大數(shù)據(jù)過程質量控制系統(tǒng)在鋼鐵生產中的應用

董冠求

(天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津 301500)

為保證高端鋼鐵產品生產過程中的質量控制需要，實現(xiàn)“穩(wěn)定、高效、有序”生產這一目標，鋼鐵企業(yè)借助質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，達成鋼鐵企業(yè)生產產品在生產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。

1 組建線上質量自動判定系統(tǒng)

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

水平參差不齊以及個人因素的影響，會造成質量判定的誤差甚至錯誤，嚴重影響了鋼鐵企業(yè)生產產品的質量結果。部分鋼鐵生產企業(yè)引進了自動化、智能化在線質量判定系統(tǒng)，給鋼鐵企業(yè)的產品質量把控帶來了很好的標桿效應，該在線系統(tǒng)根據(jù)生產過程中主要參數(shù)，設定“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，從而實現(xiàn)生產過程的在線實時監(jiān)測、實時判定反饋，確保各個生產各個環(huán)節(jié)的標準化、可控化。同時，通過實時監(jiān)測反饋，生產技術人員還可以通過反饋結果發(fā)現(xiàn)生產薄弱環(huán)節(jié)，以便加強薄弱環(huán)節(jié)的管理，修正加工工藝，完善業(yè)務流程改造。此外，隨著市場競爭的激勵以及鋼鐵行業(yè)產能過剩的影響，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，對鋼鐵產品的尺寸公差、外形公差等精度要素嚴格控制，從而確保鋼鐵產品的物理性能和化學性能。最后，通過在線系統(tǒng)檢測反饋的主要參數(shù)，可以很好的指導工廠科學的生產經(jīng)營及提高效率，這些參數(shù)對科學研究也有重要的研究價值和意義[1]。

2 運用大數(shù)據(jù)及網(wǎng)絡技術構建大數(shù)據(jù)庫

網(wǎng)絡技術當前蓬勃發(fā)展，也推動著數(shù)據(jù)技術的空前發(fā)展，特別是大數(shù)據(jù)技術，被應用到各行各業(yè)，發(fā)揮了很好的作用。運用網(wǎng)絡及大數(shù)據(jù)技術，可以對網(wǎng)絡視頻、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡照片等數(shù)據(jù)進行篩選整理，然后加載到數(shù)據(jù)庫，完成大數(shù)據(jù)庫的建立，通過不斷的更新補充數(shù)據(jù)，使大數(shù)據(jù)分析幫助不同生產工序之間的實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，為在線實時監(jiān)測判斷及統(tǒng)計分析提供基礎。

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行，目前主要通過物理方法，同時結合網(wǎng)絡技術中網(wǎng)關隔離的手段，隔離信息系統(tǒng)和生產系統(tǒng)。數(shù)據(jù)運行速度非常高，需要運用非常高速的數(shù)據(jù)庫，通過編寫匹配數(shù)據(jù)、篩選清楚軟件，建立覆蓋全生產工藝及設備運行參數(shù)的大數(shù)據(jù)庫。采集網(wǎng)絡如圖1所示。

2.2 存儲數(shù)據(jù)

在生產過程中，對于關鍵參數(shù)數(shù)據(jù)要讀取并記錄存儲，這些參數(shù)主要包括：檢測設備數(shù)據(jù)參數(shù)、投料的數(shù)據(jù)、傳感器設備參數(shù)、控制設備數(shù)據(jù)；另外，從工廠生產管理的角度，產品的批次、檢驗化驗過程、成品的質量特性數(shù)據(jù)等，應從時間及空間的角度，按照一定的規(guī)則對應整理、存儲，從而保證產品質量按照批次可追溯，產品缺陷按照批次可追蹤。常用的MES轉存數(shù)據(jù)是通過運用Oracle數(shù)據(jù)庫，來與在線監(jiān)測的實時參數(shù)進行匹配，從而對生產過程進行分析、追溯。

2.3 處理數(shù)據(jù)

