MES 系统在热轧产品质量管理中的应用

田 丹

（河钢集团唐山钢铁集团有限责任公司，河北 063000）

0 引言

质量作为产品的生命，已成为了企业发展所立足的根基。在当前供给侧结构改革持续推进的形势下，钢铁行业的发展早已不再是盲目追求数量，而是追求在保障产品质量条件下的数量。在目前严峻的市场环境下，企业要想走出困境寻求可持续发展路径，就要加大产品质量的管控力度，以规避质量异议、提高客户的满意度和以及产品的竞争力。而对产品质量进行全面的判定评估，把好每道工序的质量关，是将产品质量提升到一个更高水平的重要手段。

尽管产品在生产过程中质量被以严格监控，但因异常突发状况还是会造成产品质量问题，若最终检验过程出现偏差，会造成不合格产品流入下道工序和市场。因此要强化产品出厂前的检验，寻求一种有效的质量检验方式，对产品质量的关键环节层层把关，保证产品质量满足下道工序和客户需求。本文介绍了MES 在唐山钢铁公司连铸板坯及热轧卷产品出厂前质量检验方面的应用情况，分别从炼钢区和轧钢区两部分介绍了MES 在产品质量管理和检验方面的应用效果。

1 MES 系统质量管理模式

制造执行系统（MES）因长期收集生产环境中的过程数据，形成了庞大的信息库，为企业数字化发展提供了有效的利用资源，作为一种面向生产过程和实时信息采集的系统在各钢铁企业受到了越来越多的重视。MES 作为连通四级ERP 和二级生产自动化的桥梁，在企业整个信息化系统架构中起到了承上启下的中间作用，上传下达实时生产数据的同时，也为企业决策提供数据参考[1]。

唐钢热轧MES 系统自上线以来，根据公司整体信息化建设管理的要求，形成了集生产计划管理、全厂物流跟踪、库存管理、质量管理、能源介质收集、消耗实绩收集与成本管理等生产控制、过程优化、生产调度、计划决策、成本分析于一体的厂级生产信息管理系统。不同功能模块在使用上相对独立的同时，也将按照客户的业务需求将基础数据以既定规则进行串联，在保障数据独立性的同时，实现不同模块区间的数据互通与全流程信息追溯。图1是MES 与四级ERP 系统间的交互信息流：MES 系统接受到四级ERP 的订单信息，形成组织生产计划并排产下发到二级自动化，同时对生产实际及相关质量信息跟踪，将生产、消耗等信息反馈给四级ERP 系统，以便进行产品成本、库存及质量等方面的统计分析[2]。

图1 MES 与ERP 交互信息流

热轧MES 系统中，在质量管理功能中划分为钢区质量管理和轧区质量管理两个模块，通过对产品的化学成分、生产过程异常事件、表面质量、物理性能的校验进而确定出产品的对应质量等级，发现不合格产品及时剔除，达到出厂产品质量高度合格的目标。

2 钢区质量检验

钢区质量检验的主要产品是连铸板坯，MES 钢区质量管理模块对铸坯质量判定的检验内容主要包括化学成分和生产过程异常事件，钢区质量检验流程如图2 所示。

图2 钢区质量检验流程图

2.1 化学成分检验

钢材具有应用广泛、品种繁多的特点，主要成分有碳、锰、硫、磷、硅等，按化学成分分类的碳素钢包括低碳钢、中碳钢、高碳钢，不同种类的碳素钢其化学成分都有严格的定义。碳素钢化学成分是保证产品各项性能的关键因素，因此对化学成分的校验尤为重要。

MES 系统接收上级订单设计系统的工艺过程参数及质量项参数，当下发生产计划或接收到生产信号时，MES 结合订单设计系统中的检验项，在MES 钢区质量系统中形成成分检验委托并将委托信息发送至LIMS 质检系统；LIMS 质检系统接收到检验委托后，会结合现场情况取样，检验产品成分数值，并将结果反传至MES 系统。

质量管理模块的化学成分检验界面如图3 所示。MES 通过收集化验室检测出的各项成分值，与钢种的标准成分值比照，当成分实际值符合标准值要求，数据条显示绿色即代表此成分合格；当成分实际值未达到标准值要求，数据条显示红色即代表此成分不合格，这种情况用户可选择成分复验功能，此时MES 质量管理模块会向成分化验室发送成分复验委托，化验室接到委托会重新检验成分，MES质量管理模块会对再次接收到的复验成分数据进行重新校验；当成分值出现缺失时，MES 系统质量管理模块的数据条出现黄色预警提醒。

