轉(zhuǎn)爐特鋼流程煉鋼-軋鋼生產(chǎn)排產(chǎn)系統(tǒng)的研究

1、.轉(zhuǎn)爐特鋼流程煉鋼軋鋼生產(chǎn)排產(chǎn)系統(tǒng)的研究劉青1 白素宏2 盧軍輝1 張立強(qiáng)2 成國光1( 1北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院，北京 100083；2 石家莊鋼鐵有限責(zé)任公司生產(chǎn)部，河北 石家莊 050031）摘要:本文針對轉(zhuǎn)爐特鋼流程軋鋼工序、連鑄澆次工序的生產(chǎn)特點(diǎn)，提出了基于規(guī)則的軋鋼生產(chǎn)計(jì)劃排產(chǎn)啟發(fā)式算法，同時(shí)建立了連鑄澆次最優(yōu)化模型，借助Delphi7.0應(yīng)用編程工具和Microsoft SQL Server2000后臺數(shù)據(jù)庫，開發(fā)了生產(chǎn)排產(chǎn)系統(tǒng)用于生產(chǎn)計(jì)劃的制定中，并應(yīng)用在石鋼轉(zhuǎn)爐特鋼廠，實(shí)踐證明模型實(shí)用可靠，系統(tǒng)通用性強(qiáng)。關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)爐特鋼廠；生產(chǎn)排產(chǎn)；軋鋼；澆次； 啟發(fā)式算法Study

2、 of Production Plan Schedule for Steelmaking - Rolling Process in BOF Special Steel PlantsLiu Qing1 Bai Suhong2 Lu Junhui1 Zhang Liqiang2 Cheng Guoguang1(1Metallurgical and ecological Engineering School, University of science and technology Beijing, 100083, China;2 Department of production planning,

3、 Shijiazhuang Iron &Steel co. Ltd, Hebei Shijiazhuang 050031)Abstract: The models of the rolling production planning and casting optimization are proposed according to the feature of rolling and casting procedures in BOF special steel process, and the production planning system is developed by u

4、sing Delphi 7.0 and Microsoft SQL Server 2000. This system is used in the medium sized converter special steel plants, and its practicality, reliability and versatility are proved in practice.Keywords: BOF Special Steel Plants；Production plan scheduling ；Rolling；CAST；Heuristic algorithm 目前，面對用戶的多品種、

5、小批量的需求，鋼廠在改進(jìn)工藝的同時(shí),迫切需要對煉鋼連鑄軋制的生產(chǎn)排產(chǎn)方法進(jìn)行研究和開發(fā),實(shí)現(xiàn)煉鋼連鑄軋制的一體化生產(chǎn)控制與管理，以保證生產(chǎn)物質(zhì)流連續(xù)和高效運(yùn)行,有效地發(fā)揮熱裝、熱送工藝的作用,最大限度地提高熱裝率和熱裝溫度，降低中間庫存，進(jìn)而達(dá)到降低產(chǎn)品成本,提高產(chǎn)品質(zhì)量,縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期的目的。本文針對中小轉(zhuǎn)爐特鋼流程煉鋼軋鋼生產(chǎn)排產(chǎn)過程，開發(fā)了生產(chǎn)排產(chǎn)系統(tǒng)工業(yè)軟件，建立了鋼廠物質(zhì)流和信息流統(tǒng)一管理的平臺，便于鋼廠組織生產(chǎn)，提高準(zhǔn)時(shí)交貨率。1實(shí)際排產(chǎn)問題的特點(diǎn)鋼廠組織生產(chǎn)過程中面臨的實(shí)際排產(chǎn)問題有以下特點(diǎn)1：(1)復(fù)雜性 由于裝卸作業(yè)、裝卸設(shè)備、庫場、搬運(yùn)系統(tǒng)之間相互作用、相互影響、每個(gè)作業(yè)

