熱軋工藝過程和質(zhì)量管控平臺的研發(fā)和應(yīng)用

吳燕山 喬鳳德 郝祝

摘 要：自80年代以來，世界上熱軋帶鋼生產(chǎn)的發(fā)展十分迅猛，年產(chǎn)量幾乎都以20%的比率遞增。1996年世界熱軋帶鋼產(chǎn)量已經(jīng)近三億噸。近年來無論是新建的還是改造的熱軋帶鋼生產(chǎn)線都是以提高質(zhì)量、發(fā)展品種、增加產(chǎn)量、降低消耗成本為追求目標(biāo)。本文主要對熱軋工藝過程和質(zhì)量管控平臺的研發(fā)和應(yīng)用進(jìn)行了簡要的分析。

關(guān)鍵詞：熱軋工藝；質(zhì)量管控；應(yīng)用

1熱軋帶鋼生產(chǎn)線的工藝需求

1.1市場形勢

市場形勢就是工藝需求的體現(xiàn)之處，隨著我國各個熱軋帶鋼生產(chǎn)線競爭的愈發(fā)激烈，市場形勢也在不斷的發(fā)生著變化，市場需求正在向著多樣化的方向發(fā)展，這是時代發(fā)展的要求，也是人們需求多樣化以及個性化的體現(xiàn)，具體而言，熱軋企業(yè)的小訂單用戶是較多的，而這些小用戶的需求也在不斷的增加，對于生產(chǎn)的要求也越來越高，鋼種以及規(guī)格及都比較復(fù)雜化，這就大大的增加了工藝的難度，這是基于市場形勢而產(chǎn)生的工藝需求。還有，一些鋼鐵企業(yè)的最終用戶對于鋼鐵使用的也較為成熟，相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也逐漸的開始由最終用戶企業(yè)來制定。另外，由于不同國家的鋼鐵標(biāo)準(zhǔn)以及最終用戶標(biāo)準(zhǔn)的不同，最終的鋼種訂單也是具有一些差異化的，所以，根據(jù)目前的市場形勢而言，熱軋企業(yè)的生產(chǎn)更趨于復(fù)雜，難度也有所加大。

1.2品種追求

熱軋企業(yè)對于熱軋帶鋼生產(chǎn)線的工藝需求還主要體現(xiàn)在品種追求方面，一般而言，普通企業(yè)只有2到3條熱軋帶鋼生產(chǎn)線，但是為了更好的滿足人們的需要，就要求有關(guān)鋼鐵企業(yè)能夠在這少數(shù)的熱軋帶鋼生產(chǎn)線上盡可能的多生產(chǎn)不同的鋼種，以滿足品種追求的工藝需求。實(shí)際上，我國的一些鋼鐵企業(yè)也開始在高端品種上開始嘗試，不再只是一味的追求品種的數(shù)量，而是要打造一個高精尖的品種的市場，以尋求企業(yè)發(fā)展的突破。

1.3規(guī)格要求

我國一般熱軋帶鋼生產(chǎn)線的產(chǎn)品厚度最薄可達(dá)1.2mm或者1.0mm，但實(shí)際上很多熱軋帶鋼生產(chǎn)線在薄規(guī)格的穩(wěn)定生產(chǎn)上有很大的困難，只生產(chǎn)很少厚度小于2.0mm的熱軋帶鋼，即使窄帶鋼，穩(wěn)定軋制的產(chǎn)品厚度一般也大于2.5mm，甚至3.0mm以上。特別是進(jìn)行高強(qiáng)鋼的薄規(guī)格軋制，軋制穩(wěn)定性更是差強(qiáng)人意。因此，相當(dāng)一部分希望使用厚度小于2mm帶鋼做原料的用戶，只得使用冷軋帶鋼。

1.4質(zhì)量追求

熱軋帶鋼生產(chǎn)線的質(zhì)量追求當(dāng)然也是人們所要考慮的方面，而且這也是工藝需求之一，只有保證其生產(chǎn)質(zhì)量，才能為鋼鐵企業(yè)獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益，這具有重要的意義，但是在實(shí)際熱軋帶鋼生產(chǎn)線運(yùn)行過程中，產(chǎn)品性能是要比企業(yè)的保證值要低的嗎。因此，目前，我國的很多鋼鐵企業(yè)正在積極的做出改變，不斷的向高產(chǎn)品保證值發(fā)起沖刺，以更優(yōu)化產(chǎn)品的性能指標(biāo)，滿足人們的需要。

2熱軋工藝過程和質(zhì)量管控平臺架構(gòu)

為了實(shí)現(xiàn)熱軋工藝過程和質(zhì)量管控平臺功能，可將平臺按2層進(jìn)行架構(gòu)：一是數(shù)據(jù)采集層，二是應(yīng)用層，如圖1所示。

