板形数据挖掘与信息管理系统

　　1 前 言

广州珠江钢铁有限责任公司的板形二级机系统是板带板形控制的中心，使用OpenVMS为操作系统平台，C语言作为控制系统源程序开发工具。因板形二级机操作系统OpenVMS的特殊性以及C语言的特点，大量的轧制过程数据管理的人机交互、面向对象相对较差，大量的带钢轧制过程数据、轧辊数据仅以索引形式存放于日志文件中。对一个轧制周期的轧钢过程数据、轧辊磨损量、热凸度累积值以及每条带钢的热凸量、磨损量等信息只能在板形二级机系统中通过繁琐的手工操作进行查询，不利于数据查询、分析、统计和板形系统的控制优化。

　　2 数据挖掘与信息管理系统的重要性

数据挖掘与信息管理系统为工艺技术人员、轧辊管理人员、轧机操作人员提供一个轧制力、弯辊力、轧制速度等过程数据和轧辊热凸度、磨损计算、轧辊跟踪查询平台，为板形系统工程师提供对板形二级机系统优化平台，为评估板形二级机系统在线计算的轧辊热凸度与磨损计算值的准确性提供大量数据依据。其数据管理系统是轧辊报表系统的来源，其中包括每条带钢的轧辊热凸度、磨损计算值、轧制总吨位数、热凸度与磨损累积值与轧辊基本信息。

也为人机交互界面提供数据和接受外部数据的输入。数据管理系统与板形二级机通过TCP/IP协议相连，数据挖掘方面采用全自动功能，板形二级机系统在带钢轧制过程中所产生的过程数据，通过数据挖掘、分析、筛选、采集，把每块带钢的轧制数据存放于Oracle数据库中。

板形数据挖掘与信息管理系统：3 数据管理系统主要的功能模块介绍

数据管理系统包含下列几大功能模块：数据挖掘功能模块;数据采集、筛选、分析功能模块;板带轧制情况分析模块;轧辊数据分析模块;机旁轧辊备件模块和轧辊报表功能模块。数据管理系统网络连接与各终端情况见图1。

图1 数据管理系统网络连接与各终端情况

3.1 在板形二级机系统上开发数据挖掘功能模块

数据挖掘是本系统的一个重要组成部分，是管理系统的数据来源。因板形二级机操作系统是OpenVMS系统，源程序是C语言，故根据OpenVMS系统的特殊性以及C语言源程序的特点，珠钢板形二级机系统中并没有任何数据库，所有轧制带钢的过程数据以及轧辊信息都以索引形式存放于日志文件中。首先，因OpenVMS与Windows操作系统是完全不同性质的操作系统，所以必须开发一个接口。保证外部Windows平台的服务器能与板形二级机服务器相连通，并能够对相应文件进行读、写操作。

其次，在数据挖掘方面，在板形二级机系统上开发数据挖掘程序模块，密切跟踪每一条带钢，把存放在不同日志文件里的每一条轧制带钢的过程数据进行分析、挖掘，最终把存放在不同日志文件中有价值的数值提取出来存入一个文本文件中。根据长期的实践以及珠钢现场生产的实际情况，数据挖掘程序模块模拟“看门狗”功能，每三分钟自动触发数据挖掘程序进行的轧制过程数据采集，确保不漏掉一条带钢的轧制过程数据，保障了数据的完整性，为管理系统服务器的数据库查询、分析、统计奠定了基础。

3.2 在管理系统上开发数据采集、筛选、分析功能模块

利用开发完成的数据挖掘程序，板形二级机系统能成功采集每一条板带过程数据并形成文本文件，系统可以记录每卷带钢在轧制过程中的控制状态与轧辊参数。

采集到的板带及轧辊数据包括：①MCS计算的轧制力、轧制速度、张力等值。②板形二级机计算的弯辊力、CVC串辊位等计算值。③F1-F6支架轧辊材质、轧辊类型、辊径、最大最小凸度。④每条带钢轧制时轧辊热凸度与磨损计算值;轧辊热凸度与磨损累加值、轧制吨数以及轧辊轧制公里数等数据。在管理系统上开发板带数据采集、筛选、分析功能模块。在板形二级机系统每三分钟采集每一条板带轧制过程数据并存放于文本文件的基础上，编写相应程序模块。

通过时钟控件，管理系统数据采集模块每秒钟自动访问板形二级机系统，并把板带轧制过程数据的文本文件拷贝到管理系统Windows本地服务器，并删除该文件，没有找到该文件则自动返回，确保板形二级机系统能正确采集下一条带钢的轧制过程数据。因所采集到的板带轧制过程数据文件是文本类型且数据存放混乱，故有必要对所挖掘的数据文件进行系统分析，提取所需的板带轧制过程数据并存放于管理系统本地服务器Oracle数据库中，建立管理系统的数据库。

由于管理系统服务器的数据库中存贮的数据是从板形二级机系统原来分散的各个模块系统中提取出来的，并不是原有数据的简单拷贝，所以，为保证数据库内的信息是整条板带轧制过程的完整数据，必须保证：①数据库中的数据不能直接从原有日志文件中得到。原有各个日志文件记录的是每一项业务处理的流水帐，这些数据不适合于分析处理，在进入数据库之前必须经过整理、计算，抛弃分析处理不需要的数据项，增加一些可能涉及的外部数据。②数据库的源数据在原分散的日志文件中有许多重复或不一致的地方，必须将其消除，以保证数据的质量。否则，对不准确，甚至不正确的数据进行分析得出的结果不能指导技术人员做出正确的决策。

