效率和質(zhì)量的一個(gè)主要杠桿是一個(gè)全面覆蓋整個(gè)工廠的優(yōu)化過程。深入并成功理解不同流程步驟之間的相互依賴關(guān)系的一個(gè)先決條件是數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)闡釋。本文提出了一個(gè)基于知識(shí)的工具箱，稱為“全流程優(yōu)化”，它由兩個(gè)主要部分組成：新的、智能化TPQC IT系統(tǒng)和全流程技術(shù)訣竅（TPKH）軟件包。

將這兩部分結(jié)合在一起的原因是對(duì)于高性能大規(guī)模數(shù)據(jù)處理而言，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為知識(shí)絕不是一件容易的任務(wù)，包括利用當(dāng)今和未來的計(jì)算機(jī)架構(gòu)的并行性進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘。此外，這些數(shù)據(jù)可能涉及許多不同形式的不確定性。

經(jīng)驗(yàn)豐富的專家是冶金行業(yè)內(nèi)成功鋼鐵制造商的關(guān)鍵因素。如今，這些專家已經(jīng)能夠強(qiáng)調(diào)、討論和解釋那些對(duì)競(jìng)爭力和成功至關(guān)重要的最復(fù)雜的相互聯(lián)系。未來，需要額外的限定條件來將人類知識(shí)轉(zhuǎn)化為可計(jì)算的算法和公式。將知識(shí)轉(zhuǎn)化為有用的、永久可用的、數(shù)字化技術(shù)訣竅的人類專業(yè)技能，是實(shí)現(xiàn)下一代智能數(shù)字化系統(tǒng)的基礎(chǔ)。對(duì)于此類IT系統(tǒng)的實(shí)施以及為了解決特定問題，行業(yè)專家的額外支持有助于快速接受和獲得回報(bào)。

專家服務(wù)和IT解決方案必須緊密配合PDCA（Plan-Do-Check-Act，計(jì)劃—執(zhí)行—檢查—行動(dòng)）循環(huán)。雖然TPO會(huì)產(chǎn)生更大的外部循環(huán)或更高級(jí)的優(yōu)化過程的影響，但它緩解了IT解決方案中的數(shù)據(jù)訪問，結(jié)合人類專業(yè)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)面向目標(biāo)和高效的工作。當(dāng)然，可以有幾個(gè)優(yōu)化循環(huán)同時(shí)或順序運(yùn)行。

根據(jù)質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)，異常過程或質(zhì)量偏差或者報(bào)警將會(huì)觸發(fā)所謂的根本原因分析。按照傳統(tǒng)的方法，專家團(tuán)隊(duì)將收集信息，并使用5W或Ishikawa圖等方法，以結(jié)構(gòu)化的方式結(jié)合他們的專業(yè)知識(shí)。這些非常有用，但非常耗時(shí)。

由于TPQC規(guī)則編輯器中映射了全面的數(shù)據(jù)和數(shù)字化程序，現(xiàn)代方法使得系統(tǒng)可以自動(dòng)分析具體情況并提供相關(guān)信息。結(jié)果是一個(gè)快速、高質(zhì)量和高度計(jì)算機(jī)化的根本原因分析，并額外提出甚至激活基于模型的糾正或補(bǔ)償措施，以抵消偏差。

在實(shí)施基于技術(shù)訣竅的數(shù)字化系統(tǒng)時(shí)，不僅應(yīng)考慮到技術(shù)問題，還應(yīng)考慮文化和人為因素。數(shù)字化可能造成干擾和不穩(wěn)定，特別是在工藝專家、質(zhì)量工程師和技術(shù)人員之間，他們?cè)谏a(chǎn)團(tuán)隊(duì)、社會(huì)文化環(huán)境中的角色可能會(huì)發(fā)生變化。

首先，數(shù)字化系統(tǒng)將大幅提高透明度，人員、團(tuán)隊(duì)、班組等之間的競(jìng)爭將更加明顯。自動(dòng)持續(xù)更新的實(shí)時(shí)KPIs、統(tǒng)計(jì)過程控制（SPCs）和其他形式的壓縮信息可以提高一個(gè)人的壓力水平，如果這些信息僅作為一個(gè)人的性能指標(biāo)。這可能會(huì)導(dǎo)致不使用新系統(tǒng)的情況，或者由于人員會(huì)放大新系統(tǒng)中哪怕是很小的缺陷而不被接受。如果出現(xiàn)這種情況，或者會(huì)出現(xiàn)到何種程度，主要取決于企業(yè)文化的質(zhì)量以及個(gè)人對(duì)創(chuàng)新的態(tài)度。在數(shù)字化系統(tǒng)對(duì)企業(yè)成功的貢獻(xiàn)方面，支持的數(shù)字化工廠管理模式起著至關(guān)重要的作用。

