問題再發(fā)生措施的決策建議，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量問題的及時(shí)預(yù)防和快速處理。

(5)通過統(tǒng)計(jì)學(xué)處理和標(biāo)準(zhǔn)化處理，建立新的、非主觀的質(zhì)量責(zé)任科學(xué)自動(dòng)分配，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量管理的升級(jí)和防止再發(fā)生。

4 創(chuàng)新的大鍛件統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

質(zhì)量管理學(xué)科中已經(jīng)證實(shí)必須借助統(tǒng)計(jì)學(xué)方法實(shí)現(xiàn)質(zhì)量穩(wěn)定、技術(shù)創(chuàng)新。統(tǒng)計(jì)學(xué)作為一種重要的科學(xué)方法，在防止大鍛件報(bào)廢，保證大鍛件生產(chǎn)良性發(fā)展和質(zhì)量持續(xù)穩(wěn)定方面將是不可缺少的。

我們正在研究創(chuàng)新的大鍛件統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，主要內(nèi)容特征包括：

(1)創(chuàng)新的大鍛件統(tǒng)計(jì)資料或變量定義；

(2)如何用數(shù)量、數(shù)值和分等級(jí)來對(duì)傳統(tǒng)無法定量描述的大鍛件工藝過程進(jìn)行描述；

(3)按參數(shù)化方法對(duì)同質(zhì)大鍛件變量進(jìn)行分類；

(4)大鍛件小樣本統(tǒng)計(jì)的顯著性檢驗(yàn)研究。

目前，大鍛件統(tǒng)計(jì)學(xué)的研究已經(jīng)取得初步突破。利用信息技術(shù)、系統(tǒng)集成方法、統(tǒng)計(jì)學(xué)原理和先進(jìn)的工藝成果以及新一代大鍛件工藝與質(zhì)量控制系統(tǒng)，我們能快速評(píng)價(jià)和準(zhǔn)確分析所有細(xì)化工藝的合理性，科學(xué)分析出質(zhì)量問題的原因，逐步建立起一定的大鍛件生產(chǎn)工序能力，進(jìn)而優(yōu)化和細(xì)化大鍛件生產(chǎn)的工藝和過程，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定大鍛件產(chǎn)品質(zhì)量的目標(biāo)。

5 智能集成系統(tǒng)

新一代大鍛件工藝與質(zhì)量控制系統(tǒng)的構(gòu)建以工藝技術(shù)、質(zhì)量控制方法、同步制造理論、信息技術(shù)、統(tǒng)計(jì)學(xué)和最優(yōu)化理論等綜合技術(shù)為基礎(chǔ)。它不僅能從根本上解決大鍛件質(zhì)量問題，確保實(shí)現(xiàn)大鍛件質(zhì)量的持續(xù)穩(wěn)定控制，實(shí)現(xiàn)大鍛件生產(chǎn)企業(yè)高質(zhì)量的快速發(fā)展，同時(shí)也將實(shí)現(xiàn)工藝更新?lián)Q代、質(zhì)量改進(jìn)升級(jí)和信息系統(tǒng)創(chuàng)新。

新一代大鍛件工藝與質(zhì)量控制系統(tǒng)將與生產(chǎn)系統(tǒng)相集成，在工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)作業(yè)方面都將有先進(jìn)智能的體現(xiàn)。

在工藝文件設(shè)計(jì)方面，我們未來的計(jì)算機(jī)編制的大鍛件生產(chǎn)工藝不再是個(gè)性化的工藝，而是滿足所有主要約束條件的最優(yōu)化的工藝或外行人也能成為“專家”的“傻瓜”工藝[5]。

在關(guān)鍵生產(chǎn)作業(yè)方面，比如針對(duì)100 MN以上液壓機(jī)與操作機(jī)的鍛造聯(lián)動(dòng)過程，我們會(huì)開發(fā)或引進(jìn)新的軟件系統(tǒng)，將自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)與設(shè)備控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，確保最優(yōu)化的和自動(dòng)的生產(chǎn)過程。

在綜合生產(chǎn)作業(yè)方面，我們的系統(tǒng)將根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備的可用能力狀態(tài)、實(shí)際能力狀態(tài)、所有作業(yè)任務(wù)狀態(tài)，按照同步制造約束理論、精益生產(chǎn)的運(yùn)籌學(xué)和數(shù)學(xué)優(yōu)化，以工藝質(zhì)量最優(yōu)為目標(biāo)，以生產(chǎn)任務(wù)準(zhǔn)時(shí)完成、節(jié)能降耗和最高設(shè)備利用率等為約束條件，建立一個(gè)動(dòng)態(tài)顯示的信息看板，或傳遞給關(guān)鍵人員作業(yè)指令，形成一個(gè)節(jié)能降耗、高效運(yùn)行的最優(yōu)化的作業(yè)運(yùn)行系統(tǒng)。

我們將通過新一代大鍛件工藝與質(zhì)量控制系統(tǒng)，對(duì)工藝技術(shù)、質(zhì)量控制、生產(chǎn)管理和經(jīng)營(yíng)管理提供高效的決策支持。

[1] 朱延果. 潔凈鋼技術(shù).中國(guó)國(guó)際自由鍛會(huì)議2010，成都，2010. 北京：中國(guó)鍛壓協(xié)會(huì)，2010.

[2] 齊作玉. 大鍛件鍛壓工藝參數(shù)化的研究. 大型鑄鍛件. 2010(1)：9-29.

[3] Eddy Libralesso，等. 鍛造中尺寸的控制：2D和3D激光測(cè)量系統(tǒng)的創(chuàng)新.中國(guó)國(guó)際自由鍛會(huì)議2010，成都，2010. 北京：中國(guó)鍛壓協(xié)會(huì)，2010.

[4] 聶微編著. 2002版ISO TS16949實(shí)施指南. 1版. 廣州: 廣東經(jīng)濟(jì)出版社，2003：134-138.

[5] 齊作玉，等. 大鍛件鍛壓工藝傻瓜軟件的研究. 大型鑄鍛件，1996(2)：1-3.