【正文】 ? 按照爐次計(jì)劃是否開始生產(chǎn)可分為：半爐次計(jì)劃和整爐次計(jì)劃； ? 按照爐次計(jì)劃的類別可分為：連鑄計(jì)劃和模鑄計(jì)劃 ? 按照是否有澆期約束可分為：有澆期模鑄計(jì)劃和無澆期模鑄計(jì)劃 按照實(shí)際生產(chǎn)過程中，出現(xiàn)的爐次 類別可分為 一下六種情況 ：半爐次連鑄計(jì)劃，半爐次有澆期模鑄計(jì)劃，半爐次無澆期模鑄計(jì)劃，整爐次連鑄計(jì)劃，整爐次有澆期模鑄計(jì)劃，整爐次無澆期模鑄計(jì)劃。生產(chǎn)實(shí)際現(xiàn)場的情況的變化也增添調(diào)度的復(fù)雜性，單一的調(diào)度方法很難實(shí)現(xiàn)適應(yīng)現(xiàn)場調(diào)度的需求。為了研究煉鋼 連鑄 /模鑄混合生產(chǎn)，首先來研究煉鋼 連鑄 /模鑄混合生產(chǎn) 系統(tǒng) 的 生產(chǎn)調(diào)度特性， 由前面的工藝所述，煉鋼 連鑄 /模鑄 混合生產(chǎn)調(diào)度 系統(tǒng)主要包括三個(gè)環(huán)節(jié)：煉鋼、精煉、連鑄 /模鑄。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(shí)現(xiàn) 14 第三章 煉鋼 連鑄 /模鑄混合生產(chǎn)調(diào)度策略與實(shí)現(xiàn) 連鑄 /模鑄混合調(diào)度生產(chǎn)模式分析 煉鋼 連鑄 /模鑄混合生產(chǎn) 作為鋼鐵生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，引起許多學(xué)者和研究人員的關(guān)注。 本文將 深入研究實(shí)際煉鋼 連鑄 /模鑄混合 生產(chǎn)調(diào)度問題 ，根據(jù)現(xiàn)場需求分析建模 、探求有效算法和開發(fā)相應(yīng)的軟件系統(tǒng)。 但是，整體優(yōu)化是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的問題，尋求一個(gè) 最 優(yōu)解非常困難 。因?yàn)橐粋€(gè)工位的異常都會(huì)直接或間接影響到其它工位。 其次，從鐵水輸入到鋼坯運(yùn)出，要經(jīng)過鐵水預(yù)處理、混鐵爐存放、轉(zhuǎn)爐煉鋼、吹 Ar處理、鋼水精煉、連鑄機(jī) /模鑄機(jī) 等諸多工位。因此現(xiàn)在存在以下問題沒有很好的解決： 首先，從 鋼鐵生產(chǎn)的 機(jī)理角度講，煉鋼屬于冶金物理化學(xué)混合過程，其中的內(nèi)部規(guī)律很復(fù)雜、難以用確定的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行全面描述 ，通常對問題做一些假設(shè)和簡化，不能充分反應(yīng)生產(chǎn)實(shí)際的復(fù)雜性，所得調(diào)度結(jié)果往往與生產(chǎn)實(shí)際存在差距 。而目前主體設(shè)備和輔助設(shè)備調(diào)度的時(shí)間尺度不一致，主體設(shè)備可以提前預(yù)調(diào)度，而輔助設(shè)備采取實(shí)時(shí)匹配的原則不做預(yù)調(diào)度，使得主體設(shè)備與輔助設(shè)備綜合協(xié)調(diào)調(diào)度存在極大的困難性。在實(shí)際生產(chǎn)中容易出現(xiàn)輔助設(shè)備的調(diào)度同主體設(shè)備的調(diào)度不協(xié)調(diào)現(xiàn)象，造成鋼包、天車和臺車不能及時(shí)到位，使得編制好的生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃不能及時(shí)配備到相應(yīng)的主體設(shè)備上，影響主體設(shè)備對生產(chǎn)計(jì)劃的執(zhí)行，影響企業(yè)的生產(chǎn)效益。為此 ，如何在模型全面化與有效求解之間權(quán)衡，是調(diào)度 過程 需解決的問題。當(dāng)全面建模后，問題的規(guī)模也急劇增大。 煉鋼 連鑄 /模鑄混合 生產(chǎn)工藝過程必須在鐵水仍然熔化的狀態(tài)下完成，每一爐次的等待時(shí)間應(yīng)少于工藝限定的時(shí)間；為了使煉鋼 連鑄 /模鑄混合 產(chǎn)量最大，連鑄機(jī)盡量不斷澆 ，保證有澆期模鑄計(jì)劃的 開澆時(shí)間 和無澆期模鑄計(jì)劃加入生產(chǎn)時(shí)的整體優(yōu)化 。這種多目標(biāo)性導(dǎo)致調(diào)度的復(fù)雜性和計(jì)算量急劇增加。 煉鋼 連鑄 /模鑄混合生產(chǎn)過程要考慮的首要目標(biāo)是盡量保證連鑄機(jī)連續(xù)澆鑄、鋼水運(yùn)輸過程中冗于等待時(shí)間盡量小，保證有澆期模鑄計(jì)劃的開澆時(shí)間。Garey等 [44]證明即便對于單機(jī)調(diào)度問題，如果考慮 n個(gè)作業(yè)而每個(gè)作業(yè)只考慮加工時(shí)間與序列有關(guān)的準(zhǔn)備時(shí)間， 就等價(jià)于 n個(gè)城市 TSP問題 。 (2)建模復(fù)雜性 煉鋼 連鑄 /模鑄混合 生產(chǎn)包括 煉鋼、精煉、連鑄 /模鑄 環(huán)節(jié)，同時(shí)還有許多輔助環(huán)節(jié)，要進(jìn)行有效的建模， 首先要考慮連鑄，無澆期模鑄和有澆期模鑄由于生產(chǎn)的優(yōu)先級別不同而造成的生產(chǎn)的制約和影響， 還必須考慮到各環(huán)節(jié)之間 的物流穩(wěn)定和平衡；其次， 由于裝卸作業(yè)、裝卸設(shè)備、庫場及搬運(yùn)系統(tǒng)之間相互影響、相互作用，每個(gè)作業(yè)具有到達(dá)時(shí)間、裝卸時(shí)間、準(zhǔn)備時(shí)間、操作順序及交貨期等屬性，因而實(shí)際調(diào)度問題相當(dāng)復(fù)雜，這使精確描述其間的約束關(guān)系，建立相應(yīng)數(shù)學(xué)模型非常困難。例如，通過生產(chǎn)過程 中，要優(yōu)先生產(chǎn)有澆期模鑄計(jì)劃，即應(yīng)先保證有澆期模鑄計(jì)劃在設(shè)定的開澆時(shí) 間之前進(jìn)行模鑄澆注，由于有澆期模鑄計(jì)劃在轉(zhuǎn)爐精煉工序?qū)υO(shè)備的選擇優(yōu)先級高于連鑄計(jì)劃的優(yōu)先級，這樣就會(huì)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(jì)劃生產(chǎn)的前提下，盡量保證連鑄連連澆 cast連續(xù)澆鑄。 由上可知，煉鋼生產(chǎn)中鋼鐵生產(chǎn)加工鏈中的核心工序，調(diào)度管理是這一過程的核心環(huán)節(jié)，有著舉足輕重的地位和作用。它是 L3 級的神經(jīng)，操控指導(dǎo)著 L2 級，聯(lián)系著 L4 級，并橫向影響到工藝前序的煉鐵和后序的熱軋，處于樞紐地位。該層主要功能是實(shí)現(xiàn)對 煉鋼 各安全參數(shù)的監(jiān)測和對 煉鋼過程中的 主 輔 設(shè)備的控制 ，以及對于煉鋼情況的 監(jiān)測。 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(gè)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(gè)環(huán)節(jié)的過程監(jiān)測、自動(dòng)化控制及安全監(jiān)測。因此， MES 起到承上啟下的作用，不但能夠完成計(jì)劃層的實(shí)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。 執(zhí)行層 (Manufacturing Execution System， MES)：強(qiáng)調(diào)計(jì)劃的執(zhí)行功能。 計(jì)劃層 (Manufacturing Resources Planning/Enterprise Resources Planning， MRPⅡ/ERP)：強(qiáng)調(diào)企業(yè)的計(jì)劃性。 調(diào)度目標(biāo)有多個(gè)：由于煉鋼 連鑄 /模鑄 混合 生產(chǎn)是一個(gè)多模式，多工序，多擾動(dòng)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(gè)目標(biāo)體現(xiàn)，包括最小化最大完 成時(shí)間、冗余等待時(shí)間最小、負(fù)荷均衡。 多工序主要體現(xiàn)在：整個(gè)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?cái)?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。 多模式主要體現(xiàn)在：冶煉、精煉是一個(gè)間歇的生產(chǎn)模式， 在鑄機(jī)工序部分， 連鑄是一個(gè) 不間斷的 生產(chǎn)模式 ， 要求一個(gè) 澆次 內(nèi)的 所有 爐次在連鑄機(jī)連續(xù)生產(chǎn)， 而模鑄卻是一種必須間斷生產(chǎn)的離散生產(chǎn)模式，要求模鑄澆注后必須在澆注位置鎮(zhèn)靜一段時(shí)間以后才可以進(jìn)行下一次澆注；并且由于 不同模鑄計(jì)劃對于 開澆時(shí)間 的要求不同，這樣導(dǎo)致連鑄和模鑄生產(chǎn)的首先級別也不同，這樣就產(chǎn)生了不同 開澆時(shí)間 的模鑄計(jì)劃和連鑄計(jì)劃協(xié)調(diào)生產(chǎn)的組合多模式問題。 總體上屬于無中間等待時(shí)間的工藝流程，在時(shí)間維度與設(shè)備維度上進(jìn)行交叉、流轉(zhuǎn)的復(fù)雜過程。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(shí)間維度與設(shè)備維度上進(jìn)行交叉、流轉(zhuǎn)的復(fù)雜過程。 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。 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 line ④ 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 條臺車線， 7 個(gè)處理位 (30， 31， 40， 41， 51， 52，61)，每兩個(gè)相鄰處理位共用一個(gè)臺車線； ? 