數(shù)據(jù)采集途徑
開發(fā)應(yīng)用工藝質(zhì)量信息系統(tǒng)
研究者曾對國內(nèi)主要大鍛件企業(yè)的工藝和質(zhì)量信息化情況進(jìn)行過調(diào)研。注意到，國內(nèi)大鍛件企業(yè)工藝和質(zhì)量信息化方面還存在空白。要想有大鍛件工藝和質(zhì)量數(shù)據(jù)的積累，要想能科學(xué)分析工藝和質(zhì)量問題，必須盡快開發(fā)、建立和應(yīng)用先進(jìn)的大鍛件工藝、質(zhì)量信息系統(tǒng)。為此，研究者開發(fā)了一種系統(tǒng)雛形。
根據(jù)鍛壓工藝原理、大鍛件生產(chǎn)質(zhì)量影響因素、質(zhì)量檢驗和質(zhì)量記錄過程、大鍛件鍛壓工藝和質(zhì)量的參數(shù)化方法、管理信息系統(tǒng)開發(fā)原理和經(jīng)驗，利用微軟免費關(guān)系型數(shù)據(jù)庫ACCESS、服務(wù)表單InfoPath及VBA編程語言等，研究開發(fā)出了鍛壓工藝及質(zhì)量信息集成管理信息系統(tǒng)的雛形。圖3為該系統(tǒng)主菜單，包含鍛壓工藝數(shù)據(jù)、熱送鋼錠信息、鍛壓記錄、檢驗記錄和查看其他信息共五個信息輸入部分及1個預(yù)覽查詢各種自動報告的功能。
鍛壓工藝界面輸入數(shù)據(jù)后可自動生成安排生產(chǎn)的鍛件明細(xì)表；可通過網(wǎng)絡(luò)授權(quán)快速查詢所有輸入的工藝信息及圖形附件；進(jìn)一步開發(fā)后，還可根據(jù)參數(shù)自動生成動態(tài)的鍛壓工藝卡。當(dāng)某時期的生產(chǎn)數(shù)據(jù)輸入后，可自動關(guān)聯(lián)；檢驗記錄輸入后，則可生成智能的鍛壓工藝質(zhì)量自動分析報告。
該系統(tǒng)借鑒了著名歐美跨國公司應(yīng)用信息技術(shù)的成功經(jīng)驗，結(jié)合大鍛件企業(yè)實際情況和需要，形成了鍛壓工藝和質(zhì)量集成管理信息系統(tǒng)雛形。系統(tǒng)能將小樣本統(tǒng)計學(xué)、工藝參數(shù)化方法、設(shè)備工藝質(zhì)量數(shù)據(jù)集成方案等再次集成，形成智能的記錄和自動分析系統(tǒng)，利于不斷改進(jìn)，可成為穩(wěn)定和提高大鍛件質(zhì)量的基礎(chǔ)平臺。
圖3 鍛壓工藝質(zhì)量記錄信息系統(tǒng)主菜單
⑴生產(chǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)提取。
隨著我國大鍛件生產(chǎn)設(shè)備的飛速發(fā)展，新的萬噸壓機和操作機都有了測量數(shù)據(jù)的計算機屏顯。國內(nèi)部分企業(yè)還實現(xiàn)了數(shù)據(jù)自動存儲。但是，這些設(shè)備上的測量數(shù)據(jù)還是離散的和不完整的，實際仍無法有效應(yīng)用。
通過集成鍛壓工藝技術(shù)、設(shè)備測量技術(shù)和現(xiàn)代信息化技術(shù)，利用工業(yè)組態(tài)軟件，研究開發(fā)一個智能的生產(chǎn)工藝自動記錄和質(zhì)量分析系統(tǒng)，讓離散的壓機等設(shè)備數(shù)據(jù)成為有效的大鍛件鍛壓工藝和質(zhì)量相關(guān)數(shù)據(jù)。
⑵在線尺寸檢測設(shè)備數(shù)據(jù)提取。
大鍛件企業(yè)無論是購買、改造還是開發(fā)大鍛件在線檢測設(shè)備和裝置，都應(yīng)加強可行性研究，聘請既懂生產(chǎn)工藝又懂信息系統(tǒng)集成的專家參加決策和制訂方案，以便充分考慮實現(xiàn)大鍛件大數(shù)據(jù)的價值，能根據(jù)大數(shù)據(jù)的知識和理念，完善項目的需求和目標(biāo)，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)的有效集成和利用。
⑶檢查試驗設(shè)備數(shù)據(jù)提取。
傳統(tǒng)上，檢查試驗設(shè)備測得的大鍛件產(chǎn)品或試件數(shù)據(jù)還是打印出來獨立使用的。進(jìn)一步有效利用檢查試驗設(shè)備中得到的數(shù)據(jù)至少考慮以下幾個層次：第一層次是將檢測設(shè)備生成的電子檢測報告通過網(wǎng)絡(luò)安全連接傳遞到局域網(wǎng)中的服務(wù)器上，用附件形式自動集成到工藝和質(zhì)量信息系統(tǒng)中，實現(xiàn)有效利用；第二層次是將檢測報告上的主要數(shù)據(jù)用手工輸入到新開發(fā)的工藝和質(zhì)量信息系統(tǒng)中，開發(fā)出對應(yīng)的自動檢測報告，實現(xiàn)有效利用；第三層次是找到檢查檢測設(shè)備在生成電子檢測報告時的數(shù)據(jù)，存成符合標(biāo)準(zhǔn)格式的文件，與工藝和質(zhì)量信息系統(tǒng)相集成，直接傳入數(shù)據(jù)庫、直接可生成動態(tài)的并可在線打印的檢測報告，實現(xiàn)有效利用。
