金属材料领域模型与通用语言之钢铁加工——面向软件领域的简介

  内容写于2015年11月，涉及的范围和描述语言都与我当时的工作和公司的业务有一定的针对性，今天也是突发想法，把它放在博客上，所以仅对一些涉及信息和具体事务的词句做了处理，没有什么改动，整体还是当年的版本，权作当时工作的一个标记。

钢铁加工领域模型与通用语言

Steel Processing Domain Model & Ubiquitous Language

——————————————————- 2015年11月 ——————————————————-

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前 言

  从整条钢铁产业链来看，钢厂生产出来的产品，一般都是中间产品，或者说是半成品，为了满足终端用户的需求，必须经过进一步加工才能使用。钢铁是一个非常庞大的产业，钢铁加工领域的范围也很广，涵盖《金属工艺学》这门课程里的所有内容。显然，将所有钢铁加工领域涉及到的概念全部写到博文里，那还不如去看教科书了。所以这里只是从目前业务接触到的问题出发，简单介绍。
  文中在对一些行业概念或术语进行解释的同时，尽量阐释其中的一些原理或原因，使软件领域专家不仅仅是单纯地理解这些名词，而且能够更容易地去理解业务上的逻辑，做到既知其然，又知其所以然。

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制造执行系统（Manufacturing Execution System, MES）

  MES定义为能通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。找钢的MES应该具有加工订单管理、加工工艺说明书管理、进度管理、物料跟踪、成本管理和综合分析等模块。

1. 加工订单（Processing Order）

  加工订单是下达给生产车间（当前业务生产车间多在仓库，故下文称仓库）并要求仓库执行的加工任务，生产工程师根据加工订单编制加工工艺流程说明书。加工订单一般由销售订单生成，也可按照生产计划或预测生成。加工订单包含了要求加工车间加工产出的成品规格、数量、质量、加工工艺等要求。

2. 加工工艺（Process）

  简单说，加工工艺指为生产确定产品所采用的加工方法。目前XX加工业务涉及到的加工工艺有：

 2.1. 开平（Decoiling）

  开平是开卷校平的简称，指开平机组利用轧辊将卷状钢板开卷并校平，开平后的板必须进行定尺（按规定长度）横切后才能使用，所以一般说开平时，都包含横切的过程，因此这种加工确切地说是横切。热轧卷和冷轧卷从广义（或者说整条钢铁产业链）上看，都属于中间产品或说是半成品，所以都需要开平后才能进一步使用。

 2.2. 分条（Slitting）

  分条指将卷状或板状钢材沿纵向剪切产生定尺（按规定宽度）条状钢材的过程，因此这种加工确切地说叫纵剪。对于卷状钢材，需要先开卷，然后剪切，最后再通过卷取机卷成卷状。冷轧卷的厚度比热轧卷要薄，易于剪切，所以冷轧卷相对来说有更多的分条加工。

 2.3. 切割（Cutting）

  切割指利用各种工具或通过各种方法将板状钢材按规定形状进行切割的过程。有火焰切割、激光切割、水切割、线切割、锯切、剪切等。

• 火焰切割：利用气体（常用乙炔）燃烧产生高温火焰将钢板氧化产生切缝，实现切割。
• 激光切割：利用高功率激光束照射切割材料，使其汽化，形成孔洞，移动光束形成切缝，实现切割。
• 锯切：通过锯床切割。
• 剪切：通过剪板机切割。

 2.4. 表面处理（Surface Treatment）

  表面处理是在基体材料表面上人工形成一层与基体的机械、物理和化学性能不同的表层的工艺方法。表面处理的目的是满足产品的耐蚀性、耐磨性、装饰或其他特种功能要求。
如冷镀部的酸洗、镀锌等工艺。

3. 加工工艺说明书（Processing Introduction）

  由生产技术人员根据加工订单编制而成，记录了加工所需要的原材料、加工设备、采用的加工工艺、工艺要求、工艺流程、质量标准以及应得的成品等信息，是执行加工任务的说明书和开始加工的任务单。
  一个加工说明书可以含有不同的多个加工工艺，但这些加工工艺有一个先后的执行顺序，不同的顺序节点上可以是相同的加工工艺。

