烧结墙材生产流程数据分析与研究

牛景瑞　王晓伟　林朵朵　任孟斌　马义飞

摘  要： 为了改善烧结墙材粗放式生产模式，分析了烧结墙材生产流程工艺要求，研究了墙材生产数据采集与分类，利用实体-联系模型描述影响生产流程数据实体并进行数据分析，开发了“订单信息”数据监控系统，为更准确地用数据库管理系统来分析和利用这些数据来指导生产奠定研究基础。

关键词： 烧结墙材; 生产工艺; 实体-联系模型; 数据分析

中图分类号：TP274          文献标识码：A     文章编号：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

我國城镇化进程正在快速推进，房屋需求量不断增加。在建筑物的所有建筑材料中，墙体材料约占70%，墙材生产的质量和效率关系着建筑行业的发展进程。烧结墙材行业是我国传统产业之一，部分企业生产过程仍然存在生产方式粗放、管理落后、部分生产环节严重依赖工人经验以及生产线自动化水平低等问题，距离实现墙材制造自动化和智能化仍有较大的发展空间[1]。2017年，国家发展和改革委员会提出《新型墙材推广应用行动方案》，推进墙材生产线自动化和智能化改革，实现墙材制造的信息化管理，促进建材行业转型升级[2]。

本研究立足于现代生产管理及信息系统技术，根据对烧结墙材材料成型产品生产工艺特点的调研，以某墙材制造企业工厂为应用背景，完成了面向烧结墙材生产流程数据分析的初步研究及应用。

1 烧结墙材生产流程

目前墙材生产工艺流程一般可以分为六个阶段，分别为原料处理、挤出成型、码坯、烘干、焙烧和卸砖打包，如图1所示。

原料处理阶段又分原料预处理和陈化两个子阶段。原料预处理阶段是对原料进行破碎、搅拌等预加工操作。烧结墙材的原料一般由废渣土、煤矸石、粉煤灰、河道淤泥等组成，原料首先使用破碎机粉碎，将颗粒级配达标的混合原料通过传送带送入搅拌机，加水搅拌。陈化阶段对预处理的原料进行静置反应，陈化时混合料含水率应趋近成型水分。该阶段通过传送带将预处理的原料传送到陈化库中静置、陈化，增加原料的塑性[3-4]。原料在陈化库中反应一段时间后，使用液压多斗挖土机挖掘转运混合料至传送带，进而传送到供料机为后续环节供料。

挤出成型阶段是从供料机供料至湿坯的形成的阶段。供料机具有储料、驱动、输送和破碎功能，可以破碎较大的松软物料，并且控制给料速度。原料经过供料机处理后输送到双轴搅拌挤出机二次搅拌，增加原料的均化效果和成型塑性，再通过传送带传送到真空挤出机。真空挤出机将混合料挤出成坯条，切坯机对坯条依次切条、切坯，坯体初次成型，此阶段的坯体称为湿坯。

码坯阶段将成型的湿坯整齐码放至窑车上。目前国内广泛应用的是全自动码坯方式，全自动码坯机利用PLC程序控制，通过多个码坯夹手夹取砖坯并按照预先设计的码坯形式码放至窑车，具有工作效率高、性能稳定、适用窑炉范围广、对故障的判断以及维修较为简单且维修成本较低能突出优点。砖坯码放直接影响了窑车砖坯数量、砖坯干燥效率及窑烧过程，是制砖过程中不可缺少和至关重要的一环，码坯完成后存放至存坯线。

干燥和焙烧阶段是坯体在隧道窑中阶段。干燥阶段在干燥窑中进行，主要目的是去除湿坯中的多余水分，该阶段首先使用摆渡车将存坯线上码放好湿坯的窑车转运到干燥窑入口，并由顶车机顶入干燥窑，湿坯在干燥窑中通过升温烘干水分，最终变成干坯;焙烧阶段在焙烧窑中进行，主要目的是增加干坯的硬度和强度，进入该阶段，承载干燥好砖坯的窑车通过摆渡车由干燥窑转运至焙烧窑入口，并通过顶车机顶入焙烧窑，通过高温焙烧使坯体物质状态发生变化，提高坯体的硬度和强度，最终完成墙材烧制。烘干和焙烧是墙材生产中极其关键的阶段，很大程度上影响了墙材成品的质量[5]。

最后，成品墙材由摆渡车从焙烧窑转运至打包线，卸砖打包，完成生产。

2 烧结墙材生产数据分析

2.1 生产流程中数据实体

通过调研工厂实际生产与数据管理，研究中将生产过程涉及到的数据分为配方信息、产量信息、生产线运行状态信息以及合格率等其他信息，其中生产线的运行状态信息下又有设备信息和工艺参数。

⑴ 原料配方信息

烧结墙体材料配方是指加工时配制原料的比例和方法。在烧结墙体材料加工过程中，配方关系到产品的质量以及对设备性能的影响。对产品质量而言，配料一是调整原料的化学成分，二是调整原料的物理性能，配方的选择会直接影响成品质量[6]。对设备而言，正确的配方有助于搅拌机等设备在运行过程中的震动，有利于延长设备的使用周期。故确定合理的配方信息在墙材生产过程中至关重要。

