1、CIMS 环境下钢铁企业质量管理系统的分析与设计摘 要 质量管理是钢铁企业 MES系统的重要组成部分，系统以PDCA质量控制为理念，将生产过程中从原料、半成品到产成品检验各环节的所有质量信息集成起来，以期建立覆盖钢铁企业生产全过程的一贯制产品质量规范管理、质量设计与检验、质量判定与分析、质量追踪与质保服务的钢铁企业质量管理系统。本文首先对钢铁产品特性及质量管理系统基本需求进行了详细分析，在基础上构建了系统整体架构并对各子模块功能进行了详细描述。 关键词 MES；质量管理；系统分析 doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2013 . 15. 030
2、 中图分类号 TH186；F273 文献标识码 A 文章编号 1673 - 0194（2013）15- 0044- 04 1 引 言 美国著名质量管理大师朱兰指出：“20 世纪是生产率的世纪，21 世纪是将是质量的世纪” 。随着全球经济一体化及网络信息技术的不断发展，质量管理将进入一个新的发展阶段，现代钢铁企业质量管理应当融入以信息技术为支撑的先进质量管理理念1。钢铁企业质量管理主要是指从原料到半成品、产成品各环节的所有质量信息相集成，形成一个完整的质量信息反馈体系，并实现产品质量生产的全程追溯。本文以钢铁企业制造执行系统（MES）中质量管理子系统的分析与设计为研究主题，在对国内外已有的钢铁企
3、业质量管理系统开发等相关文献进行研究的基础上2-4，首先根对钢铁产品质量特性进行了详细分析，在此基础上根据实际需求构建了钢铁企业质量管理系统模块的整体架构，并重点就各子模块具体功能进行了详细描述，以期在 CIMS环境下通过计算机信息技术来整合企业资源，优化质量管理流程，实现质量信息和数据的共享，实现企业经济效益和社会效益最大化。 2 钢铁产品质量特性分析 钢铁产品质量特性大致分为直接质量特性和参数质量特性两部分。合同规定的客户需求一般反映的是直接质量特性，包括主质量特性，如钢号、标准、形状、规格等；以及辅助质量特性，如交货状态、加工用途、冶炼方法、技术条款等。而生产过程中参照的目标是产品的参数
4、质量特性，包括化学成分质量特性，如 C、Si、Mn 等元素的含量要求；物理质量特性，如形状、规格、力学性能、高低倍要求等；以及交货期等时间质量特性。产品质量设计的实质就是将产品的直接质量特性映射为产品的参数质量特性，并将它们分解到各个加工工序中进行控制，作为生产过程控制和质量检验的目标以及判定合格与否的依据。具体分类参见图 1。 3 质量管理系统需求分析 钢铁生产可分为炼钢、连铸、轧制等阶段，其在炼钢连铸阶段是连续的，而在后续轧制等阶段是离散的，因此钢铁生产是半连续半离散的分阶段式生产方式。而从物质上来看，钢铁生产过程是从单一钢水投入经后续不同加工工艺，按用户合同要求生产出产品性能、规格各异的
5、产品的分解过程，其产品规格虽复杂，但生产工艺却有着很多的相似之处。基于以上对钢铁产品特性及钢铁生产流程的了解，其质量管理系统需求应须把握以下几点5： （1）工序过程质量控制：通过对生产过程各工序过程质量进行控制，以保证产品的最终质量符合用户要求。 （2）质量检验及数据采集：系统在生产过程中各关键工序设置质量采集点以采集工序质量数据，并与数据库中标准数据进行自动对比，并把对比结果实时显示。 （3）检（化）验及质量判定：按照试样检验要求及时为其他工序提供准确的检验数据并结合现场检验结果对半成品和成品进行综合判定。 （4）质保书模板设计与应用。 （5）质量控制与生产放行：通过对产品生产质量进行监督控
6、制，对不合格半成品采取封锁、返修等措施，杜绝不合格半成品不经允许流转到下道工序或出厂。 （6）产品质量分析与缺陷反查：通过对产品生产过程中各关键工序节点采集的质量工艺控制数据、成分物理性能数据、在线检验数据及各种标准数据进行综合分析，找出产品形成缺陷的原因，为改进产品质量提供有力保障。 （7）改判业务处理：对检验结果无法满足订单要求但符合另外一个牌号标准的产品，系统提供判定顺序，指导牌号的改判，要确保改判结果的准确性和改判钢种的合理性。 4 质量管理系统总体架构设计及各功能模块分析 4.1 质量管理系统总体架构设计 通过以上对质量管理系统需求的分析，可知质量管理系统总体架构主要包括质量标准管理
