【正文】 是這一過程的核心環(huán)節(jié)，有著舉足輕重的地位和作用。因此， MES 起到承上啟下的作用，不但能夠完成計劃層的實現(xiàn)，而且還可以為后續(xù)的控制提供必要的參考，簡化后續(xù)工作的操作量。 多工序主要體現(xiàn)在：整個生產(chǎn)過程存在冶煉、精煉、連鑄 /模鑄 三階段，并且 由于鋼種對于成份的要求不同，經(jīng)過的精煉重數(shù)也可能是一重或者多重，甚至為了調(diào)整物流平衡，生產(chǎn)沒有經(jīng)過精煉的鋼種。 煉鋼調(diào)度過程描述 煉鋼調(diào)度特性分析 煉鋼 連鑄 /模鑄混合 (SCCamp。精煉過程中，每爐鋼都經(jīng)過的規(guī)定數(shù)量的精煉工位加工，即可能一爐鋼要經(jīng)過多個精煉工位，而每一個精煉工位對其加工設(shè)備都有工藝精煉類型要求。 ① 煉鋼 (轉(zhuǎn)爐或電弧爐 ) 煉鋼的主要任務(wù)就是按照所煉鋼種的質(zhì)量要求將煉 鋼原料 (生鐵、廢鋼 )熔化，通過氧化作用及加入鐵合金將其中的碳、錳、硫、磷及其他元素含量調(diào)整到規(guī)定的范圍并達到一定的出鋼溫度準備澆鑄。主要包括： ① .脫磷、脫硫。所以煉鋼連鑄 /模鑄生產(chǎn)過程是存在多設(shè)備并 行機條件下，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)備維度上進行交叉、流轉(zhuǎn)的復雜過程。鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)調(diào)度是一個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(diào)度過程描述 5 極為復雜的工業(yè)生產(chǎn)調(diào)度問題，涉及到多方面的問題 :工件聚類與加工優(yōu)先級約束、機器設(shè)置和移除時間以及工件等待的高費用 [33,34,35]等。 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(diào)度過程描述 3 1 L D2 L D3 R H1 C C3 C C3 L D5 R H 15 R H 21 L F2 L FI R _ U T2 C C3 I C2 I C傳 輸 時 間冗 余 等 待 時 間沖 突一 個 工 序一 個 爐 次準 備 時 間 靜 置 時 間 當 前 時 間 t模 鑄 一 個 澆 次開 澆 時 間 1 2 3 4連 鑄 一 個 澆 次啟 動 時 間 A B開 澆 時 間 工 位 圖 調(diào)度計劃 甘特圖 形式 Diagram of schedule plan show in Gantt paragraph 一般情況下調(diào)度計劃有兩種表示形式，甘特圖和表格。 (7)處理時間：一個單元的作業(yè)時間范圍。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(diào)度過程描述 2 第二章 連鑄模鑄混合生產(chǎn)煉鋼調(diào)度過程描述 引言 為了方便討論和統(tǒng)一對業(yè)務(wù)對象的理解，特將相關(guān)名詞總結(jié)如下： (1)工位：也稱為處理位， 指在 一個處理操作過程 中 ，指一個爐次計劃在某個設(shè)備上的作業(yè)時間范圍。日本京濱鋼鐵廠生產(chǎn)計劃調(diào)度系統(tǒng)的投入，使鋼水等待時間縮短 1/2，年增效益 100 萬美元。文獻 [50]針對各階段均有并行機的 HFS煉鋼 連鑄生產(chǎn)調(diào)度問題 ,建立了問題的約束滿足模型 ,將其歸結(jié)為最小化操作開工時間偏移的調(diào)度問題 。文 [4]提出的是一種新的自適應神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和啟發(fā)式算法的混合算法，用于解決工件的調(diào)度問題；文 [46]選擇一 內(nèi)嵌結(jié)構(gòu)來建立智能仿真模型來評價鋼廠的調(diào)度策略，提出一個通過仿真機制控制事件發(fā)生器和專家系統(tǒng)的框架。 (3)智能搜索方法 應用于調(diào)度問題的智能搜索方法包括模擬退火、禁忌搜索和遺傳算法等。因此，啟發(fā)式算法的研究不僅僅在于找到方法，更重要的是在求解質(zhì)量、計算復雜性和適用性 等方面對于算法進行必要的評價 [11]。 通過使用調(diào)度策略應用一下方法實現(xiàn)調(diào)度問題的求解，比如 最優(yōu)化 方法 、領(lǐng)域搜索方法、基于人工智能和實時智能的各種調(diào)度 方法。顯然，為了提 高生產(chǎn)效率，生產(chǎn)調(diào)度是企業(yè)系統(tǒng)集成的重中之重 [2,3,4]。 由上述可以看出，模鑄的存在不僅僅從提高設(shè)備利用率，提高企業(yè)效益和增加產(chǎn)品種類有著很重要的意義，同時在保護國家安全方面也有著不可或缺的作用。 模鑄工藝在國內(nèi)很多鋼廠都已經(jīng)沒有了模鑄生產(chǎn)線，由于一些鋼種只能有模鑄工藝進行加工，所以模鑄工藝存在是很有意義的，因此煉鋼 連鑄 /模鑄混合調(diào)度問題研究的意義也是不可小視的。 (2)根據(jù)加工路線的一致性分為 Flow Shop(所有工件都在同樣的設(shè)備上加工，并有一致的加工操作和加工順序 )和 Job Shop(允許工件加工具有不同的加工路徑 )調(diào)度。 mould casting。因此研究連鑄 /模鑄混合生產(chǎn)煉鋼調(diào)度問題具有較廣泛的應用前景和重要的經(jīng)濟意義。 