鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行控制研究

鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行控制研究

0鋼鐵生產(chǎn)運(yùn)行控制技術(shù)由于缺乏豐富的資源、相對(duì)較低的成本、良好的材料性、易加工和循環(huán)利用，鋼鐵已經(jīng)成為最重要的行業(yè)材料。鋼鐵工業(yè)是當(dāng)前和未來(lái)工業(yè)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的支柱之一。世界粗鋼產(chǎn)量已由1900年的4×107t增加至2012年的15.48×108t,預(yù)計(jì)鋼產(chǎn)量仍將持續(xù)增長(zhǎng)。中國(guó)是全球鋼鐵生產(chǎn)大國(guó),2012年中國(guó)粗鋼產(chǎn)量為7.17×108t,位居全球首位。但已有資料顯示,“近年來(lái)在人民幣不斷升值、次貸危機(jī)擴(kuò)大和原材料價(jià)格上漲等綜合因素的影響下,中國(guó)鋼鐵行業(yè)出現(xiàn)利潤(rùn)率下滑至接近衰竭、庫(kù)存增加、資產(chǎn)負(fù)債率進(jìn)入高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的情況,所處的經(jīng)濟(jì)環(huán)境相當(dāng)嚴(yán)峻”。在全球制造業(yè)以信息化促進(jìn)工業(yè)化發(fā)展的背景下,作為我國(guó)重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的鋼鐵工業(yè)發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)、進(jìn)行鋼鐵生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程的有效控制,將成為鋼鐵企業(yè)降本增效、提升核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段之一,也將促進(jìn)鋼鐵行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。鋼鐵生產(chǎn)運(yùn)行控制技術(shù)是指鋼鐵企業(yè)根據(jù)市場(chǎng)需求和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展形勢(shì),按照訂單式生產(chǎn)要求進(jìn)行合理生產(chǎn)組織,通過(guò)生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度等手段有效控制和管理生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程,在保證產(chǎn)品質(zhì)量合格的前提下使生產(chǎn)過(guò)程有序高效,進(jìn)而降低生產(chǎn)成本,提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的技術(shù)和管理手段。鋼鐵生產(chǎn)是將物質(zhì)狀態(tài)轉(zhuǎn)變、物質(zhì)性質(zhì)控制、物質(zhì)流管制融合在一起的制造過(guò)程,該過(guò)程既有連續(xù)型工業(yè)生產(chǎn)的特征,又有離散型工業(yè)生產(chǎn)的特征,是典型的混合型流程工業(yè),對(duì)其生產(chǎn)過(guò)程的運(yùn)行控制難度比一般的制造業(yè)更大。鋼鐵制造流程包括煉鐵、煉鋼、連鑄和軋鋼等主要生產(chǎn)環(huán)節(jié),其中煉鋼—連鑄過(guò)程生產(chǎn)系統(tǒng)是鋼鐵制造流程系統(tǒng)的一個(gè)重要子系統(tǒng),也是鋼鐵產(chǎn)品品種、質(zhì)量、規(guī)格形成和控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)行控制技術(shù)可以認(rèn)為包括兩個(gè)主要層面:各工序單元設(shè)備的生產(chǎn)過(guò)程控制(包括冶金設(shè)備的工藝過(guò)程控制和主要運(yùn)輸設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程控制)和生產(chǎn)流程的協(xié)調(diào)運(yùn)行控制。鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中的物質(zhì)狀態(tài)轉(zhuǎn)變與物質(zhì)性質(zhì)控制一般屬于冶金設(shè)備的生產(chǎn)工藝過(guò)程控制,如高爐冶煉、轉(zhuǎn)爐冶煉、連鑄機(jī)澆鑄、熱軋機(jī)組/冷軋機(jī)組軋制等,控制的主要對(duì)象是待加工的物質(zhì)流對(duì)象(如鐵水、鋼水、鑄坯、板材或型材)在以滿足冶金規(guī)范的工藝質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為控制目標(biāo)(如產(chǎn)品的成分與溫度等)下的加工工藝過(guò)程,物質(zhì)流在冶金設(shè)備上的加工是按照生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度任務(wù)的安排而進(jìn)行的單元設(shè)備生產(chǎn),運(yùn)輸設(shè)備主要輸送各單元設(shè)備之間的物質(zhì)流,保證運(yùn)輸設(shè)備的正常運(yùn)行并實(shí)施有效的運(yùn)行過(guò)程控制是生產(chǎn)過(guò)程有序高效的基本保障;物質(zhì)流管制屬于流程的協(xié)調(diào)運(yùn)行控制,如工序間設(shè)備能力的匹配、時(shí)間節(jié)奏的協(xié)調(diào)控制、物質(zhì)流運(yùn)輸?shù)穆窂絻?yōu)化、生產(chǎn)擾動(dòng)的監(jiān)控與處理等,控制的主要對(duì)象是滿足工藝質(zhì)量要求的時(shí)間節(jié)奏和物質(zhì)量等。本文面向以流程協(xié)調(diào)優(yōu)化為核心的計(jì)劃調(diào)度技術(shù),基于鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)管控信息系統(tǒng)現(xiàn)狀,通過(guò)分析鋼鐵企業(yè)現(xiàn)有的生產(chǎn)運(yùn)行控制技術(shù)的特點(diǎn),討論了相關(guān)技術(shù)的特點(diǎn)與存在的主要問(wèn)題,并從發(fā)揮和提升企業(yè)信息化系統(tǒng)功能的角度,指出該領(lǐng)域有待深入研究和發(fā)展的方向。1當(dāng)前鋼鐵生產(chǎn)運(yùn)行技術(shù)的分析1.1鋼水和連鑄生產(chǎn)關(guān)鍵控制在每個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的生命周期中有兩個(gè)重要的階段,即設(shè)計(jì)建設(shè)階段和生產(chǎn)運(yùn)行階段,如圖1所示。設(shè)計(jì)建設(shè)階段主要進(jìn)行廠房的選址、流程的設(shè)計(jì)和設(shè)備的配置。廠房選址的正確性、流程設(shè)計(jì)的合理性與設(shè)備配置的協(xié)調(diào)程度決定了系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行的難易程度。除新建工廠外,大多鋼鐵企業(yè)是在原廠址的基礎(chǔ)上由改擴(kuò)建形成的制造流程,主要表現(xiàn)為生產(chǎn)工藝流程及路徑復(fù)雜、工序產(chǎn)能不完全匹配、設(shè)備保障能力不強(qiáng)等?