基于大數(shù)據(jù)平臺(tái)的表面缺陷分析系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

張曉琳，余威，曹來(lái)福，張國(guó)紅，亢小敏

基于大數(shù)據(jù)平臺(tái)的表面缺陷分析系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

張曉琳，余威，曹來(lái)福，張國(guó)紅，亢小敏

（北京首鋼股份有限公司，北京 100000）

帶鋼表面質(zhì)量的控制是鋼鐵產(chǎn)品重要質(zhì)量水平的體現(xiàn)，如何提升表面質(zhì)量水平，減少表面問(wèn)題成為各鋼鐵企業(yè)研究的重點(diǎn)。在大數(shù)據(jù)時(shí)代，先進(jìn)的大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)為工業(yè)制造提供了全新的智能支持[1]，經(jīng)過(guò)表檢儀中缺陷數(shù)據(jù)與表面圖片的研究，結(jié)合表面缺陷分析的應(yīng)用場(chǎng)景，依托大數(shù)據(jù)技術(shù)，建立一貫制過(guò)程質(zhì)量控制系統(tǒng)表面缺陷分析功能。

分析系統(tǒng)；表面缺陷；缺陷分析；大數(shù)據(jù)

首鋼股份公司全流程共20個(gè)機(jī)組，共10個(gè)表檢儀，涵蓋工序?yàn)闊彳?、冷軋，表檢儀類型包括百事泰與康耐視。首鋼前期質(zhì)量分析應(yīng)用系統(tǒng)中只成功實(shí)現(xiàn)曲線和單值的展示與分析，為加強(qiáng)表面缺陷的系統(tǒng)應(yīng)用，進(jìn)行表面缺陷展示與分析，首鋼一貫制過(guò)程質(zhì)量控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)進(jìn)行了大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)與應(yīng)用系統(tǒng)功能建立，實(shí)現(xiàn)了首鋼首次完成全流程表面缺陷分析功能。

1 表面缺陷數(shù)據(jù)與圖片的大數(shù)據(jù)平臺(tái)存儲(chǔ)

大數(shù)據(jù)平臺(tái)是以容量大、類型多、存取速度快、應(yīng)用價(jià)值高為主要特征的數(shù)據(jù)集合，正快速發(fā)展為對(duì)數(shù)據(jù)量大、來(lái)源分散、格式多樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)和關(guān)聯(lián)分析，從中發(fā)現(xiàn)新知識(shí)、創(chuàng)造新價(jià)值、提升新能力的新一代信息技術(shù)[1]。為保證應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，系統(tǒng)選擇搭建大數(shù)據(jù)平臺(tái)作為數(shù)據(jù)支持，通過(guò)數(shù)據(jù)采集將表面缺陷圖片與缺陷數(shù)據(jù)由表檢儀服務(wù)器進(jìn)行采集，采用多線程技術(shù)，各產(chǎn)線數(shù)據(jù)采集相互獨(dú)立，具有斷點(diǎn)續(xù)傳功能，大數(shù)據(jù)平臺(tái)基于Hadoop開(kāi)源架構(gòu)實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，滿足缺陷圖片、缺陷數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)需求，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的表面數(shù)據(jù)與圖片的數(shù)據(jù)支撐。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)與建立

影響帶鋼產(chǎn)品質(zhì)量的表面缺陷形貌多樣、機(jī)理復(fù)雜，涉及冶金成分控制、鑄坯質(zhì)量、熱軋、冷軋等多個(gè)工藝環(huán)節(jié)[2]。缺陷分析需要進(jìn)行表檢圖片與數(shù)據(jù)的查看，尋找缺陷特點(diǎn)與發(fā)生規(guī)律，再與工藝參數(shù)相結(jié)合進(jìn)行缺陷原因研究。以往表檢數(shù)據(jù)與圖片只能在表檢儀終端查看，登錄人數(shù)有限，且所有分析只能在線下完成。為提高表面分析的自動(dòng)化程度，基于大數(shù)據(jù)平臺(tái)技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

2.1 單工序表面缺陷分析

單工序表面缺陷分析可進(jìn)行單工序單卷表面缺陷分析、單工序表面缺陷分析、單工序表面缺陷分布特征分析，功能主要如下。

2.1.1 單工序單卷表面缺陷分析

用于單卷上下表面聯(lián)合分析，可展示缺陷概略圖與缺陷圖片，進(jìn)行上下表面缺陷的對(duì)應(yīng)分析。

單工序單卷表面缺陷分析如圖1所示。

圖1 單工序單卷表面缺陷分析

2.1.2 單工序表面缺陷分析

實(shí)現(xiàn)單工序同表面缺陷分析，可同時(shí)進(jìn)行多卷分析，可進(jìn)行上下表面轉(zhuǎn)換，表面缺陷概略圖橫縱向展示轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)各卷間缺陷演變與規(guī)律分析。

