【正文】 先級高于連鑄計劃的優(yōu)先級，這樣就會給連鑄生產(chǎn)的物流平衡帶來一定的困難，這就需要在優(yōu)先保證有澆期模鑄計劃生產(chǎn)的前提下，盡量保證連鑄連連澆cast連續(xù)澆鑄。過程控制層(Process Control System，PCS)：生產(chǎn)過程監(jiān)測監(jiān)控層由煉鋼各個生產(chǎn)過程監(jiān)測、監(jiān)控子系統(tǒng)構(gòu)成，完成煉鋼生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的過程監(jiān)測、自動化控制及安全監(jiān)測。調(diào)度目標(biāo)有多個：由于煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)是一個多模式，多工序，多擾動的問題，簡單的目標(biāo)不能全面綜合產(chǎn)生優(yōu)化的結(jié)果，只能從多個目標(biāo)體現(xiàn)，包括最小化最大完成時間、冗余等待時間最小、負(fù)荷均衡。所以煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)過程是存在多設(shè)備并行機(jī)條件下，不同類型、不同批次的生產(chǎn)原料(鐵水、冶煉鋼水、精煉鋼水等)，通過物流運(yùn)輸系統(tǒng)(天車、臺車、鋼包、鐵水包等)在時間維度與設(shè)備維度上進(jìn)行交叉、流轉(zhuǎn)的復(fù)雜過程。連鑄機(jī)要盡量連續(xù)澆鑄，否則就必須重新引桿開啟鑄機(jī)，每開啟一次連鑄機(jī)需要設(shè)備的調(diào)整時間和調(diào)整費(fèi)用，而且會使產(chǎn)量降低。然后通過加熱將煉鋼爐中的鐵水和廢鋼加工成均勻的液態(tài)鋼水，去除其中的雜質(zhì)和其中所含的碳使其達(dá)到希望的比例。脫磷、脫硫的反映如下 [37]： ?FS?加入強(qiáng)堿性氧化物 的目的是使 與其生成穩(wěn)定的磷酸鈣，從而提高渣氧化CaO25脫磷能力。煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)，其精煉環(huán)節(jié)包括一重精煉、二重精煉、三重精煉甚至有四重精煉，而且不同種精煉路徑的爐次計劃往往會要在同一班次進(jìn)行生產(chǎn)。人類冶煉鋼鐵的歷史可以追溯到公元前一千年。如圖所示，縱軸為設(shè)備列表，表明煉鋼連鑄/模鑄混合過程中的設(shè)備情況，橫軸是時間坐標(biāo)軸，表示作業(yè)時間坐標(biāo)；圖中數(shù)字 14 代表爐次在澆次內(nèi)序號(這里只畫出一個澆次的計劃，實際生產(chǎn)中是多個澆次構(gòu)成一個連連澆 Cast 連續(xù)澆鑄) ，圖中字母“A” 、 “B”表示兩個模鑄澆次計劃；爐次“1”表示的一個半爐次連鑄計劃，爐次“A ”表示一個半爐次模鑄計劃；爐次 24 表示整爐次連鑄計劃，爐次“B”表示整爐次模鑄計劃；每條橫線代表一個機(jī)器設(shè)備，每個長方型代表一個工位，長方形的長表示所在機(jī)器上加工時間的范圍；由虛線連接的多個長方形表示一個爐次，同一個爐次的兩個相鄰工位間的虛線表示為運(yùn)輸時間與冗余等待時間之和。(9)斷澆：一個澆次內(nèi)在連鑄工位上，本應(yīng)連續(xù)澆注的各爐次，出現(xiàn)的分?jǐn)嗲闆r。(2)爐次：一爐鐵水經(jīng)過轉(zhuǎn)爐冶煉后，順序經(jīng)過精煉過程和連鑄過程的一個作業(yè)單位，它由多個連續(xù)的單元組成，相當(dāng)于工件 Job。對于煉鋼連鑄問題，已經(jīng)有了大量的學(xué)術(shù)的研究和實際現(xiàn)場的驗證，并已經(jīng)取得了很大的成果，但是國內(nèi)外對于煉鋼連鑄/模鑄混合調(diào)度問題的研究，卻很少。日本和韓國的鋼鐵公司在解決鋼鐵調(diào)度方面占據(jù)著領(lǐng)先地位。 煉鋼調(diào)度方法研究現(xiàn)狀及應(yīng)用煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)過程是在高溫下進(jìn)行的物理化學(xué)反應(yīng)和金屬加工變形，具有高溫熔煉、高溫加工等特點，因此生產(chǎn)組織必須充分考慮利用熱能，要求連續(xù)生產(chǎn)，要求前后工序設(shè)備能力上協(xié)調(diào)，在制品在數(shù)量上、時間上緊密銜接，帶有有限的緩沖。遺傳算法解決調(diào)度問題的優(yōu)勢在于它可以隨機(jī)地從一個調(diào)度跳到另一個調(diào)度，從而可以解決其他方法易于使解陷入局部最有的問題 [20]。由于制造系統(tǒng)的復(fù)雜性，很難用一個精確的解析模型來進(jìn)行描述和分析，而通過運(yùn)行仿真模型來收集數(shù)據(jù)，則能對實際系統(tǒng)進(jìn)行性能、狀態(tài)等方面的分析，從而，能對系統(tǒng)采用合適的控制調(diào)度方法 [13,14]。調(diào)度問題復(fù)雜性研究表明，大多數(shù)調(diào)度問題屬于 NPhard 問題，對此類問題有效最優(yōu)化算法是不存在的。(2)人機(jī)協(xié)同策略:現(xiàn)有研究方法的缺陷以及人類獨(dú)特的思維能力決定了人機(jī)協(xié)同策略的生命力，大量研究表明人機(jī)協(xié)同交互策略可以減小系統(tǒng)的搜索時間，能夠在有限的時間、背景知識條件下解決一些困難的調(diào)度問題。有效的調(diào)度方法和優(yōu)化技術(shù)的研究與應(yīng)用，是實現(xiàn)先進(jìn)制造和提高生產(chǎn)效益的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。中國軍標(biāo)和美國軍標(biāo)規(guī)定若干場合不得采用連鑄鋼材，而只能采用模鑄鋼材，連鑄剛才不能取代 [1]。靜態(tài)調(diào)度是指所有待安排加工的作業(yè)均處于待加工狀態(tài)，因而進(jìn)行 1 次調(diào)度后、各作業(yè)的加工時序被確定、在以后的加工過程中就不再改變。 batch schedule policy。本文以鋼鐵企業(yè)煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)過程為背景，針對煉鋼連鑄/ 模鑄混合生產(chǎn)過程中存在模鑄的復(fù)雜性問題進(jìn)行了研究，并設(shè)計和開發(fā)了相應(yīng)的調(diào)度系統(tǒng)。論文中取得的研究成果除加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包括本人為獲得其他學(xué)位而使用過的材料。煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)過程是高溫作業(yè)過程，實時性要求高，時間效益顯著，復(fù)雜性增加。 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。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。所以，在國內(nèi)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(qiáng)大且具有實用價值的動態(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)鍵點之一。? 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。