TWI808001B - 條鋼工場製程數據整合系統與方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提出一種條鋼工場製程數據整合系統,包括主電腦、多個生產設備與多個數據收集電腦(Local IBA)。數據收集電腦用以收集生產設備的生產數據,將生產數據對應至識別碼與時間標籤,並將生產數據、識別碼、時間標籤傳送至主電腦。其中至少兩個生產設備的製造商彼此數據的通訊格式不相同,難以統一彙總製程資料。因此,主電腦用以將這些生產數據合併為相同格式的整合數據,並透過平台提供整合數據。
Description
本揭露是關於條鋼工場的數據整合系統,能整合不同設備資料通訊規格的數據以提供一個整合介面。
在條鋼工場中有許多製程階段,這些製程階段所使用的設備不是由同一個製造商所製造,所產生的數據規格也不相同,如果要修改數據規格則需要花大錢請製造商的原廠技師進行修改才行,這樣的做法成本很高。此外,設備的數據可能只涉及最底層的資訊,例如壓力、溫度等等,缺乏完整的產品資訊或一致性的時間資訊,不容易進行後續的分析。
本揭露的實施例提出一種條鋼工場製程數據整合系統,包括主電腦、第一生產設備、第一數據收集電腦、第二生產設備與第二數據收集電腦。第一生產設備用以對一小鋼胚進行第一製程。第一數據收集電腦通訊連接至第一生產設備與主電腦,用以收集第一生產設備的第一生產數據,將第一生產數據對應至識別碼與第一時間標籤,並將第一生產數據、識別碼第一時間標籤傳送至主電腦。第二生產設備,用以對小鋼胚進行第二製程,其中第一生產設備的製造商不同於第二生產設備的製造商。第二數據收集電腦,通訊連接至第二生產設備與主電腦,用以收集第二生產設備的第二生產數據,將第二生產數據對應至識別碼與第二時間標籤,並將第二生產數據、識別碼第二時間標籤傳送至主電腦。主電腦用以依據識別碼對第一時間標籤與第二時間標籤之間的時差進行補償並對應至統一時間標籤,將第一生產數據與第二生產數據合併為相同格式的整合數據,並透過平台提供整合數據。
在一些實施例中,小鋼胚是用以生產線材盤元或是直棒鋼,第一生產設備與第二生產設備的其中之一為加熱爐、軋機、測徑儀或盤捲機。
在一些實施例中,主電腦用以提供網頁,此網頁用以根據識別碼、時間、製程區域、數據種類來查詢整合數據。
在一些實施例中,整合數據包括多個層級的資訊。這些層級包括:第一層級,包含第一生產數據與第二生產數據;第二層級,包含出爐預設溫度與程控電腦生產記錄;以及第三層級,包含鋼種與訂單資訊。
在一些實施例中,主機電腦提供的多個服務皆為叢集架構,主機電腦還用以進行備份程序。
在一些實施例中,第一生產設備包括軋機,軋機包括軋輥以及機柱,機柱上設置有:多個定位螺栓;以及伸長計,設置在些定位螺栓之間,用以量測軋延期間機柱受力時的變形量,其中第一數據收集電腦用以將變形量換算為軋延力。
以另一個角度來說,本揭露的實施例提出一種條鋼工場的製程數據整合方法,適用於一主電腦,包括:透過第一生產設備對小鋼胚進行第一製程;透過第一數據收集電腦收集第一生產設備的第一生產數據,將第一生產數據對應至小鋼胚的識別碼與第一時間標籤,並將第一生產數據、識別碼第一時間標籤傳送至主電腦;透過第二生產設備對小鋼胚進行第二製程,其中第一生產設備的製造商不同於第二生產設備的製造商;透過第二數據收集電腦收集第二生產設備的第二生產數據,將第二生產數據對應至識別碼與第二時間標籤,並將第二生產數據、識別碼第二時間標籤傳送至主電腦;以及依據識別碼對第一時間標籤與第二時間標籤之間的時差進行補償並對應至統一時間標籤,將第一生產數據與第二生產數據合併為相同格式的整合數據,並透過平台提供整合數據。