2.1.3 單工序表面缺陷分布特征分析

為幫助實(shí)現(xiàn)缺陷分布規(guī)律分析，設(shè)計(jì)了單工序表面缺陷分布特征分析功能，分為操作側(cè)、傳動(dòng)側(cè)、中心線、頭部、尾部、寬度方向、長(zhǎng)度方向的分析，通過(guò)分布特征閾值與判斷方法的設(shè)置，如表1所示，計(jì)算各卷符合規(guī)律的情況，實(shí)現(xiàn)缺陷集中規(guī)律查找與分析。

2.2 跨工序表面缺陷分析

為分析全流程各工序表面缺陷演變，通過(guò)研究各工序頭尾與操作傳動(dòng)兩側(cè)的翻轉(zhuǎn)規(guī)律，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)任一卷在生產(chǎn)制程中有表檢儀工序的缺陷查詢分析，具備各工序缺陷概略圖合并的功能，實(shí)現(xiàn)全流程表面缺陷演變與跨工序缺陷對(duì)比規(guī)律分析。

2.3 跨工序表面缺陷和參數(shù)對(duì)比分析

表面缺陷分析完成后，為研究表面缺陷原因，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了表面缺陷與工藝參數(shù)對(duì)比分析，進(jìn)行表面缺陷原因分析，為表面攻關(guān)確定指明方向，如圖2所示。

3 結(jié)論

首鋼一貫制過(guò)程質(zhì)量控制系統(tǒng)基于大數(shù)據(jù)平臺(tái)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)表面缺陷展示與分析，是首鋼首次完成全流程表面缺陷應(yīng)用系統(tǒng)建立。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)單工序單卷表面缺陷分析、單工序表面缺陷分析、單工序表面缺陷分布特征分析、跨工序表面缺陷分析、跨工序表面缺陷和參數(shù)對(duì)比分析功能，進(jìn)行表面缺陷各維度研究分析，為表面攻關(guān)確定指明方向。

表1 單工序表面缺陷分布特征判斷

項(xiàng)目分類類型數(shù)據(jù) 缺陷特征縱向集中表現(xiàn)操作側(cè)操作側(cè)起寬度10% 傳動(dòng)側(cè)傳動(dòng)側(cè)起寬度10% 中心線寬度45%～55% 長(zhǎng)度方向去除頭尾與寬度兩側(cè)覆蓋范圍，寬度10等分，長(zhǎng)度100等分，共1 000個(gè)區(qū)域 橫向集中表現(xiàn)頭部頭部起長(zhǎng)度5% 尾部尾部起長(zhǎng)度5% 寬度方向去除頭尾與寬度兩側(cè)覆蓋范圍，寬度10等分，長(zhǎng)度100等分，共1 000個(gè)區(qū)域 特征閾值單區(qū)域顯著操作側(cè)、傳動(dòng)側(cè)、中心線、頭部、尾部，為0.001×0.75；寬度、長(zhǎng)度，為0.001×1.5 整體顯著60% 判斷方法單區(qū)域顯著判斷區(qū)域內(nèi)某缺陷數(shù)量與整卷該缺陷數(shù)量占比大于閾值 整體是否顯著顯著區(qū)域的數(shù)量占比大于閾值 是否指定缺陷如指定缺陷，按指定缺陷計(jì)算；未指定，按照所有缺陷計(jì)算，任一缺陷顯著，既整卷顯著

圖2 跨工序表面缺陷和參數(shù)對(duì)比分析

［1］張鵬.工業(yè)大數(shù)據(jù)在煉鐵生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用［J］.世界金屬導(dǎo)報(bào)，2020（B15）：1-5.

［2］王少.熱軋板帶表面質(zhì)量智能化自動(dòng)判定系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用［J］.中國(guó)冶金，2019（29）：70-73.

2095－6835（2020）10－0139－02

TP311.13

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.10.062

張曉琳（1984—），女，碩士，中級(jí)工程師，研究方向?yàn)橘|(zhì)量管理。

〔編輯：王霞〕