【正文】 證 ....................................................................... 57 課題背景 ....................................................................................................................... 57 組織機構 ....................................................................................................................... 57 設備條件 ............................................................................................................ 58 工藝流程 ............................................................................................................ 59 系統(tǒng)運行環(huán)境與網絡結構 ........................................................................................... 59 實驗驗證 ....................................................................................................................... 60 實驗驗證效果 ...................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 調度問題的分類方法有許多種，如： (1)根據加工系統(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)已經成為 MES 產品競爭不可缺少的關鍵點之一。 ? 模鑄的增加可以實現銷售計劃，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，這個時候要分配給模鑄生產，調節(jié)整體加工生產的節(jié)奏。改善生產調度方案，可以大大提高生產效益和資源利用率，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、鋼水溫度補償等動態(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。 (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)式算法和插入方東北大學碩士學位論文 第一章 緒 論 4 法 等。它的主要思路是 :通過一個 Lyaplmov能量函數構造網絡的極值，當網絡迭代收斂時，能量函數達到極小，使與能量函數對應的目標函數得到優(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，綜合運用了神經網絡、遺傳算法和實時仿真等方法。鋼鐵 生產是一個多階段、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 /模鑄混合生產加工的特殊工藝情況，提出解決方法。 6) 通過現場數據的模擬驗證，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，實現了煉鋼 連鑄 /模鑄混合生產計劃的計劃編制。 (3)工序：指煉鋼過程的階段數，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順利進行的前提下，可以在任意時間生產，但是要兼顧整體生產的優(yōu)化性。 豎線是表示當前時間 t，利用這條虛線作為參照軸，是隨著生產的進行，可以觀察到相應時間工位使用情況，爐次生產情況 。 圖 鋼鐵生產工藝過程 Diagram of the process of steel making 鋼鐵生產是一個高溫、高能耗、 物流量巨大的加工過程，整個生產流程工藝復雜，工序很多，各工序的工藝約束和目標也不盡相 同 [29,30,31,32]。現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 生產過程是一個由冶煉、精煉、模鑄和連鑄四個生產階段構成的，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東北大學碩士學位論文 第 二 章 連鑄模鑄混合生產煉鋼調度過程描述 6 屬雜物其反應式為 [37]： FeO C Fe Co? ? ? (2)除去雜質。 (3)調整鋼液成份和溫度。主煉鋼區(qū)域的重要生產設備為轉爐或電弧爐，精煉爐、連鑄機和模鑄。鋼鐵生產一般用兩類煉鋼爐：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特定鋼級的鋼水。為了提高生產效率，降低生產成本，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。 東北大學碩士學位論文 第 二 章 連鑄模鑄混合生產煉鋼調度過程描述 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調一致，時間節(jié)奏要緊密銜接；生產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成本的增加；需要對 加工對象進行一定組合，按批量生產。 東北大學碩士學位論文 第 二 章 連鑄模鑄混合生產煉鋼調度過程描述 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 多設備主要體現在：生產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，才能保證生產的穩(wěn)定進行。 煉鋼調度系統(tǒng)關聯分析 國內某 煉鋼廠的生產管理 (計算機軟件系統(tǒng)關聯關系 )主要是分級方式，即 L LL3 和 L4 級，分別表示生產和運維底層、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)的現場控制有機地集成起來，其關鍵是強調整個生產過程的優(yōu)化，東北大學碩士學位論文 第 二 章 連鑄模鑄混合生產煉鋼調度過程描述 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的數據并反饋處理和生產 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 關 系L 3L 2L 4調 度 管 理煉 鐵 生 產 熱 軋 生 產澆 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，調度人員根據實際情況安排生產，編制出鋼計劃 ； ? 下發(fā)到 L2，執(zhí)行 ； 東北大學碩士學位論文 第 二 章 連鑄模鑄混合生產煉鋼調度過程描述 11 ? L2 實時上傳運行狀態(tài) ； ? 調度根據運行狀態(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 ； ? 煉鐵與煉鋼相互協調 (鐵鋼對應 )； ? 煉鋼與熱軋相互協調 (熱送板坯、保溫緩沖等 )。另外在進行無澆期模鑄計劃生產的時候，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)模呈指數增長。因此輔助設 備與主體設備協調調度方 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 、完全實用的數學模型可供借鑒。所以考慮生產調度時，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 /模鑄混合生產調度 的調度方法，力求在滿足生產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 產交貨期的特殊性，使得調度問題愈加復雜化。 根據數學排列組合公式： !( )! !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? ? ? ? ? ? () 根據多項式數學公式： 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? ? ? ?? ? ? ? ??? ? ? ??? ? ? () 東北大學碩士學位論文 第 三 章 煉鋼 連鑄 /模鑄混合生產調度策略與實現 15 當 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