鋼鐵全流程質(zhì)量管控及大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用

鞍鋼股份有限公司

一、企業(yè)及項(xiàng)目概況

鞍鋼股份有限公司于1997年5月8日由鞍山鋼鐵集團(tuán)有限公司獨(dú)家發(fā)起設(shè)立，股票分別在香港聯(lián)交所（股票代碼：00347）和深圳證券交易所（股票代碼：000898）掛牌上市。公司注冊(cè)資本為72.34億元。鞍鋼是新中國(guó)第一個(gè)恢復(fù)建設(shè)的大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)和最早建成的鋼鐵生產(chǎn)基地，被譽(yù)為“中國(guó)鋼鐵工業(yè)的搖籃”、“共和國(guó)鋼鐵工業(yè)的長(zhǎng)子”。鞍鋼擁有燒結(jié)、焦化、煉鐵、煉鋼、軋鋼等完整的鋼鐵生產(chǎn)流程和配套設(shè)施，主體生產(chǎn)工藝和技術(shù)裝備達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，產(chǎn)品涵蓋了熱軋板、冷軋板、鍍鋅板及彩涂板、中厚板、大型材、線材、無(wú)縫鋼管、冷軋硅鋼等。公司汽車板、家電板、集裝箱板、造船板、高速重軌等產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于鐵路、造船、汽車、家電、石油化工、電力等領(lǐng)域。公司產(chǎn)品綜合市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)，在國(guó)內(nèi)外享有歷史聲譽(yù)和較高的知名度。多年來(lái)與戰(zhàn)略用戶和供應(yīng)商逐步建立起互利互信、久經(jīng)考驗(yàn)的合作關(guān)系，具有一定競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的供應(yīng)鏈。

目前，針對(duì)制造過(guò)程的數(shù)據(jù)采集、在線質(zhì)量判定、設(shè)備狀態(tài)診斷與大數(shù)據(jù)分析技術(shù)主要集中在生產(chǎn)質(zhì)量控制方法或信息系統(tǒng)研究，但是深入詳細(xì)的分析方法、技術(shù)和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)手段比較缺乏。另外MES系統(tǒng)中的質(zhì)量管理功能單一集成性差，缺乏對(duì)質(zhì)量相關(guān)數(shù)據(jù)的有效組織和管理，不能從多工序角度發(fā)展產(chǎn)品和提升質(zhì)量。質(zhì)量數(shù)據(jù)分析仍停留在簡(jiǎn)單的報(bào)表制作與數(shù)據(jù)匯總，產(chǎn)品質(zhì)量設(shè)計(jì)過(guò)程依賴于經(jīng)驗(yàn)，缺乏系統(tǒng)建模支撐業(yè)務(wù)人員對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量變化趨勢(shì)的深入研究。鋼鐵流程的多工序全連續(xù)生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量遺傳耦合特征顯著，需要由不同功能但又相互關(guān)聯(lián)、相互支撐、相互制約的多種工序、多個(gè)部門(mén)協(xié)同。傳統(tǒng)的質(zhì)量管控模式為“事后”抽檢模式，難以實(shí)現(xiàn)全過(guò)程質(zhì)量追蹤監(jiān)控和全局優(yōu)化，敏捷性低和協(xié)同性差，迫切需要在方法和技術(shù)上進(jìn)行創(chuàng)新。鋼鐵全流程質(zhì)量管控及大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用項(xiàng)目將基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)新技術(shù)融合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)鋼鐵企業(yè)全流程質(zhì)量管控分析，以解決鋼鐵企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量管理問(wèn)題為導(dǎo)向，提升產(chǎn)品品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量數(shù)據(jù)在線分析、設(shè)備監(jiān)控、智能診斷等。項(xiàng)目將搭建以客戶、產(chǎn)品為主線的全流程質(zhì)量大數(shù)據(jù)共享和分析平臺(tái)以及共享數(shù)據(jù)資源體系，對(duì)各類業(yè)務(wù)進(jìn)行前瞻性預(yù)測(cè)及分析，為各層次用戶提供統(tǒng)一的決策、分析和業(yè)務(wù)支撐，提升數(shù)據(jù)共享與流轉(zhuǎn)能力。聚焦涉及產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理、匯聚、分析、交互的全生命周期，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)利用和深度挖掘。

二、項(xiàng)目主要實(shí)施內(nèi)容

（一）關(guān)鍵工藝設(shè)備數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)全流程物質(zhì)流、信息流時(shí)空精準(zhǔn)匹配

從各種數(shù)據(jù)源獲取制造過(guò)程工藝質(zhì)量數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)提供的標(biāo)準(zhǔn)接口驅(qū)動(dòng)，以及自主開(kāi)發(fā)的接口等，實(shí)現(xiàn)從基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)、過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)、MES、ERP、大型檢測(cè)儀器、儀表等，按設(shè)定要求采集從煉鋼、連鑄、熱軋、冷軋等全工序產(chǎn)品制造過(guò)程的重要工藝參數(shù)、設(shè)備參數(shù)、質(zhì)量參數(shù)、物料參數(shù)、判定結(jié)果以及控制系統(tǒng)報(bào)警事件等。

