【正文】 證 ....................................................................... 57 課題背景 ....................................................................................................................... 57 組織機(jī)構(gòu) ....................................................................................................................... 57 設(shè)備條件 ............................................................................................................ 58 工藝流程 ............................................................................................................ 59 系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) ........................................................................................... 59 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 ....................................................................................................................... 60 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證效果 ...................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 調(diào)度問題的分類方法有許多種，如： (1)根據(jù)加工系統(tǒng)的復(fù)雜度分為單機(jī)和多機(jī)并行調(diào)度。動態(tài)調(diào)度是作業(yè)依次進(jìn)入待加工狀態(tài)、各種作業(yè)不斷進(jìn)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(shè)備的損壞等。所以，在國內(nèi)現(xiàn)有的鋼鐵企業(yè) MES 實(shí)施方案流程中，煉鋼 MES中，包含功能強(qiáng)大且具有實(shí)用價值的動態(tài)煉鋼調(diào)度系統(tǒng)已經(jīng)成為 MES 產(chǎn)品競爭不可缺少的關(guān)鍵點(diǎn)之一。 ? 模鑄的增加可以實(shí)現(xiàn)銷售計劃，物流平衡和增加設(shè)備利用率。 ? 物流平衡，處理成分不行的鋼水，可以澆注成份質(zhì)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(jìn)行模鑄澆 注處理，以后再進(jìn)行切割后再處理；在連鑄生產(chǎn)節(jié)奏相對于轉(zhuǎn)爐精煉工序慢很多的時候，會有一些鋼水不能進(jìn)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(diào)節(jié)整體加工生產(chǎn)的節(jié)奏。改善生產(chǎn)調(diào)度方案，可以大大提高生產(chǎn)效益和資源利用率，進(jìn)而增強(qiáng)企業(yè)的競爭能力。不僅要考慮鋼水到達(dá)時間偏差，設(shè)備故障，而且還需考慮鋼水成分不合格、鋼水溫度補(bǔ)償?shù)葎討B(tài)擾動事件。 (3)動態(tài)重調(diào)度策略 :車間制造過程的隨時性和不確定性需要不斷的進(jìn)行重調(diào)度，以處理突發(fā)的事件。 (6)多目標(biāo)權(quán)衡決策 :實(shí)際調(diào)度問題是多目標(biāo)的，且這些目標(biāo)往往相互沖突，如何對調(diào)度系統(tǒng)的不同目標(biāo)進(jìn)行權(quán)衡分析，實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)調(diào)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(lǐng)域 [8]。在深刻認(rèn)識到調(diào)度問題的內(nèi)在復(fù)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(zhì)量也不高。 (5)構(gòu)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)式算法和插入方東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒 論 4 法 等。它的主要思路是 :通過一個 Lyaplmov能量函數(shù)構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)的極值，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)迭代收斂時，能量函數(shù)達(dá)到極小，使與能量函數(shù)對應(yīng)的目標(biāo)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(jié)合的有點(diǎn)，非常適合于解決動態(tài)調(diào)度的問題。 (2)組合方法 文 [45]提出一種解決實(shí)時排序和調(diào)度問題混合方法的框架，綜合運(yùn)用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法和實(shí)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(fù)雜過程，大部分鋼鐵調(diào)度問題都是 NP難問題 。在探討爐次設(shè)備指派規(guī)則、緩解資源 沖突的方法的基礎(chǔ)上，提出面向?qū)嶋H應(yīng)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(shù)，實(shí)現(xiàn)了從高爐～煉鋼～連鑄～熱軋的一體化調(diào)度系統(tǒng)，它的特征有： (1)需求模擬仿真、過程間負(fù)荷的調(diào)整的長期預(yù)測和關(guān)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(jìn)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；周期計劃編制。 本課題是以國內(nèi)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(diǎn)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(yàn)證，通 過甘特圖和表格的方式顯示得到仿真測試的結(jié)果，可以看出，對于煉鋼 連鑄 /模鑄混合生產(chǎn)計劃的編制結(jié)果可以達(dá)到功能要的要求，并且通過軟件的測試，調(diào)度的方法可以在比較短的時間內(nèi)得到滿意的結(jié)果，實(shí)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(diào)度計劃： 簡稱調(diào)度計劃，它指定各作業(yè)的執(zhí)行設(shè)備以及在該設(shè)備上執(zhí)行的開始時刻和結(jié)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(jìn)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(dāng)前時間 t，利用這條虛線作為參照軸，是隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，可以觀察到相應(yīng)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(fù)雜，工序很多，各工序的工藝約束和目標(biāo)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(nèi)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(gòu)成的，一般情況下有多臺轉(zhuǎn)爐設(shè)備、多臺類型不同的精煉爐設(shè)備 (如 RH 設(shè)備、 LF 設(shè)備、 CAS 設(shè)備、 KIP 設(shè)備等 )，多臺連鑄機(jī)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(nèi)，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東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 二 章 連鑄模鑄混合生產(chǎn)煉鋼調(diào)度過程描述 6 屬雜物其反應(yīng)式為 [37]： FeO C Fe Co? ? ? (2)除去雜質(zhì)。 (3)調(diào)整鋼液成份和溫度。主煉鋼區(qū)域的重要生產(chǎn)設(shè)備為轉(zhuǎn)爐或電弧爐，精煉爐、連鑄機(jī)和模鑄。鋼鐵生產(chǎn)一般用兩類煉鋼爐：轉(zhuǎn)爐和電弧爐，其中轉(zhuǎn)爐更為常見。在精煉爐內(nèi)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(jī)上進(jìn)行連續(xù)澆鑄。 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 二 章 連鑄模鑄混合生產(chǎn)煉鋼調(diào)度過程描述 8 ? 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(yīng)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(yù)熱過程，同時也可能因此來構(gòu)成模鑄計劃的約束 。其主要的工藝特點(diǎn)是：生產(chǎn)過程是多階段連續(xù)進(jìn)行的，帶有間歇性；工藝路線與鋼種有關(guān)，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(diào)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(fèi)和生產(chǎn)成本的增加；需要對 加工對象進(jìn)行一定組合，按批量生產(chǎn)。 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 二 章 連鑄模鑄混合生產(chǎn)煉鋼調(diào)度過程描述 9 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 圖 工藝流程示意圖 Diagram of the sketch map of product 多設(shè)備主要體現(xiàn)在：生產(chǎn)過程中爐次計劃需要進(jìn)行加工的設(shè)備眾多，包括主要加工階段 (冶煉、精煉和連鑄 /模鑄 )的設(shè)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(shè)備資源的合 理分配，才能保證生產(chǎn)的穩(wěn)定進(jìn)行。 煉鋼調(diào)度系統(tǒng)關(guān)聯(lián)分析 國內(nèi)某 煉鋼廠的生產(chǎn)管理 (計算機(jī)軟件系統(tǒng)關(guān)聯(lián)關(guān)系 )主要是分級方式，即 L LL3 和 L4 級，分別表示生產(chǎn)和運(yùn)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(jī)地集成起來，其關(guān)鍵是強(qiáng)調(diào)整個生產(chǎn)過程的優(yōu)化，東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 二 章 連鑄模鑄混合生產(chǎn)煉鋼調(diào)度過程描述 10 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(yīng)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(shù)和結(jié)構(gòu) 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(jī)電一體化設(shè)備，通過總線方式接入綜合信息化監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò)。 調(diào)度管理關(guān)系 如下圖 所示： 煉 鋼 連 鑄 / 模 鑄 混 合 計 劃 調(diào) 度 管 理 關(guān) 聯(lián) 關(guān) 系L 3L 2L 4調(diào) 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(shí) 時 運(yùn)行 狀 態(tài) 圖 煉鋼 連鑄 /模鑄混合計劃調(diào)度管理關(guān)聯(lián)關(guān)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(diào)度，調(diào)度人員根據(jù)實(shí)際情況安排生產(chǎn)，編制出鋼計劃 ； ? 下發(fā)到 L2，執(zhí)行 ； 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 二 章 連鑄模鑄混合生產(chǎn)煉鋼調(diào)度過程描述 11 ? L2 實(shí)時上傳運(yùn)行狀態(tài) ； ? 調(diào)度根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)，不斷修正、調(diào)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(diào) (鐵鋼對應(yīng) )； ? 煉鋼與熱軋相互協(xié)調(diào) (熱送板坯、保溫緩沖等 )。另外在進(jìn)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(zhuǎn)爐和精煉階段對于設(shè)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(diào)度結(jié)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(biāo)性 實(shí)際的計劃調(diào)度往往是多目標(biāo)的，并且各個目標(biāo)之間可能發(fā)生沖突。 (5)多約束性 任何一個調(diào)度問題都要滿足機(jī)器、工件和定單等多方面的約束 。由于調(diào)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(shè) 備與主體設(shè)備協(xié)調(diào)調(diào)度方 法的研究對整個調(diào)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(shí)用的數(shù)學(xué)模型可供借鑒。所以考慮生產(chǎn)調(diào)度時，迫切的需要把煉鋼車間的整個運(yùn)行過程看成是一個互相影響、緊密結(jié)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(diào)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(diào)度 的調(diào)度方法，力求在滿足生產(chǎn)的情況下達(dá)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(diào)度問題愈加復(fù)雜化。 根據(jù)數(shù)學(xué)排列組合公式： !( )! !mn nC n m m? ? () 6n? ， 在 6個元素中無先后順序的取出任意非零 m 個元素，組合方式為： 1 2 3 4 5 66 6 6 6 6 6N C C C C C C? ? ? ? ? ? () 根據(jù)多項(xiàng)式數(shù)學(xué)公式： 0 1 1 1 1 1() n n n m n m m n n n nn n n n nx y C x C x y C x y C x y C y? ? ? ?? ? ? ? ??? ? ? ??? ? ? () 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 三 章 煉鋼 連鑄 /模鑄混合生產(chǎn)調(diào)度策略與實(shí)現(xiàn) 15 當(dāng) 1xy??時， 0 1 12 n m n nn n n n nC C C C C?? ? ? ???? ? ???? ? () 所以 1 2 3 4 5 6 6 06 6 6 6 6 6 62 6 3N C C C C C C C