MES 系統(tǒng)在熱軋產(chǎn)品質(zhì)量管理中的應(yīng)用

田 丹

（河鋼集團唐山鋼鐵集團有限責任公司，河北 063000）

0 引言

質(zhì)量作為產(chǎn)品的生命，已成為了企業(yè)發(fā)展所立足的根基。在當前供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革持續(xù)推進的形勢下，鋼鐵行業(yè)的發(fā)展早已不再是盲目追求數(shù)量，而是追求在保障產(chǎn)品質(zhì)量條件下的數(shù)量。在目前嚴峻的市場環(huán)境下，企業(yè)要想走出困境尋求可持續(xù)發(fā)展路徑，就要加大產(chǎn)品質(zhì)量的管控力度，以規(guī)避質(zhì)量異議、提高客戶的滿意度和以及產(chǎn)品的競爭力。而對產(chǎn)品質(zhì)量進行全面的判定評估，把好每道工序的質(zhì)量關(guān)，是將產(chǎn)品質(zhì)量提升到一個更高水平的重要手段。

盡管產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中質(zhì)量被以嚴格監(jiān)控，但因異常突發(fā)狀況還是會造成產(chǎn)品質(zhì)量問題，若最終檢驗過程出現(xiàn)偏差，會造成不合格產(chǎn)品流入下道工序和市場。因此要強化產(chǎn)品出廠前的檢驗，尋求一種有效的質(zhì)量檢驗方式，對產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)層層把關(guān)，保證產(chǎn)品質(zhì)量滿足下道工序和客戶需求。本文介紹了MES 在唐山鋼鐵公司連鑄板坯及熱軋卷產(chǎn)品出廠前質(zhì)量檢驗方面的應(yīng)用情況，分別從煉鋼區(qū)和軋鋼區(qū)兩部分介紹了MES 在產(chǎn)品質(zhì)量管理和檢驗方面的應(yīng)用效果。

1 MES 系統(tǒng)質(zhì)量管理模式

制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）因長期收集生產(chǎn)環(huán)境中的過程數(shù)據(jù)，形成了龐大的信息庫，為企業(yè)數(shù)字化發(fā)展提供了有效的利用資源，作為一種面向生產(chǎn)過程和實時信息采集的系統(tǒng)在各鋼鐵企業(yè)受到了越來越多的重視。MES 作為連通四級ERP 和二級生產(chǎn)自動化的橋梁，在企業(yè)整個信息化系統(tǒng)架構(gòu)中起到了承上啟下的中間作用，上傳下達實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)的同時，也為企業(yè)決策提供數(shù)據(jù)參考[1]。

唐鋼熱軋MES 系統(tǒng)自上線以來，根據(jù)公司整體信息化建設(shè)管理的要求，形成了集生產(chǎn)計劃管理、全廠物流跟蹤、庫存管理、質(zhì)量管理、能源介質(zhì)收集、消耗實績收集與成本管理等生產(chǎn)控制、過程優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)度、計劃決策、成本分析于一體的廠級生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)。不同功能模塊在使用上相對獨立的同時，也將按照客戶的業(yè)務(wù)需求將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以既定規(guī)則進行串聯(lián)，在保障數(shù)據(jù)獨立性的同時，實現(xiàn)不同模塊區(qū)間的數(shù)據(jù)互通與全流程信息追溯。圖1是MES 與四級ERP 系統(tǒng)間的交互信息流：MES 系統(tǒng)接受到四級ERP 的訂單信息，形成組織生產(chǎn)計劃并排產(chǎn)下發(fā)到二級自動化，同時對生產(chǎn)實際及相關(guān)質(zhì)量信息跟蹤，將生產(chǎn)、消耗等信息反饋給四級ERP 系統(tǒng)，以便進行產(chǎn)品成本、庫存及質(zhì)量等方面的統(tǒng)計分析[2]。

圖1 MES 與ERP 交互信息流

熱軋MES 系統(tǒng)中，在質(zhì)量管理功能中劃分為鋼區(qū)質(zhì)量管理和軋區(qū)質(zhì)量管理兩個模塊，通過對產(chǎn)品的化學成分、生產(chǎn)過程異常事件、表面質(zhì)量、物理性能的校驗進而確定出產(chǎn)品的對應(yīng)質(zhì)量等級，發(fā)現(xiàn)不合格產(chǎn)品及時剔除，達到出廠產(chǎn)品質(zhì)量高度合格的目標。

