專利名稱：板坯加熱爐過程能力在線評估方法
技術領域：
本發明涉及加熱爐過程能力在線評估技術領域，特別是涉及一種板坯加熱爐過程能力在線評估方法。
背景技術：
加熱爐生產過程中存在“柔性”和“剛性”兩個相對立的需求系統。“柔性”系統要 求加熱爐能適應各種鋼種、規格和工藝，且能適應不同產品的過渡，滿足不同的訂單需求。 而“剛性”系統則要求不論何種產品、操作方式、過渡方式和設備狀況，均要求產品達到規定 的質量和性能。但由于人工操作參與、爐子慣性和設備性能等環節的影響和限制，導致整個 系統不可能完全處于穩定受控狀態，進而出現“柔性”系統和“剛性”系統之間的對立。針對 這種需求對立現狀，如何進行加熱爐生產過程的控制和運行管理，最大程度地進行“柔性” 和“剛性”需求間的協調，對于提高加熱爐的控制和調節水平，進而提高生產質量、能力、效 率和節能降耗等方面均具有重要的實際意義。目前加熱爐控制系統中的過程控制級雖然從功能上能根據生產工藝和相關數學 模型對生產線上的各機組和各設備進行優化設定。但一方面由于機組“柔性”的存在，導 致加熱爐的生產過程不可能一直保持在穩定受控狀態，完全實現自動化生產；另一方面過 程控制級主要實現具體過程的控制調節，并不能綜合反映整個加熱爐階段性的控制運行水 平。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種板坯加熱爐過程能力的在線評估方法， 該方法一方面可以直觀地反映加熱爐現場控制管理水平，作為生產管理考核參考指標；另 一方面可以為加熱爐控制調節和故障檢修提供預警提示。本發明解決其技術問題采用以下的技術方案
本發明提供的板坯加熱爐過程能力在線評估方法，具體是先對樣本數據進行正態化 分布的檢驗和轉換，然后引入過程能力指數和過程性能指數，從反映板坯加熱爐生產經濟 技術水平和質量技術水平兩個層次進行板坯加熱爐過程能力或狀態的在線狀態評估，實現 指導車間績效考核管理的同時，為板坯加熱爐的在線優化控制調整和故障排查提供預警。所述對樣本數據進行正態化分布的檢驗和轉換，其方法是首先進行抽樣數據的 正態性檢驗，若抽樣數據為正態分布，即進行指數的計算。若非正態化分布，對于較為接近 正態化形式的偏態分布，通過采用對數轉換、平方根轉換、倒數轉換、平方根后倒數轉換、平 方根后再取反正弦、冪轉換等進行嘗試轉換，并進行正態性檢驗；對于實際分布遠離正態的 分布，考慮利用約翰遜曲線族、Pearson曲線族擬合等方法進行指數估計。所述加熱爐過程能力或狀態的在線狀態評估，可以采用包括以下步驟的方法 第一階段是首先基于工藝技術分析和產品實驗室分析確定相關考核指標上下限規
格；接著對新建調試后的或大修后的機組進行階段生產試驗，若試驗達到了可接受標準，則進入評估準則制定階段，若沒有達到可接受標準，則說明調試或大修未達標，需要進行重新 調試檢修；
第二階段是對于達到可接受標準的加熱爐，進入評估準則制定階段，并開展兩方面工 作，其一確定下階段抽樣數量及抽樣方案，并等待下次大修評估使用，其二結合實驗階段樣 本進行過程能力指數的計算和分析，確定出評估準則；在確定了評估準則后，進行是否進行 階段運行過程狀態的評估；如需要進行評估則進入第三階段，否則等待下次大修；
第三階段是對需要進行過程狀態評估的生產過程進行取樣、處理、計算和分析，得出 具體的指標，并形成不同班組的在線生產過程性能計算指數，以指導績效考核；
第四階段是將目前考核評估階段的過程性能指數計算結果與在線試驗階段的過程能 力指數進行對比分析，從而得出加熱爐階段性的生產過程狀態，以反映運行控制水平。第四階段過程中，所述過程能力指數可以采用以下的評估模型
當AiiSCm時，表示當前過
程能力低于固有過程能力，應馬上查找原因，加以消除，