3.3 板带轧制情况分析模块

利用本地服务器数据仓库，对板带的轧制过程数据，特别是轧制力、轧制速度、弯辊力、张力等值进行详细统计、分析、汇总，并可用图形的形式直观显示每一条板带在轧制过程的轧制力、弯辊力、张力、CVC串辊位等系统计算值与实测值的比较。实时监控板形二级机系统计算值与基础自动化执行情况，有利于对板形二级机系统计算值修正。为技术人员提供一个板形二机级系统计算值评估平台，特别是为产品质量(例如板形不良的原因)的综合分析提供数据依据。

3.4 轧辊数据及板型模型分析模块

轧辊数据主要包括每轧制一条带钢时，产生的轧辊热凸度、磨损计算值，以及一个换辊周期内的轧辊热凸度、磨削累加值。可利用辊形仪测到的该轧辊下机后的实际磨损量评估板形二级机系统轧辊热凸度与磨削计算值。对比板形二级机系统计算机的轧辊磨损量与轧辊实际磨损量，有利于对板形二级机系统轧辊热凸度与磨损值数学计算模型的修正，提高板形二级机系统对板带控制的精确度，提高薄规格板带产品的质量与薄规格产品的生产比例。

3.5 轧辊备件管理模块

原轧机旁轧辊备件主要是磨辊间轧辊管理员通过手写的方式把轧机旁轧辊信息告知轧机操作人员，费时、费力并极易造成错误，不利于上机、下机轧辊的信息跟踪。通过管理系统机旁轧辊备件管理模块，轧辊管理员只需在模块上把要上机的轧辊信息输入数据库，轧机操作人员就可以在系统的轧机操作终端访问提取轧辊信息，方便快捷，大大提高工作效率，减少人为出错，且方便对轧辊使用情况跟踪管理。

　　4 数据库总体设计

4.1 设计目标

本系统采用关系数据库Oracle实现日常事务的处理，提高了数据查询、分析处理的能力，提高了系统的性能和维护数据的一致性。

Oracle提供了对数据仓库的全面支持，提供了一系列的集成工具，使用这些工具能够帮助管理人员开发、创建、管理和维护数据仓库。如何建立一个良好的数据库结构和组织形式，使其能够迅速、准确地查找所需的数据，是衡量一个系统性能的主要指标之一。所以，对数据库进行设计时，必须充分考虑到它的性能、可靠性、安全性和便于操作等方面的问题。

4.2 数据库设计

通过对板带轧制过程数据以及轧辊使用情况分析，设计的数据项和数据结构如下：

(1)板带基本情况。包括的数据项有板坯号、钢种号、板带宽度、板带入口厚度和板带出口厚度。

(2)板带轧制计算值。包括的数据项有板坯号，F1-F6的轧制力计算值，F1-F6支架的CVC计算值，F1-F6弯辊力的计算值，F1-F6张力的计算值，F1-F6的热凸度值。

(3)板带轧制测量值。包括的数据项有板坯号，F1-F6的轧制力测量值，F1-F6支架的CVC测量值，F1-F6弯辊力的测量值，F1-F6轧制速度的测量值。

(4)在线轧辊(上下辊)基本情况。包括的数据项有板坯号、轧辊lD号、轧辊材质、轧辊类型、轧辊直径、轧辊长度、轧辊最小凸度、轧辊最大凸度、轧辊热凸度累积值、轧辊磨损累积值、轧辊轧制公里数和轧辊轧制吨位。

(5)机旁备辊基本情况。包括的数据项有轧辊ID号、轧辊材质、轧辊类型、轧辊直径、轧辊长度、轧辊最小凸度和轧辊最大凸度。

(6)用户管理基本情况。包括的数据项有用户ID、用户名、用户密码和用户权限。

4.3 建立统一的命名规则

在数据库的设计过程中，建立统一的命名规则具有积极的意义，可增强系统的可维护性，加快系统的开发速度，保持系统开发的延续性等等。其命名规则可以分为如下4类：

(1)数据库、表、视图、字段的命名。

(2)存储过程、存储函数、触发器的命名。

(3)对象的命名。

(4)变量的命名。

具体规则的制定通常根据项目组的实际需求和系统项目规范来确定。

　　5 系统的开发环境和运行平台

根据板形二级机系统轧制过程数据的实际情况，考虑到数据的实时采集、容量以及各客户端使用的特点，利用了珠江钢铁公司现有的网络资源。硬件平台主要由管理系统服务器与各客户终端系统组成，由管理系统服务器和微型计算机构成局域网，并与珠江钢铁公司工业以太网相连。系统服务器与工业以太网相连的目的是要解决数据采集问题以及达到最后优化控制系统的目的。

数据管理系统的运行环境如下：

服务器操作系统为Microsoft Windows 2000 Server中文标准版;客户端操作系统为Microsoft Windows XP\2000\9x中文版;后台数据库为Oracle9。

板形数据挖掘与信息管理系统：6 结 语

本数据管理系统实现了板形控制系统轧制过程数据的自动采集、筛选和分析，为工程技术人员提供大量的板带轧制数据，有利于技术人员对轧制情况进行分析、改进工艺以及对轧辊的综合管理;并为评估板形二级机系统在线计算的轧辊热凸度与磨损计算值的准确性提供大量数据依据。本系统开发完成，为工程技术人员、轧辊管理人员提供一个轧制数据分析平台和轧辊使用跟踪平台，极大地提高工作效率。