⑵ 生产量信息

生产量是生产线在一定时间内生产出来的产品数量，包括标准产量和实际生产量。标准产量是指生产线的设计规格，通常作为设备出厂时的参数用于指导生产。而实际生产量为实际生产过程中一定时间内生产线出产成品的能力[7]。

⑶ 产品合格率信息

产品的合格率是指在产品质量检测中，合格产品数占产品总数的百分比。在墙材的生产过程中，由于在生产线上每一工序都有可能产生缺陷，比如搅拌不充分、成型压力不当、窑烧温度不适宜等，这些缺陷都有可能导致成品砖成为炸裂、泛霜、哑音等废品砖。因此，产品在出窑后需要经过质量检验，统计出生产一批砖的合格率，用以指导和改进生产。

⑷ 生产线运行状态信息

a.设备信息

设备信息又包含设备本身的性能信息和故障信息。性能信息主要指性能参数、计划使用总时间、运行台时等。故障是指设备在工作过程中，因某种原因“丧失规定功能”或危害安全的现象，设备故障信息能反映设备总体寿命期发生故障的情况，通过采集故障信息可以计算得出设备的故障率，以便于提前维护或为排期留出足够的弹性时间[7]。

b.工艺参数

在烧结墙材生产过程中，一些工艺参数对成品的质量有着很大的影响，例如陈化库的温度≥15℃，相对湿度≥70%，陈化时陈化含水率应趋近成型水分等，从一定意义上讲，提高陈化温度可以提高原料的可塑性，缩短陈化期，优化陈化效果[4]。因此，采集重要的工艺参数对于生产的监控过程非常重要。

2.2 生产数据状态及形式

烧结墙材生产企业生产过程产生的数据状态有动态和静态之分。在既定订单生产过程中保持不变或变化频率比较小，此类数据信息为静态信息。生产过程中动态数据在特定阶段出现或频繁变动，因此在生产过程中需要对这类信息及时采集、分析与处理[8]。

生产信息的数据形式主要是数字信号和交互式单据两种形式。

数字信号包括通过传感器、电子计量称等采集到的设备工艺参数信息，窑炉温度、风速信息，物料、成品實际信息等。

交互式单据主要是通过人工录入的方式保存的数据。例如通过填写故障单的方式采集故障时间，又如合格率信息必须通过质量检验单获得。这些信息通常用传感器等设备采集不到，或者采集的方式过于复杂而根据企业的现状在技术上还达不到或能达到要求但成本很高。因此目前可行的方式依然是通过人工录入单据的形式保存。

3 概念数据模型的建立

在烧结墙材生产过程中，企业管理系统中每天生成的大量数据亟待分析处理，生产线的运行状态、设备信息、成品信息等都存储于系统平台中，可以实时的反馈生产流程运转情况，数据不再是生产的“副产物”，而是可以挖掘与分析其价值的生产资料[9-10]。将数据中的所蕴含的信息提取出来服务于制造过程具有重要意义[11]。

本文建立的实体-联系模型即E-R数据模型是以既定订单的生产流程为研究对象，涉及到的实体主要是订单信息、原料信息、成品信息、设备信息、生产计划信息，以及成品配方、维护信息、维修信息、产品合格率信息、生产量信息等，关系分为产生、使用和影响三种，如图2所示，其中矩形表示实体，菱形表示实体之间的联系，联系的类型有1-1、1-n或m-n。部分实体及其属性如表1所示。

表1中实体，例如设备信息，其子实体及其属性亦可采用E-R图来描述，其中矩形表示实体及子实体，椭圆表示实体属性，如图3所示。

在概念数据模型建立的基础上，开发了“订单信息”数据监控系统模块，在企业管理系统进行了初步应用，运行过程流程图如图4所示，应用界面如图5所示。

4 结束语

烧结墙材生产流程数据分析与研究，是促进烧结墙材企业信息化是必要手段。本文根据企业需求，对生产数据进行了采集，基于E-R模型对数据进行了概念设计，并结合企业生产流程管理进行了初步应用，有效指导了烧结墙材生产。

参考文献（References）：

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[5] 何卫红.利用煤矸石生产烧结砖的工艺研究[J].煤炭加工与综合利用，2008（4）：48-50，59

[6] 曹世璞.烧结砖生产过程中的质量监控（一）[J].砖瓦世界，2016（3）：37-44

[7] 曾晖.新型墙材生产线信息采集与分析系统的开发[D].南昌大学，2014

[8] 乔东平，肖艳秋，罗国富.面向过程的复杂产品制造数据管理[J].现代制造工程，2013（5）：44-49

[9] Jukic， Nenad， Sharma， Abhishek， Nestorov， Svetlozar， etal.Augmenting Data Warehouses with Big Data[J]. Information Systems Management，2015，32（3/4）：200-209

[10] 邱敏，梁婷婷，梁天友.大数据背景下数据分析服务的市场分析[J].计算机时代，2021（7）：10-13

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