4. 原料（Raw Material）

  这个概念是相对的，一般指用于进一步加工的物料，或者说对于一个加工过程，指加工前的物料。例如开平加工，热轧卷或冷轧卷就是原料，切割加工，切割前的物料就是原料。原料可以是天然的自然界现成的物料，也可以是其它加工过程的产物。

5. 完成品（Post-Processing Materials）

  此名词是为了强调加工前和加工后这种加工意识而新定义的一个概念，指原料在加工完成后转变出来的新的物料。完成品定义为三种类型，包括成品、余料和废料。之所以用“完成品”这个叫法，是为了与“产成品”进行区分，因为产成品一般是指生产出来的“成品”，没有余料和废料的概念。

 5.1. 成品（Finished Products）

  指加工完成后，质量合格，即符合加工订单成品要求，可以供应给客户的产品。

 5.2. 余料（Remained Materials）

  指原料经加工后，剩余的与初始原料状态相同的，这里的状态相同指与初始原料具有同等使用价值的物料，具有主观判定性，即由工程人员判定其是余料还是废料，所以称一个物料为余料是相对的。

  5.2.1. 余卷

  指热轧卷板或冷轧卷板只开平加工了一部分，剩下的另一部分卷。现在中板开平加工业务人员称“余卷”为“尾卷”，其实这是完全不同的概念，尾卷指的是，连轧钢板生产线在钢坯轧制卷板到末尾时，最后一块坯料所轧制的卷。一般尾卷的重量比正常的卷要小，并且性能可能不合格。

  5.2.2. 单靠

  指热轧卷板或冷轧卷板按用户要求定尺分条加工后，除用户要求的成品外，剩下的另一部分卷。

 5.3. 废料（Scraps）

  指原料经加工后，剩余的与初始原料状态不同的，指不具有初始原料同等使用价值的物料，也具有主观判定性，即由工程人员判定其是废料还是余料，所以称一个物料为废料也是相对的。

  5.3.1. 头尾板

  卷板在开平加工时，需要按定尺横切，头部（卷状的外面那端，即板头）和尾部（卷状的里面那端，即板尾）的形状是不标准的，不能作为成品板，需要切下来，这部分板头和板尾就是头尾板。由于定尺横切，最后板尾的尺寸可能不足一张成品板的长度，因此一般情况下，板尾会比板头要长。另外，板头在外，更易接触雨水，因此一般情况下，板头会比板尾更易生锈。

  5.3.2. 边丝

  一般指板或卷板由于压力切割而产生的宽度一般在几毫米以内的边丝料，如分条加工产生的边丝料、开平板在切边时产生的边丝料等。

6. 损耗（Wastage）

  材料损耗无时无刻不在，这里的损耗指原料在加工过程中必然发生的因氧化、汽化、蒸发等而损失的不能回收的部分，一般在说损耗时，指的是损失的这部分的重量，即损耗重量。
  损耗计算公式为：

损耗=原料重量−完成品重量

  其中，完成品重量计算公式为：

完成品重量=成品重量+余料重量+废料重量

7. 成材率（Finished Products Rate）

  成材率指一次加工过程中，成品重量与使用原料重量的百分比。是衡量使用原料在加工过程中利用程度的一个指标，成材率越高，所得成品就越多，因此它是加工成本管理的一个指标。
  成材率计算公式为：

成材率=成品重量原料重量∗100%

  成材率的范围是：[0,100%)。

8. 损耗率（Wastage Rate）

  损耗率指一次加工过程中，损耗重量与使用原料重量的百分比。是衡量使用原料在加工过程中损耗程度的一个指标，它也是加工成本管理的一个指标。
  损耗率计算公式为：

损耗率=损耗重量原料重量∗100%

  损耗率的范围是：(0, 100%] 。

9. 材料描述（Material Description）

  这里的材料描述指的是与材料相关的一些概念的理解，在这个问题上，一些概念还是混淆的，由于公司业务的关系，材料描述对于开发工程师具有重要的意义，不把这一问题搞清楚，将直接影响一些业务逻辑的理解，因此有必要在此详细解释一下。