；诓槐M合理的制造流程的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),要實(shí)現(xiàn)有序、高效的生產(chǎn)運(yùn)行控制,顯然“先天不足”要靠“后天彌補(bǔ)”。本文主要討論在已建立的制造流程上如何使生產(chǎn)運(yùn)行控制更有效的問(wèn)題。在目前我國(guó)以長(zhǎng)流程為主的鋼鐵制造流程中,作為主生產(chǎn)環(huán)節(jié)的煉鐵、煉鋼-連鑄和軋鋼等環(huán)節(jié)擔(dān)負(fù)著將含鐵原料轉(zhuǎn)變成滿足市場(chǎng)需求的鋼材的任務(wù)。煉鐵生產(chǎn)以高爐為主,高爐主要是將燒結(jié)礦、球團(tuán)礦等塊礦中的鐵還原成液態(tài)生鐵(鐵水),以單一性質(zhì)產(chǎn)品—鐵水供給煉鋼廠,作為生產(chǎn)原料。在煉鋼-連鑄生產(chǎn)環(huán)節(jié),高溫鐵水首先進(jìn)入鐵水預(yù)處理工藝,通過(guò)鐵水預(yù)脫硫來(lái)減輕煉鋼過(guò)程的冶金負(fù)荷,為潔凈化生產(chǎn)提供條件。經(jīng)過(guò)鐵水預(yù)處理工藝后的鐵水兌入轉(zhuǎn)爐冶煉成鋼水,鋼水倒入轉(zhuǎn)爐下臺(tái)車上的鋼包內(nèi),通過(guò)臺(tái)車和天車的運(yùn)輸作業(yè),將經(jīng)轉(zhuǎn)爐后平臺(tái)吹氬喂絲(一般為含氧化鋁線的簡(jiǎn)單精煉)處理后的鋼水包運(yùn)送至主要精煉環(huán)節(jié);煉鋼廠的精煉環(huán)節(jié)包括幾種不同類型的設(shè)備(如LF,RH,CAS,VD/VOD,AOD等),用以達(dá)到不同精煉工藝的要求。鋼水在精煉環(huán)節(jié)根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求依次在不同的精煉設(shè)備上進(jìn)行精煉,精煉完成后,通過(guò)臺(tái)車和天車將鋼水包運(yùn)送至連鑄機(jī)并實(shí)施澆鑄,形成鑄坯。連鑄出來(lái)的鑄坯將作為熱軋板材(板卷)或型材(線材)等的原料再進(jìn)行加工,以熱軋方式(按需要也可再經(jīng)冷軋)在不同的軋鋼機(jī)組軋制成各類鋼材,其間根據(jù)對(duì)產(chǎn)品性能的需要也可能經(jīng)過(guò)熱處理工藝,最終形成產(chǎn)品。煉鋼-連鑄生產(chǎn)的鋼水及不同連鑄機(jī)澆鑄的鑄坯對(duì)各類產(chǎn)品品種、質(zhì)量、規(guī)格的形成起決定性作用,是關(guān)鍵的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行控制可以從兩個(gè)層面考慮:設(shè)備層面的工序單元設(shè)備的生產(chǎn)工藝過(guò)程控制和運(yùn)輸設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程控制,以及制造流程層面的生產(chǎn)協(xié)調(diào)運(yùn)行控制。單元操作設(shè)備的生產(chǎn)工藝過(guò)程控制是根據(jù)產(chǎn)品的工藝和質(zhì)量要求,完成相應(yīng)的冶煉加工操作,在實(shí)施單元操作過(guò)程的有效控制、以保證各工序設(shè)備保質(zhì)保量完成既定加工任務(wù)的同時(shí),還要合理分配各工序設(shè)備的功能(包括冶煉和加工設(shè)備的功能,以及工序工位間銜接的運(yùn)輸設(shè)備的銜接功能),從而使產(chǎn)品生產(chǎn)能按計(jì)劃準(zhǔn)時(shí)完成。劉青等對(duì)鋼廠生產(chǎn)的鐵水預(yù)處理、煉鋼、精煉和連鑄各工序,以及鋼包、天車的運(yùn)行控制進(jìn)行了詳細(xì)闡述,并介紹了國(guó)內(nèi)外的研究進(jìn)展及鋼廠的應(yīng)用現(xiàn)狀,如全量鐵水三脫預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)預(yù)測(cè)、鑄坯凝固傳熱控制、鋼包與天車運(yùn)行優(yōu)化控制等。設(shè)備層次的生產(chǎn)過(guò)程控制主要基于各設(shè)備的工藝過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),設(shè)備層的主要生產(chǎn)過(guò)程控制技術(shù)如表1所示。而流程的協(xié)調(diào)運(yùn)行控制是從系統(tǒng)的整體視角出發(fā),以控制全流程物流運(yùn)行時(shí)間和保障生產(chǎn)過(guò)程連續(xù)、穩(wěn)定為總目標(biāo),重點(diǎn)控制各個(gè)工序設(shè)備間加工任務(wù)的銜接匹配,并監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置和高效利用,進(jìn)而促使生產(chǎn)過(guò)程有序、高效地運(yùn)行。在訂單驅(qū)動(dòng)的鋼鐵制造模式下,計(jì)劃調(diào)度是鋼鐵制造流程協(xié)調(diào)運(yùn)行控制的主要技術(shù)手段。設(shè)備層的生產(chǎn)過(guò)程控制是鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行控制的基礎(chǔ),單元操作設(shè)備上有效的冶金工藝過(guò)程控制是達(dá)成各工序生產(chǎn)目標(biāo)的保障;而基于流程的生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度是促使鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行有序高效的核心技術(shù),高水平的計(jì)劃調(diào)度可將單元過(guò)程沿流程有序組織和協(xié)調(diào),在保證生產(chǎn)任務(wù)完成的基礎(chǔ)上促進(jìn)系統(tǒng)整體運(yùn)行效率的提升。1.2生產(chǎn)訂單的計(jì)劃調(diào)度煉鋼-連鑄生產(chǎn)過(guò)程是鋼鐵制造流程的關(guān)鍵環(huán)節(jié),該區(qū)段生產(chǎn)工藝約束多、工序工位間關(guān)系復(fù)雜,是計(jì)劃調(diào)度技術(shù)應(yīng)用的主要對(duì)象,在生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)中發(fā)揮著承上啟下的關(guān)鍵作用。下面以煉鋼-連鑄生產(chǎn)為核心,介紹計(jì)劃調(diào)度技術(shù)在流程協(xié)調(diào)運(yùn)行控制中的應(yīng)用及其研究現(xiàn)狀。目前國(guó)內(nèi)一定規(guī)模以上的鋼鐵企業(yè)大多具有熱軋板帶材或中厚板材、型鋼或棒線材生產(chǎn)線,其生產(chǎn)組織形式基本上是根據(jù)合同進(jìn)行訂單式生產(chǎn)。鋼鐵企業(yè)的計(jì)劃調(diào)度問(wèn)題主要涉及的冶煉加工對(duì)象有熱軋廠的連鑄坯以及煉鋼廠的爐次、包次和澆次。鑄坯(指連鑄機(jī)完成一次切割后獲得的一定規(guī)格的鑄坯)是熱軋生產(chǎn)的最小單元;爐次(指同一轉(zhuǎn)爐內(nèi)冶煉的鋼水或一個(gè)鋼包內(nèi)的鋼水)是鋼廠生產(chǎn)的最小單元,澆次(指在同一連鑄機(jī)上連續(xù)澆鑄的爐次集合)是最大的生產(chǎn)單元,也有以包次(連鑄機(jī)中間包兩次換包之間所包含的爐次)作為生產(chǎn)計(jì)劃單元的,當(dāng)包次與澆次安排一致時(shí),兩者所包含的爐次數(shù)相等,否則用作連連澆時(shí)的澆次大于包次。