《板坯加热炉过程能力在线评估方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《板坯加热炉过程能力在线评估方法.pdf（10页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 101989089 A(43)申请公布日 2011.03.23CN101989089A*CN101989089A*(21)申请号 201010567006.9(22)申请日 2010.12.01G05B 19/418(2006.01)(71)申请人中冶南方（武汉）威仕工业炉有限公司地址 430223 湖北省武汉市东湖新技术开发区大学园路33号(72)发明人李卫杰 杨进 郑剑辉 周末(74)专利代理机构湖北武汉永嘉专利代理有限公司 42102代理人王守仁(54) 发明名称板坯加热炉过程能力在线评估方法(57) 摘要本发明涉及一种板坯加热炉过程能力在线评估方法，该方法是：。
2、先对样本数据进行正态化分布的检验和转换，然后引入过程能力指数和过程性能指数，从反映板坯加热炉生产经济技术水平和质量技术水平两个层次进行板坯加热炉过程能力或状态的在线状态评估，实现指导车间绩效考核管理的同时，为板坯加热炉的在线优化控制调整和故障排查提供预警。本发明首次提出在加热炉控制系统中嵌入质量管理控制技术，可实现在线实现板坯加热炉生产过程能力或状态的评估，提高车间绩效管理和考核的直观性及公平性，能在线预警加热炉的生产运行控制水平，较常规故障排查效率提高50%。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 3 页CN 1。
3、01989089 A 1/1页21.一种板坯加热炉过程能力在线评估方法，其特征是先对样本数据进行正态化分布的检验和转换，然后引入过程能力指数和过程性能指数，从反映板坯加热炉生产经济技术水平和质量技术水平两个层次进行板坯加热炉过程能力或状态的在线状态评估，实现指导车间绩效考核管理的同时，为板坯加热炉的在线优化控制调整和故障排查提供预警。2.根据权利要求1所述的板坯加热炉过程能力在线评估方法，其特征是所述对样本数据进行正态化分布的检验和转换，其方法是：首先进行抽样数据的正态性检验，若抽样数据为正态分布，即进行指数的计算；若非正态化分布，对于较为接近正态化形式的偏态分布，通过采用对数转换、平方根转换。
4、、倒数转换、平方根后倒数转换、平方根后再取反正弦、幂转换等进行尝试转换，并进行正态性检验；对于实际分布远离正态的分布，考虑利用约翰逊曲线族、Pearson曲线族拟合等方法进行指数估计。3.根据权利要求1所述的板坯加热炉过程能力在线评估方法，其特征是所述加热炉过程能力或状态的在线状态评估，其采用包括以下步骤的方法：第一阶段是：首先基于工艺技术分析和产品实验室分析确定相关考核指标上下限规格；接着对新建调试后的或大修后的机组进行阶段生产试验，若试验达到了可接受标准，则进入评估准则制定阶段，若没有达到可接受标准，则说明调试或大修未达标，需要进行重新调试检修；第二阶段是：对于达到可接受标准的加热炉，进入。
5、评估准则制定阶段，并开展两方面工作，其一确定下阶段抽样数量及抽样方案，并等待下次大修评估使用，其二结合实验阶段样本进行过程能力指数的计算和分析，确定出评估准则；在确定了评估准则后，进行是否进行阶段运行过程状态的评估；如需要进行评估则进入第三阶段，否则等待下次大修；第三阶段是：对需要进行过程状态评估的生产过程进行取样、处理、计算和分析，得出具体的指标，并形成不同班组的在线生产过程性能计算指数，以指导绩效考核；第四阶段是：将目前考核评估阶段的过程性能指数计算结果与在线试验阶段的过程能力指数进行对比分析，从而得出加热炉阶段性的生产过程状态，以反映运行控制水平。4.根据权利要求3所述的板坯加热炉过程能。
