0 引言

    在冶金制造過程中，對(duì)各類冶金產(chǎn)品的工藝設(shè)計(jì)是冶金企業(yè)技術(shù)質(zhì)量管理的核心，貫穿了產(chǎn)品的全部生產(chǎn)途徑。按照MES系統(tǒng)以往的做法，為面向訂貨用戶的產(chǎn)品目錄建立產(chǎn)品規(guī)范，為面向生產(chǎn)的工藝要求建立冶金規(guī)范。產(chǎn)品規(guī)范是一個(gè)代碼，包括一系列產(chǎn)品的屬性；冶金規(guī)范的核心是各類冶金規(guī)范靜態(tài)表，涉及公差、工藝、質(zhì)檢、質(zhì)保書等方面的標(biāo)準(zhǔn)要求。然而，僅靠這套傳統(tǒng)的、靜態(tài)的質(zhì)量體系難以保證原料在經(jīng)過了多個(gè)生產(chǎn)區(qū)域后生產(chǎn)出質(zhì)量水平穩(wěn)定、既符合標(biāo)準(zhǔn)要求又符合用戶特殊要求的產(chǎn)品。

    為此，我們引入工廠建模的思想，建立產(chǎn)品模型和工藝模型。我們建立了一個(gè)結(jié)構(gòu)化建模的平臺(tái)，在此平臺(tái)上，用戶可采用建立層級(jí)模型的方式，對(duì)冶金企業(yè)工廠的物理布局、邏輯規(guī)則、產(chǎn)品規(guī)范、工藝要求等進(jìn)行模型化的描述，更重要的是，把上述靜態(tài)元素以配置的方式結(jié)合為一套冶金質(zhì)量模型，將實(shí)際工廠“搬到”計(jì)算機(jī)上。模型能實(shí)現(xiàn)可復(fù)用、可擴(kuò)展、互操作等特性，使得系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)即插即用成為可能。

1 系統(tǒng)簡介

    首先利用物理工廠建模的軟件平臺(tái)創(chuàng)建若干個(gè)行業(yè)庫。包括冶金行業(yè)的：站點(diǎn)、區(qū)域、工作中心、工作單元，分別對(duì)應(yīng)了冶金企業(yè)、制造分廠、生產(chǎn)工序、生產(chǎn)設(shè)備。行業(yè)庫是可擴(kuò)展的，可隨著工程經(jīng)驗(yàn)不斷趨于完善。此外，把產(chǎn)品和工藝分開建模；工藝建模可再細(xì)分為工藝路徑模型和工藝要求模型，兩者以前面的工序行業(yè)庫為紐帶進(jìn)行關(guān)聯(lián)。其次，產(chǎn)品模型和工藝模型之間有個(gè)動(dòng)態(tài)的配置，一個(gè)產(chǎn)品模型的實(shí)例，在配上若干用戶特殊要求后，才能跟工藝模型的實(shí)例產(chǎn)生勾連關(guān)系。此外，所有工藝要求模型都有一對(duì)特征屬性，即索引和序號(hào)。一個(gè)索引加相關(guān)序號(hào)，就可以唯一地確定某工藝要求模型中的一個(gè)實(shí)例。對(duì)工藝模型實(shí)例化時(shí)，對(duì)其中用到的那些工藝要求掛上對(duì)應(yīng)的索引。

2 設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)

    2.1 建立行業(yè)庫

    包括：站點(diǎn)、區(qū)域、工作中心、工作單元。以上順序含有從大到小的層次關(guān)系，以此基礎(chǔ)，可以形成一套層級(jí)模型。

    2.2 基礎(chǔ)架構(gòu)的搭建

    包括創(chuàng)建：工序?qū)嶓w、產(chǎn)品實(shí)體、工藝實(shí)體、工藝路徑實(shí)體、工藝要求實(shí)體，主要是為每類實(shí)體定義其屬性。這幾類實(shí)體的創(chuàng)建是為后面的建模作準(zhǔn)備的。