在軋鋼生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度中,連鑄坯是熱軋工序加工的最小單元(待生產(chǎn)的是虛擬板坯,已在板坯庫(kù)的是在庫(kù)板坯),根據(jù)熱軋規(guī)程要求將連鑄坯組成軋制單元計(jì)劃(兩次工作輥更換時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)的連鑄坯序列),構(gòu)成熱軋生產(chǎn)的基本單元。與鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行控制相關(guān)的計(jì)劃調(diào)度包括生產(chǎn)訂單(通常還包括熱軋板帶材尤其是中厚板生產(chǎn)的板坯設(shè)計(jì))、生產(chǎn)批量計(jì)劃、生產(chǎn)調(diào)度和生產(chǎn)執(zhí)行的不同層次,計(jì)劃調(diào)度的主要流程及各層的相互關(guān)系如圖2所示。圖2說(shuō)明了不同層次生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度的主要任務(wù),以及與企業(yè)相應(yīng)信息系統(tǒng)的關(guān)系。(1)生產(chǎn)訂單在訂單驅(qū)動(dòng)的鋼鐵制造模式下,如何安排生產(chǎn)取決于所接受的用戶合同,但用戶合同一般是零散無(wú)序的,它包括不同規(guī)格、不同品種和不同交貨期的產(chǎn)品,而鋼鐵生產(chǎn)只有集中安排具有一定數(shù)量的相同鋼種和相同規(guī)格的產(chǎn)品生產(chǎn),才能優(yōu)化生產(chǎn)工藝,充分發(fā)揮生產(chǎn)能力,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)降本增效。因此,首先必須在用戶合同的基礎(chǔ)上,按照技術(shù)規(guī)范、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行合同的質(zhì)量設(shè)計(jì),并按照生產(chǎn)要求、生產(chǎn)能力、交貨期等進(jìn)行合同歸并(或稱合同計(jì)劃制定),以得到生產(chǎn)訂單,確定各個(gè)合同在各生產(chǎn)線上的投產(chǎn)日期。生產(chǎn)訂單從某種意義上說(shuō)是由銷售的用戶合同分解和綜合重組得到的,通過(guò)合同信息接收轉(zhuǎn)換模塊,完成用戶合同信息到生產(chǎn)訂單信息的轉(zhuǎn)換?；谟邢蕻a(chǎn)能的合同排產(chǎn),需要對(duì)整個(gè)工廠范圍內(nèi)的合同、機(jī)組和庫(kù)存進(jìn)行總體平衡,包括產(chǎn)能的平衡、物流的平衡、庫(kù)存的平衡。生產(chǎn)訂單優(yōu)化技術(shù)有助于提高準(zhǔn)時(shí)交貨能力、降低庫(kù)存和減少余材,縮短產(chǎn)品制造周期、提高機(jī)組利用率,最終提高企業(yè)市場(chǎng)響應(yīng)能力和客戶服務(wù)水平。張濤等以最小化合同的提前和拖期總懲罰為目標(biāo),建立了鋼廠合同計(jì)劃編制的整數(shù)規(guī)劃模型,并構(gòu)造了一種改進(jìn)的遺傳算法對(duì)模型進(jìn)行求解。Liu等以最小化延遲成本、均衡生產(chǎn)能力和最小化庫(kù)存成本為目標(biāo),建立了合同計(jì)劃編制的多目標(biāo)數(shù)學(xué)模型,求解時(shí)利用加權(quán)和的方法將多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)變?yōu)閱文繕?biāo)優(yōu)化問(wèn)題,并構(gòu)造了粒子群算法對(duì)模型進(jìn)行求解。區(qū)別于針對(duì)單一區(qū)段或生產(chǎn)線的合同計(jì)劃編制研究,Yu、蘆永明等則從鋼鐵制造整體流程的角度考慮生產(chǎn)組織的約束,如鐵鋼界面的鐵鋼需求匹配、鑄軋界面的熱送熱軋比等,建立了鋼鐵企業(yè)的合同計(jì)劃編制模型。(2)板坯設(shè)計(jì)面對(duì)小批量、多品種的市場(chǎng)環(huán)境,一塊板坯可以包括多個(gè)客戶訂單,一個(gè)客戶訂單也可以被分解到多個(gè)板坯中進(jìn)行生產(chǎn),因此進(jìn)行板坯設(shè)計(jì)就成為企業(yè)適應(yīng)市場(chǎng)多變環(huán)境的重要手段,受到熱軋帶鋼企業(yè)特別是中厚板企業(yè)越來(lái)越多的重視。板坯設(shè)計(jì)是將近期需要生產(chǎn)的生產(chǎn)訂單,在考慮鋼種、重量、寬度、厚度、質(zhì)量、交貨期、鑄機(jī)與軋機(jī)的產(chǎn)能均衡與匹配等約束下,設(shè)計(jì)出最適合生產(chǎn)的板坯集合。進(jìn)行板坯設(shè)計(jì)時(shí),首先需要用在庫(kù)板坯(庫(kù)存中已生產(chǎn)完成的板坯)對(duì)獲得的生產(chǎn)訂單進(jìn)行匹配,剩下的訂單作為煉鋼—連鑄生產(chǎn)的虛擬板坯進(jìn)行板坯設(shè)計(jì)。板坯設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)是按照熱軋所需的鑄坯規(guī)格進(jìn)行生產(chǎn)訂單的組合優(yōu)化,并將優(yōu)化結(jié)果作為批量計(jì)劃編制的輸入集。Gargani,VanHentenryck等針對(duì)生產(chǎn)訂單的規(guī)格和重量需求為固定值的情況,基于邏輯和全局約束建立了板坯設(shè)計(jì)的約束規(guī)劃模型,并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的求解算法。在此基礎(chǔ)上,張文學(xué)等再考慮具有最小分配重量限制的板坯設(shè)計(jì)問(wèn)題,建立了以最小化板坯數(shù)量為目標(biāo)的約束滿足模型。區(qū)別規(guī)格與重量需求為固定值的情況,Dawande等以最小化板坯數(shù)量和總剩余重量為目標(biāo),針對(duì)重量的需求為區(qū)間值的情況建立了數(shù)學(xué)模型,并設(shè)計(jì)了啟發(fā)式求解算法。考慮到鑄軋能力匹配問(wèn)題,Vonderembse,Dash等研究了考慮連鑄機(jī)生產(chǎn)能力限制的板坯設(shè)計(jì)問(wèn)題。目前,國(guó)內(nèi)許多鋼鐵企業(yè),特別是一些大中型中厚板廠(如重鋼、湘鋼等),在考慮連鑄機(jī)與熱軋機(jī)產(chǎn)能均衡、匹配的前提下,如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)組板,已成為亟待解決的課題。(3)生產(chǎn)批量計(jì)劃生產(chǎn)批量計(jì)劃層面主要包括軋鋼廠的軋制批量計(jì)劃和煉鋼廠的煉鋼批量計(jì)劃。煉鋼批量計(jì)劃包括爐次和澆次(包次)計(jì)劃。軋制批量計(jì)劃的核心是編制軋制單元計(jì)劃,即在滿足生產(chǎn)工藝約束(如軋制單元最大軋制長(zhǎng)度約束、相鄰板坯寬度非增跳躍、厚度和硬度平穩(wěn)變化等)的條件下,確定板坯在熱軋工序的分組和排序,以提高產(chǎn)量、降低能耗和成本。對(duì)于煉鋼批量計(jì)劃,首先在滿足組爐生產(chǎn)約束的條件下(如同一爐次內(nèi)的板坯保證鋼種、坯型、交貨期等參數(shù)相同或相近,生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)能力限制等),按爐次進(jìn)行板坯的優(yōu)化組合,得到爐次計(jì)劃;在爐次計(jì)劃的基礎(chǔ)上,在滿足組包生產(chǎn)約束的條件下(如同一包次內(nèi)爐次的鋼種與板坯寬度不能差異太大,中間包、水口約束壽命等)編制包次計(jì)劃。目前大多數(shù)文獻(xiàn)中提到的組澆計(jì)劃實(shí)質(zhì)上可以認(rèn)為是組包計(jì)劃,組澆計(jì)劃應(yīng)指連連澆計(jì)劃。