其次，在某些情況下，智能系統(tǒng)的實(shí)施可能會(huì)在軋鋼專家中產(chǎn)生一種冷漠或不愿意的態(tài)度，他們害怕向計(jì)算機(jī)化的系統(tǒng)提供其專業(yè)知識(shí)，因?yàn)樗麄冋J(rèn)為這可能會(huì)降低他們?cè)趫F(tuán)隊(duì)中的地位。相反，這些系統(tǒng)對(duì)個(gè)人來說是一種充實(shí)，因?yàn)閿?shù)字化系統(tǒng)可以幫助專家獲取更多信息，并提供更好的機(jī)會(huì)來提高做出正確決策的可能性。因此，專家的作用是透明地依賴可靠的數(shù)據(jù)、方法和數(shù)學(xué)算法，其分析和決策會(huì)高度準(zhǔn)確。

在系統(tǒng)內(nèi)，每個(gè)獨(dú)立加工產(chǎn)品都有豐富的信息譜系，使得檢索產(chǎn)品每個(gè)部分的每一步生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)成為可能。系統(tǒng)允許所有用戶以極小的時(shí)間單位跟蹤質(zhì)量問題，并通過審查所有相關(guān)生產(chǎn)工序的工藝數(shù)據(jù)來進(jìn)行分析，這是快速解決故障和追責(zé)管理的關(guān)鍵。嵌入自動(dòng)化和IT環(huán)境中的TPQC系統(tǒng)，可以覆蓋整個(gè)生產(chǎn)鏈。

TPQC系統(tǒng)的基本功能是利用定義的質(zhì)量檢驗(yàn)關(guān)，通過監(jiān)控整個(gè)生產(chǎn)過程中所有與質(zhì)量相關(guān)的工藝參數(shù)，確保所需要的產(chǎn)品性能，提高質(zhì)量水平。除了從不同生產(chǎn)工序采集到的純工藝數(shù)據(jù)之外，譜系信息還將該數(shù)據(jù)在所有相關(guān)工序中互相關(guān)聯(lián)，即譜系信息持續(xù)跟蹤延伸率、頭部/尾部變化、上下表面互換變化以及切割和焊接操作等可能在生產(chǎn)鏈上不同工序之間發(fā)生的變化。

質(zhì)量檢查是通過使用生產(chǎn)數(shù)據(jù)的特定規(guī)則系統(tǒng)進(jìn)行的，結(jié)果將根據(jù)質(zhì)量問題的種類和在工廠的位置分別顯示給操作員和質(zhì)量工程師。TPQC通過規(guī)則編輯器提供靈活的質(zhì)量檢測(cè)方法，為將來的適應(yīng)和擴(kuò)展鋪平了道路，而不必對(duì)系統(tǒng)源代碼的任何部分進(jìn)行修改。圖1顯示了這個(gè)工藝/質(zhì)量檢測(cè)的原理。綠色的交通信號(hào)燈表示（針對(duì)一個(gè)生產(chǎn)工序）所有的值都在設(shè)定范圍內(nèi)。黃燈表示有小問題，需要進(jìn)一步檢查。紅燈表示更嚴(yán)重的問題，絕大多數(shù)情況下需要更加復(fù)雜的補(bǔ)救措施和最終決策計(jì)劃。至于哪些應(yīng)該定義為小問題，哪些定義為大問題，必須根據(jù)工藝經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行開發(fā)，并且最終定義為專家規(guī)則，再次給出技術(shù)訣竅數(shù)字化的示例。

