【正文】 ) 在總結多生產(chǎn)模式連鑄/模鑄混合生產(chǎn)調度策略基礎上，進行了系統(tǒng)軟件設計與開發(fā)，包括靜態(tài)調度、初始化、數(shù)據(jù)輸入/輸出、人機界面、數(shù)據(jù)處理以及主體算法模塊；4) 應用現(xiàn)場實際數(shù)據(jù)進行測試，驗證了調度整體解決方案、連鑄/模鑄混合生產(chǎn)調度策略和調度方法的有效性。 Mathematics expression is used to qualitatively analysis the steelmaking continuous casting and mould casting problem. And the differences between continuous casting and mould casting are brought out. The mathematics model is also established.4. Tested by the actual data, it is verified to be efficacy that the schedule method and policy of the steelmaking continuous casting and mould casting.Keywords：steelmaking。 make plan。調度問題的分類方法有許多種，如：(1)根據(jù)加工系統(tǒng)的復雜度分為單機和多機并行調度。動態(tài)調度是作業(yè)依次進入待加工狀態(tài)、各種作業(yè)不斷進入系統(tǒng)接受加工，完成加工的作業(yè)又不斷地離開，同時還要考慮作業(yè)環(huán)境中不斷出現(xiàn)的動態(tài)擾動、如作業(yè)的加工超時、設備的損壞等。所以，在國內現(xiàn)有的鋼鐵企業(yè) MES 實施方案流程中，煉鋼 MES中，包含功能強大且具有實用價值的動態(tài)煉鋼調度系統(tǒng)已經(jīng)成為 MES 產(chǎn)品競爭不可缺少的關鍵點之一。 ? 模鑄的增加可以實現(xiàn)銷售計劃，物流平衡和增加設備利用率。? 物流平衡，處理成分不行的鋼水，可以澆注成份質量不是很高要求的壓蓋鋼；處理一些連鑄不能澆注的鋼水，進行模鑄澆注處理，以后再進行切割后再處理；在連鑄生產(chǎn)節(jié)奏相對于轉爐精煉工序慢很多的時候，會有一些鋼水不能進行合理的連鑄澆注生產(chǎn)，這個時候要分配給模鑄生產(chǎn)，調節(jié)整體加工生產(chǎn)的節(jié)奏。改善生產(chǎn)調度方案，可以大大提高生產(chǎn)效益和資源利用率，進而增強企業(yè)的競爭能力。不僅要考慮鋼水到達時間偏差，設備故障，而且還需考慮鋼水成分不合格、鋼水溫度補償?shù)葎討B(tài)擾動事件。(3)動態(tài)重調度策略:車間制造過程的隨時性和不確定性需要不斷的進行重調度，以處理突發(fā)的事件。(6)多目標權衡決策:實際調度問題是多目標的，且這些目標往往相互沖突，如何對調度系統(tǒng)的不同目標進行權衡分析，實現(xiàn)多目標調度優(yōu)化是十分必要的。因此，有效最優(yōu)化算法只適用于特定或相對窄的問題領域 [8]。在深刻認識到調度問題的內在復雜性以后，啟發(fā)式算法較大程度上依賴于問題特性的理解，其普遍適用性較差，且求解的質量也不高。東北大學碩士學位論文 第一章 緒 論 4 (5)構造性方法其主要包括優(yōu)先分配規(guī)則(譬如SPT,LRM,MWR)、基于瓶頸的啟發(fā)式算法和插入方法等。它的主要思路是:通過一個Lyaplmov能量函數(shù)構造網(wǎng)絡的極值，當網(wǎng)絡迭代收斂時，能量函數(shù)達到極小，使與能量函數(shù)對應的目標函數(shù)得到優(yōu)化 [19]。另外，它還具有計算速度快且易于與其他算法相結合的有點，非常適合于解決動態(tài)調度的問題。