在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中,當(dāng)生產(chǎn)大批量合同時(shí),不同包次的計(jì)劃應(yīng)盡可能實(shí)現(xiàn)連連澆,以形成包含爐次更多的澆次計(jì)劃。因此,確定包次計(jì)劃以及澆次內(nèi)的包次集合和包次次序,成為組澆的重要內(nèi)容。制定澆次計(jì)劃和包次計(jì)劃的約束類型基本一致(如相鄰包次內(nèi)爐次的鋼種與板坯寬度不能差異太大;連鑄機(jī)相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備的壽命或檢修時(shí)間約束,如結(jié)晶器壽命、二冷區(qū)的設(shè)備檢修周期等),其目標(biāo)都是盡可能地增加連鑄機(jī)的連澆爐數(shù),從而提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本。針對(duì)生產(chǎn)批量計(jì)劃編制研究,楊業(yè)建等將板坯熱軋批量計(jì)劃編制問(wèn)題歸結(jié)為多旅行商問(wèn)題,建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,并設(shè)計(jì)了遺傳算法和禁忌搜索相結(jié)合的混合求解算法。薛云燦等在分析煉鋼生產(chǎn)一體化要求的基礎(chǔ)上,提出煉鋼-連鑄區(qū)段的爐次計(jì)劃編制模型。熱軋批量計(jì)劃與爐次計(jì)劃都是對(duì)板坯集合進(jìn)行優(yōu)化組合得到的,包次計(jì)劃則是以中間包為單位對(duì)爐次集合進(jìn)行優(yōu)化組合。Lee等較早提出應(yīng)優(yōu)化中間包,易劍等針對(duì)包次計(jì)劃編制問(wèn)題建立了多旅行商問(wèn)題模型,設(shè)計(jì)了一種結(jié)合啟發(fā)式、k-opt領(lǐng)域搜索和分布估計(jì)算法(EstimationofDistributionAlgorithms,EDA)進(jìn)化的混合求解算法。針對(duì)包含連連澆計(jì)劃的澆次計(jì)劃編制問(wèn)題,相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道較少,馬天牧等將組中間包與連連澆作為整體建立了連澆計(jì)劃優(yōu)化模型,模型中考慮了組成澆次計(jì)劃的相鄰中間包之間寬度跳躍幅度的限制。目前,由于鋼鐵企業(yè)鑄軋界面的銜接方式已從冷裝(ColdChargeRolling,CCR)向溫裝(HotChargeRolling,HCR)、熱裝熱送(DirectHotChargeRolling,DHCR)和直軋工藝(HotDirectRolling,HDR)轉(zhuǎn)變,針對(duì)煉鋼、軋鋼批量計(jì)劃的研究重心已經(jīng)開始從針對(duì)某一具體過(guò)程轉(zhuǎn)移到整體優(yōu)化上來(lái),即開展煉鋼—連鑄—熱軋一體化批量計(jì)劃研究,通過(guò)系統(tǒng)考慮煉鋼、熱軋計(jì)劃的協(xié)調(diào)匹配,進(jìn)一步提高計(jì)劃的可執(zhí)行性,降低能源消耗。(4)生產(chǎn)調(diào)度在生產(chǎn)批量計(jì)劃下達(dá)后,熱軋廠制造執(zhí)行系統(tǒng)(ManufacturingExecutionSystem,MES)一般按熱軋單元計(jì)劃進(jìn)行生產(chǎn)。而由于煉鋼生產(chǎn)的復(fù)雜性和非完全可控性(如設(shè)備保障能力、鐵水資源條件、冶煉過(guò)程精準(zhǔn)控制難度)等因素,在鋼廠MES中應(yīng)具備制定煉鋼生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃和動(dòng)態(tài)調(diào)度的能力。當(dāng)組爐、組澆(組包)計(jì)劃確定后,由生產(chǎn)指揮中心將該計(jì)劃下達(dá)給煉鋼廠,作為鋼廠接收的生產(chǎn)批量計(jì)劃,鋼廠執(zhí)行計(jì)劃時(shí)需要根據(jù)設(shè)備等資源條件和生產(chǎn)能力,在滿足生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃(也稱為煉鋼出鋼計(jì)劃或生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃)的約束條件下(如同一澆次內(nèi)的爐次應(yīng)在鑄機(jī)上無(wú)間斷地被加工;同一時(shí)刻一個(gè)設(shè)備最多加工一個(gè)爐次,故障設(shè)備不能加工爐次;不同工位的作業(yè)時(shí)間與不同工位間的運(yùn)輸時(shí)間應(yīng)該處于一個(gè)固定區(qū)間內(nèi)等)編制生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃,即安排各爐次在煉鋼各工序上的加工設(shè)備、加工時(shí)間和加工順序,該過(guò)程稱為靜態(tài)調(diào)度;生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃下達(dá)至煉鋼廠各工序作業(yè)點(diǎn)的控制系統(tǒng),用于指導(dǎo)各工序設(shè)備有計(jì)劃地進(jìn)行組織和生產(chǎn)。由于鋼廠的生產(chǎn)過(guò)程中常常出現(xiàn)不可避免的隨機(jī)擾動(dòng)(如設(shè)備故障、作業(yè)時(shí)間偏差、任務(wù)變更等),導(dǎo)致正在實(shí)施中的生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃不能繼續(xù)執(zhí)行,此時(shí)必須依據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)度信息,在原計(jì)劃的基礎(chǔ)上進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整或編制新的作業(yè)計(jì)劃,該過(guò)程稱為動(dòng)態(tài)調(diào)度。與此同時(shí),還需將擾動(dòng)信息上傳至上層計(jì)劃系統(tǒng),實(shí)時(shí)調(diào)整未完成的生產(chǎn)批量計(jì)劃和訂單信息。目前,煉鋼廠生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題的研究以靜態(tài)調(diào)度居多,Sato等研究了考慮煉鋼—連鑄生產(chǎn)工藝基本要求的調(diào)度模型;Tang等針對(duì)煉鋼—連鑄區(qū)段的生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題建立了數(shù)學(xué)規(guī)劃模型,通過(guò)設(shè)計(jì)模型的求解策略得出可行調(diào)度方案;李鐵克等通過(guò)引入澆次工期的概念,建立了考慮連鑄連軋和冷裝熱軋并存環(huán)境下的煉鋼—連鑄生產(chǎn)調(diào)度模型,并提出基于遺傳算法和解線性規(guī)劃的兩階段求解算法;Pan等針對(duì)煉鋼廠調(diào)度計(jì)劃編制問(wèn)題建立了一個(gè)混合整數(shù)規(guī)劃模型,并構(gòu)造了一個(gè)啟發(fā)式算法,得到粗調(diào)度,最后利用人工蜂群算法求取優(yōu)化解;陳立等提出一種約束滿足技術(shù)與遺傳優(yōu)化相結(jié)合的煉鋼調(diào)度計(jì)劃編制算法,首先利用基于邏輯的Benders分解法簡(jiǎn)化原問(wèn)題,然后利用約束滿足技術(shù)確保求得可行解,最后采用遺傳算法的迭代進(jìn)化完成所求解的收斂。