如上分析，該系統(tǒng)將鋼鐵生產過程的主要參數(shù)與工廠生產管理要求（如產品批次、檢驗化驗過程等）從時間及空間的角度進行對應整合，對于基礎的啟動、停止等接口融入大數(shù)據(jù)庫，從而增加歷史生產過程中的歷史數(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)務表的數(shù)據(jù)參數(shù)轉存[2]。此外，該系統(tǒng)還可以比對實際生產開始時間和系統(tǒng)開始時間，取最小差值的對應的數(shù)據(jù)，然后去匹配MES實際生產表里的產品批次號，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)最終實際存儲在業(yè)務表，因此，數(shù)據(jù)需要從接口表移存至業(yè)務表，同時該系統(tǒng)提供修正、補錄功能，生產技術人員可以人工將丟失的數(shù)據(jù)手動補錄到該系統(tǒng)，使數(shù)據(jù)更加完整。關于數(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

3 產品性能在線預測技術

依據(jù)鋼鐵在生產過程中的核心數(shù)據(jù)，通過實時獲取的參數(shù)，并通過系統(tǒng)關聯(lián)至對應的生產批次，例如，C元素當量、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，運用回歸擬合法的原理，結合向量機，使C元素當量、板坯的薄厚度、開始軋鋼時候溫度、結束軋鋼時候的溫度、精軋壓下率、卷取的溫度等關鍵影響因子與抗拉伸強度、屈服強度、伸長率等三大力學性能指標的關系公式化，從而通過公式初步預測產品的力學性能指標，同時，針對預測系統(tǒng)預測的產品，也要求檢驗部門對全部產品實行全檢，確保預測精度，最終提升產品的合格率。考慮到不同用戶的個性化需求，來配置不同的公式參數(shù)，生產滿足不同用戶使用工況的鋼種和規(guī)格，擴大市場范圍。通過在系統(tǒng)的預測性能界面，根據(jù)不同參數(shù)輸入輸出及不同數(shù)據(jù)條件的設定編輯，來實現(xiàn)廣泛的鋼種和規(guī)格生產制造。不同的參數(shù)配置及數(shù)據(jù)條件設定，可以生產出不同的鋼種，不同的鋼種具有不同的物理特性和化學特性，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)的界面設定也非常人性化，生產技術人員或操作工人可以通過點擊“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)＋”的客戶服務平臺

運用“互聯(lián)網(wǎng)＋”的理念和指導思想，建立針對用戶的網(wǎng)絡服務平臺，根據(jù)用戶的個性化需求進行有的放矢的生產經(jīng)營活動，從而更做到優(yōu)質的服務用戶，整體提升用戶的滿意度。從更好服務用戶的角度出發(fā)，創(chuàng)造差異化服務，并以用戶滿意度及服務水平為核心，提升鋼鐵企業(yè)的競爭力，對于重點用戶，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)應用系統(tǒng)，實時分享生產數(shù)據(jù)并結合用戶需求反饋，實時調整最佳生產數(shù)據(jù)。從現(xiàn)代化信息支撐方面及銷售的角度，首先應該考慮建立現(xiàn)貨銷售服務平臺，從用戶詢單接收，到報價處理，再到合同簽訂，最后到產品交付等銷售環(huán)節(jié)的高效處理；其次，針對期貨產品，也要利用網(wǎng)絡系統(tǒng)進行實施監(jiān)控，隨時隨地關注用戶的動向，以便提供必要的及時服務；最后，需要運用互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的廣覆蓋特點，建立網(wǎng)絡營銷組織，更大范圍、更大面積的實現(xiàn)銷售，銷售不僅僅局限于PC端渠道，也需要配合手機端渠道，從售前咨詢、售中溝通、售后服務方面提供全方位的系統(tǒng)服務。

綜上所述，運用互聯(lián)網(wǎng)技術，結合大數(shù)據(jù)應用的過程質量自動控制系統(tǒng)，對于鋼鐵生產企業(yè)的生產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)生產過程的產品質量，還可以更好的指導企業(yè)按照用戶的個性化需求定制生產，同時也大大提高了企業(yè)的生產效率，從而最大化的提升了鋼企的市場競爭力。