【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 計(jì)劃與混合澆期模鑄計(jì)劃啟發(fā)式編制方法、整爐次連鑄與混合澆期模鑄計(jì)劃啟發(fā)式編制方法和連鑄/模鑄混合生產(chǎn)調(diào)度批次綜合方法；3) 在總結(jié)多生產(chǎn)模式連鑄/模鑄混合生產(chǎn)調(diào)度策略基礎(chǔ)上，進(jìn)行了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，包括靜態(tài)調(diào)度子系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想、初始化、數(shù)據(jù)輸入/輸出、人機(jī)界面、數(shù)據(jù)處理以及主體算法模塊；4) 應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證了調(diào)度整體解決方案、連鑄/模鑄混合生產(chǎn)調(diào)度策略和調(diào)度方法的有效性。5) 采用 C++語(yǔ)言和 Oracle 10g/MSSQL 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)建立了調(diào)度系統(tǒng)的算法主體部分，并通過(guò)建立動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的方式實(shí)現(xiàn)其他程序?qū)λ惴ǔ潭鹊恼{(diào)用。6) 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的模擬驗(yàn)證，通過(guò)甘特圖和表格的方式顯示得到仿真測(cè)試的結(jié)果，可以看出，對(duì)于煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)計(jì)劃的編制結(jié)果可以達(dá)到功能要的要求，并且通過(guò)軟件的測(cè)試，調(diào)度的方法可以在比較短的時(shí)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(jì)劃的計(jì)劃編制。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(guò)程描述 1 第二章 連鑄模鑄混合生產(chǎn)煉鋼調(diào)度過(guò)程描述 引言為了方便討論和統(tǒng)一對(duì)業(yè)務(wù)對(duì)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(gè)處理操作過(guò)程中，指一個(gè)爐次計(jì)劃在某個(gè)設(shè)備上的作業(yè)時(shí)間范圍。一個(gè)爐次整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中包括多個(gè)生產(chǎn)工位。(2)爐次：一爐鐵水經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)爐冶煉后，順序經(jīng)過(guò)精煉過(guò)程和連鑄過(guò)程的一個(gè)作業(yè)單位，它由多個(gè)連續(xù)的單元組成，相當(dāng)于工件 Job。(3)工序：指煉鋼過(guò)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。一個(gè)工序可能包含多個(gè)工位，例如一個(gè)多重精煉工序包含多個(gè)工位，每一重精煉就是一個(gè)工位。(4)路徑：一般情況下與爐次對(duì)應(yīng)，指一個(gè)爐次中各個(gè)單元工位的順序集合。(5)澆次：由工藝要求決定的多個(gè)爐次順序構(gòu)成的集合。(6)沖突：同一工位上的兩個(gè)或多個(gè)單元在作業(yè)時(shí)間上的重疊。(7)處理時(shí)間：一個(gè)單元的作業(yè)時(shí)間范圍。(8)傳擱時(shí)間：工位間的運(yùn)輸、傳遞時(shí)間。(9)斷澆：一個(gè)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。