6、力在线评估方法，其特征是第四阶段过程中，所述过程能力指数采用以下的评估模型：当 时，表示当前过程能力低于固有过程能力，应马上查找原因，加以消除，当时，表示当前过程能力高于固有的过程能力，应保持当前的过程能力，其中，PPK为过程性能指数；CPK为过程能力指数。权 利 要 求 书CN 101989089 A 1/5页3板坯加热炉过程能力在线评估方法技术领域0001 本发明涉及加热炉过程能力在线评估技术领域，特别是涉及一种板坯加热炉过程能力在线评估方法。背景技术0002 加热炉生产过程中存在“柔性”和“刚性”两个相对立的需求系统。“柔性”系统要求加热炉能适应各种钢种、规格和工艺，且能适应不同产品的过。
7、渡，满足不同的订单需求。而“刚性”系统则要求不论何种产品、操作方式、过渡方式和设备状况，均要求产品达到规定的质量和性能。但由于人工操作参与、炉子惯性和设备性能等环节的影响和限制，导致整个系统不可能完全处于稳定受控状态，进而出现“柔性”系统和“刚性”系统之间的对立。针对这种需求对立现状，如何进行加热炉生产过程的控制和运行管理，最大程度地进行“柔性”和“刚性”需求间的协调，对于提高加热炉的控制和调节水平，进而提高生产质量、能力、效率和节能降耗等方面均具有重要的实际意义。0003 目前加热炉控制系统中的过程控制级虽然从功能上能根据生产工艺和相关数学模型对生产线上的各机组和各设备进行优化设定。但一方面。
8、由于机组“柔性”的存在，导致加热炉的生产过程不可能一直保持在稳定受控状态，完全实现自动化生产；另一方面过程控制级主要实现具体过程的控制调节，并不能综合反映整个加热炉阶段性的控制运行水平。发明内容0004 本发明所要解决的技术问题是：提供一种板坯加热炉过程能力的在线评估方法，该方法一方面可以直观地反映加热炉现场控制管理水平，作为生产管理考核参考指标；另一方面可以为加热炉控制调节和故障检修提供预警提示。0005 本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：本发明提供的板坯加热炉过程能力在线评估方法，具体是：先对样本数据进行正态化分布的检验和转换，然后引入过程能力指数和过程性能指数，从反映板坯加热炉生产。
9、经济技术水平和质量技术水平两个层次进行板坯加热炉过程能力或状态的在线状态评估，实现指导车间绩效考核管理的同时，为板坯加热炉的在线优化控制调整和故障排查提供预警。0006 所述对样本数据进行正态化分布的检验和转换，其方法是：首先进行抽样数据的正态性检验，若抽样数据为正态分布，即进行指数的计算。若非正态化分布，对于较为接近正态化形式的偏态分布，通过采用对数转换、平方根转换、倒数转换、平方根后倒数转换、平方根后再取反正弦、幂转换等进行尝试转换，并进行正态性检验；对于实际分布远离正态的分布，考虑利用约翰逊曲线族、Pearson曲线族拟合等方法进行指数估计。0007 所述加热炉过程能力或状态的在线状态评。
10、估，可以采用包括以下步骤的方法：第一阶段是：首先基于工艺技术分析和产品实验室分析确定相关考核指标上下限规格；接着对新建调试后的或大修后的机组进行阶段生产试验，若试验达到了可接受标准，则说 明 书CN 101989089 A 2/5页4进入评估准则制定阶段，若没有达到可接受标准，则说明调试或大修未达标，需要进行重新调试检修；第二阶段是：对于达到可接受标准的加热炉，进入评估准则制定阶段，并开展两方面工作，其一确定下阶段抽样数量及抽样方案，并等待下次大修评估使用，其二结合实验阶段样本进行过程能力指数的计算和分析，确定出评估准则；在确定了评估准则后，进行是否进行阶段运行过程状态的评估；如需要进行评估则。
