基于SPC的铝加工质量控制系统设计与实现

基于SPC的铝加工质量控制系统设计与实现

朱文

山东南山铝业股份有限公司

摘要：设计是以可视化的方式将计划、设想以可见的方式表述出来的，对工业生产与实践起着重要的指导作用。在某些特殊的环境下，设计工作可以事先考虑到可能发生的各种情况，加强工程执行的合理性和安全性，属于基于科学理论的方案式的行为。

关键词：SPC；铝加工；质量控制系统设计

前言

在可持续发展这一理念的带动下，具有可回收再利用价值的金属材料开始在各个领域中得以广泛应用。尤其是铝材料，更是因其含量丰富、产量高等优势而成为了当今金属应用和加工中的一种基础材料。在这样的情况下，铝加工技术也开始成为了当今冶金工业以及相关领域的关注重点。

1铝加工技术的种类

1.1铸造方法

所谓铸造方法，指的是把达到相关铸造条件的液态金属材料，经由特定的转注工具，而将金属浇铸于特定大小与形状的模具之中，待金属冷却之后而获得所需的注锭。现阶段，进行铝材料铸造时，多采用金属模具铸造方法、砂磨具铸造方法、低压铸造方法以及加压铸造方法等。

1.2塑性成型方法

①平辊轧制法。所谓平辊轧制方法，指的是采用未开槽的轧辊而生产加工铝制棒状材料的工艺，其又被称为无槽轧辊方法。采用此方法进行铝制品的加工，可以使轧辊的使用周期有所加长，且工艺简便，铝制品的产品缺陷相对较少，可用于生产热轧厚板、冷扎带卷以及铝箔卷等多种铝制产品。②型辊轧制法。和平辊轧制法有所区别，行辊轧制法所用到的轧辊上刻蚀有一定的加槽。在采用此方法进行铝材料加工时，轧辊在不同部位的压下量值是具有一定差异的。所以，铝材料发生形变的情况将更加的复杂，和平滚扎制方法相比较而言，此方法所制得的铝制品有明显的不均匀形变，其可用于生产热轧板、花纹板以及异型管等多种铝制品。③挤压法。挤压方法是把铝胚放置在特定的压筒内，经由挤压轴完成对铝材料的挤压工作，使铝材料产生塑性变形，并得到相应的铝制产品。我国铝制产品有很多是采用挤压工艺生产，其应用范围仅次于轧制工艺，可用于生产铝管、线材以及棒材等多种铝制产品。④拉拔法。所谓拉拔法指的是通过对相应的金属坯料加以特定的外在压力，让金属坯料经过相应的模孔而得到和模孔大小以及形状均一致的铝制品。采用此种成型加工方法，所制造的铝制品其尺寸、大小非常的精确，而且铝制品的表层较为光洁，拉拔用到的设备也较为简单，可用于生产铝制棒材、铝管以及线材等。⑤锻造法。其是采用压力设备，经由压头对金属铸锭或是金属锻坯加以一定的外在压力，使铝金属发生一定的塑形形变而达到加工目的。采用锻造方法时，可通过自由锻造以及模锻造两种方式完成。

1．3深加工方法

所谓深加工方法，指的是把采用铸造方法或者采用塑性成型方法而制得的铝制产品，再进行更细化的表面处理、电加工或者其他加工的方法，进而得到铝制成品部件⋯。

2SPC质量控制系统设计与应用

2.1系统结构

针对南南铝加工熔铸制造中心不同工序的生产动态过程数据、关键工艺参数和产品参数进行采集、报警、SPC分析、监控及报告，搭建南南铝加工生产质量控制系统信息平台，实现相关管理者、工程师和操作人员，在基于自身的权限下可以查看自己负责的工厂、车间、批次及产品等数据与信息，实现生产过程数据化、信息化与可视化管理。

2.2数据采集

系统数据来源于PLC设备数据、质量检测数据和人工输入数据。所有数据实时存储于到SQL数据库。

2.2.1PLC数据采集

PLC数据采集范围主要包括铸造机、熔保炉组、均热炉以及配套工序设备，各系统自成数采网络，而且各个网络间互不相通。考虑数据的安全性、实时性、稳定性，采用工业以太网为基础，使用PLC系统原有以太网接口或原有PLC监控网络，采用TCP、ModbusTCP、Ethernet/IP通信协议，将所有PLC系统连接到PLC采集工作站，通过专业工业采集软件将需要采集的PLC设备数据存储到PLC服务器。