針對(duì)煉鋼廠動(dòng)態(tài)調(diào)度問(wèn)題,Roy等提出一個(gè)由任務(wù)、推理和領(lǐng)域三個(gè)模塊組成的知識(shí)模型來(lái)管理煉鋼過(guò)程中的各種擾動(dòng)問(wèn)題,給出了一個(gè)重調(diào)度的框架結(jié)構(gòu);鄭忠、龐新富等將重調(diào)度發(fā)生時(shí)刻批次內(nèi)的所有爐次分成正在作業(yè)爐次集合和未作業(yè)爐次集合,然后針對(duì)不同的爐次提出了相應(yīng)的求解策略?？紤]連鑄機(jī)故障會(huì)直接影響上層批量計(jì)劃的執(zhí)行問(wèn)題,王柏琳等針對(duì)連鑄機(jī)故障的動(dòng)態(tài)調(diào)度問(wèn)題,以最小化調(diào)度前后變量取值差異度為目標(biāo),建立了動(dòng)態(tài)約束滿足模型,并實(shí)現(xiàn)了模型的求解。1.3不同層級(jí)的計(jì)劃調(diào)度優(yōu)化信息管理系統(tǒng)是鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行控制的技術(shù)平臺(tái),與其相關(guān)的包括過(guò)程控制系統(tǒng)(ProcessControlSystem,PCS)、MES和企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)(EnterpriseResourcePlanning,ERP)。在生產(chǎn)運(yùn)行控制方面,PCS主要負(fù)責(zé)設(shè)備和生產(chǎn)工藝過(guò)程的控制、生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、流程的運(yùn)行管控指令執(zhí)行等;MES與ERP主要負(fù)責(zé)流程的協(xié)調(diào)運(yùn)行控制,包括工序間設(shè)備能力的匹配、時(shí)間節(jié)奏的協(xié)調(diào)控制、物流運(yùn)輸?shù)穆窂絻?yōu)化、生產(chǎn)擾動(dòng)的監(jiān)控與處理等。如圖2所示,在企業(yè)信息系統(tǒng)與計(jì)劃調(diào)度的關(guān)系中,生產(chǎn)訂單編制與板坯設(shè)計(jì)位于ERP系統(tǒng),生產(chǎn)批量計(jì)劃的制定位于ERP與MES系統(tǒng)。ERP系統(tǒng)的管理是針對(duì)整個(gè)企業(yè)業(yè)務(wù),注重廠區(qū)間的協(xié)調(diào),而MES是針對(duì)具體廠區(qū)進(jìn)行管理,如煉鋼MES、軋鋼MES等。由于煉鋼批量計(jì)劃與軋制批量計(jì)劃的編制需要考慮兩者的協(xié)調(diào)關(guān)系,批量計(jì)劃的制定最好在ERP層,而MES層可以具有相應(yīng)計(jì)劃的部分調(diào)整功能;生產(chǎn)批量計(jì)劃的接收及調(diào)度方案的制定與下達(dá)位于MES系統(tǒng),生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的調(diào)整和動(dòng)態(tài)調(diào)度是MES系統(tǒng)的重要功能(尤其針對(duì)鋼廠MES系統(tǒng));PCS系統(tǒng)是上層計(jì)劃調(diào)度指令的具體執(zhí)行層,它將收集的實(shí)時(shí)調(diào)度信息和生產(chǎn)實(shí)績(jī)信息反饋給上層系統(tǒng)。要實(shí)現(xiàn)信息管理系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行的有效控制,各層信息系統(tǒng)中應(yīng)具備與計(jì)劃調(diào)度相關(guān)的功能模塊,主要功能模塊如圖3所示,包括:(1)ERP中的合同和訂單管理模塊該模塊主要接收并管理企業(yè)的用戶合同信息和生產(chǎn)訂單信息。在生產(chǎn)過(guò)程中,該模塊主要對(duì)生產(chǎn)訂單的整個(gè)生命周期進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)跟蹤,以提高生產(chǎn)效率為目標(biāo),便捷地調(diào)整訂單的生產(chǎn)組織節(jié)奏,確保按訂單要求組織生產(chǎn),同時(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品制造全過(guò)程的質(zhì)量控制和跟蹤,保證最終產(chǎn)品的質(zhì)量。(2)ERP中的生產(chǎn)訂單編制模塊該模塊是在用戶合同的基礎(chǔ)上編制滿足實(shí)際生產(chǎn)需求的生產(chǎn)訂單。(3)ERP中的板坯設(shè)計(jì)模塊該模塊是在生產(chǎn)訂單的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)出最適合生產(chǎn)的板坯集合。(4)ERP中的批量計(jì)劃編制模塊該模塊是在生產(chǎn)訂單的基礎(chǔ)上編制企業(yè)的生產(chǎn)批量計(jì)劃,包括煉鋼批量計(jì)劃和軋制批量計(jì)劃,或者煉鋼—連鑄—熱軋一體化計(jì)劃。(5)MES中的批量計(jì)劃調(diào)整模塊因?yàn)樯a(chǎn)工藝過(guò)程復(fù)雜、隨機(jī)擾動(dòng)多,所以可以依據(jù)實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境對(duì)已接收的ERP系統(tǒng)的批量計(jì)劃進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,以適應(yīng)生產(chǎn)條件變化。一般煉鋼MES擁有自主調(diào)整權(quán)限,軋鋼MES需與ERP協(xié)同調(diào)整。(6)鋼廠MES中的生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃編制模塊(調(diào)度計(jì)劃模塊)該模塊以生產(chǎn)成本最小為目標(biāo),以資源能力和工藝要求為約束,對(duì)接受的煉鋼生產(chǎn)批量計(jì)劃進(jìn)行組合優(yōu)化,安排各爐次在各工序上的加工設(shè)備、加工時(shí)間和加工順序。(7)MES中的物流跟蹤與管理模塊該模塊主要收集、整理和加工來(lái)自過(guò)程控制計(jì)算機(jī)的生產(chǎn)實(shí)績(jī)信息,同時(shí)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程狀態(tài)(如設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、加工指令、工藝狀態(tài)、計(jì)劃狀態(tài)等)和加工過(guò)程中的物流狀態(tài)進(jìn)行全程跟蹤,以掌握物流在生產(chǎn)過(guò)程中的加工和運(yùn)輸狀況。(8)MES中的動(dòng)態(tài)調(diào)度模塊生產(chǎn)過(guò)程中不可避免的隨機(jī)擾動(dòng)常導(dǎo)致正在實(shí)施的生產(chǎn)計(jì)劃不能執(zhí)行,此時(shí)必須對(duì)未執(zhí)行的生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整,甚至重新編制。(9)PCS中的各工序生產(chǎn)控制系統(tǒng)PCS作為上層計(jì)劃調(diào)度指令的具體執(zhí)行層,主要依靠各工序主設(shè)備的生產(chǎn)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)按計(jì)劃定時(shí)、定溫、定成分的生產(chǎn)。