利用設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并適當(dāng)結(jié)合設(shè)備自身特點(diǎn)、生產(chǎn)過(guò)程工藝數(shù)據(jù)等，構(gòu)建智能報(bào)警指標(biāo)體系，在確保不遺漏設(shè)備故障節(jié)點(diǎn)報(bào)警的前提下，最大限度地減少無(wú)效報(bào)警。在采集過(guò)程中利用工藝知識(shí)和統(tǒng)計(jì)分析等方面實(shí)現(xiàn)多源、異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合，形成整個(gè)制造流程時(shí)空統(tǒng)一的工藝、質(zhì)量、設(shè)備數(shù)據(jù)。當(dāng)產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題時(shí)，可以利用大數(shù)據(jù)，綜合分析歷史記錄中同工況的設(shè)備狀態(tài)變化，對(duì)設(shè)備精度劣化的趨勢(shì)給出研判結(jié)果，實(shí)現(xiàn)設(shè)備精度與品質(zhì)傾向性分析。

（二）實(shí)現(xiàn)全流程產(chǎn)品質(zhì)量的溯源分析和質(zhì)量?jī)?yōu)化

建立物料基因鏈：在完成數(shù)據(jù)采集的同時(shí)，建立物料與物料之間的聯(lián)系，或者說(shuō)是數(shù)據(jù)集與數(shù)據(jù)集之間的聯(lián)系。通過(guò)板坯號(hào)、熱軋鋼卷號(hào)、冷軋鋼卷號(hào)，在數(shù)據(jù)集之間建立基因鏈，對(duì)物料上下游工藝數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行追蹤，將所有生產(chǎn)環(huán)節(jié)的所有信息都集成起來(lái)。

（三）搭建數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)在線分析和離線分析

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái)包括質(zhì)量數(shù)據(jù)庫(kù)、工藝規(guī)范庫(kù)、規(guī)則庫(kù)和分析方法庫(kù)。在線分析平臺(tái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控、分析、診斷、優(yōu)化和質(zhì)量在線判定等。離線數(shù)據(jù)分析平臺(tái)實(shí)現(xiàn)全流程質(zhì)量追溯、預(yù)測(cè)、診斷以及工藝規(guī)范優(yōu)化、質(zhì)量報(bào)表等。

（四）基于工藝規(guī)則和大數(shù)據(jù)的全流程產(chǎn)品質(zhì)量預(yù)警、在線綜合評(píng)判與診斷技術(shù)

通過(guò)基于大數(shù)據(jù)的相關(guān)分析和聚類分析，對(duì)上述因素進(jìn)行定量篩選、排序，分析確定關(guān)鍵過(guò)程變量、設(shè)備狀態(tài)參數(shù)和關(guān)鍵產(chǎn)品質(zhì)量變量，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量在線/離線精準(zhǔn)判定。開(kāi)發(fā)基于大數(shù)據(jù)的關(guān)鍵過(guò)程變量與關(guān)鍵產(chǎn)品質(zhì)量變量的關(guān)系模型，質(zhì)量異常時(shí)，分析各工藝參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)參數(shù)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量（力學(xué)性能、表面質(zhì)量、內(nèi)部質(zhì)量、幾何尺寸等）的影響程度。

（五）基于人工智能、感知技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全流程多工序產(chǎn)品檢測(cè)數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)互聯(lián)互通

通過(guò)對(duì)全流程各工序產(chǎn)品加工過(guò)程中的檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，對(duì)數(shù)據(jù)統(tǒng)一規(guī)劃，集中存儲(chǔ)，綜合各工序多變量之間非線性耦合關(guān)系，工藝機(jī)理規(guī)則和檢測(cè)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析，建立各工序產(chǎn)品質(zhì)量到工藝過(guò)程變量映射的質(zhì)量診斷模型，分析確定引起產(chǎn)品質(zhì)量缺陷的關(guān)鍵過(guò)程變量及異常原因，提高工序間協(xié)調(diào)控制的能力?；谘趸F皮圖譜分析、識(shí)別技術(shù)，采集工藝、氧化鐵皮結(jié)構(gòu)和表面檢測(cè)質(zhì)量數(shù)據(jù)，建立工藝-氧化鐵皮結(jié)構(gòu)-表面質(zhì)量數(shù)據(jù)關(guān)系，并對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)清洗，為開(kāi)發(fā)智能化工藝優(yōu)化數(shù)據(jù)分析模型奠定基礎(chǔ)。

（六）便捷的數(shù)據(jù)分析方法和工具

通過(guò)智能報(bào)表，實(shí)現(xiàn)自定義報(bào)表功能；用戶自定義數(shù)據(jù)勾連關(guān)系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)多表查詢功能。

