马 健，董园园

（1.河钢集团唐山不锈钢有限责任公司，河北063105；2.唐钢国际工程技术有限公司河北063000）

0 引言

唐山不锈钢有限责任公司（简称唐山不锈钢）将准时化生产系统应用于炼钢生产领域，实现节约资源，减少无效时间，提高生产效率的目标。在炼钢系统中实施准时化生产方式，与标准时间核对，收集统计现场问题，与各工序实际运行情况对比分析，消除多余动作、等待时间和速度缓慢问题，自动形成准时化生产报表，为生产效率提升提供系统支撑。

本文介绍了唐山不锈钢炼钢生产系统，根据现有信息化资源构建的准时化信息平台，阐述了炼钢准时化信息平台的系统组成、硬件结构、构建过程和主要功能，总结、分析了炼钢系统准时化信息平台的应用效果，促进了炼钢生产组织的灵活性、多样性和及时性。

1 构建准时化系统前期准备

1.1 生产流程梳理

炼钢准时化生产主要涉及转炉、精炼、RH炉、连铸以及天车运行等流程。依据生产过程，将各工序的生产动作进行微观流程分解，即将作业活动从宏观作业分解到每个活动的微观动作，细化出每个作业活动的最小动作单元。通过流程分解，将装铁开始到连铸浇注结束过程分解为300项微观动作单元。以RH炉作业活动为例，对工序的每个动作进行分解，RH炉作业活动微观动作分解如图1所示。

图1 RH炉作业活动微观动作分解

微观流程时间标准化需要岗位人员的操作标准化支撑，为充分保证动作、流程的规范化、标准化，各工序按照微观流程对操作进行梳理，按照每一个动作进行控制。

1.2 标准化时间制定

针对每个微观动作进行理论极限时间计算，自动化设备根据设备运行参数计算理论极限时间。例如大包回转台旋转和上升下降是自动设定，根据设计参数可计算出理论极限时间，人为操作时间无法测算理论极限时间，可通过时间观测法，对每一个微观动作进行统计采集大量时间数据。

利用大数据思维，进行时间平衡分析，去掉干扰因素，以数据中最短时间为理论极限时间，再利用时间抽样法，观测理论极限时间和抽样时间的差距，验证理论极限时间的合理性。例如RH安装保护套管作业，需要人机配合，人为操作经验和外界环境因素对其影响极大，通过大量的时间跟踪统计，利用时间观察法，测算出每个微观动作的理论极限时间，即为标准时间。图2为RH炉标准化作业过程时间对应表。

图2 RH炉标准化作业过程时间对应表

1.3 信息化数据库的确定

数据库的选择是关系到系统成败的关键因素，经过现场调研及与其他钢厂的对比，唐山不锈钢决定采用实时数据库与关系型数据库相结合的形式，充分将两者的优点展现出来。

1.3.1 实时数据库特点

（1）数据读写速度快。数据吞吐量可达4百万/秒，存储能力为10～15万个事件/秒，数据访问能力为100万个/秒，读写速度要比关系数据库快三百倍[1]。

（2）压缩比例高，磁盘占用空间小。在单服务器处理30万个点，其扫描频率为1秒的情况下，数据存贮100小时的数据仅占用2G磁盘空间。采用基于键值对的数据存储，利用多种数据压缩技术，在确保精度的同时，降低了数据的存储，提高了检索速度。

1.3.2 关系型数据库特点

（1）上手简单，二维表结构与平时经常使用的Excel相似，更加容易理解。

（2）使用方便，SQL语言更加接近自然语言。

（3）易于维护，实体完整性、参照完整性和用户定义完整性减低了数据冗余和数据不一致的概率。

2 准时化系统搭建

2.1 PLC的数据计算

准时化系统对时间的把控非常严格，准确率需控制在毫秒级，故在判断动作执行情况时，使用PLC内部进行相应逻辑计算更加合理。通过生产流程梳理过程中的微观流程动作单元的动作标志点的判断，可以在PLC中依次判断生产炉次的各个触发点距离本炉开始的时间点，直到本炉结束。图3为RH炉炉次动作发生时刻表。

图3 RH炉炉次动作发生时刻表

2.2 网关机的数据采集

使用嵌入式智慧网关机采集PLC数据，其采用双网卡结构，内置防火墙，充分保证了生产系统的数据安全。网关机是一款全新的工业数据采集转发设备[2]，是集通讯接口服务器、工控机、工控软件、防火墙于一体的智能设备。其具有以下基本功能：支持多种通讯链路，如，RS-232/422/485、CAN、以太网、WIFI、zigbee、GPRS/WCDMA/CDMA2000等；支持采集工业现场的多种工业设备协议，如，OPC、Modbus、PLC等；支持对采集数据按照自定义的各类算法进行二次加工。

2.3 系统的搭建

2.3.1 数据流向

此系统数据通过智能网关机实时采集PLC数据，并存储到PI实时数据库中，系统的所有配置均存储在Oracle数据库中。系统运行后，提取配置数据，并向PI数据库提取相应数据，经过逻辑计算后，展现到网页上，用以查询、操作。

2.3.2 逻辑计算规则

从PLC中采集若干个时刻值a1、a2、a3等，这些值对应着图1的名称列，例如天车到达的数值为a1，天车板勾脱离钢包的数值为a2，钢车到达加盖位的数值为a3等，这些值均是在此炉生产开始的累计值。根据Oracle的配置，可得到相应的过程数值，例如a2减a1的值为座包过程b1，a3减a2的值为摘盖准备过程b2，这些过程值b1、b2、b3等便是班组作业的实际微观动作时间。将这些实际作业时间与技术人员长期经验推算的标准时间作比较，就可以对岗位操作过程做出相应评判，根据班组、天、周、月按照钢种区分的微观动作单元时间命中率，做出相应的改进。

2.3.3 系统展示

在准时化生产系统网页上，共包含五个工序，即转炉、精炼、RH炉、连铸以及天车报表的展示，每个页面可以根据炉座、班组、钢种、炉次号、开始结束时间进行筛选，查询包括炉次号、关键时间（工序不同，关键时间也不同）、炉座、班组以及微观动作单元时间在内的数据。在图4中可以看到，红色字体为此微观动作单元已超过标准时间，按照不同的筛选方案，可以快速发现异常点的出现规则，从而对无效时间做出合理的改进措施。

图4 转炉准时化系统网页展示

3 实施效果

准时化生产系统，能够对各工序报表进行查询，可以使用炉座、时间、班组、钢种、炉次号等关键词进行筛选，查询结果能够显示按炉次排序的微观动作单元数值对比及命中率，当点击单个单元时，还能够展示此钢种按月、周、日的命中率的情况，岗位人员能够优化无效时间，提高生产率。

准时化生产系统实施后，不锈钢转炉实现最高班产26炉钢，最高日产65炉，创造最新记录；成功实现2转炉供单精炼及2台连铸机的生产模式，精炼电耗指标完成22 Kwh/t；随着转炉、精炼生产效率的提升，连铸机目标拉速也在不断提升，结合质量情况和连铸机设备情况，低碳钢板坯连铸的拉速水平已达到了1.8 m/min。

4 结语

唐山不锈钢炼钢准时化生产系统的实施，实现了炼钢各个生产工序标准化作业和科学、全面的管控，使得炼钢生产能够适应市场产品多样化、小批量、交货准、品质优、价格廉的需求，极大地提高了炼钢的生产效率和效益。今后，在炼钢准时化生产系统运行过程中，要积极鼓励岗位及技术人员，通过实践改进工艺设备微观动作流程时间，减少无效作业时间发生，进一步提高劳动生产率。