(10)數(shù)據(jù)接口及各層系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)管理模塊生產(chǎn)過(guò)程中必然產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù),如質(zhì)量數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、發(fā)貨數(shù)據(jù)、訂單數(shù)據(jù)和工藝控制數(shù)據(jù)等,在各層系統(tǒng)中有效地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳遞,對(duì)分析產(chǎn)品的質(zhì)量、成本以及掌握生產(chǎn)運(yùn)行狀況等都具有重要意義。2螺母生產(chǎn)計(jì)劃的主要方法和典型應(yīng)用2.1近10年企業(yè)計(jì)劃調(diào)度方法綜述生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度作為鋼鐵制造流程協(xié)調(diào)運(yùn)行控制的關(guān)鍵功能,是整個(gè)先進(jìn)生產(chǎn)制造系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)管理技術(shù)、運(yùn)籌技術(shù)、優(yōu)化技術(shù)、自動(dòng)化與計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的核心。優(yōu)化的生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度方案可以提高生產(chǎn)效益和資源利用率,進(jìn)而增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。鋼鐵制造流程中的生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度問(wèn)題大多為復(fù)雜的組合優(yōu)化問(wèn)題,是典型的NP難題。由于生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度在鋼鐵生產(chǎn)中的重要地位,面向鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度問(wèn)題受到重視,成為近年冶金先進(jìn)制造領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。Tang等針對(duì)鋼鐵企業(yè)的計(jì)劃調(diào)度問(wèn)題進(jìn)行了綜述,將計(jì)劃調(diào)度方法歸結(jié)于運(yùn)籌學(xué)方法(operationresearch)、人工智能(ArtificialItelligent,AI)、人機(jī)協(xié)作(human-machinecoordination)和多智能體(multiAgent)四類,分別敘述了其應(yīng)用情況。表2從建模和求解兩個(gè)角度綜述了近10年鋼鐵企業(yè)計(jì)劃調(diào)度問(wèn)題的代表性方法。鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度方法雖然已取得很多研究成果,但是面對(duì)現(xiàn)實(shí)復(fù)雜生產(chǎn)過(guò)程的調(diào)度問(wèn)題,在方法和應(yīng)用效果方面還存在局限,主要體現(xiàn)在:(1)針對(duì)鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度問(wèn)題建模時(shí),大多需要對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)化,并附加假設(shè)條件,降低了模型的現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性;(2)模型求解一般采用迭代優(yōu)化機(jī)制進(jìn)行解的尋優(yōu),針對(duì)復(fù)雜的鋼鐵制造流程,該類方法常存在調(diào)度性能差、尋優(yōu)效率低的缺陷,往往難以適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜多變的生產(chǎn)環(huán)境。目前,尤其是流程比較復(fù)雜的鋼鐵企業(yè),其生產(chǎn)過(guò)程的生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的制定,尤其是現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度,仍主要依靠人工經(jīng)驗(yàn)完成,嚴(yán)重制約了企業(yè)生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本和產(chǎn)品質(zhì)量等綜合生產(chǎn)指標(biāo)的改善和提高。因此,迫切需要進(jìn)一步研究適應(yīng)復(fù)雜生產(chǎn)過(guò)程計(jì)劃調(diào)度需求的建模和求解方法。2.2在方法研究和系統(tǒng)開發(fā)方面的進(jìn)展在鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度方法研究的基礎(chǔ)上,以日本為代表的鋼鐵企業(yè)強(qiáng)國(guó)陸續(xù)開發(fā)并應(yīng)用了一系列生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度系統(tǒng),Tang等對(duì)20世紀(jì)末期日本、美國(guó)和韓國(guó)在該領(lǐng)域的研究成果進(jìn)行了綜述,并總結(jié)了因系統(tǒng)運(yùn)用而帶來(lái)的諸多經(jīng)濟(jì)效益。系統(tǒng)的核心功能是促使鋼鐵制造流程的物質(zhì)流和信息流盡可能保持同步,從而使前后工序緊密銜接、流程整體有序高效運(yùn)行。國(guó)內(nèi)關(guān)于該領(lǐng)域的研究起步較晚,在引進(jìn)國(guó)外技術(shù)的同時(shí),通過(guò)國(guó)內(nèi)廣大研究人員的努力,在方法研究和系統(tǒng)開發(fā)方面也取得了明顯進(jìn)展,表3列舉了國(guó)內(nèi)外部分鋼廠的應(yīng)用案例。從文獻(xiàn)報(bào)道來(lái)看,大多集中在鋼廠的生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度模型和系統(tǒng)開發(fā)方面。因?yàn)閲?guó)內(nèi)許多鋼鐵企業(yè)的制造流程隨著企業(yè)的改建/擴(kuò)建不斷改變,致使生產(chǎn)流程復(fù)雜、物流走向不盡合理,并且企業(yè)的管理模式、管理水平和自動(dòng)化水平與國(guó)外有明顯差異,所以直接引進(jìn)國(guó)外計(jì)劃調(diào)度系統(tǒng)的方式難以取得應(yīng)有效果,這也是近年來(lái)國(guó)內(nèi)科研院所、高校和企業(yè)積極開發(fā)鋼鐵生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度系統(tǒng)的動(dòng)力。國(guó)內(nèi)較多的鋼鐵企業(yè)均建立了ERP和MES信息系統(tǒng),也具有一定的生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度功能。