耐火材料生产过程的质量控制

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1、讨 论 与 交 流 NA IHUO CA IL IAO /耐 火 材 料 2005 , 39 (4 ) 306 308306 NA IHUO CA IL IAO /耐 火 材 料 2005 /4耐 火 材 料 生 产 过 程 的 质 量 控 制王 杰 曾北 京 瑞 泰 高 温 材 料 科 技 股 份 有 限 公 司 北 京 100024中 国 耐 火 材 料 在 20世 纪 90年 代 中 期 已 从 以 研发 新 品 种 和 填 补 国 内 空 白 为 主 ,逐 步 转 为 深 入 研 究 和持 续 性 改 进 生 产 技 术 、 生 产 装 备 和 控 制 手 段 ,以 提 高和 稳 定

2、产 品 质 量 为 主 1 。中 国 具 有 丰 富 的 耐 火 材 料 资 源 、 巨 大 的 国 内 市 场和 相 当 规 模 的 耐 火 材 料 工 业 ,也 能 生 产 大 多 数 品 种 的耐 火 材 料 ,但 缺 乏 对 耐 火 材 料 生 产 过 程 和 产 品 质 量 的控 制 。 目 前 ,我 国 耐 火 材 料 产 品 和 国 外 产 品 的 差 距 主要 表 现 在 批 量 稳 定 性 差 ,不 同 批 次 ,甚 至 同 一 批 次 产品 的 性 能 之 间 存 在 较 大 差 别 。 而 耐 火 材 料 产 品 一 旦局 部 损 坏 ,将 带 来 巨 大 的 经 济 损

3、 失 。 中 国 的 耐 火 材 料界 努 力 了 多 年 ,制 造 了 一 些 生 产 装 备 ,在 研 究 新 品 种 、制 造 参 数 、 损 毁 机 理 、 使 用 和 维 护 等 方 面 获 得 了 丰 硕的 成 果 ,现 在 已 到 提 高 层 次 和 耐 火 资 源 转 化 效 率 的 时候 。 耐 火 行 业 应 通 过 改 善 对 生 产 过 程 的 控 制 来 稳 定和 提 高 产 品 质 量 ,提 高 现 有 产 品 的 附 加 值 ,生 产 出 制造 难 度 大 、 目 前 尚 不 能 批 量 生 产 的 新 型 耐 火 材 料 ,从而 更 好 地 满 足 国 内 高

4、温 工 业 发 展 的 需 求 ,并 增 加 高 附加 值 耐 火 材 料 的 出 口 。33331 自 动 控 制 系 统手 工 操 作 是 一 切 控 制 的 基 础 ,但 手 工 控 制 有 众 多难 于 克 服 的 缺 点 ,控 制 效 果 严 重 依 赖 于 操 作 者 的 水平 、 素 质 和 状 态 ,而 这 些 因 素 都 是 不 定 的 。 因 此 ,由 人工 来 生 产 性 能 优 异 、 质 量 稳 定 、 使 用 效 果 很 好 的 产 品是 不 现 实 的 。 只 有 在 重 要 的 工 序 上 实 现 自 动 化 ,才 能实 现 对 生 产 的 精 确 控 制 ,也

5、 才 能 在 根 本 上 解 决 国 产 耐火 材 料 质 量 波 动 的 问 题 。自 动 控 制 系 统 由 检 测 元 件 、 变 送 装 置 、 比 较 机 构 、控 制 机 构 和 执 行 机 构 几 部 分 组 成 。 经 常 被 采 用 的 闭环 控 制 过 程 2 如 图 1所 示 ,检 测 元 件 和 变 送 装 置 将 被控 变 量 c ( t)转 化 成 为 测 量 值 y ( t)。 比 较 机 构 通 过 比较 设 定 值 r( t)和 测 量 值 y ( t) ,输 出 其 差 值 e ( t)。 执行 机 构 根 据 偏 差 的 正 负 、 大 小 和 变 化 趋

6、 势 ,按 预 定 的控 制 规 律 求 得 对 执 行 机 构 的 输 出 u ( t)。 执 行 器 根 据输 入 的 u ( t) ,对 被 控 对 象 做 出 大 小 为 q ( t)的 操 作 ,进而 使 被 控 变 量 c ( t)达 到 要 求 的 数 值 。 多 输 入 、 多 输 出系 统 或 计 算 机 控 制 系 统 的 原 理 与 之 类 似 。图 1 闭 环 自 动 控 制 系 统2 自 动 控 制 理 论2. 1 传 统 控 制 理 论传 统 控 制 理 论 用 于 提 高 对 单 输 入 、 单 输 出 的 线 性常 系 数 系 统 控 制 的 质 量 。 其 中