(2)組合方法文 [45]提出一種解決實時排序和調度問題混合方法的框架，綜合運用了神經(jīng)網(wǎng)絡、遺傳算法和實時仿真等方法。鋼鐵生產(chǎn)是一個多階段、離散和連續(xù)加工方式并存的復雜過程，大部分鋼鐵調度問題都是NP難問題。在探討爐次設備指派規(guī)則、緩解資源沖突的方法的基礎上，提出面向實際應用的啟發(fā)式算法。九十年代初期日本京濱鋼鐵廠利用 AI 技術，實現(xiàn)了從高爐～煉鋼～連鑄～熱軋的一體化調度系統(tǒng)，它的特征有：(1)需求模擬仿真、過程間負荷的調整的長期預測和關于生產(chǎn)量、交貨期、合理化的最優(yōu)性的評價。(2)熱軋爐前的管制：包括前工序進展情況的監(jiān)視，把 HCR 材的煉鋼～鑄造～切割～輸送的狀況，自動顯示；冷坯在庫檢索，作為 HCR 周期計劃用的活動材、跳躍材的檢索；周期計劃東北大學碩士學位論文 第一章 緒 論 6 編制。本課題是以國內某大型鋼鐵企業(yè)為研究背景，針對于該企業(yè)的特殊模鑄工藝存在的特點為研究背景，提出了針對煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)加工的特殊工藝情況，提出解決方法。6) 通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)的模擬驗證，通過甘特圖和表格的方式顯示得到仿真測試的結果，可以看出，對于煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)計劃的編制結果可以達到功能要的要求，并且通過軟件的測試，調度的方法可以在比較短的時間內得到滿意的結果，實現(xiàn)了煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)計劃的計劃編制。(3)工序：指煉鋼過程的階段數(shù)，一般包括冶煉工序、精煉工序和連鑄/模鑄工序。(6)沖突：同一工位上的兩個或多個單元在作業(yè)時間上的重疊。(10)煉鋼連鑄/模鑄調度計劃：簡稱調度計劃，它指定各作業(yè)的執(zhí)行設備以及在該設備上執(zhí)行的開始時刻和結束時刻。(14)無澆期模鑄計劃：在保證有澆期模鑄計劃和連鑄計劃生產(chǎn)順利進行的前提下，可以在任意時間生產(chǎn)，但是要兼顧整體生產(chǎn)的優(yōu)化性。豎線是表示當前時間 t，利用這條虛線作為參照軸，是隨著生產(chǎn)的進行，可以觀察到相應時間工位使用情況，爐次生產(chǎn)情況。圖 鋼鐵生產(chǎn)工藝過程 Diagram of the process of steel making鋼鐵生產(chǎn)是一個高溫、高能耗、物流量巨大的加工過程，整個生產(chǎn)流程工藝復雜，工序很多，各工序的工藝約束和目標也不盡相同 [29,30,31,32]?，F(xiàn)代鋼鐵冶煉仍然保持了最初的兩步法：先把礦石煉成生鐵，再把生鐵煉成鋼。國內某煉鋼廠煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)過程是一個由冶煉、精煉、模鑄和連鑄四個生產(chǎn)階段構成的，一般情況下有多臺轉爐設備、多臺類型不同的精煉爐設備(如 RH設備、LF 設備、CAS 設備、 KIP 設備等)，多臺連鑄機以及多個模鑄工位組成。另外連鑄和模鑄的開澆時間，只要在用戶要求的時間范圍內，是可以變化的。通過碳的氧化造成溶池的激烈沸騰以去除鋼中的氣體和非金屬雜物其反應式為 [37]： FeOCeo??(2)除去雜質。(3)調整鋼液成份和溫度。主煉鋼區(qū)域的重要生產(chǎn)設備為轉爐或電弧爐，精煉爐、連鑄機和模鑄。鋼鐵生產(chǎn)一般用兩類煉鋼爐：轉爐和電弧爐，其中轉爐更為常見。在精煉爐內通過添加金屬成分等生產(chǎn)特定鋼級的鋼水。為了提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，就需要把盡可能多的爐次計劃在同一連鑄機上進行連續(xù)澆鑄。? 