(10)煉鋼連鑄/模鑄調(diào)度計(jì)劃：簡(jiǎn)稱調(diào)度計(jì)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(kāi)始時(shí)刻和結(jié)束時(shí)刻。它具體明確了某個(gè)設(shè)備需要順序完成哪些個(gè)爐次計(jì)劃，在什么時(shí)刻開(kāi)始加工，在什么時(shí)刻結(jié)束加工；同時(shí)也明確了某個(gè)爐次計(jì)劃在多個(gè)設(shè)備上的加工次序及作業(yè)時(shí)間。(11)半爐次計(jì)劃：已經(jīng)開(kāi)始生產(chǎn)，但在澆鑄工位還未開(kāi)始生產(chǎn)的爐次計(jì)劃；(12)整爐次計(jì)劃：沒(méi)有開(kāi)始生產(chǎn)的爐次計(jì)劃。(13)有澆期模鑄計(jì)劃：按照要求，要在規(guī)定的時(shí)間，即在開(kāi)澆時(shí)間之前進(jìn)行澆注生產(chǎn)。(14)無(wú)澆期模鑄計(jì)劃：在保證有澆期模鑄計(jì)劃和連鑄計(jì)劃生產(chǎn)順利進(jìn)行的前提下，可以在任意時(shí)間生產(chǎn)，但是要兼顧整體生產(chǎn)的優(yōu)化性。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(guò)程描述 2 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(shí) 間冗 余 等 待 時(shí) 間沖 突一 個(gè) 工 序一 個(gè) 爐 次準(zhǔn) 備 時(shí) 間 靜 置 時(shí) 間 當(dāng) 前 時(shí) 間 t模 鑄 一 個(gè) 澆 次開(kāi) 澆 時(shí) 間 1 2 3 4連 鑄 一 個(gè) 澆 次啟 動(dòng) 時(shí) 間 A B開(kāi) 澆 時(shí) 間 工 位圖 調(diào)度計(jì)劃甘特圖形式 Diagram of schedule plan show in Gantt paragraph一般情況下調(diào)度計(jì)劃有兩種表示形式，甘特圖和表格。圖 所示為連鑄和模鑄混合生產(chǎn)的調(diào)度計(jì)劃的甘特圖表示形式，為了容易分別相鄰爐次用不同顏色進(jìn)行表示。如圖所示，縱軸為設(shè)備列表，表明煉鋼連鑄/模鑄混合過(guò)程中的設(shè)備情況，橫軸是時(shí)間坐標(biāo)軸，表示作業(yè)時(shí)間坐標(biāo)；圖中數(shù)字 14 代表爐次在澆次內(nèi)序號(hào)(這里只畫(huà)出一個(gè)澆次的計(jì)劃，實(shí)際生產(chǎn)中是多個(gè)澆次構(gòu)成一個(gè)連連澆 Cast 連續(xù)澆鑄) ，圖中字母“A” 、 “B”表示兩個(gè)模鑄澆次計(jì)劃；爐次“1”表示的一個(gè)半爐次連鑄計(jì)劃，爐次“A ”表示一個(gè)半爐次模鑄計(jì)劃；爐次 24 表示整爐次連鑄計(jì)劃，爐次“B”表示整爐次模鑄計(jì)劃；每條橫線代表一個(gè)機(jī)器設(shè)備，每個(gè)長(zhǎng)方型代表一個(gè)工位，長(zhǎng)方形的長(zhǎng)表示所在機(jī)器上加工時(shí)間的范圍；由虛線連接的多個(gè)長(zhǎng)方形表示一個(gè)爐次，同一個(gè)爐次的兩個(gè)相鄰工位間的虛線表示為運(yùn)輸時(shí)間與冗余等待時(shí)間之和。豎線是表示當(dāng)前時(shí)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(shí)間工位使用情況，爐次生產(chǎn)情況。甘特圖表示了各爐次及其各個(gè)工位在煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)過(guò)程中的任務(wù)安排，同時(shí)表現(xiàn)了爐次在路徑與作業(yè)時(shí)間的兩維關(guān)系，使調(diào)度人員可以在整體上觀察到整個(gè)生產(chǎn)的任務(wù)安排情況，同時(shí)可以看到當(dāng)前生產(chǎn)執(zhí)行的狀態(tài)(哪些單元未生產(chǎn)、哪些單元正在生產(chǎn)、哪些單元已生產(chǎn)結(jié)束、某個(gè)具體設(shè)備上是否正在生產(chǎn)等)，這是非常直觀的表現(xiàn)形式。表格形式可以按不同的字段標(biāo)識(shí)進(jìn)行瀏覽和編輯，其中每一行都是一條爐次計(jì)劃，其中包含內(nèi)容如下圖 所示。