在一些實施例中,製程數據整合方法更包括:設定一軋延力預警功能,對於小鋼胚設定一軋延力上限;以及小鋼胚經過一粗軋機的軋延力超過軋延力上限時,發出一警告訊息。
在一些實施例中,製程數據整合方法還包括:提供製程資料查詢網頁,製程資料查詢網頁用以根據識別碼、軋延時間、製程區域、數據種類來查詢整合數據。
在一些實施例中,製程數據整合方法還包括執行虛擬機器快照,當整合數據毀損時進行回復。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉實施例,並配合所附圖式作詳細說明如下。
關於本文中所使用之「第一」、「第二」等,並非特別指次序或順位的意思,其僅為了區別以相同技術用語描述的元件或操作。
圖1是根據一實施例繪示條鋼工場製程數據整合系統的示意圖。請參照圖1,數據整合系統100包括了多個生產設備101~104、多個區域數據收集電腦111~114、主電腦120與雲端資料庫130。生產設備101~104用以對一個小鋼胚進行相關的製程,此小鋼胚是用以生產線材盤元或是直棒鋼。在此實施例中生產設備101為加熱爐,生產設備102為粗/中/預精軋機,生產設備103為測徑儀(Bar Gauge),生產設備104為精軋機(NTM/RSM)及盤捲機,相對應的製程可以是加熱、軋延、冷卻、盤捲、表面檢驗等等,本揭露並不在此限,在其他實施例中生產設備101~104也可以包括冷卻區、輸送帶、或任意具有感測器的裝置。其中有些生產設備是由不同的製造商所生產,例如加熱爐是由西門子所製造、粗/中/預精軋機是由德國SMS所製造、測徑儀是由LAP所製造、盤捲機是由TMEIC所製造,這些製造商可能也有不同的國籍,例如日本、瑞典、德國等等。不同的生產設備採用不同的資料傳輸規格,所產生的數據也可能有不同的通訊規格和換算單位,例如相同是扭力,有些數據的單位是牛頓米,而有些數據的單位是公斤米,或者有些單位是英制有些是公制,諸如此類。因此,需要多個架設在各區域的數據收集電腦111~114收集不同設備的數據、經由主電腦120給予時間標籤、收集不同層級的數據後,再統一上拋至雲端資料庫130。
在此實施例中,每個數據收集電腦111~114分別通訊連接至對應的生產設備101~104,在此可以採用舊有的網路線,或者新建專用的網路線,本揭露並不限制通訊連接的手段。為了降低資訊安全風險,這些數據收集電腦111~114也可以設定防火牆,或者使用特定的網路位址等等,在此可以結合任意的資訊安全手段,本揭露並不在此限。數據收集電腦111~114可以分別收集來自於生產設備101~104的生產數據,這些生產數據可以是加熱爐的出爐溫度、軋輥傳動軸振動值、軋機的速度、馬達電流值、扭矩值、鋼胚溫度等,本揭露並不在此限,這些生產設備101~104的生產數據也可被稱為第一層級的數據。數據收集電腦111~114可以將這些生產數據對應至(或稱綁定)識別碼與時間標籤,此識別碼可以是盤元識別碼(Coil ID)或是鋼胚識別碼(Billet ID),在一些實施例識別碼也可稱為軋序。舉例來說,生產設備101~104可以從條鋼工場的生產排軋資訊得知目前的盤元識別碼,並把生產資料和識別碼儲存在任意合適的同一個資料結構中,或者是利用額外的資料結構來記錄生產資料與識別碼之間的對應關係。在一些實施例中也可以將生產數據綁定其他數據,例如軋延序號、冷卻水量設定值、出爐預設溫度、程控電腦生產記錄等等,這些數據屬於第二層級。在一些實施例中,由於生產線是持續進行,上述的生產數據也是持續產生,有些設備保存數據的時限非常短,因此數據可能會遺失或是無法確認每一支鋼胚數據產生的時間,在把生產數據綁定至時間標籤以後便可以妥善的保留這些生產資料。
