現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)MES中質量管理系統(tǒng)優(yōu)化設計,質量管理論文

現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)MES中質量管理系統(tǒng)優(yōu)化設計,質量管理論文0引言質量管理系統(tǒng)是企業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)〔MES〕的重要組成部分，也是施行企業(yè)生產經過控制和產品質量保證的基本技術手段。在傳統(tǒng)的靜態(tài)質量管理形式下，通常是事先下達生產質量計劃要求，然后再通過對產品生產質量進行檢驗及統(tǒng)計分析等方式，進行事后質量管理。由于傳統(tǒng)的靜態(tài)質量管理形式，沒有能實現(xiàn)生產經過的實時化、數(shù)據化和可視化質量管理，因而，管理和控制效果大打折扣?；诖?，文章在已有研究基礎上，對當代鋼鐵企業(yè)MES中質量管理系統(tǒng)設計進行研究，該系統(tǒng)研究以信息技術為支撐，應用質量匹配檢索功能，以搜索實例庫中與訂單產品質量類似度最高實例，進行訂單產品的質量設計；通過實時采集制造現(xiàn)場的生產數(shù)據，及時控制各工序加工質量，以確保質量隱患事先消除；最后對所采集的質量數(shù)據進行分析和追蹤，為后續(xù)的生產提供可靠的質量報告，使質量計劃的施行具有較好預見性；同時，為企業(yè)管理層提供優(yōu)化產品質量問題、改善產品品質的決策支持[1].鋼鐵產品質量特性主要包括物理質量特性和化學質量特性。華而不實物理質量特性主要有：委屈服從強度、抗拉強度、涂層要求、長度、壁厚、直徑、力學性能、高低倍要求等；化學成分質量特性則是指產品各化學元素的成分含量要求，如C、Mo、Si、Cr等元素含量的最大最小值要求。作為質量管理系統(tǒng)的核心內容和關鍵技術，質量匹配和設計的好壞直接關系到整個系統(tǒng)的運行效率，其內容主要是指參照訂單產品所要求的產品物理、化學質量特性等質量參數(shù)指標，運用相關的匹配檢索技術，在實例庫中進行匹配檢索和質量設計，并根據質量設計結果，將相關工序質量參數(shù)作為生產經過中質量檢驗及斷定的標準[2].1系統(tǒng)設計目的及業(yè)務流程分析1.1系統(tǒng)設計目的文章所提出的質量管理系統(tǒng)，融合并強化了一貫制質量管理原則，系統(tǒng)設計的目的主要包括：1〕一貫制質量管理：以客戶需求為設計前提，以冶金規(guī)范為設計準則，通過與PDCA方式方法相結合，對鋼鐵生產全經過進行質量管理，以優(yōu)化管理水平、改善產品質量的同時提升企業(yè)效益。2〕全經過質量控制：以用戶滿意為目的，將一貫制管理思想詳細落實到鋼鐵生產經過的每一個工序環(huán)節(jié)，進行質量數(shù)據的實時采集、跟蹤、分析與控制。3〕按標準+a組織生產：為知足客戶的個性化需求，遵循冶金規(guī)范的同時將客戶個性化的附加需求按標準+a組織生產，相應的質量斷定經過也以標準+a為放行標準。4〕質量數(shù)據分析與追蹤：實時采集各工序節(jié)點的質量數(shù)據，并進行相應的質量分析，若發(fā)現(xiàn)有偏差的質量數(shù)據，需進行溯源追蹤，并找出問題的關鍵所在，為后續(xù)產品質量改良提供有力的保障。1.2質量管理系統(tǒng)業(yè)務流程分析鋼鐵企業(yè)質量管理系統(tǒng)的流程主要大概情況為下面幾部分：首先，通過對客戶訂單質量參數(shù)等相關特性的錄入，并應用下文所提到的基于分層實例的鋼鐵產品質量匹配檢索技術，搜索質量設計庫中已有的設計結果并進行匹配，若檢索匹配成功，則直接將匹配結果發(fā)送到生產計劃管理，并進入下一個訂單管理環(huán)節(jié)；若沒有能匹配檢索到相應的實例，則需根據客戶產品質量需求，提取系統(tǒng)中已有的冶金規(guī)范庫和產品規(guī)范庫進行質量設計，并在質量設計庫中保存所設計的結果。