7、 ,时 域 分 析 以 时 间 为 自变 量 来 研 究 微 分 控 制 方 程 在 典 型 信 号 下 的 解 3 。 该方 法 具 有 直 观 和 物 理 概 念 清 晰 的 特 征 。 此 外 ,频 域 分析 和 根 轨 迹 等 方 法 在 研 究 稳 定 性 和 选 择 控 制 参 数 方面 有 着 重 要 作 用 。2. 2 现 代 控 制 理 论现 代 控 制 广 泛 采 用 了 电 子 计 算 机 技 术 ,不 仅 可 以更 加 方 便 地 解 决 传 统 控 制 问 题 ,而 且 可 以 利 用 状 态 空间 理 论 、 李 亚 普 诺 夫 稳 定 性 分 析 和 二 次 型

8、最 佳 控 制 理论 等 ,快 速 、 高 效 地 进 行 多 输 入 、 多 输 出 的 线 性 常 系 数系 统 的 分 析 和 设 计 。 实 际 运 用 中 ,线 性 常 系 数 方 程 常常 是 一 个 近 似 ,只 适 合 于 生 产 条 件 改 变 不 大 的 情 况 ,还 有 许 多 问 题 无 法 用 方 程 来 描 述 。 这 些 都 需 要 采 用当 代 控 制 理 论 来 解 决 。2. 3 当 代 控 制 理 论2. 3. 1 模 糊 控 制一 个 熟 练 工 人 并 非 需 要 了 解 被 控 对 象 的 数 学 模型 ,只 是 凭 借 丰 富 的 经 验 ,采 取

9、 适 当 的 对 策 就 可 以 巧妙 地 控 制 一 个 复 杂 的 过 程 。 如 把 其 操 作 经 验 加 以 总结 ,用 语 言 表 达 就 可 以 得 到 一 些 定 性 的 规 则 。 这 些 规3 王 杰 曾 :男 , 1957年 生 ,博 士 ,教 授 级 高 级 工 程 师 。收 稿 日 期 : 2004 - 12 - 08 编 辑 :卜 相 娟2005 /4 耐 火 材 料 /NA IHUO CA IL IAO 307则 一 般 都 带 有 大 小 、 多 少 、 高 低 、 快 慢 等 不 精 确 的 程 度修 饰 词 ,也 就 是 具 有 模 糊 性 质 。 这 些

10、规 则 用 模 糊 数 学定 量 处 理 后 就 可 以 转 化 成 模 糊 控 制 算 法 ,从 而 能 够 进行 控 制 。模 糊 控 制 的 过 程 是 : 1)将 实 测 输 入 转 化 成 模 糊 输入 ; 2)依 模 糊 规 则 进 行 运 算 ,得 到 结 果 ; 3)反 模 糊 化 ,将 模 糊 输 出 量 转 为 精 确 的 物 理 量 并 作 用 于 被 控 对 象 。2. 3. 2 人 工 神 经 网 络人 工 神 经 元 是 人 工 神 经 网 络 的 结 点 。 每 个 神 经元 有 多 个 输 入 和 数 个 相 同 的 输 出 ,按 一 定 函 数 关 系 进行

11、输 入 -输 出 转 换 。 人 工 神 经 元 互 联 就 组 成 了 人 工神 经 网 络 。 人 工 网 络 中 ,每 个 节 点 的 输 入 - 输 出 转 换函 数 的 参 数 都 必 须 依 靠 预 先 知 道 的 实 际 输 入 - 输 出关 系 ,通 过 最 优 化 算 法 解 出 。 最 优 化 算 法 使 人 工 神 经网 络 的 输 出 能 够 最 大 限 度 地 接 近 实 际 输 出 。 换 句 话说 ,人 工 神 经 网 络 特 别 适 合 描 述 非 常 复 杂 的 多 元 函 数关 系 。 如 果 数 据 充 分 ,其 他 办 法 又 无 能 为 力 ,人 工