    2.3 冶金質(zhì)量建模

    2.3.1 物理工廠建模

    包括：從站點(diǎn)出發(fā)建立工廠實(shí)例，比如寶鋼廠；從區(qū)域出發(fā)建立分廠實(shí)例，比如熱軋分廠、鋼管分廠；從工作中心出發(fā)建立工序?qū)嵗�，比如熱軋軋機(jī)、熱軋精整、無縫鋼管熱區(qū)、一般管精整。

    2.3.2 工序建模

    在工序?qū)嶓w的基礎(chǔ)上，配置工序代碼、工序名稱等屬性值，從而實(shí)例化為各道冶金生產(chǎn)工序，如熱軋軋機(jī)、鋼管熱區(qū)。此外，為每道工序關(guān)聯(lián)工作中心和工藝要求的配置關(guān)系。

    2.3.3 產(chǎn)品建模

    在產(chǎn)品實(shí)體的基礎(chǔ)上，為各項(xiàng)屬性配置具體產(chǎn)品基本要求，從而實(shí)例化為各類鋼鐵產(chǎn)品，如熱軋直發(fā)卷、普通結(jié)構(gòu)管。此外，為每類產(chǎn)品關(guān)聯(lián)冶金規(guī)范碼(即一套生產(chǎn)工藝，具體在后面的工藝建模中體現(xiàn))。

    2.3.4 工藝建模

    工藝建模分為以下3個(gè)層次，是一個(gè)從上而下、從粗到細(xì)的過程，從而建立起一個(gè)層級(jí)模型。

    (1)冶金工藝建模

    在工藝實(shí)體的基礎(chǔ)上，為各項(xiàng)屬性配置具體工藝的基本要求，從而實(shí)例化為各類鋼鐵產(chǎn)品的多套生產(chǎn)工藝(或稱冶金規(guī)范)，如熱軋直發(fā)卷的冶金規(guī)范、普通結(jié)構(gòu)管的冶金規(guī)范等等。生產(chǎn)工藝的具體化通過為每個(gè)實(shí)例配置具體的工藝要求、質(zhì)檢要求來實(shí)現(xiàn)。

    (2)工藝路徑建模

    在工藝路徑實(shí)體的基礎(chǔ)上，為各項(xiàng)屬性配置具體工藝路徑的基本要求，從而實(shí)例化為某類鋼鐵產(chǎn)品的某套生產(chǎn)工藝下各種生產(chǎn)路徑(產(chǎn)線)，如鋼管管線管的生產(chǎn)，生產(chǎn)路徑可能有2條：分別是“鋼管熱區(qū)—一般管精整線”和“鋼管熱區(qū)。高壓鍋爐管精整線”。

    (3)路徑下工序的建模

    路徑是由多道工序組成的。在已經(jīng)有了工序建模的基礎(chǔ)上，把需要的工序關(guān)聯(lián)起來，就形成了實(shí)例化的工藝路徑。每道工序自動(dòng)產(chǎn)生已經(jīng)配置好的屬性值和工作中心，此處還需要為工序上所配的工藝掛上具體要求，詳見后面“產(chǎn)品模型和工藝模型的關(guān)聯(lián)”的敘述。

    (4)工藝要求的建模

    工藝要求的建模獨(dú)立于前面的工藝—路徑—工序的建模。工藝要求有上百種之多，比如：成品規(guī)格的公差要求、取樣要求、檢化驗(yàn)要求、加熱爐加熱溫度、控軋要求、包裝要求、質(zhì)保書要求等等。因?yàn)椴煌�工藝要求的屬性是不同的，所以需要為每種工藝要求分別建立一個(gè)實(shí)體。并在這些實(shí)體的基礎(chǔ)上實(shí)例化為各種具體的工藝要求。

    2.3.5 質(zhì)量建模

    把前面各類相對(duì)靜態(tài)的模型(物理工廠模型、產(chǎn)品模型、工藝模型、工藝要求等)配置成一個(gè)有機(jī)體的過程，就是質(zhì)量建模的過程。這是本發(fā)明的核心內(nèi)容。

