电子封闭平衡卡全自动化设计与实现

电子封闭平衡卡全自动化设计与实现

电子封闭平衡卡全自动化设计与实现

李日江、陈家强

（宝钢湛江钢铁有限公司、上海宝信软件股份有限公司湛江分公司）

摘要：以冷轧厂电子封闭平衡卡现状分析为基础，通过对冷轧厂质量封闭流程与现场实际作业情况进行调研，提出了冷轧厂电子封闭平衡卡全自动化的方案。该方案完成了对机组表面缺陷检测系统、机组生产过程控制系统、制造管理系统的互联互通改造，实现了机组产出成品质量全流程跟踪描述、封锁与判定的全自动化过程，提升了冷轧厂智慧制造、智慧质量水平。

关键词：电子封闭平衡卡；表面缺陷；自动；封闭

0 引言

电子封闭平衡卡形成与处置是冷轧生产过程中产品质量管理的重要组成部分。电子封闭平衡卡包含机组生产计划、合同、规格、质量描述、封闭信息等内容，是承担产品生产过程中质量跟踪、追溯、分析的单据。

图1 电子封闭平衡卡形成逻辑

机组生产人员与质检人员需在生产过程中填写各个产品的电子封闭平衡卡信息，生产结束后统一将单据信息提交到质量管理部门，质量部门对生产结果和产品进行统一判定是否符合生产标准。

图2 电子封闭平衡卡填写流程

图3 制造管理系统中平衡卡流程

因此电子封闭平衡卡既可以形成每个物料的质量信息，又深度参与了生产过程中的产品质量管理，对产品产出质量起到了不可忽视的作用。

电子封闭平衡卡以及相关流程开发于2018年但是随着时间的发展也出现了需要改进的地方：

1. 随着机组产能发挥能力提升，生产节奏越来越快，人员无法同时兼顾生产、填写电子封闭平衡卡、产品质量检查。
2. 生产过程中质检人员存在错填、漏填、早填数据等难以发现的问题。
3. 每个成品都需要填写较多内容导致质检员花费大量时间和精力，忽视了实物质量检查。
4. 随着智慧制造的推进，少人化、无人化生产是未来的产业升级方向，安排更多人填写平衡卡信息与当今发展趋势相背。
5. 机组表面缺陷检测系统能有效探测出钢卷缺陷，但是存在数据孤岛问题，需要人工转录到电子封闭平衡卡。

面对当前问题和改进方向，需要将机组表面缺陷检测系统、机组生产过程控制系统、制造管理系统数据链路打通，实现电子封闭平衡卡全自动化。

1 各系统与业务流程现状分析

1.1机组表面缺陷检测系统现状与分析

表面缺陷检测系统是一种基于大数据机器学习的系统，可以学习并识别产品实时生产过程中的表面质量缺陷，是带钢连续快速生产过程中的重要质量检测设备。冷轧厂各机组均配置了表面缺陷检测系统，已经实现长期稳定运行，缺陷识别准确度较高。

图4 表面缺陷检测仪系统界面

业务需求：表面缺陷检测系统需要对产品识别出的缺陷进行分类、排序和标记。并在生产过程中将识别出的缺陷传递到制造管理系统。

难点分析：表面缺陷检测仪系统只能记录保存缺陷数据，不可以区分各缺陷重要程度，因此需要建立产品缺陷分类分级数据库。表面缺陷检测系统没有对应的数据接口将缺陷发往制造管理系统，无法参与生产过程的质量信息反馈。

1.2机组生产过程控制系统现状与分析

机组生产过程控制系统是负责原料到成品生产过程控制的自动化控制系统。

图5 过程控制系统界面

业务需求：过程控制系统需要对表面缺陷检测系统信息进行处理或者将不能处理的缺陷信息传递到制造管理系统。在生产过程中识别出的不符合生产规格、生产参数的数据传递到制造管理系统并进行封闭处理。

难点分析：机组过程控制系统需要打通连接表面缺陷检测系统与制造管理系统的接口；机组过程系统需要准确地接收表面缺陷检测系统信息并分析处理；机组过程系统需要将生产过程中封闭信息分类并依据重要程度传递到制造管理系统；下工序生产过程控制系统可以获取到上道机组缺陷信息并进行处理。

1.3制造管理系统现状与分析

制造管理系统是负责生产的全流程信息化管理系统。

图6 制造管理系统平衡卡界面

业务需求：将机组表面缺陷检测系统和机组过程控制系统上传的数据与自身计划、合同数据合并形成电子封闭平衡卡;将上道机组缺陷信息推送到下道机组；制造管理系统依据最终生产结果对产品进行判定是否封闭。