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(guò)程描述 3 圖 調(diào)度計(jì)劃的表格形式 Diagram of schedule plan show in table為了表述問(wèn)題，也為了能直觀描述問(wèn)題需要，文中對(duì)于調(diào)度問(wèn)題的闡述和說(shuō)明都是在甘特圖基礎(chǔ)上進(jìn)行的。圖 鋼鐵生產(chǎn)工藝過(guò)程 Diagram of the process of steel making鋼鐵生產(chǎn)是一個(gè)高溫、高能耗、物流量巨大的加工過(guò)程，整個(gè)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]。鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)調(diào)度是一個(gè)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(guò)程描述 4 極為復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題，涉及到多方面的問(wèn)題:工件聚類(lèi)與加工優(yōu)先級(jí)約束、機(jī)器設(shè)置和移除時(shí)間以及工件等待的高費(fèi)用 [33,34,35]等。高效實(shí)用的鋼鐵生產(chǎn)調(diào)度必須建立在對(duì)鋼鐵生產(chǎn)工藝過(guò)程的充分了解基礎(chǔ)之上。人類(lèi)冶煉鋼鐵的歷史可以追溯到公元前一千年。現(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。現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)工藝過(guò)程較為復(fù)雜，涉及的工序很多，一個(gè)典型鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)工藝過(guò)程如圖 所示 [36]，可以分為三大部分：煉鐵(Iron Making)區(qū)域、主煉鋼(Primary Steelmaking)區(qū)域和精整加工(Finishing)區(qū)域，其中主煉鋼區(qū)域包括煉鋼、連鑄、熱軋等工序，精整加工區(qū)域包括冷軋、鍍涂等工序。 煉鋼生產(chǎn)工藝流程煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)過(guò)程是現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)的核心工序, 其基本生產(chǎn)流程是轉(zhuǎn)爐將高爐生產(chǎn)的鐵水進(jìn)一步冶煉為鋼水，經(jīng)過(guò)精煉爐進(jìn)行精煉后，以保證鋼水的化學(xué)成分和溫度等工藝指標(biāo)滿足制造工藝的要求, 然后在連鑄機(jī)或者模鑄機(jī)上澆注成一定尺寸外形的板坯，供給下游生產(chǎn)工序或用戶。因此，煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)具有承上啟下的地位和作用，同時(shí)對(duì)此過(guò)程的調(diào)度管理對(duì)確保鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)的高效運(yùn)行起著非常重要的作用。國(guó)內(nèi)某煉鋼廠煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)過(guò)程是一個(gè)由冶煉、精煉、模鑄和連鑄四個(gè)生產(chǎn)階段構(gòu)成的，一般情況下有多臺(tái)轉(zhuǎn)爐設(shè)備、多臺(tái)類(lèi)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(tái)連鑄機(jī)以及多個(gè)模鑄工位組成。所以煉鋼連鑄/模鑄生產(chǎn)過(guò)程是存在多設(shè)備并行機(jī)條件下，不同類(lèi)型、不同批次的生產(chǎn)原料(鐵水、冶煉鋼水、精煉鋼水等)，通過(guò)物流運(yùn)輸系統(tǒng)(天車(chē)、臺(tái)車(chē)、鋼包、鐵水包等)在時(shí)間維度與設(shè)備維度上進(jìn)行交叉、流轉(zhuǎn)的復(fù)雜過(guò)程。