2.2.2光谱仪数据采集软件

利用光谱仪测试设备的检测数据与SPC系统基础数据中共有的合金号属性数据，开发光谱仪数据采集接口程序，将光谱仪的数据传输到SPC系统数据库中。

2.2.3冷却水数据采集软件

通过读取冷却水检测设备的结果文件，将冷却水的重要属性，比如电导率、硬度，导入到SPC系统中。冷却水的检测结果对提升铝加工行业的生产力及生产效率的过程中发挥至关重要的作用，因此对冷却水的检测结果进行SPC分析有着重要意义，及时的监控检测结果，可以提升设备寿命，降低生产成本，提高生产效率。

2.2.4氢含量数据采集软件

通过氢含量数据采集软件将铸造过程的铸次号、除气的、除气前的氢含量测量数据及SOP标准导入到SPC系统中。

2.2.5与ERP的接口数据采集

机台操作手点击开始生产功能按键后，ERP下发一条开始生产的信息到基础数据服务器的中间表。开始生产信息包含合金号、设备号、产线号、炉次号、规格、结晶数等信息。

2.2.6SPC数据采集软件

通过SPC系统连接基础数据服务器上的触发器，实时读取ERP下发的开始生产的信息。SPC获取到当前生产的物料基础信息，同时，开始绑定PLC采集上来的过程数据。SPC系统根据车间、设备、产线、合金号和参数名的不同分别保存各自的数据，同时上传一份数据到基础数据服务器。并且，SPC根据内部公差进行监控、报警以及分析。

2.3系统主要功能设计与实现

系统采用VisualC++软件开发工具，数据库采用MicrosoftSQLServer作为数据管理平台。

2.3.1SPC基础信息管理

（1）用户管理

角色组设置：按生产中担任的不同角色分组，比如工艺工程师、熔铸工程师等。角色管理：设备用户组的权限，某一用户组只能看到提前预设的系统功能，比如熔铸制造中心只能查看熔铸本身的相关产品及特性，不能查看其他制造中心的数据。

用户设置：录入用户的基本信息，新建用户账号及密码重置功能。

（2）产品管理

产品设置：以BOM的方式建立产品库，导入产品基本信息，本文的产品库为熔铸制造中心所有的合金号。控制特性设置：录入每个合金号的工艺过程参数和产品特性参数控制特性，并根据标准作业指导书SOP设定控制特性的工艺规格要求。产品关系维护：绑定产品和控制特性，使产品和控制特性相对应。

2.3.2数据分析

通过SPC系统可以对熔铸车间的熔炼、均热等工序的产品进行过程能力分析、直方图分析、控制图分析、综合能力图等，自动计算出工序质量特性的标准差、直观的看出生产过程中关键数据的“变差”和数据图形的趋势，判断生产过程是否稳定，及时发现异常情况，预测并规避错误和缺陷。通过控制图可以分析判断生产过程是否稳定，及时发现生产过程中的异常情况并预防不合格的发生。

2.3.4数据监控

实现熔铸制造中心过程、工艺技术部、质量保证部和实验室全面SPC现场管理，各工序站点的SPC监控、SPC显示大屏监控、办公室的工程师及管理者对现场过程SPC的全面监控。将控制特性数据导入相应的控制图表、文件中进行实时监控、分析、报警及异常处理。

2.3.5数据追溯

在同一工艺内，对数据进行横向追溯，在生产工艺的不同阶段可对数据进行纵向追溯。本文采用鱼骨刺分析法跟踪追溯数据，通过批次卡、物料号等条件筛选，追溯和跟踪查询产品生产全过程所有过程参数，完成整个过程的质量追溯，帮助客户、管理人员及时获取产品质量信息，对过程监控中出现的重大异常现象，按照PDCA循环模式[10]，进行原因分析、措施制定、效果评价。

2.3.6报告

SPC系统实现多角度、多维度的统计分析、报告分图表报告和数据报告，与Office无限兼容，复杂的条件查询。

报告输出：对工厂各工序生产的产品按时间、分组、样本等进行筛选，输出不合格报告，过程能力报告及分析报告书。

结束语

系统实现了对各项指标进行按需分析，跟踪缺陷产生时对应时间的指标数据并查询异常，及时了解运行情况，从整体上把握生产情况和异常情况，对调整系统工艺都有很大的帮助。系统改变了企业原有的人工统计方式，化繁为简，提高了控制效率。
参考文献:
［1］毕琳.制约我国工业用铝合金挤压型材生产的几个因素[J].有色金属加工，2005，18（5）：5-6.
［2］刘艳秋.统计过程控制（SPC）在质量管理中的应用研究[J].机电产品开发与创新，2008，21(1):69-71