然而調(diào)研發(fā)現(xiàn),計(jì)劃調(diào)度系統(tǒng)的應(yīng)用效果有限,特別是動(dòng)態(tài)調(diào)度系統(tǒng)的應(yīng)用效果遠(yuǎn)未達(dá)預(yù)期,流程復(fù)雜的鋼鐵企業(yè)尤為明顯,主要問(wèn)題表現(xiàn)為:(1)在多品種小批量的合同訂單情況下,要求系統(tǒng)能夠及時(shí)進(jìn)行生產(chǎn)訂單的有效編制與優(yōu)化設(shè)計(jì)已經(jīng)變得越來(lái)越重要;(2)考慮不同工序產(chǎn)能協(xié)調(diào)優(yōu)化的一體化計(jì)劃編制方法有待進(jìn)一步完善;(3)調(diào)度系統(tǒng)制定的生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃可執(zhí)行率不高,面對(duì)現(xiàn)場(chǎng)不可避免的隨機(jī)擾動(dòng)的處理能力有限,不能適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)調(diào)度的需要;(4)系統(tǒng)普適性不強(qiáng),不能滿足生產(chǎn)工藝和工藝路徑調(diào)整變化導(dǎo)致的生產(chǎn)流程改變;(5)系統(tǒng)管理功能欠缺,缺少對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行效果的評(píng)價(jià)功能。由于生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度系統(tǒng)的局限性,導(dǎo)致MES信息系統(tǒng)最重要的功能不能充分發(fā)揮,對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)施有效控制的能力不足,大多僅實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)信息收集平臺(tái)的作用。3中小企業(yè)工序設(shè)備的生產(chǎn)保障能力鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行控制對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)過(guò)程的有序高效具有重要作用。設(shè)備層面的生產(chǎn)過(guò)程控制是鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行控制的重要基礎(chǔ)和支撐,通過(guò)對(duì)鋼鐵企業(yè)各工序冶煉設(shè)備的冶金功能和運(yùn)輸設(shè)備的運(yùn)輸功能的合理分配,可以加強(qiáng)對(duì)各冶金設(shè)備的管理和對(duì)冶金過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)對(duì)各工序生產(chǎn)的有效控制,形成工序設(shè)備的生產(chǎn)保障能力。流程的協(xié)調(diào)運(yùn)行控制是以鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度為主要手段,通過(guò)進(jìn)一步提升企業(yè)MES信息系統(tǒng)的計(jì)劃調(diào)度功能,規(guī)范和提高各級(jí)生產(chǎn)管理人員的意識(shí)和能力,提高生產(chǎn)組織管理水平,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全流程生產(chǎn)有序、穩(wěn)定和高效的目的。3.1完善設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)在設(shè)備的生產(chǎn)過(guò)程控制層面,目前以鋼鐵企業(yè)主要冶煉設(shè)備的工藝過(guò)程控制研究居多,關(guān)于臺(tái)車與天車等運(yùn)輸設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程控制研究也逐漸受到關(guān)注,但工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)輸調(diào)度基本還是依靠調(diào)度員的人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行控制。許多冶煉設(shè)備的工藝過(guò)程控制模型和方法在實(shí)際生產(chǎn)中都有應(yīng)用,但應(yīng)用效果因具體應(yīng)用環(huán)境的不同而不同。例如轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)預(yù)測(cè)模型,在鐵水、廢鋼和輔助原料的成分質(zhì)量波動(dòng)小,氧氣、氮?dú)夤?yīng)相對(duì)穩(wěn)定的鋼廠能較好地命中轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)的鋼水溫度和碳含量,相反則命中率低下。冶煉設(shè)備工藝過(guò)程的精準(zhǔn)控制與運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)行的有效控制,既是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵,也是使生產(chǎn)過(guò)程按照流程協(xié)調(diào)運(yùn)行控制指令執(zhí)行的保障。為了提高生產(chǎn)過(guò)程控制的水平,需要加強(qiáng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控,收集設(shè)備性能和相關(guān)生產(chǎn)加工過(guò)程的數(shù)據(jù),用于切實(shí)跟蹤流程協(xié)調(diào)運(yùn)行控制指令的執(zhí)行情況。總之,不同鋼廠的信息化建設(shè)程度不同,設(shè)備的生產(chǎn)過(guò)程控制手段應(yīng)從以下幾方面進(jìn)行完善:(1)合理安排設(shè)備的定檢定修,提高設(shè)備運(yùn)行的保障能力。將生產(chǎn)計(jì)劃與各生產(chǎn)線流程上設(shè)備的定檢定修盡可能有機(jī)協(xié)調(diào),從而提高計(jì)劃調(diào)度指令的執(zhí)行力。(2)加強(qiáng)冶金工藝過(guò)程控制模型的研究,提升冶金工藝過(guò)程的自動(dòng)化控制水平。開展復(fù)雜生產(chǎn)環(huán)境下的生產(chǎn)工藝過(guò)程控制模型研究,將機(jī)理模型、數(shù)據(jù)建模與基于人工經(jīng)驗(yàn)的知識(shí)庫(kù)方法進(jìn)行有機(jī)結(jié)合,提高主要冶金設(shè)備的生產(chǎn)工藝過(guò)程控制能力,如轉(zhuǎn)爐一鍵煉鋼、高效RH智能精煉、連鑄無(wú)人化澆鑄、加熱爐自動(dòng)控制和控軋控冷等。(3)加強(qiáng)運(yùn)輸設(shè)備維護(hù)與運(yùn)行過(guò)程優(yōu)化控制技術(shù)研究,提高生產(chǎn)運(yùn)行計(jì)劃調(diào)度的保障能力。以運(yùn)輸安全、作業(yè)準(zhǔn)時(shí)、過(guò)程低能耗等為原則,加強(qiáng)臺(tái)車與天車運(yùn)行的智能優(yōu)化控制技術(shù)研究,增強(qiáng)運(yùn)輸保障能力;鋼包是盛納、運(yùn)輸鋼水并進(jìn)行相應(yīng)二次冶金的容器,對(duì)鋼包運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行深度解析,研究鋼包的周轉(zhuǎn)過(guò)程,有助于對(duì)鋼包運(yùn)行個(gè)數(shù)、鋼包運(yùn)行過(guò)程溫降及運(yùn)行頻率的精準(zhǔn)控制。(4)加強(qiáng)各工序設(shè)備的信息平臺(tái)建設(shè),促進(jìn)鋼鐵企業(yè)基礎(chǔ)管理水平的提升。