圖2是根據一實施例繪示在軋機機柱上設置伸長計的示意圖。請參照圖2,某一個生產設備為粗軋機,此軋機包括了軋輥301與機柱(housing)302,在一些實施例中軋機沒有提供軋延力偵測裝置,因此必須額外設置感測器來量測軋延力。在此實施例中是在機柱302上設置兩個定位螺栓311、312,而伸長計313則設置在定位螺栓311、312之間,用以量測定位螺栓311、312之間機柱承受軋延力的變形量。伸長計313被保護罩314覆蓋,此保護罩314可以是不鏽鋼蓋板並塗佈密封膠來防止水氣滲入。當鋼胚進入輥槽以後,機柱302會產生微小的形變,此形變會影響定位螺栓311、312之間的距離變化,因此對應的數據收集電腦可以將此變形量換算為軋延力,在此可以用任意的迴歸模型來找到軋延力與變形量之間的關係。
請參照圖1,數據收集電腦111~114會將第一層級的生產數據、識別碼、時間標籤以及其他第二層級的數據一起傳送給主電腦120。主電腦120會再加入第三層級的數據,其中第三層級的數據包括鋼種、訂單資訊、冷卻作業資訊等等。換言之,整合數據中包含了第一至第三層級的數據,每筆數據都有對應的鋼胚識別碼(軋序)。主電腦120也可以將這些不同設備的生產數據合併為相同格式的整合數據,此格式例如是指相同的單位、相同的數據格式、或是相同的資料結構,本揭露並不限於此。
在一些實施例中,主電腦120可根據各個生產數據的時間標籤對生產數據排序,藉此可以整理出各個製程階段對應的資訊。在一些實施例中,主電腦120還可以依據識別碼對來自不同數據收集電腦111~114的時間標籤進行補償並對應至統一時間標籤。舉例來說,生產設備101~104是代表不同的製程因此有先後順序,主電腦120可以得知根據識別碼得知同一個小鋼胚在不同製程之間的時間差(可為數秒或數分鐘等)。為了後續分析數據之間,可以補償上述的時間差,例如把順序在後的時間標籤減去時間差,或是將順序在前的時間標籤加上時間差,如此一來不同的數據會有相同的統一時間標籤。在一些實施例中,為了後續查詢方便,主電腦120可以根據需要將統一時間標籤設定為製程中的任何一個時間點,例如將統一時間標籤設定為出貨時間,如此一來根據統一時間標籤可以找到在不同製程所產生的數據。
在一些實施例中,上述的整合數據可儲存在雲端資料庫130中,並且主電腦120可以透過一個平台提供整合數據,此平台可以是電腦應用程式、網頁或是手機應用程式,本揭露並不在此限。在平台中,可以根據識別碼、時間、製程區域、數據種類來查詢整合數據。舉例來說,圖3是根據一實施例繪示製程資料查詢網頁的範例示意圖。請參照圖3,使用者在登入製程資料查詢網頁時需要輸入帳號與密碼,在得到使用權限以後可查閱權限內的數據與統計圖表。使用者可利用瀏覽器開啟網頁200,其中欄位201可以輸入所要查詢的時間範圍,欄位202可以查詢上述的識別碼,使用者也可以選擇線上預覽或是下載CSV檔案。另外在多個製程數據選項203中可以查詢條線盤元產品的各種相關訊息,例如訂單產品規範、目標出爐溫度等等。在一些實施例中,製程數據選項203中也可包含各個製程階段,讓使用者查詢某個製程階段(或稱製程區域)的相關數據,或者製程數據選項203也可包含各種數據種類(溫度、壓力、速度等等),讓使用者根據數據種類來查詢整合數據,為簡化起見在此並沒有在圖3中列出所有的選項。值得注意的是圖3僅是範例,本揭露並不限制用什麼樣的排版與介面來呈現整合數據的項目及類別。
在一些實施例中主電腦120也可以輸出任意格式的圖形、表格、報告等等,本揭露並不在此限。透過這些整合數據,當盤元產品發生異常時,相關人員可以在此平台中查詢到特定盤元產品的任意資訊,有助於分析產品發生異常的原因以及發生在哪一個製程階段。或者,主電腦120也可以即時偵測數據是否異常。舉例來說,主電腦120可以設定一軋延力預警功能,設定小鋼胚的軋延力上限,定義為小鋼胚經過粗軋區時軋機的負荷管制值,當小鋼胚經過粗軋機的軋延力頻繁超出此軋延力上限時,可以發出警告訊息,此警告訊息可以用任意的文字、圖案、符號顯現在即時監控的畫面中,也可以透過產線上的蜂鳴器、警示燈來表示。主電腦120可以執行任意合適的資料探勘或模式辨識(pattern recognition)演算法,本揭露並不在此限。