12、神经 网 络 就 可 以 一 显 身 手 。2. 3. 3 模 糊 控 制 -人 工 神 经 网 络 的 复 合神 经 自 适 应 学 习 是 一 种 智 能 控 制 方 法 ,它 可 以 利用 操 作 数 据 和 人 工 神 经 网 络 方 法 修 改 模 糊 控 制 系 统的 参 数 ,从 而 改 进 模 糊 控 制 的 质 量 ,系 统 变 化 时 也 可以 进 行 灵 活 的 调 整 。3 耐 火 材 料 的 质 量 控 制 体 系 和 保 障 体 系3. 1 质 量 控 制 体 系20世 纪 40年 代 ,国 外 相 继 采 用 了 统 计 过 程 控 制 、系 统 使 用 统 计

13、控 制 和 全 面 质 量 控 制 。 20世 纪 60年代 ,日 本 率 先 认 识 到 质 量 可 以 作 为 一 种 战 略 工 具 使用 。 质 量 控 制 不 仅 不 影 响 产 量 ,反 而 提 高 了 产 量 ,这是 因 为 质 量 提 高 后 返 工 减 少 。 在 此 阶 段 ,零 缺 陷 方案 、 因 果 关 系 、 系 统 设 计 、 参 数 设 计 和 容 差 设 计 等 被 提出 。 20世 纪 80年 代 ,欧 美 国 家 也 开 始 重 视 产 品 质 量问 题 。 西 方 企 业 认 为 :不 仅 要 控 制 单 一 过 程 ,而 且 控制 要 遍 及 公 司

14、的 每 一 个 角 落 ,不 应 漏 掉 任 何 一 个 关 键环 节 。 每 一 个 职 工 都 必 须 为 质 量 提 高 做 出 贡 献 。 企业 应 注 重 员 工 的 培 训 、 重 要 控 制 变 量 的 辨 认 、 操 作 规程 和 质 量 标 准 的 持 续 性 改 进 4 。3. 2 服 务 保 障 体 系西 方 企 业 认 识 到 :不 仅 应 控 制 关 键 的 工 序 和 以 系统 的 观 点 设 计 本 企 业 的 质 量 全 面 控 制 体 系 ,而 且 应 该将 保 障 延 伸 至 本 企 业 之 外 的 必 要 之 处 。 原 料 的 购 买 ,生 产 和 交

15、货 计 划 的 制 定 ,生 产 计 划 的 执 行 ,测 试 和 检验 ,包 装 和 储 存 ,交 运 和 服 务 ,技 术 服 务 ,使 用 效 果 评价 ,获 得 客 户 的 意 见 和 评 价 ,损 毁 机 理 的 研 究 和 新 产品 的 开 发 ,应 该 构 成 一 个 严 密 的 闭 合 系 统 。 信 息 缺乏 、 沟 通 不 足 和 领 导 不 力 是 导 致 低 质 量 和 其 他 问 题 最为 常 见 的 原 因 4 。3. 3 利 用 先 进 装 备 保 障 质 量 的 实 例国 际 某 知 名 企 业 采 用 下 述 先 进 装 备 来 保 证 其 产品 质 量 5

16、。矿 山 管 理 :摸 清 矿 产 的 储 量 、 品 级 和 位 置 后 ,用 计算 机 做 出 矿 石 资 源 的 详 细 分 布 图 ,制 定 合 理 的 开 采 规划 ,以 确 保 原 料 长 期 的 供 应 和 质 量 的 稳 定 。原 料 加 工 :制 砖 料 可 含 有 10种 不 同 的 组 分 ,为 保证 质 量 ,除 常 规 电 子 控 制 装 置 外 ,还 使 用 了 在 线 光 学粒 度 分 析 和 激 光 衍 射 仪 。砖 坯 成 型 :自 控 液 压 设 备 的 压 力 为 1250 2000 t,计 算 机 可 以 控 制 多 孔 模 具 中 每 块 砖 的 压 力 曲 线 ,保 证成 型 压 力 的 均 匀 分 布 ,使 砖 坯 具 有 稳 定 的 质 量 。砖 坯 烧 成 :用 机 器 人 装 窑 ,加 热 速 率 、 燃 烧 强 度 、冷 却 速 率 和 窑 车 的 调 度 通 过 中 央 控 制 室 进 行 控 制 。产 品 完 成 :烧 好 的 砖 被 送 入