從煉鋼工序到連鑄模鑄工序是整個(gè)鋼鐵生產(chǎn)流程的重要組成部分，其設(shè)備、產(chǎn)品種類(lèi)繁多，這樣就造成不同鋼種要求的加工路徑不同。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(jì)劃往往會(huì)要在同一班次進(jìn)行生產(chǎn)。另外連鑄和模鑄的開(kāi)澆時(shí)間，只要在用戶要求的時(shí)間范圍內(nèi)，是可以變化的。工藝路線與鋼種有關(guān)，不同類(lèi)型的鋼種可能有不同的精煉需求及處理時(shí)間需求；前后工序的物流要協(xié)調(diào)一致，時(shí)間節(jié)奏要緊密銜接；生產(chǎn)過(guò)程一般都需要高溫連續(xù)作業(yè)，沒(méi)有中間庫(kù)存，等待時(shí)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(duì)加工對(duì)象進(jìn)行一定組合，按批量生產(chǎn)。煉鋼包括轉(zhuǎn)爐/電弧爐煉鋼和精煉兩個(gè)階段，基本任務(wù)包括以下 3 個(gè)方面：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(guò)程描述 5 (1)脫碳并將其含量調(diào)整到一定范圍。鋼中含碳量增加，則硬度、強(qiáng)度、脆性都將提高，而延展性能將下降。通過(guò)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)。主要包括：①.脫磷、脫硫。P 可以引起鋼的冷脆，而 S 則引起鋼的熱脆。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。(3)調(diào)整鋼液成份和溫度。為保證鋼的各種物理、化學(xué)性能，還應(yīng)加入適量的合金元素，并使其含量達(dá)到規(guī)定要求；控制溫度主要是保持一定的溫度范圍，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。主煉鋼區(qū)域包括圖 中的煉鋼、連鑄和熱軋，是鋼鐵生產(chǎn)中的主要工序。主煉鋼區(qū)域接收高爐煉制出來(lái)的鐵水，并將鐵水加工成為半成品(板坯、鋼卷、棒材、線材等)，這些半成品根據(jù)其中所含的金屬成分不同分為不同的鋼級(jí)，規(guī)格也不盡相同。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。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(guò)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(dá)到一定的出鋼溫度準(zhǔn)備澆鑄。高爐鐵水運(yùn)輸?shù)綗掍摖t后，和廢鋼一起傾倒入煉鋼爐中。然后通過(guò)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。鋼鐵生產(chǎn)一般用兩類(lèi)煉鋼爐：轉(zhuǎn)爐和電弧爐，其中轉(zhuǎn)爐更為常見(jiàn)。根據(jù)原料來(lái)源特點(diǎn)，煉鋼爐必須保證能消化所有高爐生產(chǎn)出來(lái)的鐵水。而在煉鋼爐的輸出方面，每一爐生產(chǎn)的鋼水都具有一個(gè)特定的鋼級(jí)，煉鋼爐每次加工的鋼水都是一個(gè)滿容量。②精煉煉鋼爐生產(chǎn)出的鋼水有時(shí)還需要進(jìn)行精煉，鋼水放置在鋼包中,由天車(chē)、臺(tái)車(chē)運(yùn)送到精煉設(shè)備處，一個(gè)鋼包的容量和一個(gè)爐次的容量相等。在精煉爐內(nèi)通過(guò)添加金屬成分等生產(chǎn)特定鋼級(jí)的鋼水。精煉過(guò)程中，每爐鋼都經(jīng)過(guò)的規(guī)定數(shù)量的精煉工位加工，即可能一爐鋼要經(jīng)過(guò)多個(gè)精煉工位，而每一個(gè)精煉工位對(duì)其加工設(shè)備都有工藝精煉類(lèi)型要求。