其次，生產計劃管理下發(fā)后，系統(tǒng)會實時監(jiān)控并采集生產工序中的每一個質量數(shù)據，進行物理和化學性能的檢化驗，并根據事先設定的質量放行指標，自動進行質量斷定。最后，系統(tǒng)會根據訂單產品信息和檢驗結果，進行質保書信息的收集與打印[3,4].詳細流程如此圖1所示。2系統(tǒng)總體架構及功能模塊分析通過以上對質量管理系統(tǒng)的業(yè)務流程分析，文章現(xiàn)以無縫鋼管生產為例，對質量標準管理、質量設計、在制品質量管理、質量斷定管理、質保書管理和質量跟蹤與分析等六個主要功能模塊進行具體闡述[5],系統(tǒng)詳細功能模塊架構如此圖2所示。2.1質量標準管理所謂質量標準管理，指的是將存儲在ERP系統(tǒng)中的靜態(tài)產品質量標準庫，根據不同客戶訂單的要求，對各工序生產的質量執(zhí)行標準進行相應的管理。它是訂單評審中產品質量考量，生產經過中質量指導、質量檢驗與質量分析的標準。質量數(shù)據庫是用以存儲生產工藝標準的數(shù)據庫，它是技術質量管理部門對全部生產工序所包含的工藝控制要求、檢化驗標準等作業(yè)指令，歸并后所構成的集合，同時也是產品質量設計的基礎和前提。無縫鋼管生產質量標準數(shù)據庫主要包括化學成分標準庫、機械性能標準庫、高、低倍及工藝性能標準庫、熱軋工藝狀態(tài)庫、熱處理狀態(tài)庫、管加工狀態(tài)庫等，各數(shù)據庫中分別存放著相應工序的工藝斷定條件和標準。2.2質量設計無縫鋼管質量設計是根據客戶訂單對無縫鋼管特殊產品質量要求及生產標準，對從ERP系統(tǒng)接收過來的客戶訂單進行質量設計。在這里基礎上，對無縫鋼管生產經過中的熱軋、管加工、熱處理等各工序生產工藝建立對應關系，并確定各工序階段的半成品所需知足的工藝質量規(guī)范要求。在接下來的產品生產經過中，各工序階段的產品質量要求按事先設定在計算機中的放行標準進行嚴格的檢驗與控制，詳細流程為[6]:1〕首先，將無縫鋼管產品大類、品種、鋼種、牌號、交貨狀態(tài)、質量標準等用戶需求特性輸入計算機中，系統(tǒng)根據所輸入的產品信息，應用下文所提到的基于CBR質量匹配技術，對產品質量數(shù)據庫進行檢索，其結果會檢索出實例產品生產相應的產品規(guī)范碼。根據該產品規(guī)范碼，系統(tǒng)會同時會檢索出以該規(guī)范碼為檢索號的產品質量的相關設計內容，并完成該訂單產品質量設計。2〕其次，輸入客戶代碼和產品最終用處碼，并與上面檢索到的產品規(guī)范碼相結合，則可檢索得出該訂單產品的冶金規(guī)范碼。3〕接下來，以所檢索到的冶金規(guī)范碼為主檢索本文關鍵詞語，輔以壁厚、內、外徑、長度等度量型外部特征屬性作為次本文關鍵詞語，在冶金規(guī)范庫中進行檢索，得出該冶金規(guī)范碼下產品生產工藝途徑及相應加工設備的控制規(guī)范。詳細到無縫鋼管的生產經過中，該環(huán)節(jié)主要是找出鋸切、環(huán)形爐加熱、穿孔、連鑄、熱處理、張減、精整等工序的工藝控制規(guī)范，即各工序的制造標準數(shù)據。4〕最后，由于同一產品生產加工能夠通太多條工藝道路來實現(xiàn)，同樣的，在冶金規(guī)范庫中，一個產品同樣對應有多條生產線途徑。當合同訂單進行質量設計后，發(fā)行有多條生產工藝途徑時，需結合生產車間實際及各工藝途徑的優(yōu)劣情況，確定主次產線。實際生產經過中，可以以視生產環(huán)境的變化，進行相應的主次生產線的更改，以實現(xiàn)柔性生產。2.3在制品質量管理無縫鋼管生產中的原材料和半成品主要包括毛管、荒管、熱處理在制品、管加工在制品等。因而，在制品質量管理就是指以上在制品的相關管理，主要包括在制品質量信息的采集、指令信息管理、成分數(shù)據管理等[7].1〕在制品質檢信息采集：通過在各在制品工序設置相應的質量數(shù)據采集節(jié)點，以實時采集各關鍵工序的質量信息。所采集的信息主要包括物理機械性能和化學性能數(shù)據等；采集方式包括自動采集〔如拉力測量儀、硬度試驗儀器〕和人工采集。