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。(6)多目標(biāo)權(quán)衡決策:實際調(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，實現(xiàn)多目標(biāo)調(diào)度優(yōu)化是十分必要的。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。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]。(2)組合方法文 [45]提出一種解決實時排序和調(diào)度問題混合方法的框架，綜合運(yùn)用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法和實時仿真等方法。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。(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；周期計劃東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒 論 6 編制。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(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，實現(xiàn)了煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)計劃的計劃編制。(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。(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。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]。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。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(yīng)式為 [37]： FeOCeo??(2)除去雜質(zhì)。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。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。? 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。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(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 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。通過 MES把 MRPⅡ/ERP 與企業(yè)的現(xiàn)場控制有機(jī)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 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，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。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 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)實際情況安排生產(chǎn)，編制出鋼計劃；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 ? 下發(fā)到 L2，執(zhí)行；? L2 實時上傳運(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)。(4)多目標(biāo)性實際的計劃調(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。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。到目前為止，還沒有一套完整的、完全實用的數(shù)學(xué)模型可供借鑒。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。根據(jù)數(shù)學(xué)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(xué)公式： ()01 1()nnmnnnxyCxyxyxyC????????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)度策略與實現(xiàn) 15 當(dāng) 時，1xy? ()0112nmnnnCC?????所以 13456066 623N?在實際生產(chǎn)的過程中，有些組合情況調(diào)度現(xiàn)場沒有出現(xiàn)過。雖然有關(guān)煉鋼連鑄的調(diào)度文獻(xiàn)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(nèi)本來就是很少，所以關(guān)于存在模鑄生產(chǎn)這個方面的文獻(xiàn)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(diào)度都停留在交互式調(diào)度和經(jīng)驗式調(diào)度的水平上。這些工位之間互為供求關(guān)系。(6)主體設(shè)備與輔助設(shè)備綜合協(xié)調(diào)調(diào)度的復(fù)雜性從國內(nèi)外研究資料表明，對煉鋼連鑄生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)研究均局限在主體設(shè)備(轉(zhuǎn)爐，精煉爐，連鑄機(jī)/模鑄機(jī))上，很少有人關(guān)注輔助設(shè)備 (鋼包、天車、臺車，模鑄澆注工位等) 調(diào)度問題。此外，還要考慮有效利用設(shè)備資源、降低成本等。 煉鋼調(diào)度復(fù)雜性分析由于煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)過程中處理機(jī)的數(shù)量、種類和環(huán)境情形各異，工件和資源的約束條件更是錯綜復(fù)雜，加上度量不同指標(biāo)的目標(biāo)函數(shù)，形成了種類繁多的調(diào)度問題，與經(jīng)典調(diào)度問題相比，煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)調(diào)度問題主要體現(xiàn)出以下特征 :(1)綜合因素分析的復(fù)雜性要準(zhǔn)確的建模、求解、及時進(jìn)行計劃編制就要對煉鋼連鑄/ 模鑄混合生產(chǎn)過程中的有澆期模鑄的開澆時間，連鑄的銜接和物流流量因素進(jìn)行綜合考慮，而有的因素之間存在著相互的關(guān)聯(lián)性，給因素的精確分析帶來了一定的很大的困難性。AMR 將 MES 定義為“位于上層的計劃管理系統(tǒng)與底層的工業(yè)控制之間的面向車間層的管理信息系統(tǒng)” ，它為操作人員和管理人員提供計劃的執(zhí)行、跟蹤以及所有資源(人、設(shè)備、物料、客戶需求等)的