图3 化学成分检验界面

2.2 生产过程异常事件检验

钢区生产过程中的异常事件在转炉、精炼、连铸的各个工序都有可能出现，如转炉补吹次数、精炼二次冶炼、连铸头尾坯等。MES 系统质量管理模块会将各工序异常事件全部采集，按用户需求制定异常事件对应的铸坯质量等级对照表，系统根据对照表会自动给出异常事件对应的铸坯质量等级，给出异常事件检验等级，这极大减少了人为工作量。MES 系统质量管理模块的生产过程异常事件检验界面如图4 所示。

图4 异常事件检验界面

2.3 铸坯的终判

结合成分判定和异常事件判定的结果，对铸坯检验结果生成一个终判质量等级，如合格，可进入下一工序或外售，如不合格可选择修复、降判或判废，这样有效避免了不合格原料进入下一工序，减少了企业生产成本，同时提高了生产效率。

3 轧区质量检验

轧区质量检验的主要产品是热轧卷，MES 轧区质量管理模块对热轧卷质量判定的检验内容主要包括表面质量和物理性能事件，轧区质量检验流程如图5 所示。

图5 轧区质量检验流程图

3.1 钢卷表面质量检验

钢卷表面常见的缺陷有裂纹、结疤、气泡，夹杂等。在实际生产中出现瑕疵属于正常现象。在交货时根据客户要求，一般情况下钢卷表面局部缺陷部分的长度不能超过钢卷总长度的要求比例。一些钢铁企业热轧卷表面检测工作一般由质检人员目测完成，工作难度较大，如因人为疏忽未发现表面存在的严重缺陷，会影响客户对产品的满意度。唐钢MES 轧区质量管理模块会根据表检系统采集的钢卷表面图像，设计出不同产品的表面质量要求判定标准。对照判定标准，表面质量系统可自动计算并推荐相应的表面质量等级供质检人员参考决策。图6 显示的是某钢卷的表面缺陷图。

图6 钢卷表面质量缺陷示意图

3.2 物理性能检验

钢卷的物理性能是保证其最终使用性能的重要指标，根据使用环境的不同要求，MES 上级系统规定了不同产品的屈服强度、抗拉强度、伸长率、冲击功以及硬度等性能要求。

MES 质量管理模块的物理性能检验界面如图7所示，系统中可人工选取特定钢卷作为取样卷，其余钢卷作为替代卷，取样卷取完样后送检验室进行性能检验，MES 系统收取到性能结果后进行组批操作，即以取样卷为标准生成替代卷性能。需要注意的是替代批次不能作为取样批次成为其他替代批次的物理性能样本，转换批次身份需再上报ERP 之前先解除其替代批次身份进行取样后，方可成为取样批次。MES 系统质量管理模块进行性能判定时，是将各个物理性能与钢卷要求性能上下限做比较，性能合格显示绿色，性能不合显示红色，不合格时可进行性能复验或性能重检，待检验结果返回时再对性能判定，性能缺失时黄色提示。

图7 钢卷性能判定界面

3.3 钢卷终判

结合表面质量及物理性能判定结果，对钢卷检验结果生成一个质量终判等级，终判等级分为合格、三级品、废品、修复及改判。如合格，可按原计划订单外售，不合格时，可进入平整工序对存在的缺陷进行修复，存在瑕疵时也可对降级产品与客户进行协商低价售出，这样节约成本的同时减少了产品库存。

4 结论

唐山钢铁公司MES 在钢区和轧区质量管理体系中，利用信息化系统采集的数据按照质量分级判定模型计算得出的判定结果代替人工判定产品质量等级，实现了对连铸板坯和热轧卷产出质量全程管控的信息化、自动化和标准化。该系统可实现从多维度对铸坯及钢卷产品质量进行全面的评估，避免不合格产品进入下一道工序、劣质产品流入市场，保证了交货产品完全满足客户的质量要求，对保证企业的市场占有率、提升企业质量口碑起到了关键作用。同时为其他相关行业的质量检验提供了有效参考。