7、、产品质量设计、质量采集与检验、质量判定管理、质保书管理、质量跟踪与分析等模块。具体见表 1。 4.2 质量管理系统各功能模块分析 由表 1可知，质量管理系统架构大致分为 6个子模块，其质量管理流程图（以钢卷生产为例）如图 2所示。 4.2.1 质量标准管理 钢铁企业质量标准管理通常由企业质量标准科在充分考虑并综合执行国际、国家、钢铁行业及客户特殊要求等基础上制定，并及时下达至作业部门，制定企业钢铁内部标准，控制产品生产质量。具体包括：国际冶金规范标准；国家冶金规范标准；企业内控标准，包括性能控制标准、成分控制标准、外观控制标准、工艺路线标准、工艺参数标准；客户要求标准，即企业根据客户个性化需
8、求制定生产标准。 系统质量标准冶金规范数据库是钢铁企业技术质量管理部门对管理的所有工序工艺控制参数、检（化）验要求等作业指令进行有机归并后形成的集合，它是合同质量设计的重要的基础数据来源之一，包括质量判定规范和工艺技术规范管理。其中质量判定规范在 ERP，产品工艺技术规范在 MES。工艺技术规范是质量管理部门针对每道工序的控制参数、检（化）验要求、执行标准等作业指令进行数据合并的集合。企业 MES系统提供工艺技术规范的管理功能，包括查询、增加、修改、删除等操作。系统建立有化学成分标准库、机械性能标准库、高倍和工艺性能标准库、热轧工艺状态库、热处理状态库等，分别存放着各种限值及判定条件6。4.2
9、.2 产品质量设计 由企业质量设计科根据产品质量标准和客户合同进行产品质量设计，质量设计人员通过从 ERP系统接收过来的客户订单进行质量设计，确定该产品在各工艺流程阶段需要达到的质量规范和工艺参数表的设定值。如各种文档控制，各工序加工设定值等。在此后的生产过程中，计算机就按照质量设计输出的质量标准进行严格的质量控制。用户合同的质量设计过程包括产品质量设计和生产质量设计两个阶段7，其具体设计过程包括： （1）首先，在合同处理时，根据销售合同中输入的产品大类、产品名称、牌号、交货状态、质量标准等用户需求特性，在产品规范库中查找对应的产品规范码，再根据产品规范内的具体内容完成合同的产品质量设计。 （
10、2）根据产品规范码、客户代码（CUST_NO）和产品最终用途码（APN） ，找到相应的冶金规范码（MIC） 。冶金规范码是生产质量设计的关键。 （3）产品个性化需求由系统根据用户的不同和使用用途来决定，而所有制造参数由冶金规范码管理，所以，系统内建立了用户、使用用途与冶金规范码的对应表。 （4）对合同进行生产质量设计。以冶金规范码为关键字，并以长度、厚度、宽度等度量型特征属性及其他特殊要求为次关键字，在冶金规范库中找到相对应的生产路径（不同路径用 Line-No来区别）和路径下所有机组的控制规范，该过程实现了对合同产线设计及产线机组制造标准的设计。 （5）对于有多产线路径的合同，还需要根据实际
11、生产状况确定主产线，其他生产路径作为备选的次产线。 （6）产线路径是产品生产机组的组合，在冶金规范中同样的产品可以对应几条生产线路径，主制程确定时一般主要考虑各产线的物流顺畅平衡和生产成本等，在实际生产过程中，计划员可以进行主次产线的变更，实现柔性生产。 （7）在合同实际制造过程中，当合同的物料进入不同机组计划执行时，将进行工序分解，自动将前期设计的对应机组制造标准数据下发给相应的 PCC计算机，PCC 计算机按标准数据进行生产控制。 4.2.3 质量采集及检验 质检部在各分厂设有质量监测站，其主要职能是对该分厂的产品进行在线监测以及对中心实验室的检测结果依据标准进行质量判定，对定量结果进行自
12、动判定，对定性结果进行人工判定。其中送来中心实验室检验的对象统称为委托方，它包括各生产分厂、物供、技术中心、质量部、钢研所及其他外委单位。送料包括足够检验项目所需的试验、检验卡片（即大票） ，检验卡片上注明委托方、炉号、规格、技术条件等信息。检验项目主要包括物理和化学两大类，其中物理检验分为力学性能和高低倍检验，化学检验分为化学成分和气体分析检验。质量采集取样委托流程如图 3所示。 4.2.4 质量判定管理 将质检部在各分厂收集到的质量数据，按编号输入到计算机内，与系统事先建立的工序放行标准（相应工序牌号产品的化学成分标准库、物理机械性能和高倍、工艺性能等各质量规范标准库数据）相对照，判定内容