2 鋼區(qū)質(zhì)量檢驗

鋼區(qū)質(zhì)量檢驗的主要產(chǎn)品是連鑄板坯，MES 鋼區(qū)質(zhì)量管理模塊對鑄坯質(zhì)量判定的檢驗內(nèi)容主要包括化學成分和生產(chǎn)過程異常事件，鋼區(qū)質(zhì)量檢驗流程如圖2 所示。

圖2 鋼區(qū)質(zhì)量檢驗流程圖

2.1 化學成分檢驗

鋼材具有應(yīng)用廣泛、品種繁多的特點，主要成分有碳、錳、硫、磷、硅等，按化學成分分類的碳素鋼包括低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼，不同種類的碳素鋼其化學成分都有嚴格的定義。碳素鋼化學成分是保證產(chǎn)品各項性能的關(guān)鍵因素，因此對化學成分的校驗尤為重要。

MES 系統(tǒng)接收上級訂單設(shè)計系統(tǒng)的工藝過程參數(shù)及質(zhì)量項參數(shù)，當下發(fā)生產(chǎn)計劃或接收到生產(chǎn)信號時，MES 結(jié)合訂單設(shè)計系統(tǒng)中的檢驗項，在MES 鋼區(qū)質(zhì)量系統(tǒng)中形成成分檢驗委托并將委托信息發(fā)送至LIMS 質(zhì)檢系統(tǒng)；LIMS 質(zhì)檢系統(tǒng)接收到檢驗委托后，會結(jié)合現(xiàn)場情況取樣，檢驗產(chǎn)品成分數(shù)值，并將結(jié)果反傳至MES 系統(tǒng)。

質(zhì)量管理模塊的化學成分檢驗界面如圖3 所示。MES 通過收集化驗室檢測出的各項成分值，與鋼種的標準成分值比照，當成分實際值符合標準值要求，數(shù)據(jù)條顯示綠色即代表此成分合格；當成分實際值未達到標準值要求，數(shù)據(jù)條顯示紅色即代表此成分不合格，這種情況用戶可選擇成分復驗功能，此時MES 質(zhì)量管理模塊會向成分化驗室發(fā)送成分復驗委托，化驗室接到委托會重新檢驗成分，MES質(zhì)量管理模塊會對再次接收到的復驗成分數(shù)據(jù)進行重新校驗；當成分值出現(xiàn)缺失時，MES 系統(tǒng)質(zhì)量管理模塊的數(shù)據(jù)條出現(xiàn)黃色預(yù)警提醒。

圖3 化學成分檢驗界面

2.2 生產(chǎn)過程異常事件檢驗

鋼區(qū)生產(chǎn)過程中的異常事件在轉(zhuǎn)爐、精煉、連鑄的各個工序都有可能出現(xiàn)，如轉(zhuǎn)爐補吹次數(shù)、精煉二次冶煉、連鑄頭尾坯等。MES 系統(tǒng)質(zhì)量管理模塊會將各工序異常事件全部采集，按用戶需求制定異常事件對應(yīng)的鑄坯質(zhì)量等級對照表，系統(tǒng)根據(jù)對照表會自動給出異常事件對應(yīng)的鑄坯質(zhì)量等級，給出異常事件檢驗等級，這極大減少了人為工作量。MES 系統(tǒng)質(zhì)量管理模塊的生產(chǎn)過程異常事件檢驗界面如圖4 所示。

圖4 異常事件檢驗界面

2.3 鑄坯的終判

結(jié)合成分判定和異常事件判定的結(jié)果，對鑄坯檢驗結(jié)果生成一個終判質(zhì)量等級，如合格，可進入下一工序或外售，如不合格可選擇修復、降判或判廢，這樣有效避免了不合格原料進入下一工序，減少了企業(yè)生產(chǎn)成本，同時提高了生產(chǎn)效率。

3 軋區(qū)質(zhì)量檢驗

軋區(qū)質(zhì)量檢驗的主要產(chǎn)品是熱軋卷，MES 軋區(qū)質(zhì)量管理模塊對熱軋卷質(zhì)量判定的檢驗內(nèi)容主要包括表面質(zhì)量和物理性能事件，軋區(qū)質(zhì)量檢驗流程如圖5 所示。