通過系統(tǒng)集成，將其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)提取到本系統(tǒng)之中或?qū)⒈鞠到y(tǒng)數(shù)據(jù)傳遞到其他系統(tǒng)之中，這不僅減少了數(shù)據(jù)的重復(fù)輸入，還可大大發(fā)揮出數(shù)據(jù)的價值。因此，集成數(shù)據(jù)既有數(shù)據(jù)價值設(shè)計的作用，又有數(shù)據(jù)提取的特征。例如，在鍛壓生產(chǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)提取中，如果可以從ERP（Enterprise Resource Planning 企業(yè)資源計劃）系統(tǒng)中提取鋼錠物料信息數(shù)據(jù)，從工藝質(zhì)量控制系統(tǒng)中提取工藝數(shù)據(jù)，則可大大發(fā)揮鍛壓生產(chǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)提取系統(tǒng)的實用價值和效率。
數(shù)據(jù)分析決策
⑴統(tǒng)計學(xué)應(yīng)用的挑戰(zhàn)。
統(tǒng)計學(xué)廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域，但在大鍛件生產(chǎn)科研領(lǐng)域里的應(yīng)用幾乎是空白，很少能見到和找到其他研究者和作者關(guān)于大鍛件統(tǒng)計學(xué)應(yīng)用實例的研究報告、論文和理論書籍。這并非統(tǒng)計學(xué)方法在大鍛件領(lǐng)域里不重要，而是因為缺乏數(shù)據(jù)和參數(shù)無法應(yīng)用統(tǒng)計分析。此外，概率論統(tǒng)計學(xué)本身不太容易被理解和掌握，在大鍛件領(lǐng)域里，成功應(yīng)用的方法和實例也非常少，缺少能直接借鑒和引用的實例和方法。萬事開頭難，大數(shù)據(jù)的發(fā)展必須經(jīng)過小數(shù)據(jù)階段，因此大鍛件小樣本統(tǒng)計學(xué)的研究應(yīng)運而生。
樣本按其容量有大小之分。一般情況下，樣本量小，則統(tǒng)計學(xué)估計的誤差大；樣本量大，則統(tǒng)計學(xué)估計的誤差小。然而，提高一點精度，統(tǒng)計量則需急劇大幅增加。大鍛件的生產(chǎn)特點是單件小批量，除非是長期積累才能獲得較大樣本，否則其應(yīng)用只有從小樣本量著手。
關(guān)于統(tǒng)計學(xué)所需要的最小樣本量，目前并沒有確切的要求。從統(tǒng)計學(xué)書籍后面附帶的常用統(tǒng)計學(xué)統(tǒng)計量分布表來看，列出的最小樣本量是2。本研究認(rèn)為，最小樣本量可根據(jù)實際確定。只要能進(jìn)行統(tǒng)計分析并能得到科學(xué)結(jié)論就可。
顯著性檢驗就是事先對總體的參數(shù)或總體分布形式做出一個假設(shè)，然后利用樣本信息來判斷這個假設(shè)（原假設(shè)）是否合理，即判斷總體的真實情況與原假設(shè)是否有顯著性差異。顯著性檢驗是針對我們對總體所做的假設(shè)做檢驗，其原理就是“小概率事件實際不可能性原理”來接受或否定假設(shè)。
顯著性檢驗用概率P來表示由抽樣誤差引起的可能性有多大。統(tǒng)計學(xué)上習(xí)慣規(guī)定P＞0.05 相差不顯著，可能性大；0.05≥P＞0.01 相差顯著，可能性??；P≤0.01相差非常顯著，可能性極小。小樣本檢驗方法包括：
對于計量資料的顯著性檢驗，當(dāng)樣本含量較小，比如200例以下，應(yīng)該選用t檢驗（student test）；當(dāng)樣本含量較大，比如200例以上，則應(yīng)該選用u檢驗（u test）。t檢驗和u檢驗是根據(jù)分布（標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布）原理建立起來的顯著性檢驗方法。