當Pm 2 C^時，表示當前過程能力高于固有的過程能力，應保持當前的過程能力， 其中，(process performance index)為過禾呈性會邑才旨數;(process capability index)為過程能力指數。本發明與現有技術相比，具有以下的主要有益效果 其一.首次在加熱爐控制系統中嵌入質量管理控制技術。其二.能夠在線實現板坯加熱爐生產過程能力或狀態的評估。投入運行后能夠在 線形成各個班組每天的運行控制評估指標，具體執行時間為2分鐘；并將各個班組一個月 內每天的運行控制評估指標的波動性進行了分析，具體時間為3分鐘左右。其三.可避開人為等其它因素實現車間績效管理和考核，提高考核直觀性和公平 性。其四.能在線預警加熱爐的生產運行控制水平，直觀為控制技術人員提供控制調 整和故障排查的方向，縮短調整和故障排查的周期。經試驗，投入現場應用后，故障排查范 圍精度可定位在90%以上。較常規故障排查效率而言，提高效率可達50%。
圖1是帶有質量評估管理控制技術的板坯加熱爐在線控制系統邏輯框圖。圖2是加熱爐加熱過程能力在線評估對象獲取方法邏輯框圖。圖3是加熱爐加熱過程能力在線評估對象體系邏輯框圖。圖4是加熱爐加熱過程能力在線狀態評估策略邏輯框圖。
具體實施例方式軋鋼加熱爐在鋼鐵企業中占有重要的地位，它的任務是加熱鋼坯，使鋼坯溫度及 其溫度分布滿足軋制要求。為了滿足軋制工藝的要求，制定合理的加熱制度至關重要。其 決定性的因素包括供熱制度、爐溫制度、爐壓制度和燃料燃燒制度(合理的空燃比)等。這些 過程控制因素在直接決定鋼坯加熱質量(鋼坯溫差、黑印溫差和氧化燒損)的同時，還影響決定加熱爐生產能力、單位熱耗和污染物生成等幾個方面。其中生產能力、單位熱耗和污染 物生成直接反映加熱爐的經濟技術水平。而黑印溫差、氧化燒損和鋼坯溫差則直接反映鋼 坯的加熱質量。因此本發明在進行加熱爐過程能力在線評估過程中，選取生產能力、單位熱 耗、污染物生成、黑印溫差、氧化燒損和鋼坯溫差幾個方面為考核指標。具體根據車間的偏 重差異，加熱爐在線評估考核分為兩個層次。第一層次以生產能力、單位熱耗和污染物生成 為對象指標，第二層次以板坯溫差、黑印溫差和氧化燒損為對象指標。
本發明在建立了加熱爐過程能力在線評估對象體系的基礎上，設計了評估對象合 理在線取樣、取樣數據合理轉換計算和過程能力在線評估邏輯體系建立三個關鍵環節的開 發。下面結合實施例及附圖對本發明作進一步說明。本發明提供的帶有質量評估管理控制技術的板坯加熱爐在線控制系統，其實施是 嵌入加熱爐控制系統中，具體是嵌入過程控制系統中，參見圖1，通過與原有PCS級和MES級 的有機銜接，實現在線過程能力評估的功能，進而指導質量評估管理。該板坯加熱爐在線控制系統主要由ERP級、MES級、PCS級和嵌入的WISFUR PEDS 級組成。所述ERP級具備企業資源計劃的功能，能夠對企業中所有資源，包括物流、資金流 和信息流，進行全面集成管理，實現決策、計劃、控制與經營業績評估的全方位和系統化的管理。所述MES級具備質量管理、設備管理和生產實績管理的功能，能夠對生產能力、生 產效率、能源消耗和設備使用情況等環節進行統計和分析。所述PCS級則具有生產工藝和數學模型優化功能，能夠實現板坯的在線溫度分布計算。所述WISFUR PEDS級，其向上與MES級銜接獲取生產能力、生產效率等環節的統計 分析數據進行加熱爐生產控制經濟技術水平的評估，并將評估結果傳遞與MES級指導績效 管理和考核；向下則與PCS級銜接獲取溫度控制計算結果進行生產質量水平的評估，并將 評估結果傳遞于PCS級實時反映加熱爐的運行控制水平，指導在線調整和故障排查。所述WISFUR PEDS級主要由“加熱爐生產控制經濟技術水平對象選取及樣本處理 模塊”、“加熱爐生產控制經濟技術水平評估計算分析模塊”、“加熱爐生產控制經濟技術水 平評估結果上傳模塊”、“加熱爐生產控制質量水平對象選取及樣本處理模塊”、“加熱爐生 產控制質量水平評估計算分析模塊”和“加熱爐生產控制質量水平評估結果下傳模塊”組 成。上述“加熱爐生產控制經濟技術水平對象選取及樣本處理模塊”和“加熱爐生產控 制質量水平對象選取及樣本處理模塊”，其工作過程是先按照圖2所示的“加熱過程能力 在線評估對象獲取方法”進行對象選取，然后按照“在線評估對象樣本數據的處理方法”進 行樣本分布的轉化處理。