11、进入第三阶段，否则等待下次大修；第三阶段是：对需要进行过程状态评估的生产过程进行取样、处理、计算和分析，得出具体的指标，并形成不同班组的在线生产过程性能计算指数，以指导绩效考核；第四阶段是：将目前考核评估阶段的过程性能指数计算结果与在线试验阶段的过程能力指数进行对比分析，从而得出加热炉阶段性的生产过程状态，以反映运行控制水平。0008 第四阶段过程中，所述过程能力指数可以采用以下的评估模型：当 时，表示当前过程能力低于固有过程能力，应马上查找原因，加以消除，当时，表示当前过程能力高于固有的过程能力，应保持当前的过程能力，其中，PPK（process performance index）为过程性。
12、能指数；CPK（process capability index）为过程能力指数。0009 本发明与现有技术相比，具有以下的主要有益效果：其一.首次在加热炉控制系统中嵌入质量管理控制技术。0010 其二.能够在线实现板坯加热炉生产过程能力或状态的评估。投入运行后能够在线形成各个班组每天的运行控制评估指标，具体执行时间为2分钟；并将各个班组一个月内每天的运行控制评估指标的波动性进行了分析，具体时间为3分钟左右。0011 其三.可避开人为等其它因素实现车间绩效管理和考核，提高考核直观性和公平性。0012 其四. 能在线预警加热炉的生产运行控制水平，直观为控制技术人员提供控制调整和故障排查的方向，缩。
13、短调整和故障排查的周期。经试验，投入现场应用后，故障排查范围精度可定位在90%以上。较常规故障排查效率而言，提高效率可达50% 。附图说明0013 图1是带有质量评估管理控制技术的板坯加热炉在线控制系统逻辑框图。0014 图2是加热炉加热过程能力在线评估对象获取方法逻辑框图。0015 图3是加热炉加热过程能力在线评估对象体系逻辑框图。0016 图4是加热炉加热过程能力在线状态评估策略逻辑框图。具体实施方式0017 轧钢加热炉在钢铁企业中占有重要的地位，它的任务是加热钢坯，使钢坯温度及其温度分布满足轧制要求。为了满足轧制工艺的要求，制定合理的加热制度至关重要。其决定性的因素包括供热制度、炉温制度。
14、、炉压制度和燃料燃烧制度（合理的空燃比）等。这些过程控制因素在直接决定钢坯加热质量（钢坯温差、黑印温差和氧化烧损）的同时，还影响说 明 书CN 101989089 A 3/5页5决定加热炉生产能力、单位热耗和污染物生成等几个方面。其中生产能力、单位热耗和污染物生成直接反映加热炉的经济技术水平。而黑印温差、氧化烧损和钢坯温差则直接反映钢坯的加热质量。因此本发明在进行加热炉过程能力在线评估过程中，选取生产能力、单位热耗、污染物生成、黑印温差、氧化烧损和钢坯温差几个方面为考核指标。具体根据车间的偏重差异，加热炉在线评估考核分为两个层次。第一层次以生产能力、单位热耗和污染物生成为对象指标，第二层次以板。
15、坯温差、黑印温差和氧化烧损为对象指标。0018 本发明在建立了加热炉过程能力在线评估对象体系的基础上，设计了评估对象合理在线取样、取样数据合理转换计算和过程能力在线评估逻辑体系建立三个关键环节的开发。0019 下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明。0020 本发明提供的带有质量评估管理控制技术的板坯加热炉在线控制系统，其实施是嵌入加热炉控制系统中，具体是嵌入过程控制系统中，参见图1，通过与原有PCS级和MES级的有机衔接，实现在线过程能力评估的功能，进而指导质量评估管理。0021 该板坯加热炉在线控制系统主要由ERP级、MES级、PCS级和嵌入的WISFUR PEDS级组成。0022 所述。