圖5 軋區(qū)質(zhì)量檢驗流程圖

3.1 鋼卷表面質(zhì)量檢驗

鋼卷表面常見的缺陷有裂紋、結(jié)疤、氣泡，夾雜等。在實際生產(chǎn)中出現(xiàn)瑕疵屬于正?，F(xiàn)象。在交貨時根據(jù)客戶要求，一般情況下鋼卷表面局部缺陷部分的長度不能超過鋼卷總長度的要求比例。一些鋼鐵企業(yè)熱軋卷表面檢測工作一般由質(zhì)檢人員目測完成，工作難度較大，如因人為疏忽未發(fā)現(xiàn)表面存在的嚴重缺陷，會影響客戶對產(chǎn)品的滿意度。唐鋼MES 軋區(qū)質(zhì)量管理模塊會根據(jù)表檢系統(tǒng)采集的鋼卷表面圖像，設(shè)計出不同產(chǎn)品的表面質(zhì)量要求判定標準。對照判定標準，表面質(zhì)量系統(tǒng)可自動計算并推薦相應(yīng)的表面質(zhì)量等級供質(zhì)檢人員參考決策。圖6 顯示的是某鋼卷的表面缺陷圖。

圖6 鋼卷表面質(zhì)量缺陷示意圖

3.2 物理性能檢驗

鋼卷的物理性能是保證其最終使用性能的重要指標，根據(jù)使用環(huán)境的不同要求，MES 上級系統(tǒng)規(guī)定了不同產(chǎn)品的屈服強度、抗拉強度、伸長率、沖擊功以及硬度等性能要求。

MES 質(zhì)量管理模塊的物理性能檢驗界面如圖7所示，系統(tǒng)中可人工選取特定鋼卷作為取樣卷，其余鋼卷作為替代卷，取樣卷取完樣后送檢驗室進行性能檢驗，MES 系統(tǒng)收取到性能結(jié)果后進行組批操作，即以取樣卷為標準生成替代卷性能。需要注意的是替代批次不能作為取樣批次成為其他替代批次的物理性能樣本，轉(zhuǎn)換批次身份需再上報ERP 之前先解除其替代批次身份進行取樣后，方可成為取樣批次。MES 系統(tǒng)質(zhì)量管理模塊進行性能判定時，是將各個物理性能與鋼卷要求性能上下限做比較，性能合格顯示綠色，性能不合顯示紅色，不合格時可進行性能復驗或性能重檢，待檢驗結(jié)果返回時再對性能判定，性能缺失時黃色提示。

圖7 鋼卷性能判定界面

3.3 鋼卷終判

結(jié)合表面質(zhì)量及物理性能判定結(jié)果，對鋼卷檢驗結(jié)果生成一個質(zhì)量終判等級，終判等級分為合格、三級品、廢品、修復及改判。如合格，可按原計劃訂單外售，不合格時，可進入平整工序?qū)Υ嬖诘娜毕葸M行修復，存在瑕疵時也可對降級產(chǎn)品與客戶進行協(xié)商低價售出，這樣節(jié)約成本的同時減少了產(chǎn)品庫存。

4 結(jié)論

唐山鋼鐵公司MES 在鋼區(qū)和軋區(qū)質(zhì)量管理體系中，利用信息化系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)按照質(zhì)量分級判定模型計算得出的判定結(jié)果代替人工判定產(chǎn)品質(zhì)量等級，實現(xiàn)了對連鑄板坯和熱軋卷產(chǎn)出質(zhì)量全程管控的信息化、自動化和標準化。該系統(tǒng)可實現(xiàn)從多維度對鑄坯及鋼卷產(chǎn)品質(zhì)量進行全面的評估，避免不合格產(chǎn)品進入下一道工序、劣質(zhì)產(chǎn)品流入市場，保證了交貨產(chǎn)品完全滿足客戶的質(zhì)量要求，對保證企業(yè)的市場占有率、提升企業(yè)質(zhì)量口碑起到了關(guān)鍵作用。同時為其他相關(guān)行業(yè)的質(zhì)量檢驗提供了有效參考。