所述“加熱爐生產控制經濟技術水平對象選取及樣本處理模塊”， 其作用是從MES級獲取反映加熱爐生產控制技術水平的三個對象(生產能力、單位熱耗和 污染物生成)的樣本數據，并對樣本數據的數據分布形式進行判斷和轉化處理，以滿足進行 評估計算分析的要求。所述“加熱爐生產控制質量水平對象選取及樣本處理模塊”，其作用 是通過對反映加熱爐生產控制經濟技術水平的生產能力、單位熱耗和污染物生成三個對象的過程性能指數的計算與分析，得出加熱爐生產控制經濟技術水平的技術指標，從而反映 加熱爐的生產運行操作和管理技術水平，指導進行績效管理和考核。上述“加熱爐生產控制經濟技術水平評估計算分析模塊”和“加熱爐生產控制質量水平評估計算分析模塊”，其工作過程是具體按照圖4所示的“加熱爐加熱過程能力在線 狀態評估策略”進行評估計算分析。所述“加熱爐生產控制經濟技術水平評估計算分析模塊”，其作用是通過對反映 加熱爐生產控制經濟技術水平的生產能力、單位熱耗和污染物生成三個對象的過程性能指 數的計算與分析，得出加熱爐生產控制經濟技術水平的技術指標，從而反映加熱爐的生產 運行操作和管理技術水平，指導進行績效管理和考核。所述“加熱爐生產控制質量水平評估計算分析模塊”，其作用是通過對反映加熱 爐生產控制質量水平的板坯溫差、黑印溫差和氧化燒損三個對象的過程性能指數的計算與 分析，得出加熱爐生產控制質量技術水平的技術指標，從而反映加熱爐的生產運行控制和 故障排查技術水平，指導在線調整和故障排查。本發明提供的加熱爐加熱過程能力在線評估對象獲取方法，具體是參見圖2，對 于第一層次對象(生產能力、單位熱耗和污染物生成)以天為單位進行統計，通過與三級控 制系統(MES系統)的銜接實現樣本數據的提取。現場不具備污染物生成在線檢測條件，可 暫時不進行污染物生成對象的取樣。待具備污染物生成檢測條件時，可隨即實現污染物生 成對象的取樣。對于第二層次對象(鋼坯溫差、黑印溫差和板坯溫差)而言，由于過程控制 級的模型控制系統可以實現板坯溫差(包括鋼坯出爐溫度與目標溫度偏差；長度方向溫差； 板坯厚度方向溫差)、黑印溫差的在線計算，因此通過與過程控制級(PCS系統)的模型控 制系統數據庫的銜接可以實現取樣，具體根據抽樣方案進行對應板坯的在線計算結果的取 樣。本發明提供的加熱爐加熱過程能力在線評估對象體系，是基于加熱爐的加熱制度 出發，直觀的確定了控制過程參數和控制結果參數而獲得的。參見圖3，軋鋼加熱爐的加熱 制度包括供熱制度、爐溫制度、爐壓制度和燃料燃燒制度(合理的空燃比)等。這些過程控制 因素在直接決定鋼坯加熱質量(鋼坯溫差、黑印溫差和氧化燒損)的同時，還影響決定加熱 爐生產能力、單位熱耗和污染物生成等結果控制量。其中生產能力、單位熱耗和污染物生成 直接反映加熱爐的經濟技術水平。而黑印溫差、氧化燒損和鋼坯溫差則直接反映鋼坯的加 熱質量。因此在進行加熱爐在線過程能力評估過程中，提出以生產能力、單位熱耗、污染物 生成、黑印溫差、氧化燒損和鋼坯溫差幾個方面為考核指標。根據偏重差異，加熱爐在線評 估考核分為兩個層次。第一層次以生產能力、單位熱耗和污染物生成為對象指標，反映加熱 爐經濟技術水平；第二層次以板坯溫差、黑印溫差和氧化燒損為對象指標，反映加熱爐的加 熱質量控制水平。完成樣本數據的抽取后，為了保證過程能力指數和過程性能指數計算的正確性， 本發明對于在線評估對象樣本數據的處理方法，是對樣本數據進行正態化分布的檢驗和轉 換，其中具體的處理步驟和方法如下
首先進行抽樣數據的正態性檢驗，若抽樣數據為正態分布，即進行指數的計算。若非正 態化分布，對于較為接近正態化形式的偏態分布，通過采用對數轉換、平方根轉換、倒數轉 換、平方根后倒數轉換、平方根后再取反正弦、冪轉換等進行嘗試轉換，并進行正態性檢驗；對于實際分布遠離正態的分布，考慮利用約翰遜曲線族、Pearson曲線族擬合等方法進行指 數估計。本發明提供的加熱爐加熱過程能力在線狀態評估策略，其采用包括圖4所示步驟 的方法