根本原因分析（RCA）是托管式的、基于方法的結(jié)構(gòu)化的解決問題方式，用于找出故障或問題的真正原因。TPQC提供動(dòng)態(tài)的根本原因方法：1）如果檢測(cè)到偏差，根據(jù)工廠位置和組織職責(zé)，向操作員和質(zhì)量工程師顯示最有可能的根本原因。負(fù)責(zé)偏差管理的人員將會(huì)自動(dòng)獲知可以排除那些可能由于非異常檢測(cè)引起的根本原因。2）每個(gè)根本原因包括一條特定的檢定描述，以便在可能存在不止一個(gè)根本原因的情況下排除疑問。3）確認(rèn)實(shí)際的根本原因后，負(fù)責(zé)人在界面上打一個(gè)鉤，從而確認(rèn)給出的質(zhì)量偏差的根本原因。4）系統(tǒng)對(duì)任意檢測(cè)到的質(zhì)量偏差的根本原因保持跟蹤，并對(duì)根本原因進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算。

此外，可以對(duì)任意時(shí)間段的根本原因統(tǒng)計(jì)進(jìn)行計(jì)算，從而計(jì)算出長期趨勢(shì)。因此，根本原因統(tǒng)計(jì)的特性有助于為持續(xù)改進(jìn)質(zhì)量管理的有效性提供有說服力的證據(jù)。特別是對(duì)于工廠管理者來說，這是一個(gè)有用的工具，可以對(duì)偏差發(fā)生的頻率進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控，以識(shí)別出最頻繁和成本最高的偏差。這些識(shí)別出來的偏差可以另行采取解決方法和修正措施。

修正措施指在特定條件下消除引起質(zhì)量偏差的一系列措施。不幸的是，生產(chǎn)環(huán)境受到許多因素的影響，如各種外部干擾、原料未知因素以及人為因素和其他不確定性事件。因此，要永久消除質(zhì)量問題的原因不太可能。出于這個(gè)原因，修正行為的定義范圍必須擴(kuò)大至那些僅限適用于過去特定條件下，已知可能絕對(duì)和永久消除質(zhì)量偏差的根本原因的修正行為，即便如此，也不是所有的修正措施都可以作為決策或被實(shí)施并存檔。

補(bǔ)償措施指修復(fù)已經(jīng)影響半成品質(zhì)量的措施，例如通過切除鋼卷有缺陷的部分或者通過板坯表面清理的方式，如圖2所示。由于系統(tǒng)為操作員和質(zhì)量工程師提供指導(dǎo)，因此該工具也可以看作是一種學(xué)習(xí)工具。事實(shí)上，真正參與根本原因分析的員工有時(shí)將會(huì)了解更多影響質(zhì)量的因素，使得他們甚至可以在相關(guān)質(zhì)量事故發(fā)生之前采取預(yù)防措施，而不必?zé)o論如何在任何事故情況下都要等待質(zhì)量根源分析給出建議。

因此，TPQC可以作為質(zhì)量檢驗(yàn)和根本原因分析支持的純粹性能工具，但當(dāng)它也被用作持續(xù)學(xué)習(xí)工具以提高操作員和質(zhì)量工程師的技能水平時(shí)，其真正好處才得以實(shí)現(xiàn)。圖2所示為煉鋼車間質(zhì)量問題處理示例。

圖2所示為一爐鋼水，按計(jì)劃準(zhǔn)備隨后送往連鑄機(jī)。在底吹氧煉鋼爐（BOF）工序末端，二級(jí)系統(tǒng)顯示鋼水溫度超出特定鋼種要求的范圍。在此情況下，TPQC通過特定的工藝規(guī)則對(duì)溫度進(jìn)行評(píng)估，并記錄質(zhì)量問題。此外，TPQC系統(tǒng)立即建議對(duì)BOF爐重新吹氧。如果操作員確認(rèn)無誤，系統(tǒng)將會(huì)給連鑄機(jī)操作員發(fā)送一則消息請(qǐng)求降低澆鑄速度。通過降低澆鑄速度，TPQC嘗試對(duì)由于在BOF再次吹氧帶來的額外處理時(shí)間進(jìn)行補(bǔ)償，否則就將增加發(fā)生爐次中斷或板坯質(zhì)量問題的風(fēng)險(xiǎn)。

此外，系統(tǒng)再次顯示這個(gè)問題可能的根本原因列表。在示例中，物料添加中采用了一種新原料，操作員還沒有能夠及時(shí)在二級(jí)數(shù)據(jù)庫中對(duì)新原料數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，導(dǎo)致BOF工藝的二級(jí)模型進(jìn)行了不準(zhǔn)確的計(jì)算，并最終造成溫度偏差。