6、又要考慮它的到達(dá)時(shí)間、裝卸時(shí)間、準(zhǔn)備時(shí)間、操作順序、交貨期等，因而相當(dāng)復(fù)雜。(2)動態(tài)隨機(jī)性 在實(shí)際的生產(chǎn)排產(chǎn)系統(tǒng)中存在很多隨機(jī)的和不確定的因素，比如作業(yè)到達(dá)時(shí)間的不確定性、作業(yè)加工時(shí)間也有一定的隨機(jī)性，而且生產(chǎn)系統(tǒng)中常出現(xiàn)一些突發(fā)偶然事件，如設(shè)備的損壞修復(fù)、作業(yè)E-mail: qliu 交貨期的改變等。(3)多目標(biāo)性 實(shí)際的計(jì)劃排產(chǎn)往往是多目標(biāo)的，并且這些目標(biāo)間可能發(fā)生沖突。2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)生產(chǎn)排產(chǎn)系統(tǒng)需要達(dá)到的目標(biāo)如下：（1）實(shí)現(xiàn)總廠對分廠集中生產(chǎn)控制管理2；（2）根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際的反饋情況動態(tài)調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃，計(jì)劃趕不上變化但要能跟上變化；（3）要實(shí)現(xiàn)全廠范圍內(nèi)信息的共享，不同分廠之間可以互相

7、查看正常品、不良品、廢品等在各個(gè)時(shí)期的生產(chǎn)情況，以便及時(shí)的進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃的改變、補(bǔ)料、借料等處理；（4）對合同進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。據(jù)此四項(xiàng)要求可以得到圖1所示的用戶需求分析圖。圖2為系統(tǒng)功能分解圖。2.1軋制計(jì)劃規(guī)則生成及求解算法產(chǎn)銷部將銷售合同進(jìn)行匯總后，下發(fā)到安生部，安生部要對銷售合同進(jìn)行分解，使之變成生產(chǎn)合同，這是編制軋制計(jì)劃的總依據(jù)。根據(jù)生產(chǎn)合同，考慮不同軋機(jī)的規(guī)格約束和各個(gè)軋鋼廠的產(chǎn)能約束，就可以獲得各個(gè)分廠的日軋鋼計(jì)劃3。計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)時(shí)詳細(xì)算法如圖3所示。合同初始化過程中，會把制定軋鋼計(jì)劃需要的各種參數(shù)都準(zhǔn)備好，等將所有的合同按交貨期都參與排序后，就得到了一個(gè)待生產(chǎn)的合同集，在將合同向各個(gè)軋

8、鋼廠分配時(shí)，需要考慮定尺、軋制規(guī)格或者二者的組合，得到每個(gè)軋制廠的生產(chǎn)合同集，依據(jù)軋鋼生產(chǎn)計(jì)劃編制規(guī)則，就可以得到單個(gè)軋鋼廠的生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃。 圖1 詳細(xì)用戶需求分析圖 圖2 生產(chǎn)排產(chǎn)系統(tǒng)功能分解圖依據(jù)以上關(guān)于軋鋼廠的規(guī)則討論，可以得出基于規(guī)則的啟發(fā)式算法4的詳細(xì)步驟如下所示：Step1：按照上個(gè)計(jì)劃時(shí)段的規(guī)格順序?qū)Ρ居?jì)劃時(shí)段的合同根據(jù)規(guī)格進(jìn)行排序, 如果上個(gè)計(jì)劃時(shí)段的最后一個(gè)規(guī)格仍有能力剩余, 則將該規(guī)格作為本計(jì)劃時(shí)段的第1個(gè)生產(chǎn)規(guī)格, 將上個(gè)計(jì)劃時(shí)段的第1個(gè)規(guī)格作 為本計(jì)劃時(shí)段的第2個(gè)生產(chǎn)規(guī)格, 其余順延。Step2：將合同按在線?；纳蚺判?記錄各合同在此次排序中的順序號。Step3：將

9、合同按規(guī)格從小到大的順序排序, 記錄各合同在此次排序中的順序號。Step4：將合同按鋼級的升序排序, 記錄各合同在此次排序中的順序號。Step5：計(jì)算各合同的生產(chǎn)優(yōu)先系數(shù)。Step6：將合同按生產(chǎn)優(yōu)先系數(shù)從大到小的順序排列。Step7：計(jì)算各合同的生產(chǎn)起始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間Step8：將5個(gè)參數(shù)相同的相鄰合同合并，組成一個(gè)軋批計(jì)劃。Step9：輸出軋批計(jì)劃，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。2.2連鑄澆次計(jì)劃實(shí)現(xiàn)本模型基于以下假設(shè)：（1）每個(gè)階段作業(yè)設(shè)備指派不受限制；（2）澆次的爐數(shù)，爐次處理時(shí)間及澆次對應(yīng)的連鑄機(jī)均為已知； 圖3 生成軋制計(jì)劃算法實(shí)現(xiàn)圖（3）澆次的開澆時(shí)間，已經(jīng)在上一級生產(chǎn)計(jì)劃系統(tǒng)中根據(jù)產(chǎn)品的交貨