在數(shù)據(jù)采集層中，數(shù)據(jù)采集適配層解決不同類型數(shù)據(jù)采集與接入問題。對于提供標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的控制系統(tǒng)可采用通用適配器驅(qū)動實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，對于一些特殊的接口需要根據(jù)數(shù)據(jù)采集平臺協(xié)議，采用自主研發(fā)接口驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與協(xié)議轉(zhuǎn)換，采集的內(nèi)容包括L1實(shí)時數(shù)據(jù)、L2設(shè)定數(shù)據(jù)、L3計劃和目標(biāo)數(shù)據(jù)、大型儀表數(shù)據(jù)（含表檢）、檢化驗(yàn)數(shù)據(jù)和取樣數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)預(yù)處理算法與存儲模型層負(fù)責(zé)對采集到的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時處理、重整，按照制造過程工藝特征事件、狀態(tài)重整后構(gòu)建不同源數(shù)據(jù)之間關(guān)系，基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲架構(gòu)，以便應(yīng)用程序可以進(jìn)行訪問。統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問接口層對外提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問服務(wù)。訪問接口根據(jù)用戶對工序、參數(shù)的選擇，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域（如粗軋R1、R2，精軋F(tuán)1～F7）數(shù)據(jù)動態(tài)整合，并向用戶返回相應(yīng)的數(shù)據(jù)集。應(yīng)用層根據(jù)用戶需求進(jìn)行開發(fā)與擴(kuò)展，包括質(zhì)量報表在內(nèi)的應(yīng)用功能均可根據(jù)用戶需求進(jìn)行選擇與配置。應(yīng)用層的在線應(yīng)用功能豐富，可根據(jù)用戶配置對熱軋各生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行在線監(jiān)控和產(chǎn)品質(zhì)量在線預(yù)測、判定，用以制造過程質(zhì)量實(shí)時預(yù)警，防止批量問題發(fā)生，并保證產(chǎn)品質(zhì)量一致性；在線判定時根據(jù)產(chǎn)品及規(guī)則不同實(shí)現(xiàn)定制化需求條件下的產(chǎn)品質(zhì)量評級；現(xiàn)場操作人員、質(zhì)檢人員等可根據(jù)在線應(yīng)用預(yù)警情況，對制造過程進(jìn)行優(yōu)化，同時預(yù)警信息或質(zhì)量判定報告也可用于后續(xù)操作中的優(yōu)化或指導(dǎo)。數(shù)據(jù)采集層是平臺構(gòu)建的基礎(chǔ)，而應(yīng)用層主要解決各類質(zhì)量控制需求，也是工藝過程和質(zhì)量管控平臺的核心。

3熱軋質(zhì)量分析模塊

在日常的軋制過程中，如果出現(xiàn)某一質(zhì)量指標(biāo)不合格品，工藝人員習(xí)慣于通過分析該指標(biāo)的所有影響因素與正常軋制或者經(jīng)驗(yàn)參數(shù)之間的對比，得出可能的原因，而這一分析過程存在如下問題：（1）分析過程數(shù)據(jù)量大，而且每次大多是重復(fù)性工作，造成人力資源浪費(fèi)；（2）什么是好的過程參數(shù)難以界定；（3）分析結(jié)果受工藝人員的能力影響。通過熱軋帶鋼質(zhì)量分析模塊，可以有效進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量缺陷原因分析，代替高水平工藝人員的數(shù)據(jù)分析比對過程。質(zhì)量分析模塊的核心內(nèi)容包括：產(chǎn)品質(zhì)量工藝數(shù)據(jù)庫的構(gòu)架、優(yōu)秀樣本庫的建立、軋制狀態(tài)能力評價、基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的質(zhì)量缺陷挖掘，圖2為質(zhì)量分析模塊的功能組成與輸出，其中各個子模塊的功能如下：（1）產(chǎn)品質(zhì)量工藝數(shù)據(jù)庫：根據(jù)不同的產(chǎn)品質(zhì)量影響因素不同，建立各自的產(chǎn)品質(zhì)量工藝數(shù)據(jù)庫，每個產(chǎn)品質(zhì)量單獨(dú)建立數(shù)據(jù)庫表。在數(shù)據(jù)庫表中，存放和對應(yīng)質(zhì)量相關(guān)的工藝過程數(shù)據(jù)，圖3為工藝數(shù)據(jù)庫的原理和基本內(nèi)容。

（2）優(yōu)秀樣本庫的建立：根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)字化評分結(jié)果，將優(yōu)秀的板帶生產(chǎn)過程工藝參數(shù)進(jìn)行工藝判定和特征歸類后，設(shè)定為優(yōu)秀樣本庫，后續(xù)質(zhì)量分析以優(yōu)秀樣本庫的數(shù)據(jù)為參考，給出缺陷原因。

（3）軋制狀態(tài)能力評價：根據(jù)軋機(jī)健康狀態(tài)數(shù)字化評價的部分結(jié)果，用于質(zhì)量分析的參考。

（4）基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的質(zhì)量缺陷挖掘：借助數(shù)據(jù)驅(qū)動方法和建立的優(yōu)秀樣本庫，對質(zhì)量缺陷中的關(guān)鍵過程控制參數(shù)缺陷進(jìn)行挖掘，給出缺陷的原因，主要用到的方法包括主成分分析法、聚類、決策樹、高斯回歸等。

4結(jié)語

提高和改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量是生產(chǎn)廠家面臨的永恒主題，上述歸納、總結(jié)的技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)，只是目前應(yīng)用較為廣泛或公認(rèn)為有效和先進(jìn)的部分。各項(xiàng)內(nèi)容可能是相互制約或相互補(bǔ)充的，因此在應(yīng)用時還須根據(jù)實(shí)際情況去研究、決策。

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