第一階段是首先基于工藝技術分析和產品實驗室分析確定相關考核指標上下限規 格。接著對新建調試后的或大修后的機組進行階段生產試驗，若試驗達到了可接受標準，則 進入評估準則制定階段，若沒有達到可接受標準，則說明調試或大修未達標，需要進行重新 調試檢修。第二階段是對于達到可接受標準的加熱爐，進入評估準則制定階段，并開展兩方 面工作。其一確定下階段抽樣數量及抽樣方案，并等待下次大修評估使用。其二結合實驗 階段樣本進行過程能力指數的計算和分析，確定出評估準則。在確定了評估準則后，進行是 否進行階段運行過程狀態(能力)的評估。如需要進行評估則進入第三階段，否則等待下次 大修。第三階段是對需要進行過程狀態評估的生產過程進行取樣、處理、計算和分析，得 出具體的指標，并形成不同班組的在線生產過程性能計算指數，以指導績效考核。第四階段是將目前考核評估階段的過程性能指數計算結果與在線試驗階段的過 程能力指數進行對比分析，從而得出加熱爐階段性的生產過程狀態，以反映運行控制水平。 具體的評估模型為
權利要求
一種板坯加熱爐過程能力在線評估方法，其特征是先對樣本數據進行正態化分布的檢驗和轉換，然后引入過程能力指數和過程性能指數，從反映板坯加熱爐生產經濟技術水平和質量技術水平兩個層次進行板坯加熱爐過程能力或狀態的在線狀態評估，實現指導車間績效考核管理的同時，為板坯加熱爐的在線優化控制調整和故障排查提供預警。
2.根據權利要求1所述的板坯加熱爐過程能力在線評估方法，其特征是所述對樣本數 據進行正態化分布的檢驗和轉換，其方法是首先進行抽樣數據的正態性檢驗，若抽樣數據 為正態分布，即進行指數的計算；若非正態化分布，對于較為接近正態化形式的偏態分布， 通過采用對數轉換、平方根轉換、倒數轉換、平方根后倒數轉換、平方根后再取反正弦、冪轉 換等進行嘗試轉換，并進行正態性檢驗；對于實際分布遠離正態的分布，考慮利用約翰遜曲 線族、Pearson曲線族擬合等方法進行指數估計。
3.根據權利要求1所述的板坯加熱爐過程能力在線評估方法，其特征是所述加熱爐過 程能力或狀態的在線狀態評估，其采用包括以下步驟的方法第一階段是首先基于工藝技術分析和產品實驗室分析確定相關考核指標上下限規 格；接著對新建調試后的或大修后的機組進行階段生產試驗，若試驗達到了可接受標準，則 進入評估準則制定階段，若沒有達到可接受標準，則說明調試或大修未達標，需要進行重新 調試檢修；第二階段是對于達到可接受標準的加熱爐，進入評估準則制定階段，并開展兩方面工 作，其一確定下階段抽樣數量及抽樣方案，并等待下次大修評估使用，其二結合實驗階段樣 本進行過程能力指數的計算和分析，確定出評估準則；在確定了評估準則后，進行是否進行 階段運行過程狀態的評估；如需要進行評估則進入第三階段，否則等待下次大修；第三階段是對需要進行過程狀態評估的生產過程進行取樣、處理、計算和分析，得出 具體的指標，并形成不同班組的在線生產過程性能計算指數，以指導績效考核；第四階段是將目前考核評估階段的過程性能指數計算結果與在線試驗階段的過程能 力指數進行對比分析，從而得出加熱爐階段性的生產過程狀態，以反映運行控制水平。
4.根據權利要求3所述的板坯加熱爐過程能力在線評估方法，其特征是第四階段過程 中，所述過程能力指數采用以下的評估模型當S Qsft時，表示當前過程能力低于固有過程能力，應馬上查找原因，加以消除，當2 Ca時，表示當前過程能力高于固有的過程能力，應保持當前的過程能力，其中，為過程性能指數；Ci為過程能力指數。
全文摘要
本發明涉及一種板坯加熱爐過程能力在線評估方法，該方法是先對樣本數據進行正態化分布的檢驗和轉換，然后引入過程能力指數和過程性能指數，從反映板坯加熱爐生產經濟技術水平和質量技術水平兩個層次進行板坯加熱爐過程能力或狀態的在線狀態評估，實現指導車間績效考核管理的同時，為板坯加熱爐的在線優化控制調整和故障排查提供預警。本發明首次提出在加熱爐控制系統中嵌入質量管理控制技術，可實現在線實現板坯加熱爐生產過程能力或狀態的評估，提高車間績效管理和考核的直觀性及公平性，能在線預警加熱爐的生產運行控制水平，較常規故障排查效率提高50%。
文檔編號G05B19/418GK101989089SQ20101056700
公開日2011年3月23日 申請日期2010年12月1日 優先權日2010年12月1日
發明者周末, 李衛杰, 楊進, 鄭劍輝 申請人:中冶南方(武漢)威仕工業爐有限公司