 9.1 标识（Markings）

  标识是在金属产品生产过程中，为了物料跟踪，以实现物料的可追溯性而打印或写划在金属表面的编号，唯一决定了某一具体材料。不同生产商的编号规则不同，有时也会按照客户的要求来制定编号。好的编号规则可以通过标识直接实现追溯性。

 9.2 材质（Steel Grade）

  XX现在几大运营中心的业务都是金属材料，这里的材质是对钢号的俗称，钢号就是钢的牌号，是给每一种具体的金属材料所起的名称。钢号的表示方法有一套完整的国家标准，所以通过钢号基本上就可以看出其化学成分、品种和性能等。

 9.3 规格（Dimension Description）

  金属材料的规格指的是对一种具体金属材料外形尺寸大小的描述，所以通过规格基本上就可以看出金属材料的形状了。
因此，金属材料的材质和规格这两个描述基本上就唯一确定了一个完整的材料信息。

 9.4 理论重量（Theoretical Weight）

  指材料按“体积*密度”计算出来的重量，规格决定了体积的计算，材质决定了材料的密度，找钢现在四大运营中心的金属材料都是碳钢，其密度是7.85g/cm3。
  理论重量的计算公式为：

理论重量=密度∗体积106

  其中，理论重量单位是千克（kg），密度是7.85g/cm³，体积单位是mm³。
  理论单重指一件物料的理论重量。
  理论总重计算公式为：

理论总重=理论单重∗数量

 9.5 实际重量（Actual Weight）

  指材料通过磅秤实际称量的重量。实际单重指一件物料的实际重量。

 9.6 实际总重（Actual Gross Weight）

  实际总重指全部物料实际过磅的总重量，或者按公式计算。
  实际总重的计算公式：

实际总重=∑i=1n第i个物料的实际单重

  其中，n是全部物料的数量。

  在加工工艺说明书原料明细表中含有实际总重字段，成品明细表中不含有实际总重，只有在加工完成录入完成品时，完成品明细表中才含有实际总重，因为加工工艺说明书成品明细是设计上计划要生产出来的成品物料，我们不能计划出一个实际重量，只能根据规格计算出一个理论重量，因为在生产完成前，现实上并不存在这个物料，生产完成后，物料规格才实际确定，也才产生实际总重。

10. 计量方式（Measuring）

  之所以把这个概念单独拿出来，是因为目前业务和ERP系统上只有一个“重量”字段，是通过“计量方式”来区分这个重量是理论重量还是实际重量的。通过“计量方式”来区分对待“重量”这个属性，更侧重于商品销售的角度，这是没有问题的，但是对于MES系统来说，需要更关注工艺过程和加工成本，在工艺设计和成本管理方面必须考虑材料的理论重量和实际重量，因此，在MES系统里最好通过“理论重量”和“实际重量”两个属性来描述材料。为了厘清这些关系，所以这里有必要对计量方式做个解释，以便与“理论重量”和“实际重量”比较。
  目前“计量方式”包括抄码、过磅和理计三种方式。

 10.1 抄码（On Nameplates）

  抄码，是指按照材料自身所带的铭牌上标识的重量。一些钢材如热轧卷、冷轧卷以及盘条等一般在出厂时都带有一个铭牌，上面标识了钢材的重量，参照这个重量就是抄码。这些钢材的规格（尺寸）一般不具体，所以当不能知道具体尺寸时，可以把计量方式为抄码的重量作为理论重量。

 10.2 过磅（On Scales）

  过磅，顾名思义，即通过磅秤称量所得的重量，所以计量方式为过磅的重量就是实际重量。钢铁行业，一般磅秤称量的单位显示是千克，而业务上多用的单位又是吨，所以这也是系统上要求重量保留6位小数才能使重量精确的原因。当然，如果重量单位使用千克，小数位数保留3位也就可以了。

 10.3 理计（On Calculation）

  理计，即理论计算，也就是按照理论重量的计算公式得出来的重量。但这里必须强调的是，目前业务上在对待板材产品时，如果计量方式为理计，在计算产品的重量时并没有完全按照“规格”字段显示的尺寸，而是对厚度的值向上取整后再进行计算。所以，这个计算结果与理论重量是不一致的。
目前“规格”没有体现尺寸公差这个要素，所以业务上的这种规定是基于板材的实际厚度可能会大于“规格”显示厚度的考虑。