大數據過程質量控制系統在鋼鐵生產中的應用

董冠求

(天津天鋼聯合特鋼有限公司，天津 301500)

為保證高端鋼鐵產品生產過程中的質量控制需要，實現“穩定、高效、有序”生產這一目標，鋼鐵企業借助質量過程自動控制信息系統，將現有信息化和工業化成果相融合，達成鋼鐵企業生產產品在生產過程中可以有效的管理和控制，出現異常的狀況時，可以提前報警的控制目標。

1 組建線上質量自動判定系統

目前大多數鋼鐵生產企業質量判定主要依靠人工檢驗，由于技術工人的技術

水平參差不齊以及個人因素的影響，會造成質量判定的誤差甚至錯誤，嚴重影響了鋼鐵企業生產產品的質量結果。部分鋼鐵生產企業引進了自動化、智能化在線質量判定系統，給鋼鐵企業的產品質量把控帶來了很好的標桿效應，該在線系統根據生產過程中主要參數，設定“矩陣”規則庫，然后依據規則庫界定的主要參數變動范圍，從而實現生產過程的在線實時監測、實時判定反饋，確保各個生產各個環節的標準化、可控化。同時，通過實時監測反饋，生產技術人員還可以通過反饋結果發現生產薄弱環節，以便加強薄弱環節的管理，修正加工工藝，完善業務流程改造。此外，隨著市場競爭的激勵以及鋼鐵行業產能過剩的影響，按照客戶所需，滿足用戶個性化需求也越來收到重視，通過線上質量自動判定系統的過程環節自動化控制，可以判定項目配置、分級配置，從煉鋼到連鑄，再到軋鋼等工藝過程，對鋼鐵產品的尺寸公差、外形公差等精度要素嚴格控制，從而確保鋼鐵產品的物理性能和化學性能。最后，通過在線系統檢測反饋的主要參數，可以很好的指導工廠科學的生產經營及提高效率，這些參數對科學研究也有重要的研究價值和意義[1]。

2 運用大數據及網絡技術構建大數據庫

網絡技術當前蓬勃發展，也推動著數據技術的空前發展，特別是大數據技術，被應用到各行各業，發揮了很好的作用。運用網絡及大數據技術，可以對網絡視頻、網絡數據、網絡照片等數據進行篩選整理，然后加載到數據庫，完成大數據庫的建立，通過不斷的更新補充數據，使大數據分析幫助不同生產工序之間的實現數據交換，為在線實時監測判斷及統計分析提供基礎。

2.1 采集數據

采集數據的過程中，不可以影響控制系統，要確保其仍然安全運行，目前主要通過物理方法，同時結合網絡技術中網關隔離的手段，隔離信息系統和生產系統。數據運行速度非常高，需要運用非常高速的數據庫，通過編寫匹配數據、篩選清楚軟件，建立覆蓋全生產工藝及設備運行參數的大數據庫。采集網絡如圖1所示。

2.2 存儲數據

在生產過程中，對于關鍵參數數據要讀取并記錄存儲，這些參數主要包括：檢測設備數據參數、投料的數據、傳感器設備參數、控制設備數據；另外，從工廠生產管理的角度，產品的批次、檢驗化驗過程、成品的質量特性數據等，應從時間及空間的角度，按照一定的規則對應整理、存儲，從而保證產品質量按照批次可追溯，產品缺陷按照批次可追蹤。常用的MES轉存數據是通過運用Oracle數據庫，來與在線監測的實時參數進行匹配，從而對生產過程進行分析、追溯。

