牛景瑞　王曉偉　林朵朵　任孟斌　馬義飛

摘? 要： 為了改善燒結(jié)墻材粗放式生產(chǎn)模式，分析了燒結(jié)墻材生產(chǎn)流程工藝要求，研究了墻材生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與分類，利用實(shí)體-聯(lián)系模型描述影響生產(chǎn)流程數(shù)據(jù)實(shí)體并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，開發(fā)了“訂單信息”數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，為更準(zhǔn)確地用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)來(lái)分析和利用這些數(shù)據(jù)來(lái)指導(dǎo)生產(chǎn)奠定研究基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞： 燒結(jié)墻材; 生產(chǎn)工藝; 實(shí)體-聯(lián)系模型; 數(shù)據(jù)分析

中圖分類號(hào)：TP274? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ?文章編號(hào)：1006-8228（2022）04-113-04

Analysis and research on the data of production process of sintered brick

Niu Jingrui， Wang Xiaowei， Lin Duoduo， Ren Mengbin， Ma Yifei

（School of Mechanical and Electrical Engineering， Shandong Jianzhu University， Jinan， Shandong 250101， China）

Abstract： In order to improve the extensive production mode of sintered brick， the technological requirements of the production process were analyzed. By studying the collection and classification of its production data， using the entity-relationship model to describe the data entities affecting the production process for data analysis， an "order information" data monitoring system was developed. It lays a research foundation for more accurate use of the database management system to analyze and utilize these data to guide production.

Key words： sintered brick; production process; entity-relationship model; data analysis

0 引言

我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程正在快速推進(jìn)，房屋需求量不斷增加。在建筑物的所有建筑材料中，墻體材料約占70%，墻材生產(chǎn)的質(zhì)量和效率關(guān)系著建筑行業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。燒結(jié)墻材行業(yè)是我國(guó)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)之一，部分企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程仍然存在生產(chǎn)方式粗放、管理落后、部分生產(chǎn)環(huán)節(jié)嚴(yán)重依賴工人經(jīng)驗(yàn)以及生產(chǎn)線自動(dòng)化水平低等問(wèn)題，距離實(shí)現(xiàn)墻材制造自動(dòng)化和智能化仍有較大的發(fā)展空間[1]。2017年，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)提出《新型墻材推廣應(yīng)用行動(dòng)方案》，推進(jìn)墻材生產(chǎn)線自動(dòng)化和智能化改革，實(shí)現(xiàn)墻材制造的信息化管理，促進(jìn)建材行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)[2]。

本研究立足于現(xiàn)代生產(chǎn)管理及信息系統(tǒng)技術(shù)，根據(jù)對(duì)燒結(jié)墻材材料成型產(chǎn)品生產(chǎn)工藝特點(diǎn)的調(diào)研，以某墻材制造企業(yè)工廠為應(yīng)用背景，完成了面向燒結(jié)墻材生產(chǎn)流程數(shù)據(jù)分析的初步研究及應(yīng)用。

1 燒結(jié)墻材生產(chǎn)流程

目前墻材生產(chǎn)工藝流程一般可以分為六個(gè)階段，分別為原料處理、擠出成型、碼坯、烘干、焙燒和卸磚打包，如圖1所示。

原料處理階段又分原料預(yù)處理和陳化兩個(gè)子階段。原料預(yù)處理階段是對(duì)原料進(jìn)行破碎、攪拌等預(yù)加工操作。燒結(jié)墻材的原料一般由廢渣土、煤矸石、粉煤灰、河道淤泥等組成，原料首先使用破碎機(jī)粉碎，將顆粒級(jí)配達(dá)標(biāo)的混合原料通過(guò)傳送帶送入攪拌機(jī)，加水?dāng)嚢?。陳化階段對(duì)預(yù)處理的原料進(jìn)行靜置反應(yīng)，陳化時(shí)混合料含水率應(yīng)趨近成型水分。該階段通過(guò)傳送帶將預(yù)處理的原料傳送到陳化庫(kù)中靜置、陳化，增加原料的塑性[3-4]。原料在陳化庫(kù)中反應(yīng)一段時(shí)間后，使用液壓多斗挖土機(jī)挖掘轉(zhuǎn)運(yùn)混合料至傳送帶，進(jìn)而傳送到供料機(jī)為后續(xù)環(huán)節(jié)供料。

擠出成型階段是從供料機(jī)供料至濕坯的形成的階段。供料機(jī)具有儲(chǔ)料、驅(qū)動(dòng)、輸送和破碎功能，可以破碎較大的松軟物料，并且控制給料速度。原料經(jīng)過(guò)供料機(jī)處理后輸送到雙軸攪拌擠出機(jī)二次攪拌，增加原料的均化效果和成型塑性，再通過(guò)傳送帶傳送到真空擠出機(jī)。真空擠出機(jī)將混合料擠出成坯條，切坯機(jī)對(duì)坯條依次切條、切坯，坯體初次成型，此階段的坯體稱為濕坯。