    (1)產(chǎn)品模型和工藝模型的關(guān)聯(lián)

    到目前為止，產(chǎn)品模型和工藝模型還是各自獨(dú)立的，而什么產(chǎn)品應(yīng)有什么工藝顯然必定是有對(duì)應(yīng)關(guān)系的，本發(fā)明的關(guān)鍵之一就是為兩者建立合理的、可靠的紐帶。

    產(chǎn)品模型中的關(guān)鍵屬性是產(chǎn)品大類、標(biāo)準(zhǔn)、牌號(hào)、熱處理方式；工藝模型上對(duì)應(yīng)地也有這些屬性，但并非兩者簡單相等就可以做出關(guān)聯(lián)，因?yàn)檫�存在其他影響因素，使得兩者不是簡單的一一對(duì)應(yīng)。比如，產(chǎn)品的最終用途是因素之一。例如，即使是同樣標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)的冷軋產(chǎn)品，用作家電和用作汽車，其強(qiáng)度要求是不同的。再比如，產(chǎn)品的最終用戶是因素之二。例如，即使同樣標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)的冷軋產(chǎn)品同樣用在汽車上，A品牌的車和B品牌的車對(duì)強(qiáng)度的要求也是不同的。

    考慮到這些因素，產(chǎn)品模型和工藝模型之間還有個(gè)動(dòng)態(tài)的配置模型，通過配置，一個(gè)產(chǎn)品模型的實(shí)例，在配上最終用途、最終用戶等α條件后，才能跟工藝模型的實(shí)例產(chǎn)生勾連關(guān)系。有了這個(gè)動(dòng)態(tài)模型，就能突破傳統(tǒng)的按國標(biāo)、企標(biāo)等對(duì)原料組織冶金生產(chǎn)，最后分配給訂貨合同的局限性；從而保證產(chǎn)品最大限度地命中標(biāo)準(zhǔn)要求以及用戶的特殊要求，從根本上支持了MES系統(tǒng)按合同組織生產(chǎn)的思想，最終提高了企業(yè)的競爭力。

    (2)工藝模型和工藝要求的關(guān)聯(lián)

    無論公差要求、質(zhì)檢要求、熱處理工藝、控軋要求等等總共上百個(gè)冶金工藝要求的實(shí)際屬性如何千差萬別，它們被模型化之后，都被設(shè)置上一對(duì)特征屬性——索引、序號(hào)。索引是用來確定某種工藝下同一產(chǎn)品分類、同標(biāo)準(zhǔn)、同牌號(hào)、同精度等級(jí)下的一套要求；這套同類的工藝要求下，再用規(guī)格組距進(jìn)行劃分，每組規(guī)格組距就是一個(gè)序號(hào)。一個(gè)索引加相關(guān)序號(hào)，就可以唯一地確定某工藝要求模型中的一個(gè)實(shí)例。

    基于工藝要求模型的這個(gè)架構(gòu)，工藝要求就可以跟工藝模型的實(shí)例進(jìn)行關(guān)聯(lián)了。在工藝模型的三個(gè)層次“工藝-路徑-工序”下，有一項(xiàng)重要的屬性，就是當(dāng)前層次下可能配置哪些工藝要求。所有可能需要的工藝要求都必須列在其中，但在對(duì)模型實(shí)例化時(shí)，只對(duì)其中真正用到的那些工藝要求掛上對(duì)應(yīng)的索引。

    索引是從事先建好的工藝要求模型的實(shí)例上選取的。與此相對(duì)應(yīng)，工藝要求模型中有個(gè)重要屬性，就是對(duì)工藝要求的分類，即描述了當(dāng)前工藝要求是對(duì)應(yīng)了工藝模型三層次中的哪個(gè)/些層次。