在一些實施例中,為了考量資訊安全以及事件風險,主機電腦120還有以下設計。首先主機電腦120所提供的各個服務都是叢集架構(cluster),主機電腦120可以執行備份程序,具有備援與故障修復能力,當系統或資料有問題時, 系統會即時回復且服務不中斷。第二,系統採用虛擬機器(virtual machine,VM),每次做虛擬機器快照,當有系統損毀事件、或是整合數據毀損時可以進行回復,例如回復到前一日的狀態。第三,主機電腦120具有異地備援機制,隨時將資料傳送到另一電腦,當目前的機房毀損時可以啟動另一機房來提供服務。
圖4是根據一實施例繪示數據整合方法的流程圖。請參照圖4,在步驟401,透過第一生產設備對小鋼胚(Billet)進行第一製程。在步驟402,透過第一數據收集電腦收集第一生產設備的第一生產數據,將第一生產數據對應至識別碼與第一時間標籤,並將第一生產數據、識別碼第一時間標籤傳送至主電腦。在步驟403,透過第二生產設備對小鋼胚進行第二製程,其中第一生產設備的製造商不同於第二生產設備的製造商。在步驟404,透過第二數據收集電腦收集第二生產設備的第二生產數據,將第二生產數據對應至識別碼與第二時間標籤,並將第二生產數據、識別碼該第二時間標籤傳送至該主電腦。在步驟405,依據識別碼對第一時間標籤與第二時間標籤之間的時差進行補償並對應至統一時間標籤,根據相同識別碼將第一生產數據與第二生產數據合併為相同格式的整合數據,透過平台提供整合數據。在圖4中是以兩個生產設備為例來說明,但此流程也可以套用至更多個生產設備。此外,步驟401與步驟403是對應至不同的製程階段,因此並不會同時進行。圖4中各步驟已詳細說明如上,在此便不再贅述。圖4的方法可以搭配以上實施例使用也可以單獨使用,換言之,圖4的各步驟之間也可以加入其他的步驟。
綜合來說,上述的系統可以把分散的初始資料(raw data)收集進入雲端資料庫,這些整合的數據可用於其他的數據分析方法,另外也可提供視覺化的圖表,透過網頁呈現給使用者,有利於操作人員追蹤異常問題,輔助操作決策及提升製程能力。在上述實施例中,不需要由製造商指派原廠技師來改變生產設備的設定,透過額外設置的數據收集電腦以及主電腦可以自動擷取和記錄不同製程階段的生產數據,形成一個可串聯及彙總各個生產設備的數據平台。其中每筆生產數據都對應至識別碼,後續才能做有效率的利用,額外的時間標籤有助於區分數據的前後順序。此外,透過主電腦所提供的平台,使用者可以用識別碼或時間來查詢相關的生產數據,而不同生產設備的數據已經被轉換為相同格式,方便設備以相同的通訊基準進行數據拋送。
雖然本發明已以實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本發明的精神和範圍內,當可作些許的更動與潤飾,故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100:數據整合系統
101~104:生產設備
111~114:數據收集電腦
120:主電腦
130:雲端資料庫
200:網頁
201,202:欄位
203:製程數據選項
301:軋輥
302:機柱
311,312:定位螺栓
313:伸長計
314:保護罩
401~405:步驟
圖1是根據一實施例繪示條鋼工場的製程設備數據整合系統的示意圖。