碼坯階段將成型的濕坯整齊碼放至窯車上。目前國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用的是全自動(dòng)碼坯方式，全自動(dòng)碼坯機(jī)利用PLC程序控制，通過(guò)多個(gè)碼坯夾手夾取磚坯并按照預(yù)先設(shè)計(jì)的碼坯形式碼放至窯車，具有工作效率高、性能穩(wěn)定、適用窯爐范圍廣、對(duì)故障的判斷以及維修較為簡(jiǎn)單且維修成本較低能突出優(yōu)點(diǎn)。磚坯碼放直接影響了窯車磚坯數(shù)量、磚坯干燥效率及窯燒過(guò)程，是制磚過(guò)程中不可缺少和至關(guān)重要的一環(huán)，碼坯完成后存放至存坯線。

干燥和焙燒階段是坯體在隧道窯中階段。干燥階段在干燥窯中進(jìn)行，主要目的是去除濕坯中的多余水分，該階段首先使用擺渡車將存坯線上碼放好濕坯的窯車轉(zhuǎn)運(yùn)到干燥窯入口，并由頂車機(jī)頂入干燥窯，濕坯在干燥窯中通過(guò)升溫烘干水分，最終變成干坯;焙燒階段在焙燒窯中進(jìn)行，主要目的是增加干坯的硬度和強(qiáng)度，進(jìn)入該階段，承載干燥好磚坯的窯車通過(guò)擺渡車由干燥窯轉(zhuǎn)運(yùn)至焙燒窯入口，并通過(guò)頂車機(jī)頂入焙燒窯，通過(guò)高溫焙燒使坯體物質(zhì)狀態(tài)發(fā)生變化，提高坯體的硬度和強(qiáng)度，最終完成墻材燒制。烘干和焙燒是墻材生產(chǎn)中極其關(guān)鍵的階段，很大程度上影響了墻材成品的質(zhì)量[5]。

最后，成品墻材由擺渡車從焙燒窯轉(zhuǎn)運(yùn)至打包線，卸磚打包，完成生產(chǎn)。

2 燒結(jié)墻材生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析

2.1 生產(chǎn)流程中數(shù)據(jù)實(shí)體

通過(guò)調(diào)研工廠實(shí)際生產(chǎn)與數(shù)據(jù)管理，研究中將生產(chǎn)過(guò)程涉及到的數(shù)據(jù)分為配方信息、產(chǎn)量信息、生產(chǎn)線運(yùn)行狀態(tài)信息以及合格率等其他信息，其中生產(chǎn)線的運(yùn)行狀態(tài)信息下又有設(shè)備信息和工藝參數(shù)。

⑴ 原料配方信息

燒結(jié)墻體材料配方是指加工時(shí)配制原料的比例和方法。在燒結(jié)墻體材料加工過(guò)程中，配方關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量以及對(duì)設(shè)備性能的影響。對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量而言，配料一是調(diào)整原料的化學(xué)成分，二是調(diào)整原料的物理性能，配方的選擇會(huì)直接影響成品質(zhì)量[6]。對(duì)設(shè)備而言，正確的配方有助于攪拌機(jī)等設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中的震動(dòng)，有利于延長(zhǎng)設(shè)備的使用周期。故確定合理的配方信息在墻材生產(chǎn)過(guò)程中至關(guān)重要。

⑵ 生產(chǎn)量信息

生產(chǎn)量是生產(chǎn)線在一定時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品數(shù)量，包括標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)量和實(shí)際生產(chǎn)量。標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)量是指生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)規(guī)格，通常作為設(shè)備出廠時(shí)的參數(shù)用于指導(dǎo)生產(chǎn)。而實(shí)際生產(chǎn)量為實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中一定時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)線出產(chǎn)成品的能力[7]。

⑶ 產(chǎn)品合格率信息

產(chǎn)品的合格率是指在產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)中，合格產(chǎn)品數(shù)占產(chǎn)品總數(shù)的百分比。在墻材的生產(chǎn)過(guò)程中，由于在生產(chǎn)線上每一工序都有可能產(chǎn)生缺陷，比如攪拌不充分、成型壓力不當(dāng)、窯燒溫度不適宜等，這些缺陷都有可能導(dǎo)致成品磚成為炸裂、泛霜、啞音等廢品磚。因此，產(chǎn)品在出窯后需要經(jīng)過(guò)質(zhì)量檢驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)出生產(chǎn)一批磚的合格率，用以指導(dǎo)和改進(jìn)生產(chǎn)。

⑷ 生產(chǎn)線運(yùn)行狀態(tài)信息

a.設(shè)備信息

設(shè)備信息又包含設(shè)備本身的性能信息和故障信息。性能信息主要指性能參數(shù)、計(jì)劃使用總時(shí)間、運(yùn)行臺(tái)時(shí)等。故障是指設(shè)備在工作過(guò)程中，因某種原因“喪失規(guī)定功能”或危害安全的現(xiàn)象，設(shè)備故障信息能反映設(shè)備總體壽命期發(fā)生故障的情況，通過(guò)采集故障信息可以計(jì)算得出設(shè)備的故障率，以便于提前維護(hù)或?yàn)榕牌诹舫鲎銐虻膹椥詴r(shí)間[7]。

b.工藝參數(shù)