主要包括設(shè)備(冶煉設(shè)備和運(yùn)輸設(shè)備)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與在線跟蹤、設(shè)備生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)據(jù)采集、設(shè)備生產(chǎn)計(jì)劃的執(zhí)行情況等,為企業(yè)MES信息系統(tǒng)提供及時(shí)、準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)保證。3.2加強(qiáng)一體化計(jì)劃編制過(guò)程的研究工作流程協(xié)調(diào)運(yùn)行控制的核心手段是MES和ERP信息管理系統(tǒng)中的計(jì)劃調(diào)度功能。針對(duì)鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度方面的主要問(wèn)題,應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)批量計(jì)劃制定中考慮工序產(chǎn)能綜合協(xié)調(diào)的一體化批量計(jì)劃方法、生產(chǎn)調(diào)度領(lǐng)域的煉鋼廠動(dòng)態(tài)調(diào)度方法的研究。為進(jìn)一步提升生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的可執(zhí)行性,還應(yīng)加強(qiáng)鐵—鋼、鋼—軋界面技術(shù)研究,以及開展鋼廠生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃編制與天車運(yùn)輸作業(yè)調(diào)度計(jì)劃的集成研究,為實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)計(jì)劃調(diào)度功能提供技術(shù)支撐。具體的流程協(xié)調(diào)運(yùn)行控制技術(shù)應(yīng)從以下方面進(jìn)行完善:(1)完善MES/ERP/PCS信息系統(tǒng)的計(jì)劃調(diào)度功能,充分發(fā)揮其對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行控制的信息平臺(tái)的支撐效果。首先明確各層次信息系統(tǒng)的計(jì)劃調(diào)度功能,以發(fā)揮ERP系統(tǒng)的生產(chǎn)協(xié)調(diào)指揮能力、MES系統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)行控制優(yōu)化能力、PCS系統(tǒng)的生產(chǎn)執(zhí)行能力為核心,進(jìn)一步提升各級(jí)信息系統(tǒng)的計(jì)劃調(diào)度功能;切實(shí)加強(qiáng)底層的系統(tǒng)硬件建設(shè),確保數(shù)據(jù)采集的正確性、及時(shí)性和完整性。(2)加強(qiáng)一體化計(jì)劃編制方法研究,提升計(jì)劃的協(xié)調(diào)性和可執(zhí)行性。在生產(chǎn)批量計(jì)劃編制階段,應(yīng)從縮短生產(chǎn)制造周期、減少能耗和降低生產(chǎn)成本等角度出發(fā),將煉鋼—連鑄—熱軋工序相對(duì)獨(dú)立的生產(chǎn)批量計(jì)劃編制轉(zhuǎn)變成一體化的批量計(jì)劃編制,但從批量計(jì)劃在實(shí)施階段能夠根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況進(jìn)行適當(dāng)微調(diào)的角度考慮,一體化批量計(jì)劃模型需要具備進(jìn)行熱軋單元計(jì)劃與澆次(包次)、爐次計(jì)劃的調(diào)整功能。(3)加強(qiáng)鐵—鋼、鋼—軋界面技術(shù)研究,提高生產(chǎn)計(jì)劃的可執(zhí)行性。直接熱裝和直軋工藝的鋼—軋界面技術(shù)是現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)實(shí)現(xiàn)集約型生產(chǎn)的必然選擇,它將傳統(tǒng)鋼鐵生產(chǎn)中的煉鋼、連鑄和熱軋三大工序緊密耦合成有機(jī)整體,因此應(yīng)在一體化計(jì)劃編制的基礎(chǔ)上加強(qiáng)有關(guān)研究工作,考慮到澆鑄周期與熱軋周期可能存在差異,引入“補(bǔ)丁”式計(jì)劃模式,適當(dāng)預(yù)留部分“下線”的鑄坯熱裝或冷裝作為熱軋單元計(jì)劃的補(bǔ)充;另外,加強(qiáng)鐵—鋼界面技術(shù)研究,盡可能使鐵水供應(yīng)計(jì)劃與鋼廠生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃能有機(jī)銜接,在鋼廠生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃編制方法的研究上,應(yīng)將通常以保證連鑄機(jī)連續(xù)澆鑄為中心的計(jì)劃編制模式,調(diào)整為考慮鐵水的供鐵節(jié)奏與連鑄機(jī)鑄坯連澆的進(jìn)出雙重約束下的鋼廠生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的編制模式。(4)加強(qiáng)鋼廠生產(chǎn)動(dòng)態(tài)調(diào)度模型研究,提高M(jìn)ES信息系統(tǒng)的調(diào)度決策支持能力。生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃執(zhí)行過(guò)程中常會(huì)發(fā)生不可避免的隨機(jī)擾動(dòng),動(dòng)態(tài)調(diào)度是保證生產(chǎn)穩(wěn)定、連續(xù)的關(guān)鍵。為保障動(dòng)態(tài)調(diào)度能及時(shí)、有效地進(jìn)行,需進(jìn)一步開展主要擾動(dòng)條件下的動(dòng)態(tài)調(diào)度方法研究,同時(shí)加強(qiáng)生產(chǎn)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)智能識(shí)別與安全應(yīng)急技術(shù)研發(fā),最大限度地降低隨機(jī)擾動(dòng)給生產(chǎn)過(guò)程制造的紊亂,使生產(chǎn)運(yùn)行盡快恢復(fù)“層流式”運(yùn)行模式,減少經(jīng)濟(jì)損失。為保障制定的作業(yè)計(jì)劃和調(diào)度方案能落實(shí)到實(shí)處,鋼廠信息管理系統(tǒng)還需完善生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)績(jī)的評(píng)價(jià)功能,并改進(jìn)考核制度,真正實(shí)現(xiàn)管控一體化。(5)加強(qiáng)鋼廠生產(chǎn)作業(yè)輔助系統(tǒng)模型研究,提高生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度指令的執(zhí)行率。建立鋼廠的天車調(diào)度優(yōu)化模型,并開展鋼廠生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃編制與天車運(yùn)輸作業(yè)調(diào)度計(jì)劃的集成研究,以及鋼廠鋼包運(yùn)轉(zhuǎn)優(yōu)化和中間包周轉(zhuǎn)優(yōu)化等的集成技術(shù)研究,以提高生產(chǎn)調(diào)度方案的可執(zhí)行性。在現(xiàn)有計(jì)劃調(diào)度模型中,通常將運(yùn)輸過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)化處理