信息化建設對焊管質量管控的作用

魏耀華，閔祥玲，賀松松，李 立，崔明亮，于英杰，張占國

（1.中國石油渤海石油裝備制造有限公司研究院，河北 青縣062658；2.渤海裝備南京巨龍鋼管有限公司，江蘇 南京210061；3.渤海裝備華油鋼管公司，河北 青縣062658）

隨著能源開發(fā)和經濟建設的快速發(fā)展，應用在長距離油氣輸送、城市管網的鋼管數(shù)量不斷增加，而且對高標準、高質量焊管的需求不斷加大，隨即帶動焊管制造企業(yè)數(shù)量以及生產能力不斷增加，這就需要更加完善和嚴格的質量控制體系來保證焊管質量安全。生產線信息化系統(tǒng)通過工藝質量控制、數(shù)據(jù)采集、物流跟蹤、智能識別等技術，收集各功能模塊的質量信息，按照日期、人、機、料、工序等條件或復合條件自動生成報表，方便存儲、查詢。同時，以餅圖、柱狀圖、趨勢圖等統(tǒng)計分析工具，直觀地反映質量控制狀況，一方面有利于發(fā)現(xiàn)存在的關鍵質量問題，實施質量改進，另一方面又能對質量改進前后的效果進行驗證，有效促進質量管理水平的快速提升［1-12］。

1 焊管生產線信息化建設情況

近年來結合焊管生產線的實際情況，焊管企業(yè)成功開發(fā)并實施了制造企業(yè)生產過程執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，簡稱MES）、物聯(lián)網等信息系統(tǒng)。實現(xiàn)了制造過程的可追溯，對產品的生產過程進行記錄，管理采集原材料情況和生產過程情況（工藝、設備、質量等），從而及時發(fā)現(xiàn)生產過程中的質量問題，也為后續(xù)質量問題的分析提供證據(jù)支持；實現(xiàn)了實時展現(xiàn)生產過程中的設備加工情況、計劃執(zhí)行情況、生產調度情況、報警等信息內容；實現(xiàn)了生產過程中產生的實時數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，歷史數(shù)據(jù)追溯查詢，從而為生產管理者提供生產監(jiān)控、質量跟蹤、焊管大數(shù)據(jù)綜合利用的信息化平臺。

2 信息化建設在焊管質量管控中的作用

2.1 工藝流程管控

MES系統(tǒng)以鋼管工程和鋼管管號為主體，貫通全部質量管控環(huán)節(jié)。鋼管生產檢驗流程自定義：鋼管生產檢驗流程根據(jù)不同鋼管工程和鋼管標準自定義主流程和子流程，能夠滿足任意新檢驗流程的快速部署。

焊管生產過程中，由于不同工程的承擔機組和不同技術要求等原因，該工程的焊管生產時需要哪些工序，以及工序的先后順序，均需根據(jù)實際情況靈活配置。為滿足這種靈活配置的需求，系統(tǒng)設計了工序的流程化管理功能。某焊管生產線生產檢驗流程如圖1所示。

圖1 焊管生產線生產檢驗流程示意

流程分為主流程和子流程。主流程表示工程在對應機組生產時，在沒有任何缺陷問題時的生產工序流程，從上料直到最后的終檢。當鋼管在任何工序發(fā)現(xiàn)缺陷后，用戶需要另外處理的流程工序，就是子流程，包括返切、返修、降廢、手探復查等子流程。子流程可以任意添加，比如抽檢、返切（長度不夠）等新子流程。子流程也可以嵌套。鋼管生產前，在對應的鋼管工程定義中，用戶可以手動設置每個機組對應的主流程，并定義任何一個機組工序對應的子流程控制。所有的流程內工序及其順序都可根據(jù)實際需求進行自定義。

流程跟蹤：切管→X光射線檢查→管端拍片→管端整圓→水壓→超聲波探傷→管端手探→管體非分層→坡口面探傷→成品→稱重測長→終檢。

2.2 工藝指標管控

系統(tǒng)管理員、維護人員以及工藝工程師能夠在系統(tǒng)中定義生產工藝、檢驗項目以及設置工藝參數(shù)范圍，同時用戶可以增加或修改產品規(guī)格參數(shù)。工序工藝指標定義界面如圖2所示，在對應的數(shù)據(jù)采集界面就能夠按照定義的指標數(shù)據(jù)展示并控制數(shù)據(jù)的輸入，如果采集數(shù)據(jù)超出工藝指標，系統(tǒng)會給出報警提示并根據(jù)結果控制焊管的流程流轉。工序工藝指標采集超限報警界面如圖3所示。

圖2 工序工藝指標定義界面示意

圖3 工序工藝指標采集超限報警界面示意

鋼管試驗和試驗指標自定義功能能夠滿足各類質量標準要求的理化試驗需求，定義界面如圖4所示。

圖4 理化試驗定義界面示意

2.3 生產質量數(shù)據(jù)信息采集與跟蹤追溯

焊管企業(yè)在MES（制造企業(yè)生產過程執(zhí)行系統(tǒng)）和物聯(lián)網實施的過程中，逐步部署了OPC（OLE for Process Control，用于過程控制的OLE，是一個工業(yè)標準）Server、SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制）系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)等，進行了大量的信息系統(tǒng)與生產線設備的數(shù)據(jù)接口開發(fā)工作，通過OPC Server采集生產線PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器）等設備的數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)傳遞給SCADA系統(tǒng)，SCADA系統(tǒng)通過在線管號識別將數(shù)據(jù)與管號對應綁定后傳入數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)。生產質量數(shù)據(jù)采集流向如圖5所示。數(shù)據(jù)自動采集的實現(xiàn)，在減輕工人勞動強度的同時，避免了質量數(shù)據(jù)的人為干預，為質量管理、統(tǒng)計分析及質量追溯提供了最原始、最真實的數(shù)據(jù)信息。