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(guò)程描述 6 ③連鑄精煉后的鋼水運(yùn)往連鑄機(jī)進(jìn)行加工，滿足成份和溫度要求的精煉鋼水被注入連鑄機(jī)上面的大包，鋼水通過(guò)大包流入連鑄機(jī)的結(jié)晶器拉制成具有一定鋼級(jí)和規(guī)格的鋼坯，并為熱軋工序或其它工序提供原料。連鑄機(jī)要盡量連續(xù)澆鑄，否則就必須重新引桿開(kāi)啟鑄機(jī)，每開(kāi)啟一次連鑄機(jī)需要設(shè)備的調(diào)整時(shí)間和調(diào)整費(fèi)用，而且會(huì)使產(chǎn)量降低。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(jì)劃在同一連鑄機(jī)上進(jìn)行連續(xù)澆鑄。板坯有幾個(gè)重要參數(shù):寬度、厚度、長(zhǎng)度、重量和鋼級(jí)。每個(gè)爐次生產(chǎn)的鋼水重量都是固定的，一個(gè)爐次的鋼水在連鑄機(jī)上澆注出來(lái)的板坯一般為 1020 塊左右。附圖 ，模鑄線生產(chǎn)布局示意圖：圖 模鑄線生產(chǎn)布局示意圖 Diagram of the position mould casting line④模鑄某煉鋼廠有其特有的生產(chǎn)方式，模鑄生產(chǎn)就是最明顯的特別之處，模鑄的主要工藝情況如下：? 某煉鋼模鑄部分由 2 個(gè)跨，4 條臺(tái)車(chē)線，7 個(gè)處理位(30，31，40，41，51，52，61)，每?jī)蓚€(gè)相鄰處理位共用一個(gè)臺(tái)車(chē)線；? 在制造時(shí)間上，模鑄計(jì)劃的處理時(shí)間，在轉(zhuǎn)爐上一般是 45 到 50 分鐘，精煉與鋼種有關(guān)，普遍占較長(zhǎng)時(shí)間，模鑄時(shí)間與具體鋼種有關(guān)，靜置時(shí)間一般是 4 到 5 個(gè)小時(shí)，最長(zhǎng)的約 8 小時(shí)，有些鋼種的靜置時(shí)間是有最大邊界限制(不能超期靜置)；? 模鑄計(jì)劃在一天內(nèi)大約有 14 條左右，占一天計(jì)劃的 5%~10%；? 模鑄計(jì)劃有一定的優(yōu)先級(jí)規(guī)則，訂單存在交貨期，對(duì)于一些有澆期模鑄訂單，是在要開(kāi)澆時(shí)間之前生產(chǎn)，對(duì)于一些無(wú)澆期模鑄計(jì)劃的訂單，一般情況下是按轉(zhuǎn)爐處理能力來(lái)安排無(wú)澆期模鑄計(jì)劃，且具體模鑄計(jì)劃無(wú)具體處理位，模鑄計(jì)劃間一般也無(wú)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(guò)程描述 7 作業(yè)順序要求；? 對(duì)于有澆期模鑄訂單，則要在規(guī)定時(shí)間前完成，而且有澆期模鑄計(jì)劃的優(yōu)先級(jí)，是比連鑄計(jì)劃的優(yōu)先級(jí)別高的，即當(dāng)需要有澆期模鑄生產(chǎn)的時(shí)候，即使出現(xiàn)連鑄斷澆的情況，也要保證有澆期模鑄生產(chǎn)。? 影響模鑄計(jì)劃的另一個(gè)因素是工藝條件，它包括臺(tái)車(chē)線是否被占用、是否有鋼種對(duì)應(yīng)的錠模來(lái)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(guò)程，同時(shí)也可能因此來(lái)構(gòu)成模鑄計(jì)劃的約束。 煉鋼調(diào)度過(guò)程描述 煉鋼調(diào)度特性分析煉鋼連鑄/模鑄混合(SCCamp。IC)生產(chǎn)過(guò)程由冶煉、精煉和連鑄 /模鑄三個(gè)主要階段構(gòu)成，如圖 ，整體煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)過(guò)程是一個(gè)由冶煉、精煉和連鑄三個(gè)生產(chǎn)階段構(gòu)成，一般情況下有多臺(tái)轉(zhuǎn)爐設(shè)備、多臺(tái)類(lèi)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、IR_UT 設(shè)備等)及多臺(tái)連鑄機(jī)和模鑄機(jī)。所以煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)過(guò)程是存在多設(shè)備并行機(jī)條