16、ERP级具备企业资源计划的功能，能够对企业中所有资源，包括物流、资金流和信息流，进行全面集成管理，实现决策、计划、控制与经营业绩评估的全方位和系统化的管理。0023 所述MES级具备质量管理、设备管理和生产实绩管理的功能，能够对生产能力、生产效率、能源消耗和设备使用情况等环节进行统计和分析。0024 所述PCS级则具有生产工艺和数学模型优化功能，能够实现板坯的在线温度分布计算。0025 所述WISFUR PEDS级，其向上与MES级衔接获取生产能力、生产效率等环节的统计分析数据进行加热炉生产控制经济技术水平的评估，并将评估结果传递与MES级指导绩效管理和考核；向下则与PCS级衔接获取温度控制计。
17、算结果进行生产质量水平的评估，并将评估结果传递于PCS级实时反映加热炉的运行控制水平，指导在线调整和故障排查。0026 所述WISFUR PEDS级主要由“加热炉生产控制经济技术水平对象选取及样本处理模块”、“加热炉生产控制经济技术水平评估计算分析模块”、“加热炉生产控制经济技术水平评估结果上传模块”、“加热炉生产控制质量水平对象选取及样本处理模块”、“加热炉生产控制质量水平评估计算分析模块”和“加热炉生产控制质量水平评估结果下传模块”组成。0027 上述“加热炉生产控制经济技术水平对象选取及样本处理模块”和“加热炉生产控制质量水平对象选取及样本处理模块”，其工作过程是：先按照图2所示的“加热。
18、过程能力在线评估对象获取方法”进行对象选取，然后按照“在线评估对象样本数据的处理方法”进行样本分布的转化处理。所述“加热炉生产控制经济技术水平对象选取及样本处理模块”，其作用是从MES级获取反映加热炉生产控制技术水平的三个对象（生产能力、单位热耗和污染物生成）的样本数据，并对样本数据的数据分布形式进行判断和转化处理，以满足进行评估计算分析的要求。所述“加热炉生产控制质量水平对象选取及样本处理模块”，其作用是通过对反映加热炉生产控制经济技术水平的生产能力、单位热耗和污染物生成三个对象说 明 书CN 101989089 A 4/5页6的过程性能指数的计算与分析，得出加热炉生产控制经济技术水平的技术。
19、指标，从而反映加热炉的生产运行操作和管理技术水平，指导进行绩效管理和考核。0028 上述“加热炉生产控制经济技术水平评估计算分析模块”和“加热炉生产控制质量水平评估计算分析模块”，其工作过程是：具体按照图4所示的“加热炉加热过程能力在线状态评估策略”进行评估计算分析。0029 所述“加热炉生产控制经济技术水平评估计算分析模块”，其作用是：通过对反映加热炉生产控制经济技术水平的生产能力、单位热耗和污染物生成三个对象的过程性能指数的计算与分析，得出加热炉生产控制经济技术水平的技术指标，从而反映加热炉的生产运行操作和管理技术水平，指导进行绩效管理和考核。0030 所述“加热炉生产控制质量水平评估计算。
20、分析模块”，其作用是：通过对反映加热炉生产控制质量水平的板坯温差、黑印温差和氧化烧损三个对象的过程性能指数的计算与分析，得出加热炉生产控制质量技术水平的技术指标，从而反映加热炉的生产运行控制和故障排查技术水平，指导在线调整和故障排查。0031 本发明提供的加热炉加热过程能力在线评估对象获取方法，具体是：参见图2，对于第一层次对象（生产能力、单位热耗和污染物生成）以天为单位进行统计，通过与三级控制系统（MES系统）的衔接实现样本数据的提取。现场不具备污染物生成在线检测条件，可暂时不进行污染物生成对象的取样。待具备污染物生成检测条件时，可随即实现污染物生成对象的取样。对于第二层次对象（钢坯温差、黑。