采集到的數(shù)據通過自動或者手工的方式錄入系統(tǒng)，而對于較復雜的質量信息，須送到中心實驗室或化驗室進行檢化驗，該經過中以各生產工序為委托方，送料包括待驗在制樣品、檢驗卡片〔即大票〕，檢驗卡片上主要是注明委托方、爐號、規(guī)格、技術條件等信息。2〕在制品試樣指令信息管理：對要發(fā)送給檢化驗管理系統(tǒng)的在制品試樣，要求對檢驗項目信息進行管理，提供增加、修改、查詢等操作功能。對于初檢，系統(tǒng)根據訂單質量設計的結果自動找出檢驗項目，對于抽檢、認證、質量異議的試樣要求信息也要管理。3〕在制品質量數(shù)據管理：對毛管、荒管、熱處理和管加工等在制品的檢化驗數(shù)據進行收集、查詢等。質量數(shù)據主要包括：彎曲試驗、拉伸試驗、沖擊試驗等機械性能數(shù)據和外表質量和尺寸規(guī)格以及化學性能數(shù)據等。檢化驗數(shù)據主要是傳遞給質量斷定，進行生產經過的質量檢驗與放行。2.4質量斷定管理由于無縫鋼管生產經過極其復雜，且常伴隨著物理和化學變化的發(fā)生，以及由此而引發(fā)出的很多不可控突變因素，因而，產品的質量檢驗和斷定極其重要，且須貫穿于無縫鋼管生產的全經過中。通過在鋸切、環(huán)形爐加熱、穿孔、連鑄、熱處理、精整等各關鍵工序節(jié)點設置質量采集點，采集相關質量數(shù)據，并按管批號輸入到計算機內，與系統(tǒng)中的放行標準相對照，進行質量斷定。斷定包括原材料、毛管、荒管、半成品、產成品等的化學成分實際斷定、物理性能實際斷定等。若輸入相關產品的實際檢驗數(shù)據，與系統(tǒng)中的放行標準相符，則產品到達質量要求并放行進入下一道生產工序。若質量不在放行標準內，即系統(tǒng)自動斷定出現(xiàn)異常，則需進入下一道人工斷定環(huán)節(jié)，由相關質量專家進行斷定并根據異常與否進行分析與處理。若人工斷定仍出現(xiàn)質量異常，則視異常問題的嚴重性，分為判廢〔廢品〕、改判〔不良品〕和返回〔返回品〕流程等。若異常嚴重，結果視為判廢,則終止該在制品的制造流程，將其送入廢品庫；若異常一般，視為改判,則該改判品以降級改變牌號或規(guī)格的方式，將其送到中間產品庫中，用以在日后的調配調度時，提供應其他有需要的訂單使用。若異常較輕，視為返回,則將該返回品將返回到出錯的工序進行返修。斷定管理為質量管理的重要環(huán)節(jié)，現(xiàn)對化學和物理性能的質量斷定流程進一步進行具體闡述[8],詳細流程如此圖3所示。1〕化學性能實際斷定：主要對產品化學成分進行斷定檢驗，主要包括：1〕數(shù)據輸入：即以產品管坯號為單位，從終端將所檢驗出產品化學成分信息輸進系統(tǒng)中，并在系統(tǒng)內建立相應的產品化學成分數(shù)據庫；2〕數(shù)據分析：結合系統(tǒng)標準庫中的產品化學成分放行標準，對所收集并輸入到系統(tǒng)中的相關產品化學成分信息進行斷定，看其能否通過，若不通過則斷定其是判廢、改判或者是作為返回品處理。通過分析給出異常產品原因〔鋼種、爐號、元素及超標原因〕；并將該異常分析結果在化學成分臺賬中保存；3〕化學成分修改：視情況需要，系統(tǒng)可根據分析結果，對照原始單據進行相應的修改；4〕化學成分臺賬管理：對于保存的成分信息，需要時能夠以爐號、記錄號或詳細的輸入月份為本文關鍵詞語進行檢索查看，可以以進行相應的編輯和打印等操作。2〕物理性能實際斷定：主要對產品機械性能、外表質量、尺寸規(guī)格等進行質量斷定。主要包括：1〕數(shù)據輸入輸入：能夠以批號為單位，將產品的機械性能、工藝性能、外表質量和尺寸規(guī)格測試等相關數(shù)據輸入系統(tǒng)內；2〕數(shù)據分析：對輸入計算機內的各半成品的實際機械性能、工藝性能、外表質量和尺寸規(guī)格與標準庫中對應半成品的相應標準界定范圍進行斷定，看其能否通過，若不通過則斷定其是判廢、改判或者是作為返回品處理，并列出不合格項〔爐號、鋼種、技術標準、測試項〕及不合格原因；3〕數(shù)據編輯：對于錄入有誤差的數(shù)據，能夠進行相應的修改、刪除等操作；4〕物理性能臺賬管理：能夠以爐號、鋼種、月份等為本文關鍵詞語，對相關數(shù)據進行檢索查看和打印等操作。