2.3 處理數據

如上分析，該系統將鋼鐵生產過程的主要參數與工廠生產管理要求（如產品批次、檢驗化驗過程等）從時間及空間的角度進行對應整合，對于基礎的啟動、停止等接口融入大數據庫，從而增加歷史生產過程中的歷史數據的啟動、停止等計算能力，最終保證啟停功能更加強大。處理數據的主要流程如下：數據計算的啟動、停止；匹配板坯號；接口表與業務表的數據參數轉存[2]。此外，該系統還可以比對實際生產開始時間和系統開始時間，取最小差值的對應的數據，然后去匹配MES實際生產表里的產品批次號，取匹配數據記入系統大數據庫，以便追溯及分析數據。最后，該系統大數據中的計算發生在接口表，數據參數最終實際存儲在業務表，因此，數據需要從接口表移存至業務表，同時該系統提供修正、補錄功能，生產技術人員可以人工將丟失的數據手動補錄到該系統，使數據更加完整。關于數據移存方面，可以通過大數據庫JOB在規定的時間定時執行。

圖1 采集網絡

3 產品性能在線預測技術

依據鋼鐵在生產過程中的核心數據，通過實時獲取的參數，并通過系統關聯至對應的生產批次，例如，C元素當量、P元素[3]的含量、S元素的含量、板坯的薄厚程度度、開始軋鋼時候的溫度、結束軋鋼時候溫度、冷卻過程速度、卷取的溫度和終軋的速度等，運用回歸擬合法的原理，結合向量機，使C元素當量、板坯的薄厚度、開始軋鋼時候溫度、結束軋鋼時候的溫度、精軋壓下率、卷取的溫度等關鍵影響因子與抗拉伸強度、屈服強度、伸長率等三大力學性能指標的關系公式化，從而通過公式初步預測產品的力學性能指標，同時，針對預測系統預測的產品，也要求檢驗部門對全部產品實行全檢，確保預測精度，最終提升產品的合格率?？紤]到不同用戶的個性化需求，來配置不同的公式參數，生產滿足不同用戶使用工況的鋼種和規格，擴大市場范圍。通過在系統的預測性能界面，根據不同參數輸入輸出及不同數據條件的設定編輯，來實現廣泛的鋼種和規格生產制造。不同的參數配置及數據條件設定，可以生產出不同的鋼種，不同的鋼種具有不同的物理特性和化學特性，舉例說明，如SS400鋼[4]，C元素、Si元素、Mn元素、S元素、P元素等元素的含量可直接影響其性能，而對于其他的鋼種，如微合金元素強化鋼種，微合金元素就是影響性能的主要因素之一了。此外，系統的界面設定也非常人性化，生產技術人員或操作工人可以通過點擊“添加”按鈕增加不同的輸入或輸出參數。

4 建立“互聯網＋”的客戶服務平臺

運用“互聯網＋”的理念和指導思想，建立針對用戶的網絡服務平臺，根據用戶的個性化需求進行有的放矢的生產經營活動，從而更做到優質的服務用戶，整體提升用戶的滿意度。從更好服務用戶的角度出發，創造差異化服務，并以用戶滿意度及服務水平為核心，提升鋼鐵企業的競爭力，對于重點用戶，可以考慮洽談戰略合作協議，聯合開發互聯網應用系統，實時分享生產數據并結合用戶需求反饋，實時調整最佳生產數據。從現代化信息支撐方面及銷售的角度，首先應該考慮建立現貨銷售服務平臺，從用戶詢單接收，到報價處理，再到合同簽訂，最后到產品交付等銷售環節的高效處理；其次，針對期貨產品，也要利用網絡系統進行實施監控，隨時隨地關注用戶的動向，以便提供必要的及時服務；最后，需要運用互聯網系統的廣覆蓋特點，建立網絡營銷組織，更大范圍、更大面積的實現銷售，銷售不僅僅局限于PC端渠道，也需要配合手機端渠道，從售前咨詢、售中溝通、售后服務方面提供全方位的系統服務。

綜上所述，運用互聯網技術，結合大數據應用的過程質量自動控制系統，對于鋼鐵生產企業的生產有非常重大的意義和價值，本系統的不僅可以把控鋼企業生產過程的產品質量，還可以更好的指導企業按照用戶的個性化需求定制生產，同時也大大提高了企業的生產效率，從而最大化的提升了鋼企的市場競爭力。