三、實(shí)施成效

整個(gè)項(xiàng)目圍繞鞍山鋼鐵在產(chǎn)品研發(fā)、制造、質(zhì)量、決策等產(chǎn)品全生命周期的主要過(guò)程，以產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值提升為主線，以自主創(chuàng)新為驅(qū)動(dòng)力，以鋼鐵智能制造為抓手，推動(dòng)鞍山鋼鐵由“鋼鐵制造”向“鋼鐵智造”、由“制造型”向“服務(wù)型”的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

本項(xiàng)目主要涉及鞍鋼本部板帶產(chǎn)品制造的核心流程，包括三個(gè)煉鋼廠、三個(gè)熱軋廠、一個(gè)冷軋廠等在內(nèi)的各生產(chǎn)線的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)，以產(chǎn)品質(zhì)量管控為核心，采集所有影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程質(zhì)量監(jiān)控、過(guò)程質(zhì)量評(píng)價(jià)、質(zhì)量預(yù)測(cè)與預(yù)警、過(guò)程質(zhì)量追溯、質(zhì)量分析與質(zhì)量診斷等功能。通過(guò)上下工序協(xié)同優(yōu)化、橫縱向集成，實(shí)現(xiàn)冷軋2130產(chǎn)線成材率提高0.5%；減少工序間產(chǎn)品缺陷傳遞，質(zhì)量控制集成能力顯著提升，減少斷帶事故3次/月；數(shù)據(jù)采集率、利用率達(dá)到60%以上，綜合年創(chuàng)效3000余萬(wàn)元。

四、實(shí)施經(jīng)驗(yàn)

鋼鐵全流程質(zhì)量管控及大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用項(xiàng)目范圍涉及到鋼鐵行業(yè)核心的制造過(guò)程，項(xiàng)目推廣建設(shè)中存在產(chǎn)線差異、自動(dòng)化控制系統(tǒng)范圍廣、復(fù)雜等問(wèn)題，屬于典型的制造業(yè)多源、異構(gòu)工業(yè)數(shù)據(jù)集成應(yīng)用，需要深入調(diào)研摸底，做好系統(tǒng)梳理。在前期項(xiàng)目實(shí)施與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，要堅(jiān)持在整體性、先進(jìn)性、開(kāi)放性、成熟性、可擴(kuò)展性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、安全性等方面開(kāi)展推廣建設(shè)工作。針對(duì)不同企業(yè)建設(shè)實(shí)際，要對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行典型業(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景開(kāi)發(fā)，形成一些具有產(chǎn)品功能特色應(yīng)用。鞍山鋼鐵將以本項(xiàng)目為試點(diǎn)向鞍山本部其他產(chǎn)線、鲅魚(yú)圈鋼鐵有限公司、朝陽(yáng)鋼鐵有限公司推廣建設(shè)。

推廣模式如下：

統(tǒng)一平臺(tái)架構(gòu)，項(xiàng)目建設(shè)將遵照“統(tǒng)一平臺(tái)、統(tǒng)一規(guī)范”的原則，與貫穿鋼鐵流程生產(chǎn)的產(chǎn)線無(wú)縫銜接和集成，形成“以客戶為關(guān)注焦點(diǎn)”的鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量管控與分析應(yīng)用平臺(tái)，支撐產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定提升和產(chǎn)品質(zhì)量的持續(xù)改進(jìn)。軟件功能采用統(tǒng)一的平臺(tái)架構(gòu)，保證各系統(tǒng)軟件應(yīng)用功能之間的平臺(tái)與架構(gòu)統(tǒng)一。

成熟經(jīng)驗(yàn)復(fù)用，以鞍鋼鋼鐵全流程質(zhì)量管控及大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用項(xiàng)目的成熟實(shí)施經(jīng)驗(yàn)、軟件應(yīng)用功能等，以及鞍鋼特色的產(chǎn)品質(zhì)量管控經(jīng)驗(yàn)。未來(lái)項(xiàng)目建設(shè)將充分復(fù)用平臺(tái)架構(gòu)統(tǒng)一的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量軟件功能及相應(yīng)管控技術(shù)在企業(yè)內(nèi)多條生產(chǎn)線（或產(chǎn)品）之間復(fù)用，提高企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的整體管控水平和實(shí)物質(zhì)量。

深化典型場(chǎng)景，以鞍鋼鋼鐵全流程質(zhì)量管控及大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用項(xiàng)目的成熟實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，向其他鋼鐵產(chǎn)品產(chǎn)線推廣應(yīng)用，要針對(duì)業(yè)務(wù)人員提出的一些典型應(yīng)用場(chǎng)景，在目前功能實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行典型業(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景開(kāi)發(fā)，形成一些具有產(chǎn)品功能特色典型應(yīng)用場(chǎng)景。