學 位 論 文 連鑄和模鑄混合生產(chǎn)煉鋼調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā) 作 者 姓 名 ： 指 導 教 師 ： 東北大學自動化研究中心 申請學位級別 ： 碩士 學 科 類 別 ： 工學 學科專業(yè)名稱 ： 控制理論與控制工程 論文提交日期： 論文答辯日期： 學位授予日期： 答辯委員會主席： 評 閱 人 ： A Thesis for the Degree of Master in The design and development of steelmaking continuous casting and mould casting scheduling system by Zhiyu Zhang Supervisor : Tianyou Chai Northeastern University July 2020 － I－ 獨創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學位論文是在導師的指導下完成的。目前連鑄工藝還不能完全 取代模鑄工藝，模鑄工藝還有重要意義和作用。 continous casting。 調(diào)度問題的分類方法有許多種，如： (1)根據(jù)加工系統(tǒng)的復雜度分為單機和多機并行調(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(zhuǎn)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(diào)節(jié)整體加工生產(chǎn)的節(jié)奏。不僅要考慮鋼水到達時間偏差，設(shè)備故障，而且還需考慮鋼水成分不合格、鋼水溫度補償?shù)葎討B(tài)擾動事件。 (6)多目標權(quán)衡決策 :實際調(diào)度問題是多目標的，且這些目標往往相互沖突，如何對調(diào)度系統(tǒng)的不同目標進行權(quán)衡分析，實現(xiàn)多目標調(diào)度優(yōu)化是十分必要的。在深刻認識到調(diào)度問題的內(nèi)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(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，當網(wǎng)絡(luò)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]。 (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應用 的啟發(fā)式算法。 (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。 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]。 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(diào)度過程描述 6 屬雜物其反應式為 [37]： FeO C Fe Co? ? ? (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。 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(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(gòu)成模鑄計劃的約束 。 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(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)定進行。通過 MES把 MRPⅡ /ERP 與企業(yè)的現(xiàn)場控制有機地集成起來，其關(guān)鍵是強調(diào)整個生產(chǎn)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(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 ； ? 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(chǎn)煉鋼調(diào)度過程描述 11 ? L2 實時上傳運行狀態(tài) ； ? 調(diào)度根據(jù)運行狀態(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 )； ? 煉鋼與熱軋相互協(xié)調(diào) (熱送板坯、保溫緩沖等 )。 (4)多目標性 實際的計劃調(diào)度往往是多目標的，并且各個目標之間可能發(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)的情況下達到計劃的整體優(yōu)化性 。 根據(jù)數(shù)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(jù)多項式數(shù)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(chǎn)調(diào)度策略與實現(xiàn) 15 當 1xy??時， 0 1 12 n m n nn n n n nC C C C C?? ? ? ???? ? ???? ? 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