【文章內(nèi)容簡介】 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)場實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行測試，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++語言和 Oracle 10g/MSSQL 數(shù)據(jù)庫技術(shù)建立了調(diào)度系統(tǒng)的算法主體部分，并通過建立動態(tài)鏈接庫的方式實(shí)現(xiàn)其他程序?qū)λ惴ǔ潭鹊恼{(diào)用。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(jì)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(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)度過程描述 1 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(jì)劃在某個設(shè)備上的作業(yè)時間范圍。一個爐次整個生產(chǎn)過程中包括多個生產(chǎn)工位。(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。(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。一個工序可能包含多個工位，例如一個多重精煉工序包含多個工位，每一重精煉就是一個工位。(4)路徑：一般情況下與爐次對應(yīng)，指一個爐次中各個單元工位的順序集合。(5)澆次：由工藝要求決定的多個爐次順序構(gòu)成的集合。(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。(7)處理時間：一個單元的作業(yè)時間范圍。(8)傳擱時間：工位間的運(yùn)輸、傳遞時間。(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。(10)煉鋼連鑄/模鑄調(diào)度計(jì)劃：簡稱調(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)行的開始時刻和結(jié)束時刻。它具體明確了某個設(shè)備需要順序完成哪些個爐次計(jì)劃，在什么時刻開始加工，在什么時刻結(jié)束加工；同時也明確了某個爐次計(jì)劃在多個設(shè)備上的加工次序及作業(yè)時間。(11)半爐次計(jì)劃：已經(jīng)開始生產(chǎn)，但在澆鑄工位還未開始生產(chǎn)的爐次計(jì)劃；(12)整爐次計(jì)劃：沒有開始生產(chǎn)的爐次計(jì)劃。(13)有澆期模鑄計(jì)劃：按照要求，要在規(guī)定的時間，即在開澆時間之前進(jìn)行澆注生產(chǎn)。(14)無澆期模鑄計(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 間冗 余 等 待 時 間沖 突一 個 工 序一 個 爐 次準(zhǔn) 備 時 間 靜 置 時 間 當(dāng) 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(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(jì)劃，實(shí)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(jì)劃；爐次“1”表示的一個半爐次連鑄計(jì)劃，爐次“A ”表示一個半爐次模鑄計(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。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。甘特圖表示了各爐次及其各個工位在煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)過程中的任務(wù)安排，同時表現(xiàn)了爐次在路徑與作業(yè)時間的兩維關(guān)系，使調(diào)度人員可以在整體上觀察到整個生產(chǎn)的任務(wù)安排情況，同時可以看到當(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為了表述問題，也為了能直觀描述問題需要，文中對于調(diào)度問題的闡述和說明都是在甘特圖基礎(chǔ)上進(jìn)行的。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]。鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)調(diào)度是一個東北大學(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 4 極為復(fù)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(jī)器設(shè)置和移除時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)度必須建立在對鋼鐵生產(chǎn)工藝過程的充分了解基礎(chǔ)之上。人類冶煉鋼鐵的歷史可以追溯到公元前一千年?，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?，F(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)工藝過程較為復(fù)雜，涉及的工序很多，一個典型鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)工藝過程如圖 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，同時對此過程的調(diào)度管理對確保鋼鐵企業(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。所以煉鋼連鑄/模鑄生產(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。從煉鋼工序到連鑄模鑄工序是整個鋼鐵生產(chǎn)流程的重要組成部分，其設(shè)備、產(chǎn)品種類繁多，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)劃往往會要在同一班次進(jìn)行生產(chǎn)。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。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)。煉鋼包括轉(zhuǎn)爐/電弧爐煉鋼和精煉兩個階段，基本任務(wù)包括以下 3 個方面：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，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)一般用兩類煉鋼爐：轉(zhuǎn)爐和電弧爐，其中轉(zhuǎn)爐更為常見。根據(jù)原料來源特點(diǎn)，煉鋼爐必須保證能消化所有高爐生產(chǎn)出來的鐵水。而在煉鋼爐的輸出方面，每一爐生產(chǎn)的鋼水都具有一個特定的鋼級，煉鋼爐每次加工的鋼水都是一個滿容量。②精煉煉鋼爐生產(chǎn)出的鋼水有時還需要進(jìn)行精煉，鋼水放置在鋼包中,由天車、臺車運(yùn)送到精煉設(shè)備處，一個鋼包的容量和一個爐次的容量相等。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。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。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 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，鋼水通過大包流入連鑄機(jī)的結(jié)晶器拉制成具有一定鋼級和規(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。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。板坯有幾個重要參數(shù):寬度、厚度、長度、重量和鋼級。每個爐次生產(chǎn)的鋼水重量都是固定的，一個爐次的鋼水在連鑄機(jī)上澆注出來的板坯一般為 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 個跨，4 條臺車線，7 個處理位(30，31，40，41，51，52，61)，每兩個相鄰處理位共用一個臺車線；? 在制造時間上，模鑄計(jì)劃的處理時間，在轉(zhuǎn)爐上一般是 45 到 50 分鐘，精煉與鋼種有關(guān)，普遍占較長時間，模鑄時間與具體鋼種有關(guān)，靜置時間一般是 4 到 5 個小時，最長的約 8 小時，有些鋼種的靜置時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)先級規(guī)則，訂單存在交貨期，對于一些有澆期模鑄訂單，是在要開澆時間之前生產(chǎn)，對于一些無澆期模鑄計(jì)劃的訂單，一般情況下是按轉(zhuǎn)爐處理能力來安排無澆期模鑄計(jì)劃，且具體模鑄計(jì)劃無具體處理位，模鑄計(jì)劃間一般也無東北大學(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 7 作業(yè)順序要求；? 對于有澆期模鑄訂單，則要在規(guī)定時間前完成，而且有澆期模鑄計(jì)劃的優(yōu)先級，是比連鑄計(jì)劃的優(yōu)先級別高的，即當(dāng)需要有澆期模鑄生產(chǎn)的時候，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(jì)劃的約束。 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。IC)生產(chǎn)過程由冶煉、精煉和連鑄 /模鑄三個主要階段構(gòu)成，如圖 ，整體煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)過程是一個由冶煉、精煉和連鑄三個生產(chǎn)階段構(gòu)成，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、IR_UT 設(shè)備等)及多臺連鑄機(jī)和模鑄機(jī)。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