圖5 生產質量數(shù)據(jù)采集流向

信息化建設實現(xiàn)了鋼管工藝、質量數(shù)據(jù)的監(jiān)測與追溯查詢，結合鋼管二維碼信息，通過每個鋼管的唯一標志在信息系統(tǒng)中可以查詢追溯到該鋼管的生產工藝、質量數(shù)據(jù)。生產物流監(jiān)測如圖6所示，焊管質量數(shù)據(jù)跟蹤追溯界面如圖7所示。

圖6 生產物流監(jiān)測界面示意

圖7 焊管質量數(shù)據(jù)跟蹤追溯界面示意

2.4 產品數(shù)據(jù)自動測量

鋼管自動綜合測量：采用機器人測量的形式，在機器人手臂上安裝檢測傳感器。機器人帶動測量傳感器沿鋼管管壁旋轉一周，獲得鋼管管端形貌數(shù)據(jù)，通過專業(yè)算法得出鋼管周長、不圓度等尺寸數(shù)據(jù)。鋼管外焊縫形貌檢測裝置安裝在超聲波探傷機架上，采用2D激光傳感器掃描鋼管外焊縫形貌，實現(xiàn)鋼管外焊縫寬度、高度、錯邊及“噘嘴”等質量數(shù)據(jù)的自動檢測。

操作人員在終檢崗位的MES客戶端按順序逐根錄入管號時，鋼管自動綜合測量裝置可實現(xiàn)從MES系統(tǒng)自動獲得鋼管信息（管號、班次等），并將其與測量數(shù)據(jù)進行匹配，然后存儲及上傳。鋼管自動綜合測量裝置及系統(tǒng)界面如圖8所示。

圖8 鋼管自動綜合測量裝置及系統(tǒng)界面示意

擴徑后自動測量：擴徑后鋼管周長、不圓度自動測量裝置是采用12個激光位移傳感器對鋼管周長及不圓度進行自動檢測。系統(tǒng)可在鋼管通過環(huán)形檢測裝置過程中對同一截面的數(shù)據(jù)進行連續(xù)采集與監(jiān)控。采集完成后，通過對12個位移傳感器的數(shù)值進行曲線擬合，完成測量位置的不圓度、不直度和周長計算。

2.5 產品信息自動噴標

在焊管防腐出庫前各建設一套鋼管內、外自動噴標系統(tǒng)。噴涂條形碼字體清晰、明顯、牢靠、穩(wěn)定性高，并實現(xiàn)全自動控制，完成了與MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成，在解決了垛區(qū)中部分鋼管外壁二維碼遮擋，不便于人工識別問題的同時，有效避免了人為因素導致的噴標質量問題。

2.6 質量信息的加工處理、輸出和利用

質量信息查詢、統(tǒng)計及分析：對生產過程中所采集的質量數(shù)據(jù)、缺陷和問題按照指定條件進行查詢、統(tǒng)計、排序。質量信息查詢條件可以為年、月、周、班次、產品等；缺陷和問題查詢條件可以為崗位、工序、管號、缺陷原因以及類型等。

質量缺陷主次因素分析：把某個時段內質量缺陷發(fā)生的頻次、所占百分比按車間、班次、產品等條件排列分析，便于找出主要的質量問題。

質量綜合管理：通過在線質檢數(shù)據(jù)和離線質檢數(shù)據(jù)的歸檔生成母材不合格及復取、焊接不合格、退庫以及降級（說明降級原因）等清單，系統(tǒng)支持鋼管復檢計數(shù)等。成品檢驗正態(tài)分析及成品檢驗控制分析如圖9所示。

圖9 成品檢驗正態(tài)分析及控制分析示意

質量信息的輸出是根據(jù)客觀條件和實際工作需要采用不同的輸出方式和表現(xiàn)方式向用戶提供及時、準確、方便、實用的信息，提高質量管理工作的效率，充分發(fā)揮質量管理信息系統(tǒng)的作用。

為了便于掌握質量管理信息，質量管理模塊根據(jù)存儲的大量數(shù)據(jù)、預先設置的計算公式以及統(tǒng)計報表模板，自動生成多層次和多角度統(tǒng)計報表，將點狀的質量數(shù)據(jù)連成了網狀信息，并在廠內實現(xiàn)共享功能，不同部門及不同崗位人員依據(jù)各自的權限設置，都能在線進行查詢、瀏覽與自身相關的質量信息，提高了質量信息溝通的及時性和準確性。

目前焊管生產線主要輸出工序生產記錄、日月報、質證書、碼單等報表記錄以及各種個性化的數(shù)據(jù)查詢。

理化數(shù)據(jù)分析：通過分析模板配置，可以實現(xiàn)理化試驗指標分析、審查檢驗指標分析等?？勺詣由煞治鰣D表：柱狀圖、趨勢圖、直方圖等。

3 結 語

目前，焊管生產線通過信息化系統(tǒng)的建設初步完成了從計劃任務到最終產品的生產活動的全生命周期的管理與監(jiān)控。通過MES、物聯(lián)網、自動測量系統(tǒng)及其他配套信息系統(tǒng)的有效集成，將精確的數(shù)據(jù)及時傳遞并分散到各個相關流程部門處理，引導、響應和報告車間的生產動態(tài)，實現(xiàn)了質量規(guī)范信息的傳遞、質量檢驗、質量控制、質量追溯等，完善了質量管理手段，提升了焊管生產全生命周期質量管控的能力。