根本原因分析并不限于單個(gè)工序或工廠（例如煉鋼廠、熱連軋廠、冷軋廠等）。通過對(duì)根本原因分析的規(guī)則進(jìn)行仔細(xì)定義，TPQC還可以跨越工序或工廠界限顯示根本原因。通過這種方式，系統(tǒng)支持全流程的根本原因分析，特別是當(dāng)某些表面缺陷可以追溯到液相產(chǎn)品時(shí)尤為有用。

TPQC結(jié)合基于規(guī)則的模型對(duì)鋼卷進(jìn)行分級(jí)檢定。鋼卷分級(jí)模型預(yù)先進(jìn)行處理，例如繪出表面缺陷圖。隨后，分級(jí)模型對(duì)缺陷圖進(jìn)行深入評(píng)估，以立即確定鋼卷表面質(zhì)量是否符合最終用戶預(yù)先定義的要求，如果不符合，需要采取什么措施。

對(duì)數(shù)據(jù)的集中采集支持KPIs指數(shù)的生成，體現(xiàn)了關(guān)于技術(shù)和商務(wù)目標(biāo)相關(guān)的信息，以及實(shí)施了哪些改善。TPQC為質(zhì)量和生產(chǎn)部門的員工以及高級(jí)管理執(zhí)行者提供各種圖形化的HMI界面，針對(duì)與KPIs一致的特定目標(biāo)，對(duì)生產(chǎn)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和基準(zhǔn)判定。

SPC是一個(gè)可靠的經(jīng)過驗(yàn)證的工具，提供生產(chǎn)過程處于預(yù)先定義的操作范圍內(nèi)，并且因此在控制范圍內(nèi)采取行動(dòng)的統(tǒng)計(jì)證據(jù)。在質(zhì)量保證過程中，應(yīng)用這種過程控制統(tǒng)計(jì)具有顯著的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)楣に囘^程值統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的較大偏差遲早會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生影響。通常SPC的目標(biāo)是抽樣數(shù)據(jù)，且應(yīng)該是很長時(shí)間內(nèi)比較穩(wěn)定的數(shù)據(jù)，這樣才能對(duì)不希望出現(xiàn)的工藝動(dòng)態(tài)進(jìn)行可靠的檢測(cè)。TPQC可以跟蹤單個(gè)工序的臨界值，也可以結(jié)合計(jì)算出的性能指標(biāo)和KPIs指數(shù)，提供可選原料/產(chǎn)品相關(guān)的檢測(cè)數(shù)據(jù)或過程數(shù)據(jù)的SPC圖表。

TPQC系統(tǒng)中數(shù)量巨大的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)非常適合采用數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行分析。它提供了直觀的接口來將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為最先進(jìn)的數(shù)據(jù)挖掘平臺(tái)。TPQC中的譜系功能將采集到的數(shù)據(jù)自動(dòng)對(duì)應(yīng)到橫跨整個(gè)生產(chǎn)鏈（即煉鋼鋼水、板坯、熱軋鋼卷、冷軋鋼卷、電鍍鋼板）的正確產(chǎn)品。數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器自學(xué)習(xí)與TPQC相結(jié)合具有以下好處：1）對(duì)測(cè)量儀表、手動(dòng)輸入等數(shù)據(jù)的質(zhì)量、潛在問題等進(jìn)行快速分析。2）通過可視化TPQC中的原始數(shù)據(jù)，快速分析多變量問題，例如機(jī)械性能的變化。3）通過全流程數(shù)據(jù)和采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)挖掘方法對(duì)問題的根本原因進(jìn)行分析。4）通過機(jī)器自學(xué)習(xí)方法對(duì)產(chǎn)品的最終特性或工藝穩(wěn)定性進(jìn)行預(yù)測(cè)。

可以根據(jù)數(shù)據(jù)挖掘結(jié)果，通過在TQPC中創(chuàng)建新規(guī)則、KPIs和SPC圖表形成閉環(huán)。TPQC的數(shù)據(jù)挖掘功能為質(zhì)量和工藝工程師進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)化和穩(wěn)定生產(chǎn)過程提供支持。對(duì)于整個(gè)生產(chǎn)鏈上的技術(shù)人員和工程師在提高生產(chǎn)率方面特別有用。