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(shí)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)劃間一般也無作業(yè)順序要求； ? 對于 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，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(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)。 板坯有幾個(gè)重要參數(shù) :寬度、厚度、長度、重量和鋼級。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(shí)間和調(diào)整費(fèi)用，而且會(huì)使產(chǎn)量降低。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(gè)精煉工位，而每一個(gè)精煉工位對其加工設(shè)備都有工藝精煉類型要求。 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、臺車運(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。 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。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。 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。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。 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)。脫磷、脫硫的反映如下 [37]： 252 5 4 4 . 5P F e O C aO C aO P O F e? ? ? ? F eO C aO C aS F eO? ? ? 加入強(qiáng)堿性氧化物 CaO 的目的是使 25PO 與其生成穩(wěn)定的磷酸鈣，從而提高渣氧化脫磷能力。主要包括： ① .脫磷、脫硫。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。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(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)過程一般都需要高溫連續(xù)作業(yè)，沒有中間庫存，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；需要對加工對象進(jìn)行一定組合，按批量生產(chǎn)。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)。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(shí)間維度與設(shè)備維度上進(jìn)行交叉、流轉(zhuǎn)的復(fù)雜過程。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?，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(gè)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。 人類冶煉鋼鐵的歷史可以追溯到公元前一千年。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)度過程描述 5 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(shí)間以及工件等待的高費(fèi)用 [33,34,35]等。 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 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。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。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(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 (這里只畫出一個(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)長方型代表一個(gè)工位 ，長方形的長表示 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 。 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 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)