难点分析：制造管理系统需要处理跨机组信息传递逻辑；制造管理系统需要处理表面缺陷检测系统数据、过程控制系统数据、合同信息、计划信息形成电子封闭平衡卡并最终判定的缺陷结果；制造管理系统实现产出材料全自动封闭功能。

通过综合分析发现：本次改造难度在于个各系统信息传递和处理，尤其对于产品生产过程中的关键质量缺陷信息需要具备识别和处理的能力。

2 电子封闭平衡卡全自动化设计与实现

图7 系统改造范围

本次系统改造范围只涉及区域型制造管理系统，以及该制造管理系统管理下属的各机组过程控制系统和表面缺陷检测系统。

2.1业务流程设计

图8 各系统流程设计

表面缺陷检测系统：实时监控生产过程产品生产状态，检测到重点异常经过缺陷分级和筛选后上传至机组过程控制系统。

过程控制系统：将表面缺陷检测系统检测到的异常信息传递到制造管理系统；产品生产完毕后，机组产出实绩附带系统检测出的其他缺陷并一并传递到制造管理系统。

制造管理系统：等待产品生产完毕，制造管理系统将表面缺陷检测系统判定结果、机组过程控制系统判定结果、制造管理系统按业务判定结果挑选出最重要的封闭缺陷进行封闭，并利用这些数据形成电子封闭平衡卡。

图9 三级质量缺陷筛选

通过三级系统质量筛选和判断，可以精准、可靠地掌握产品质量并输出实物质量等级。

图10 缺陷信息传递路径

表面缺陷检测系统检测出的缺陷输送到生产实绩中，由下道机组过程控制系统自动处理。检测出的重点缺陷显示在生产计划中，机组人员全程跟踪和处理。

2.2表面缺陷检测系统设计

图11 表面缺陷检测系统缺陷分级页面设计

判级缺陷精调：质量管理部门按用户关注度和缺陷密度分布等要求调整系统检出分类参数与前后处理规则，确保实物质量与系统信息一致性。

判级规则管理：各机组的参判缺陷针对性调整判级规则，确保缺陷等级划分明确。

缺陷发送设定：判级系统根据用户要求的缺陷类别和描述逻辑自动按模板生成质量描述，描述内容按照规约和时刻自动上传。

实时处理机制：实时监控并判定出可以直接处理的缺陷发往机组过程控制系统直接处理。

图12 工艺判定相关字段

2.3过程控制系统设计

表面缺陷检测质量管理：接收各机组表面缺陷检测质量信息，数据包括：封闭信息、质量信息等。

工艺数据管理：电子封闭平衡卡涉及的工艺数据采集新增，包括：卷取机号、卷取方式、实际涂油种类代码、宽度、厚度等工艺质量数据。

工艺数据传递：根据用户要求将缺陷信息以及工艺信息按照规约和时刻自动上传。

实时处理机制：机组过程控制系统根据来自表面缺陷检测仪的数据进行产品处理。

2.4制造管理系统设计

图13 制造管理系统质量翻译界面

表面缺陷检测信息接收:新增和各个机组L2的表面缺陷检测电文，将表面缺陷检测的信息进行保存。

生产实绩接收:修改和各个机组L2的生产实绩电文，新增平衡卡相关的工艺参数信息。

质量缺陷翻译：转化表面缺陷检测系统原有缺陷描述为电子封闭平衡卡质量描述的内容。

生产命令改造：生产命令管理画面中新增电子封闭平衡卡封闭描述。

封闭判定解析：对于电子封闭平衡卡的封闭判定，系统进行16位的解析，获取每一位的封闭判定结果。

实现质量封锁：对表面缺陷检测信息、工艺判定结果、生产计划、生产合同信息实现对材料的全自动质量封锁。

3 电子封闭平衡卡全自动化实施改造结果

本次系统化改造，实现了自动形成电子封闭平衡卡信息，有利于减少缺陷漏检、人工信息传递不符和提高缺陷封闭准确率，从而减少返修量和现货量。通过长达10个月的跟踪，冷轧厂某机组通过应用电子封闭平衡卡自动化功能，实现了单卷质量信息填写时间由原60秒下降到25秒，大幅提升了质检工作效率，对产线的自动化率、智能化率推进也发挥了重要作用。

表1 电子平衡卡填写时间统计

5 结语

电子封闭平衡卡全自动化改造是冷轧厂践行“简单、高效、低成本”理念的体现，也是智慧制造发展过程的阶段性成果，通过平衡卡全自动化功能应用，降低了质检员约58%的工作负荷，提高了机组自动化控制水平。

参考文献：

[1]张冬. (2014). 封闭平衡卡在宝日汽车板的应用.全国冶金自动化信息网2014年会论文集..