在燒結(jié)墻材生產(chǎn)過(guò)程中，一些工藝參數(shù)對(duì)成品的質(zhì)量有著很大的影響，例如陳化庫(kù)的溫度≥15℃，相對(duì)濕度≥70%，陳化時(shí)陳化含水率應(yīng)趨近成型水分等，從一定意義上講，提高陳化溫度可以提高原料的可塑性，縮短陳化期，優(yōu)化陳化效果[4]。因此，采集重要的工藝參數(shù)對(duì)于生產(chǎn)的監(jiān)控過(guò)程非常重要。

2.2 生產(chǎn)數(shù)據(jù)狀態(tài)及形式

燒結(jié)墻材生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)狀態(tài)有動(dòng)態(tài)和靜態(tài)之分。在既定訂單生產(chǎn)過(guò)程中保持不變或變化頻率比較小，此類數(shù)據(jù)信息為靜態(tài)信息。生產(chǎn)過(guò)程中動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)在特定階段出現(xiàn)或頻繁變動(dòng)，因此在生產(chǎn)過(guò)程中需要對(duì)這類信息及時(shí)采集、分析與處理[8]。

生產(chǎn)信息的數(shù)據(jù)形式主要是數(shù)字信號(hào)和交互式單據(jù)兩種形式。

數(shù)字信號(hào)包括通過(guò)傳感器、電子計(jì)量稱等采集到的設(shè)備工藝參數(shù)信息，窯爐溫度、風(fēng)速信息，物料、成品實(shí)際信息等。

交互式單據(jù)主要是通過(guò)人工錄入的方式保存的數(shù)據(jù)。例如通過(guò)填寫故障單的方式采集故障時(shí)間，又如合格率信息必須通過(guò)質(zhì)量檢驗(yàn)單獲得。這些信息通常用傳感器等設(shè)備采集不到，或者采集的方式過(guò)于復(fù)雜而根據(jù)企業(yè)的現(xiàn)狀在技術(shù)上還達(dá)不到或能達(dá)到要求但成本很高。因此目前可行的方式依然是通過(guò)人工錄入單據(jù)的形式保存。

3 概念數(shù)據(jù)模型的建立

在燒結(jié)墻材生產(chǎn)過(guò)程中，企業(yè)管理系統(tǒng)中每天生成的大量數(shù)據(jù)亟待分析處理，生產(chǎn)線的運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備信息、成品信息等都存儲(chǔ)于系統(tǒng)平臺(tái)中，可以實(shí)時(shí)的反饋生產(chǎn)流程運(yùn)轉(zhuǎn)情況，數(shù)據(jù)不再是生產(chǎn)的“副產(chǎn)物”，而是可以挖掘與分析其價(jià)值的生產(chǎn)資料[9-10]。將數(shù)據(jù)中的所蘊(yùn)含的信息提取出來(lái)服務(wù)于制造過(guò)程具有重要意義[11]。

本文建立的實(shí)體-聯(lián)系模型即E-R數(shù)據(jù)模型是以既定訂單的生產(chǎn)流程為研究對(duì)象，涉及到的實(shí)體主要是訂單信息、原料信息、成品信息、設(shè)備信息、生產(chǎn)計(jì)劃信息，以及成品配方、維護(hù)信息、維修信息、產(chǎn)品合格率信息、生產(chǎn)量信息等，關(guān)系分為產(chǎn)生、使用和影響三種，如圖2所示，其中矩形表示實(shí)體，菱形表示實(shí)體之間的聯(lián)系，聯(lián)系的類型有1-1、1-n或m-n。部分實(shí)體及其屬性如表1所示。

表1中實(shí)體，例如設(shè)備信息，其子實(shí)體及其屬性亦可采用E-R圖來(lái)描述，其中矩形表示實(shí)體及子實(shí)體，橢圓表示實(shí)體屬性，如圖3所示。

在概念數(shù)據(jù)模型建立的基礎(chǔ)上，開發(fā)了“訂單信息”數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)模塊，在企業(yè)管理系統(tǒng)進(jìn)行了初步應(yīng)用，運(yùn)行過(guò)程流程圖如圖4所示，應(yīng)用界面如圖5所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

燒結(jié)墻材生產(chǎn)流程數(shù)據(jù)分析與研究，是促進(jìn)燒結(jié)墻材企業(yè)信息化是必要手段。本文根據(jù)企業(yè)需求，對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了采集，基于E-R模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了概念設(shè)計(jì)，并結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)流程管理進(jìn)行了初步應(yīng)用，有效指導(dǎo)了燒結(jié)墻材生產(chǎn)。

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