影響模鑄計劃的另一個因素是工藝條件，它包括臺車線是否被占用、是否有鋼種對應的錠模來澆鑄鋼錠；? 模鑄工藝還包括熱模鑄和冷模鑄，冷模鑄需要錠模預熱過程，同時也可能因此來構成模鑄計劃的約束。其主要的工藝特點是：生產(chǎn)過程是多階段連續(xù)進行的，帶有間歇性；工藝路線與鋼種有關，不同類型的鋼種可能有不同的精煉需求及處理時間需求；前后工序的物流要協(xié)調一致，時間節(jié)奏要緊密銜接；生產(chǎn)過程一般都需要高溫連續(xù)作業(yè)，沒有中間庫存，等待時間的增加可能意味著溫度的降低、再升溫能源的浪費和生產(chǎn)成本的增加；需要對加工對象進行一定組合，按批量生產(chǎn)。L D 1L D 2L D 33 R H5 R H 15 R H 2L F 1L F 21 C C2 C C3 C CK I P東北大學碩士學位論文 第二章連鑄模鑄混合生產(chǎn)煉鋼調度過程描述 9 圖 工藝流程示意圖 Diagram of the sketch map of product多設備主要體現(xiàn)在：生產(chǎn)過程中爐次計劃需要進行加工的設備眾多，包括主要加工階段(冶煉、精煉和連鑄/模鑄)的設備，另外在生產(chǎn)過程中還涉及天車，臺車，模鑄澆注工位，模鑄澆注錠模等輔助設備資源的合理分配，才能保證生產(chǎn)的穩(wěn)定進行。 煉鋼調度系統(tǒng)關聯(lián)分析國內某煉鋼廠的生產(chǎn)管理(計算機軟件系統(tǒng)關聯(lián)關系)主要是分級方式，即LLL3 和 L4 級，分別表示生產(chǎn)和運維底層、過程控制層、制造執(zhí)行管理系統(tǒng)層和企業(yè)資源計劃層 [3843]。通過 MES把 MRPⅡ/ERP 與企業(yè)的現(xiàn)場控制有機東北大學碩士學位論文 第二章連鑄模鑄混合生產(chǎn)煉鋼調度過程描述 10 地集成起來，其關鍵是強調整個生產(chǎn)過程的優(yōu)化，同時又與計劃層和控制層保持雙向的通信能力，從上下兩層接收相應的數(shù)據(jù)并反饋處理和生產(chǎn)指令。這些子系統(tǒng)采用的技術和結構 形式可以多種多樣，例如，可以是基于 PC 的分布式系統(tǒng)、PLC 系統(tǒng)，也可以是智能化的機電一體化設備，通過總線方式接入綜合信息化監(jiān)控層網(wǎng)絡。調度管理關系如下圖 所示：煉鋼 連鑄 / 模鑄混合計劃調度管理關聯(lián)關系L 3L 2L 4調 度 管 理煉 鐵 生 產(chǎn) 熱 軋 生 產(chǎn)澆 鑄 順計 劃出 鋼 順計 劃煉鋼煉鐵熱軋實 時 運行 狀 態(tài)圖 煉鋼連鑄/模鑄混合計劃調度管理關聯(lián)關系 Diagram of relationship of steelmaking continuous and mould casting schedule management管理過程的流程描述：? L4 下發(fā)澆鑄順計劃給調度，調度人員根據(jù)實際情況安排生產(chǎn)，編制出鋼計劃；東北大學碩士學位論文 第二章連鑄模鑄混合生產(chǎn)煉鋼調度過程描述 11 ? 下發(fā)到 L2，執(zhí)行；? L2 實時上傳運行狀態(tài)；? 調度根據(jù)運行狀態(tài)，不斷修正、調整出鋼順計劃，再次下發(fā)；? 以上過程多次反饋；? 煉鐵與煉鋼相互協(xié)調(鐵鋼對應)；? 煉鋼與熱軋相互協(xié)調(熱送板坯、保溫緩沖等)。另外在進行無澆期模鑄計劃生產(chǎn)的時候，由于無澆期模鑄計劃比有澆期模鑄計劃和連鑄計劃的優(yōu)先級低，在轉爐和精煉階段對于設備選擇的優(yōu)先級別也是最低的，所以無澆期模鑄計劃可能造成整體調度結果不夠優(yōu)化，這樣需要在局部損失一些參數(shù)的優(yōu)化來提高整體的優(yōu)化性能。(4)多目標性實際的計劃調度往往是多目標的，并且各個目標之間可能發(fā)生沖突。(5)多約束性任何一個調度問題都要滿足機器、工件和定單等多方面的約束。