圖2是根據一實施例繪示在軋機機柱上設置伸長計的示意圖。
圖3是根據一實施例查詢網頁的範例示意圖。
圖4是根據一實施例繪示數據整合方法的流程圖。
100:數據整合系統
101~104:生產設備
111~114:數據收集電腦
120:主電腦
130:雲端資料庫
Claims (10)
- 一種條鋼工場製程數據整合系統,包括: 一主電腦; 第一生產設備,用以對一小鋼胚進行第一製程; 第一數據收集電腦,通訊連接至該第一生產設備與該主電腦,用以收集該第一生產設備的第一生產數據,將該第一生產數據對應至一識別碼與一第一時間標籤,並將該第一生產數據、該識別碼該第一時間標籤傳送至該主電腦; 第二生產設備,用以對該小鋼胚進行第二製程,其中該第一生產設備的製造商不同於該第二生產設備的製造商;以及 第二數據收集電腦,通訊連接至該第二生產設備與該主電腦,用以收集該第二生產設備的第二生產數據,將該第二生產數據對應至該識別碼與一第二時間標籤,並將該第二生產數據、該識別碼該第二時間標籤傳送至該主電腦, 其中該主電腦用以依據該識別碼對該第一時間標籤與該第二時間標籤之間的時差進行補償並對應至一統一時間標籤,將該第一生產數據與該第二生產數據合併為相同格式的一整合數據,並透過一平台提供該整合數據。
- 如請求項1所述之製程數據整合系統,其中該小鋼胚是用以生產線材盤元或是直棒鋼,該第一生產設備與該第二生產設備的其中之一為加熱爐、軋機、測徑儀或盤捲機。
- 如請求項1所述之製程數據整合系統,其中該主電腦用以提供網頁,該網頁用以根據該識別碼、時間、製程區域、數據種類來查詢該整合數據。
- 如請求項1所述之製程數據整合系統,其中該整合數據包括多個層級的資訊,該些層級包括: 第一層級,包含該第一生產數據與該第二生產數據; 第二層級,包含出爐預設溫度與程控電腦生產記錄;以及 第三層級,包含鋼種與訂單資訊。
- 如請求項1所述之製程數據整合系統,其中該主機電腦提供的多個服務皆為叢集架構,該主機電腦還用以進行一備份程序。
- 如請求項1所述之製程數據整合系統,其中該第一生產設備包括軋機,該軋機包括軋輥以及機柱,該機柱上設置有: 多個定位螺栓;以及 伸長計,設置在該些定位螺栓之間,用以量測軋延期間該機柱受力時的變形量,其中該第一數據收集電腦用以將該變形量換算為軋延力。
- 一種條鋼工場的製程數據整合方法,適用於一主電腦,包括: 透過第一生產設備對一小鋼胚進行第一製程; 透過第一數據收集電腦收集該第一生產設備的第一生產數據,將該第一生產數據對應至該小鋼胚的識別碼與一第一時間標籤,並將該第一生產數據、該識別碼該第一時間標籤傳送至該主電腦; 透過第二生產設備對該小鋼胚進行第二製程,其中該第一生產設備的製造商不同於該第二生產設備的製造商; 透過第二數據收集電腦收集該第二生產設備的第二生產數據,將該第二生產數據對應至該識別碼與一第二時間標籤,並將該第二生產數據、該識別碼該第二時間標籤傳送至該主電腦;以及 依據該識別碼對該第一時間標籤與該第二時間標籤之間的時差進行補償並對應至一統一時間標籤,將該第一生產數據與該第二生產數據合併為相同格式的整合數據,並透過平台提供整合數據。
- 如請求項7所述之製程數據整合方法,更包括: 設定一軋延力預警功能,對於該小鋼胚設定一軋延力上限;以及 當小鋼胚經過一粗軋機的軋延力超過該軋延力上限時,發出一警告訊息。
- 如請求項7所述之製程數據整合方法,還包括: 提供製程資料查詢網頁,該製程資料查詢網頁用以根據該識別碼、時間、製程區域、數據種類來查詢該整合數據。
- 如請求項7所述之製程數據整合方法,還包括: 執行虛擬機器快照,當該整合數據毀損時進行回復。
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