CIMS环境下钢铁企业质量管理系统的分析与设计

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美 国著名质量管 理大 师朱 兰指出 ：20世 纪是生 产率 的世纪.2l世纪是将是质量的世纪”。随着全球经济-体化及网络信息技术的不断发展.质量管理将进入-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。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-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业质量管理系统开发等相关文献进行研究的基础上 ].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拈的整体架构.并重点就各子拈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-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。

图 1 钢铁产品质量特性结构模型 图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[收稿日期]2013-05-15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-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、规格各异的产品的分解过程，其产品规格虽复杂，但企业管理信息化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 ]：(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踌验结果对半成品和成品进行综合判定 。

(5)质量控制与生产放行：通过对产品生产质量进行监督控制 ，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 -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拈分析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、产品质量设计 、质量采集与检验、质量判定管理、质保书管理、质量跟踪与分析等拈。具体见表 1。

表 1 质量管理系统总体架构系统名称 拈名称 拈功能质量判定标准管理 质量标准管理工艺技术标准管理产品质量设计 产品质量设计生产质量设计质量采集与检验 质量数据的采集与检验化学性能自动判定管理物理性能 自动判定管理质量管理系统 质量判定管理 不 良品(降级、 改判 、判废等)处理产品质保书信息录入产品质保书信息分析 质保书管理产品质保书信息修改产品质保书生成管理产品质量跟踪 质量跟踪 与分析产品质量分析4.2 质量管理系统各功能拈分析由表 1可知，质量管理系统架构大致分为 6个子拈，其质量管理流程图(以钢卷生产为例)如图2所示。

图 2 质量管理流程图CHINA MANAGEMEN1fNF0RMA丁J0NZZA丁j0N ，45企业管理信息化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：①国际冶金规范标准；② 国家冶金规范标准；③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；④客户要求标准，即企业根据客户个性化需求制定生产标准。

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-，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 ]。

4.2.2 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l7]，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。

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(2)根据产品规范码、客户代码(CUSTNO)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-N0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-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～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46CHINA MANAGEMENT INFORMATIONIZATION图 3 质量采集取样委托流程42.4 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 ，判定内容包括：①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；②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-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，分别进人判废”(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[8j。质量判定流程如图 4所示 。

企业管理信息化图 4 质量判定流程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。

图5 质保书生成过程出厂产品录入：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：①对发货通知单上的产品支数、质量进行有效性校对(主要指定尺及长度要求的钢管)；②调用化学成分台账，检查化学成分分析结果；③调用机械、工艺、高倍数据台账、查验分析结果；④歹Ⅱ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 ：①对经过分析质量完全合格 的产 品 自动登 记 分配 质保书号；②按质保书号屏幕显示质保书；( 按开出 日期打印质保书；④按质保书号打印质保书；⑤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- 定的时期 ，结合 物料跟踪管理拈∩以对从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 、先进制造管理平台构建、信息系统集成等问题〃立了覆盖钢铁产品生产全过程的- 贯制质量管理架构体系，并重点就各功能子拈进行了详细分析及说 明。