2.5質保書管理質保書是購銷活動中重要的技術文件，是生產廠家對所其所生產產品質量檢驗合格所附的證明材料。質保書材料詳細包括：質保書材料名稱、合同號、交貨數(shù)量、重量、檢驗號、產品牌號、產品規(guī)格、產品質量等級，以及在訂單合同中所約定的所有質量檢驗結果等。質保書是廠家對所生產產品質量化驗結果確實認和保證，也是客戶對訂單產品質量進行核對和使用有效憑據。質保書的管理詳細包括：1〕信息錄入：即在質保書生成經過中，根據訂單合同和發(fā)貨通知單要求，將需要開具質保書的產品相關質量信息輸入系統(tǒng)中。2〕信息分析：信息分析主要包括下面幾點：〔1〕首先，需要將質保書上的產品數(shù)量等相關信息與產品發(fā)貨單進行核對，以確保準確無誤；〔2〕其次，輸入相關產品批次編號，檢索并檢查產品化學成分、物理性能臺賬數(shù)據及其質檢報告分析結果；〔3〕對發(fā)現(xiàn)有質量問題的產品，羅列出排名前三位的不合格產品，并給出相應的警告。3〕信息編輯：該功能主要是對系統(tǒng)中出現(xiàn)輸入或分析誤差的出廠產品信息，進行編輯。4〕質保書生成管理：〔1〕對質量斷定和分析知足出廠要求的產品，自動記錄并分配相應質保書編號；〔2〕能夠按質保書開出日期或質保書編碼檢索并進行打印操作；〔3〕能夠對已開具或打印的質保書進行保存存檔。2.6質量跟蹤與分析質量跟蹤主要是對管坯、毛管、荒管等物料或中間品，對其生產經過中各加工工序的在線和離線的質量狀況予以跟蹤及分析。質量分析則是將被控變量與預定的質量標準進行多層次、多角度的分析，以找出問題的根本源頭，在這里基礎上，制定相應的措施，為日后工藝或操作規(guī)程的改良提供參考根據。生產經過中所有的產品生產數(shù)據都在系統(tǒng)中以爐號、客戶編號或生產批號為單位進行了相應的存儲，因而，在質量跟蹤與分析時能夠輸入以上關鍵檢索號，查找該產品生產各工序的質量情況，對發(fā)現(xiàn)有質量異常的產品進行生產經過的溯源追蹤與分析。進行產品質量的溯源追蹤和分析的目的，主要是為了找出質量異常產品產生的原因及其解決的方案，并通過對問題的溯源分析，進一步優(yōu)化將來企業(yè)對產品生產的質量把控，以杜絕類似質量問題的發(fā)生。3基于分層實例推理的鋼鐵產品質量設計求解策略3.1鋼鐵產品生產特性及質量設計優(yōu)化策略分析以定制化生產方式進行生產的鋼鐵產品質量設計，首要的關鍵環(huán)節(jié)是進行產品質量匹配與檢索。針對鋼鐵產品規(guī)格復雜、工藝類似且生產經過具有階段性，若仍沿用傳統(tǒng)單一的CBR方式方法進行質量匹配檢索，會致使實例庫過于膨大、冗余，檢索效率較低等弊端。文章提出基于分層實例推理的鋼鐵產品質量匹配求解技術。該方式方法將鋼鐵生產經過劃分為煉鋼、連鑄、軋制和精整等階段層次，通過層次模塊化及不同層次間重用，能夠降低搜索空間的同時提升檢索效率。即通過產品鋼號及質量參數(shù)信息等本文關鍵詞語，應用相關的匹配搜索技術，從實例庫中自動檢索出產品質量類似度最高且知足要求的實例；根據檢索出的實例產品質量信息，通過規(guī)則庫的解釋并進行人工審核修正后，得到產品生產各工序的工藝質量設計細節(jié)。3.2基于分層實例的鋼鐵產品質量設計求解策略CBR技術的原理是模擬人類解決類似問題的思維形式，通過類比推理技術，利用過去求解問題的經歷體驗來解決新出現(xiàn)的類似問題。CBR求解技術的關鍵大腦是實例庫，求解步驟包括檢索〔retrieve〕、重用〔reuse〕、修改〔revise〕和保存〔retain〕四部分。當碰到所需求解的新問題時，CBR技術會使用相關的匹配檢索技術，把類似度最高的案例從實例庫中檢索出來；在這里基礎上，進行相應的修改，以得到新問題的求解方案，并根據需要更新并保存新問題的求解方案[9].針對鋼鐵產品規(guī)格復雜、工藝類似且生產經過具有階段性特點，文章提出基于分層實例的產品工藝質量設計模型，詳細如此圖4所示。該模型根據鋼鐵產品生產的階段性特征，劃分為具有一定層次性關系的不同類別。該層次性可用如此圖5所示，圖5中將鋼鐵生產的層次性用多叉樹的構造形式表示，并構成相應的產品工藝質量實例分類索引樹。圖中