由于調度問題大都是NPhard的組合優(yōu)化問題，求解時間隨問題規(guī)模呈指數(shù)增長。因此輔助設備與主體設備協(xié)調調度方法的研究對整個調度計劃的可行性起到重要作用。到目前為止，還沒有一套完整的、完全實用的數(shù)學模型可供借鑒。所以考慮生產(chǎn)調度時，迫切的需要把煉鋼車間的整個運行過程看成是一個互相影響、緊密結合的統(tǒng)一整體，從整體的角度考慮物流、能量流、時間流的組織與管制。調度問題包括對連鑄計劃的計劃編制，也能完成含有連鑄模鑄混合計劃的計劃編制，利用策略的理論和方法，研究煉鋼連鑄/ 模鑄混合生產(chǎn)調度的調度方法，力求在滿足生產(chǎn)的情況下達到計劃的整體優(yōu)化性。由于有澆期模鑄計劃存在生產(chǎn)交貨期的特殊性，使得調度問題愈加復雜化。根據(jù)數(shù)學排列組合公式： ()!()mnC??，在 6 個元素中無先后順序的取出任意非零 個元素，組合方式為：n? m ()12345666NC??根據(jù)多項式數(shù)學公式： ()01 1()nnmnnnxyCxyxyxyC????????東北大學碩士學位論文 第三章煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)調度策略與實現(xiàn) 15 當 時，1xy? ()0112nmnnnCC?????所以 13456066 623N?在實際生產(chǎn)的過程中，有些組合情況調度現(xiàn)場沒有出現(xiàn)過。在進行計劃編制的時候，調度計劃有單純連鑄計劃的編制和連鑄/模鑄混合計劃，而且還需要考慮新增計劃和原有調度計劃對于設備的占用情況，這樣可以將新增計劃和原有主體設備的調度計劃分成一下幾類問題。雖然有關煉鋼連鑄的調度文獻不少，但是由于煉鋼模鑄生產(chǎn)的特殊性和存在模鑄工藝的鋼廠在國內本來就是很少，所以關于存在模鑄生產(chǎn)這個方面的文獻少之又少，而且目前大多數(shù)的煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)調度都停留在交互式調度和經(jīng)驗式調度的水平上。而且，在實際煉鋼生產(chǎn)過程中，由于冶金過程的復雜性和生產(chǎn)實踐諸多的不確定性，加上人為干擾因素，調度人員在編制煉鋼連鑄調度計劃時不愿意多排入計劃，對計劃采取走一步看一步的做法，這樣不僅降低了優(yōu)化性而且生產(chǎn)效率也不高。這些工位之間互為供求關系。 存在問題由于現(xiàn)在現(xiàn)場的煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)計劃是由人工排定的，對計劃在以后的執(zhí)行效果沒有一個直觀的、明確的認識，所以很難判斷編制出的調度計劃是否是最優(yōu)或是較優(yōu)，也難以判斷計劃的問題具體會出現(xiàn)在哪里；而且煉鋼連鑄/ 模鑄混合生產(chǎn)過東北大學碩士學位論文 第二章連鑄模鑄混合生產(chǎn)煉鋼調度過程描述 13 程要考慮同時考慮連鑄與模鑄混合調度計劃的路徑和時間的選擇，也要考慮有澆期模鑄計劃的開澆時間帶來的約束以及考慮無澆期模鑄計劃安排開澆時間不確定性帶來的調度結果的不同，由于這些原因到現(xiàn)在沒有一套完整的煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)調度方案，從而加重了操作人員的工作量，降低了調度過程的效率和調度結果的不優(yōu)化性。(6)主體設備與輔助設備綜合協(xié)調調度的復雜性從國內外研究資料表明，對煉鋼連鑄生產(chǎn)調度系統(tǒng)研究均局限在主體設備(轉爐，精煉爐，連鑄機/模鑄機)上，很少有人關注輔助設備 (鋼包、天車、臺車，模鑄澆注工位等) 調度問題。這些構成了調度問題的種種約束。此外，還要考慮有效利用設備資源、降低成本等。(3)計算復雜性東北大學碩士學位論文 第二章連鑄模鑄混合生產(chǎn)煉鋼調度過程描述 12 由于調度問題是在等