例如，長軸類鍛件的軸端機械性能在拔長比達(dá)到一定數(shù)值后容易出現(xiàn)各向異性?？v向與橫向性能之間的比值，稱為異性系數(shù)。為了解決40A船用電機軸的各向異性問題，太原重工股份有限公司（簡稱太重）曾采用不同的鋼錠生產(chǎn)船用電機軸。太重的研究中給出了堿性電爐鋼和電渣重熔煉鋼的各向異性系數(shù)，但未能開展科學(xué)的統(tǒng)計學(xué)分析。研究者經(jīng)過對太重統(tǒng)計數(shù)據(jù)的處理，然后用t檢驗進(jìn)行分析，給出科學(xué)分析結(jié)果和結(jié)論：電爐鋼延伸率異向系數(shù)、截面收縮率異向系數(shù)、沖擊值異向系數(shù)的總體均數(shù)與電渣鋼延伸率異向系數(shù)、截面收縮率異向系數(shù)、沖擊值異向系數(shù)差異均顯著。并由此得出科學(xué)推論，采用電渣鋼的煉鋼方法，的確解決了長軸類鍛件的各向異性問題。
對于計數(shù)資料的顯著性檢驗，其樣本含量大小的檢驗方法選擇與計量資料的顯著性檢驗有類似之處。當(dāng)樣本含量較小，200例以下，選用卡方檢驗（Chi-square test）；當(dāng)樣本含量較大，200例以上，則選用u檢驗。
例如，上海重型機器廠有限公司的工藝人員為了解決管板大鍛件的探傷超標(biāo)問題，研究提出了一種宏觀控制鍛造法，給出用拔長保證壓力容器管板大鍛件中心壓實的拔長比宏觀條件。為了驗證該條件，統(tǒng)計了一個時期連續(xù)生產(chǎn)的21份工藝、144只鍛件的工藝記錄及探傷檢查結(jié)果。對統(tǒng)計數(shù)據(jù)分成滿足拔長比宏觀條件和不滿足拔長比宏觀條件的兩組，然后用卡方檢驗進(jìn)行對比分析，給出科學(xué)分析結(jié)果和結(jié)論：兩組不合格率有顯著差別。并由此推論，鍛壓拔長條件對大鍛件探傷有顯著影響，滿足拔長比宏觀條件的工藝能顯著提高超聲波探傷的合格率。并根據(jù)該推論，解決了大批管板鍛件的探傷問題，使產(chǎn)品質(zhì)量得以顯著穩(wěn)定提高。
統(tǒng)計分析只是數(shù)據(jù)分析方法中的一種方法，根據(jù)研究的問題，還有許多分析方法可選擇應(yīng)用，如數(shù)值方法、最優(yōu)化方法和運籌學(xué)等。另外，還有一些BI（Business Intelligence）商業(yè)智能軟件。但BI軟件通常價格昂貴，開發(fā)分析報告需要由外部咨詢師、內(nèi)部IT人員和內(nèi)部業(yè)務(wù)人員共同完成。微軟免費的ACCESS數(shù)據(jù)庫軟件有相當(dāng)不錯的數(shù)據(jù)智能分析報告功能。它在世界第一大鋁業(yè)公司ALCOA和著名的電力及自動化公司ABB在中國的企業(yè)中都曾得到低成本高實效的應(yīng)用，值得中國大鍛件企業(yè)行業(yè)借鑒。
決策支持系統(tǒng)能夠為決策者提供所需的數(shù)據(jù)、信息和背景資料，幫助明確決策目標(biāo)和進(jìn)行問題的識別，建立或修改決策模型，提供各種備選方案。并且對各種方案進(jìn)行評價和優(yōu)選，通過人機交互功能進(jìn)行分析、比較和判斷，為正確的決策提供必要的支持。決策支持系統(tǒng)強調(diào)的是對管理決策的支持，而不是決策的自動化。因此，統(tǒng)計學(xué)分析報告和BI報告都是決策支持的基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上根據(jù)實際需要選擇商業(yè)軟件或訂制開發(fā)。
結(jié)束語
本文給出以下主要結(jié)論：①大數(shù)據(jù)是根本性解決大鍛件質(zhì)量不穩(wěn)定問題的一種必要選擇，是實現(xiàn)大鍛件智能制造的必由出路；②大鍛件工藝參數(shù)化方法和工藝細(xì)化軟件是增加有價值的大鍛件數(shù)據(jù)實現(xiàn)大數(shù)據(jù)目標(biāo)的源頭，本文給出了基本方法和軟件雛形；③給出了采集存儲工藝數(shù)據(jù)、設(shè)備中數(shù)據(jù)和質(zhì)量數(shù)據(jù)并加以集成應(yīng)用的建議方法和數(shù)據(jù)庫雛形；④給出了創(chuàng)新的大鍛件統(tǒng)計分析方法，智能報告方法和大數(shù)據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)。
本研究對穩(wěn)定我國大鍛件的產(chǎn)品質(zhì)量、支持大鍛件企業(yè)管理決策、實現(xiàn)大鍛件大數(shù)據(jù)目標(biāo)、智能制造以及企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級有一定的參考價值。
——摘自《鍛造與沖壓》2016年第3期