21、印温差和板坯温差）而言，由于过程控制级的模型控制系统可以实现板坯温差（包括钢坯出炉温度与目标温度偏差；长度方向温差；板坯厚度方向温差）、黑印温差的在线计算，因此通过与过程控制级(PCS系统)的模型控制系统数据库的衔接可以实现取样，具体根据抽样方案进行对应板坯的在线计算结果的取样。0032 本发明提供的加热炉加热过程能力在线评估对象体系，是基于加热炉的加热制度出发，直观的确定了控制过程参数和控制结果参数而获得的。参见图3，轧钢加热炉的加热制度包括供热制度、炉温制度、炉压制度和燃料燃烧制度（合理的空燃比）等。这些过程控制因素在直接决定钢坯加热质量（钢坯温差、黑印温差和氧化烧损）的同时，还影响决定加。
22、热炉生产能力、单位热耗和污染物生成等结果控制量。其中生产能力、单位热耗和污染物生成直接反映加热炉的经济技术水平。而黑印温差、氧化烧损和钢坯温差则直接反映钢坯的加热质量。因此在进行加热炉在线过程能力评估过程中，提出以生产能力、单位热耗、污染物生成、黑印温差、氧化烧损和钢坯温差几个方面为考核指标。根据偏重差异，加热炉在线评估考核分为两个层次。第一层次以生产能力、单位热耗和污染物生成为对象指标，反映加热炉经济技术水平；第二层次以板坯温差、黑印温差和氧化烧损为对象指标，反映加热炉的加热质量控制水平。0033 完成样本数据的抽取后，为了保证过程能力指数和过程性能指数计算的正确性，本发明对于在线评估对象样。
23、本数据的处理方法，是对样本数据进行正态化分布的检验和转换，其中具体的处理步骤和方法如下：首先进行抽样数据的正态性检验，若抽样数据为正态分布，即进行指数的计算。若非正态化分布，对于较为接近正态化形式的偏态分布，通过采用对数转换、平方根转换、倒数转换、平方根后倒数转换、平方根后再取反正弦、幂转换等进行尝试转换，并进行正态性检验；说 明 书CN 101989089 A 5/5页7对于实际分布远离正态的分布，考虑利用约翰逊曲线族、Pearson曲线族拟合等方法进行指数估计。0034 本发明提供的加热炉加热过程能力在线状态评估策略，其采用包括图4所示步骤的方法：第一阶段是：首先基于工艺技术分析和产品实验。
24、室分析确定相关考核指标上下限规格。接着对新建调试后的或大修后的机组进行阶段生产试验，若试验达到了可接受标准，则进入评估准则制定阶段，若没有达到可接受标准，则说明调试或大修未达标，需要进行重新调试检修。0035 第二阶段是：对于达到可接受标准的加热炉，进入评估准则制定阶段，并开展两方面工作。其一确定下阶段抽样数量及抽样方案，并等待下次大修评估使用。其二结合实验阶段样本进行过程能力指数的计算和分析，确定出评估准则。在确定了评估准则后，进行是否进行阶段运行过程状态（能力）的评估。如需要进行评估则进入第三阶段，否则等待下次大修。0036 第三阶段是对需要进行过程状态评估的生产过程进行取样、处理、计算和。
25、分析，得出具体的指标，并形成不同班组的在线生产过程性能计算指数，以指导绩效考核。0037 第四阶段是将目前考核评估阶段的过程性能指数计算结果与在线试验阶段的过程能力指数进行对比分析，从而得出加热炉阶段性的生产过程状态，以反映运行控制水平。具体的评估模型为：当前过程能力低于固有过程能力，应马上查找原因，加以消除；当前过程能力高于固有的过程能力，应保持当前的过程能力。0038 以上说明仅仅是本发明的一个实施例，不能对本发明进行限定，凡是本领域普通技术人员对本发明进行的等效替换，只要包含在本发明的权利要求范围内，都属于本发明保护的范围。说 明 书CN 101989089 A 1/3页8图1图2说 明 书 附 图CN 101989089 A 2/3页9图3说 明 书 附 图CN 101989089 A 3/3页10图4说 明 书 附 图。