    有了這套跟工藝要求動(dòng)態(tài)相關(guān)的工藝模型，就能保證在MES系統(tǒng)以合同組織生產(chǎn)的前提條件下，對(duì)合同所要求的產(chǎn)品，能貫徹一貫質(zhì)量管理的理念。訂貨合同先對(duì)應(yīng)一個(gè)產(chǎn)品模型的實(shí)例，再根據(jù)其d條件能勾連到一個(gè)工藝模型的實(shí)例，然后根據(jù)其訂貨規(guī)格，能對(duì)應(yīng)出各工藝要求的實(shí)例。通過這條通路，每個(gè)訂貨合同都能唯一地確定一套貫穿了整套生產(chǎn)途徑的各類工藝要求，這套工藝要求在MES系統(tǒng)排作業(yè)計(jì)劃時(shí)下發(fā)到各相關(guān)的機(jī)組崗位，對(duì)生產(chǎn)過程起到指導(dǎo)作用；在過程自動(dòng)化的支持下，更能在很多產(chǎn)出工序發(fā)揮在線質(zhì)量跟蹤、自動(dòng)質(zhì)量判定的作用，這就貫徹了一貫質(zhì)量管理的理念。

3 建模過程

    在建模平臺(tái)上，通過人工錄入或者外部導(dǎo)入相結(jié)合的方法，封裝生成產(chǎn)品、工廠、工序、工藝要求等冶金企業(yè)最基本質(zhì)量元素，來完成工藝要求的綜合集成，從而建立冶金企業(yè)統(tǒng)一的質(zhì)量模型。質(zhì)量建模是整個(gè)工廠建模的基礎(chǔ)部分。對(duì)工廠建模來說，其后續(xù)任務(wù)還包括創(chuàng)建統(tǒng)一的、封裝的業(yè)務(wù)模型，為MES系統(tǒng)中各功能模塊提供標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和應(yīng)用接口，以保障各功能模塊的即插即用和工作協(xié)同。

    建立工廠模型中的質(zhì)量模型的過程如圖1所示。

圖1 建模過程示意圖

4 應(yīng)用效果和結(jié)論

    從以往的MES生產(chǎn)工藝管理的設(shè)計(jì)方法及傳統(tǒng)的冶金老企業(yè)中的冶金工藝展現(xiàn)出來的一般來說是一堆龐雜無序的EXCEL表格；即使有了一個(gè)類似的管理系統(tǒng)，也往往缺少一套全局化的脈絡(luò)，而僅停留在現(xiàn)有工序的范圍內(nèi)，可擴(kuò)充性較差，更談不上從模型的高度去實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化、配置化和可視化。相比而言，采用本文建模的設(shè)計(jì)方法的好處在于：

    1)形成覆蓋面廣的行業(yè)庫，這些行業(yè)庫中的對(duì)象可隨著工程經(jīng)驗(yàn)的積累而不斷豐富和完善，從而更加趨于專業(yè)和完整，最終可以快速地為各種冶金企業(yè)提供服務(wù)。

    2)冶金質(zhì)量模型兼容了傳統(tǒng)的產(chǎn)品規(guī)范和冶金規(guī)范體系，又提升了產(chǎn)品和工藝的可配置性。一方面，用動(dòng)態(tài)配置模型保證了產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定可靠且保證符合標(biāo)準(zhǔn)以及用戶特殊要求；另一方面，使得產(chǎn)品和工藝的設(shè)計(jì)手段和集成方式更為快捷方便和易于實(shí)現(xiàn)。

    3)冶金質(zhì)量模型為MES系統(tǒng)的訂單管理、生產(chǎn)管理、計(jì)劃管理、物料及實(shí)績管理、倉庫管理、發(fā)貨管理等其他功能模塊提供了統(tǒng)一的基礎(chǔ)模型，并為那些后續(xù)的業(yè)務(wù)模型提供了穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)支撐。

    4)在這個(gè)質(zhì)量模型的基礎(chǔ)上，還能進(jìn)一步建立動(dòng)態(tài)的業(yè)務(wù)模型，從而建立各種不同生產(chǎn)條件下的統(tǒng)一的生產(chǎn)流程，從而大大提高M(jìn)ES系統(tǒng)的可配置性。

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本文標(biāo)題：基于工廠建模的冶金質(zhì)量模型

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