13、包括：成分实际判定，对比各阶段产品的实际化学成分与标准库中的成分标准，检验其成分实际值是否在标准范围内；性能实际判定，对比各阶段半成品机械性能实际、工艺性能、表面质量、尺寸规格与各相应的性能标准，检验其值是否在标准范围内。如果以上判定都符合各相应的标准，则相应工序放行通过，进入下一道工序。如不符合放行标准，就要进入质量异常处理，根据异常实际情况的不同，分别进入“判废” （废品） 、 “改判” （不良品）和“返回” （返回品）流程。如果进入“判废”流程，则终止该在制品的制造流程，将其送入废品库。如果进入改判流程，同样终止制造流程，但该在制品被降级改变牌号或规格，作为可利用材转入中间产品库，以便在
14、调配调度时供其他合同使用。如果进入“返回”流程，同样终止制造流程，但该在制品将返回前面出错的流程进行返修。此时原合同必须进行重新补料，重新申请材料等等8。质量判定流程如图 4所示。 4.2.5 质保书生成及管理 质保书内容需满足国家法规和订货合同要求，主要包括合同相关事项和产品检（化）验数据结果，包括：质量证明书标识、产品标识、用户标识、合同标识、发货日期、运输标识、发货人、审核人、执行标准、批号、炉罐号、牌号、规格、数量、重量、化学成分、物理检验等。质保书生成过程如图 5所示。 出厂产品录入：根据发货通知单，输入需要开具质保书的产品相关信息。 出厂产品分析：对发货通知单上的产品支数、质量进行
15、有效性校对（主要指定尺及长度要求的钢管） ；调用化学成分台账，检查化学成分分析结果；调用机械、工艺、高倍数据台账、查验分析结果；列出前 3项分析不合格的产品，提出警告。 产品质保书信息修改：对录入或分析结果错误的出厂产品信息进行修改。 产品质保书生成管理：对经过分析质量完全合格的产品自动登记分配质保书号；按质保书号屏幕显示质保书；按开出日期打印质保书；按质保书号打印质保书；开具的质保书存档。 4.2.6 质量跟踪与分析 质量跟踪主要是针对在制品每道工序的在线和离线质量情况，对其理化性能进行跟踪和判定，对所有的质量数据以成品材料（捆）为单位，在系统中保留一定的时期，结合物料跟踪管理模块，可以对从
16、原料到成品的所有质量数据进行查询和追溯。目的是为了对产品的质量信息进行分析，找出存在的问题和改进方法，以期对未来产品质量和生产管理水平的提高起到促进作用。 质量分析是将被控变量与预定的质量规范或质量标准给定值进行比较，达到修正质量偏差的目的。通过产品质量分析，及时找出引发质量问题的原因和根源，根据产品的质量状况制定相应的措施并监督执行，为改进工艺或操作规程提供参考依据。 5 结 论 质量管理是无缝钢管 MES系统的重要组成部分，本文所研究的钢铁企业质量管理系统从钢铁企业质量管理所面临的实际问题出发，以先进管理思想和技术理念为指导，以 PDCA质量控制为理念，针对钢铁企业质量管理流程优化、先进制
17、造管理平台构建、信息系统集成等问题，建立了覆盖钢铁产品生产全过程的一贯制质量管理架构体系，并重点就各功能子模块进行了详细分析及说明。 主要参考文献 1卢晓春，阮锋.产品质量管理方法研究评述J.机床与液压，2004（3）：10-15. 2Jitao Fang， Shusong Yu， Xiangqian Ding. Development of MES-based Workshop Integrated Quality Monitoring SystemC. International Conference on Automation and Logistics，Qingdao， China，S
18、eptember 2008：216-220. 3段桂江，孙飞，唐晓青.集成质量系统与企业资源计划系统的多视图融合机制研究J.计算机集成制造系统，2005，11（12）. 4刘晓冰，刘彩艳，等.基于制造执行系统的动态质量控制系统研究J.计算机集成制造系统，2005，11（1）：133-135. 5徐端，舒真，冯水华.钢铁企业质量管理系统研究与开发J.控制工程，2005，12（6）：557-561. 6郑雯.浅谈钢铁企业 MES质量管理C.第七届（2009）中国钢铁年会论文集，2009：10-36. 7李成，高建民.基于过程控制的集成质量系统体系结构研究J.计算机集成制造系统，2007，13（10）：2041-2052. 8陈冬亮.钢铁企业 MES中质量控制系统的研究与设计J.工业控制计算机，2005，18（6）：51-52.
