MES 系統在熱軋產品質量管理中的應用

田 丹

（河鋼集團唐山鋼鐵集團有限責任公司，河北 063000）

0 引言

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

盡管產品在生產過程中質量被以嚴格監控，但因異常突發狀況還是會造成產品質量問題，若最終檢驗過程出現偏差，會造成不合格產品流入下道工序和市場。因此要強化產品出廠前的檢驗，尋求一種有效的質量檢驗方式，對產品質量的關鍵環節層層把關，保證產品質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品出廠前質量檢驗方面的應用情況，分別從煉鋼區和軋鋼區兩部分介紹了MES 在產品質量管理和檢驗方面的應用效果。

1 MES 系統質量管理模式

制造執行系統（MES）因長期收集生產環境中的過程數據，形成了龐大的信息庫，為企業數字化發展提供了有效的利用資源，作為一種面向生產過程和實時信息采集的系統在各鋼鐵企業受到了越來越多的重視。MES 作為連通四級ERP 和二級生產自動化的橋梁，在企業整個信息化系統架構中起到了承上啟下的中間作用，上傳下達實時生產數據的同時，也為企業決策提供數據參考[1]。

唐鋼熱軋MES 系統自上線以來，根據公司整體信息化建設管理的要求，形成了集生產計劃管理、全廠物流跟蹤、庫存管理、質量管理、能源介質收集、消耗實績收集與成本管理等生產控制、過程優化、生產調度、計劃決策、成本分析于一體的廠級生產信息管理系統。不同功能模塊在使用上相對獨立的同時，也將按照客戶的業務需求將基礎數據以既定規則進行串聯，在保障數據獨立性的同時，實現不同模塊區間的數據互通與全流程信息追溯。圖1是MES 與四級ERP 系統間的交互信息流：MES 系統接受到四級ERP 的訂單信息，形成組織生產計劃并排產下發到二級自動化，同時對生產實際及相關質量信息跟蹤，將生產、消耗等信息反饋給四級ERP 系統，以便進行產品成本、庫存及質量等方面的統計分析[2]。

圖1 MES 與ERP 交互信息流

熱軋MES 系統中，在質量管理功能中劃分為鋼區質量管理和軋區質量管理兩個模塊，通過對產品的化學成分、生產過程異常事件、表面質量、物理性能的校驗進而確定出產品的對應質量等級，發現不合格產品及時剔除，達到出廠產品質量高度合格的目標。

2 鋼區質量檢驗

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

圖2 鋼區質量檢驗流程圖

2.1 化學成分檢驗

鋼材具有應用廣泛、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品各項性能的關鍵因素，因此對化學成分的校驗尤為重要。

MES 系統接收上級訂單設計系統的工藝過程參數及質量項參數，當下發生產計劃或接收到生產信號時，MES 結合訂單設計系統中的檢驗項，在MES 鋼區質量系統中形成成分檢驗委托并將委托信息發送至LIMS 質檢系統；LIMS 質檢系統接收到檢驗委托后，會結合現場情況取樣，檢驗產品成分數值，并將結果反傳至MES 系統。

質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，數據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，數據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 質量管理模塊會向成分化驗室發送成分復驗委托，化驗室接到委托會重新檢驗成分，MES質量管理模塊會對再次接收到的復驗成分數據進行重新校驗；當成分值出現缺失時，MES 系統質量管理模塊的數據條出現黃色預警提醒。

圖3 化學成分檢驗界面

2.2 生產過程異常事件檢驗

鋼區生產過程中的異常事件在轉爐、精煉、連鑄的各個工序都有可能出現，如轉爐補吹次數、精煉二次冶煉、連鑄頭尾坯等。MES 系統質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的鑄坯質量等級對照表，系統根據對照表會自動給出異常事件對應的鑄坯質量等級，給出異常事件檢驗等級，這極大減少了人為工作量。MES 系統質量管理模塊的生產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

結合成分判定和異常事件判定的結果，對鑄坯檢驗結果生成一個終判質量等級，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，減少了企業生產成本，同時提高了生產效率。

3 軋區質量檢驗

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

圖5 軋區質量檢驗流程圖

3.1 鋼卷表面質量檢驗

鋼卷表面常見的缺陷有裂紋、結疤、氣泡，夾雜等。在實際生產中出現瑕疵屬于正常現象。在交貨時根據客戶要求，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。一些鋼鐵企業熱軋卷表面檢測工作一般由質檢人員目測完成，工作難度較大，如因人為疏忽未發現表面存在的嚴重缺陷，會影響客戶對產品的滿意度。唐鋼MES 軋區質量管理模塊會根據表檢系統采集的鋼卷表面圖像，設計出不同產品的表面質量要求判定標準。對照判定標準，表面質量系統可自動計算并推薦相應的表面質量等級供質檢人員參考決策。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，根據使用環境的不同要求，MES 上級系統規定了不同產品的屈服強度、抗拉強度、伸長率、沖擊功以及硬度等性能要求。

MES 質量管理模塊的物理性能檢驗界面如圖7所示，系統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 系統收取到性能結果后進行組批操作，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 系統質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

結合表面質量及物理性能判定結果，對鋼卷檢驗結果生成一個質量終判等級，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，可進入平整工序對存在的缺陷進行修復，存在瑕疵時也可對降級產品與客戶進行協商低價售出，這樣節約成本的同時減少了產品庫存。

4 結論

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