10、期和生產(chǎn)提前量被確定5；（4）同一連鑄機(jī)上的各澆次的開澆時(shí)間能夠滿足澆次間隔時(shí)間的要求；（5）各設(shè)備在初始時(shí)刻均為可用，而且不考慮設(shè)備異常故障；（6）不考慮爐次在工序間運(yùn)輸時(shí)間。基于上述假設(shè)，需要解決的問題可以描述為：在現(xiàn)有設(shè)備數(shù)（1，2）的資源約束下，根據(jù)各澆次設(shè)定的開澆時(shí)間，為中的每一爐在階段（1，2）的處理指派設(shè)備，并確定在階段（1，2，3）的最終開始處理時(shí)間，問題的目標(biāo)是使由于斷澆和爐次在工序間等待造成的損失最小。構(gòu)造模型如下所示： (4) S.T. (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13)其中：爐次序號，為所有爐次的集合， ，為總爐次數(shù)；：澆次序

11、號，N為澆次數(shù)，1，2，.，N，為第澆次中所有爐次的集合，有（空集），且；不妨令澆次內(nèi)各爐次按作業(yè)先后順序編號，并記為澆次的第一爐6；：階段序號，對煉鋼、精煉和連鑄三個(gè)階段分別為1、2、3；：第階段的設(shè)備數(shù)（整數(shù)），有，1，2；：設(shè)備序號，其中；：爐次在第階段的作業(yè)時(shí)間；，：分別為爐次在第階段的作業(yè)開始及結(jié)束時(shí)間，有；：澆次的開澆時(shí)間（其第一爐的開始澆鑄時(shí)間），有；不妨令澆次序號按從小到大編號，即有 （14），：分別為嚴(yán)格連澆和無等待的理想狀況下的爐次在階段的理想開始及結(jié)束時(shí)間；：已指派的爐次集，再記為階段第臺設(shè)備上已指派的爐次集，有7 ，1，2 （15）為澆次的單位斷澆時(shí)間的懲罰費(fèi)用，為爐次

12、的單位等待時(shí)間的懲罰費(fèi)用，為足夠大的正整數(shù)3應(yīng)用實(shí)例本系統(tǒng)的應(yīng)用之一是在石家莊鋼鐵有限責(zé)任公司（以下簡稱“石鋼”）。石鋼煉鋼廠現(xiàn)有2個(gè)轉(zhuǎn)爐和一個(gè)電爐，公稱容量均為50t，生產(chǎn)所需鐵水由4座高爐供給，采用混鐵爐à鐵水預(yù)處理à轉(zhuǎn)爐/電爐à4LF（或VD）à連鑄機(jī)à軋鋼的生產(chǎn)工藝。用生產(chǎn)排產(chǎn)系統(tǒng)排產(chǎn)后的軋制計(jì)劃如圖6所示，連鑄機(jī)澆次計(jì)劃如圖7所示。程序開發(fā)所用工具為Delphi 7.0企業(yè)版，后臺數(shù)據(jù)庫為MS-SQL Server 2000企業(yè)版。 圖4澆次計(jì)劃編制流程圖 圖5石鋼鋼廠組織模式4結(jié)論(1) 對石鋼現(xiàn)有生產(chǎn)流程進(jìn)行規(guī)則抽象和描述，指出了

13、現(xiàn)有生產(chǎn)計(jì)劃排產(chǎn)的特點(diǎn)；(2) 對生產(chǎn)排產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)和技術(shù)架構(gòu)并用Delphi7.0+SQL Server2000進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)；(3)對連鑄澆次計(jì)劃生成規(guī)則進(jìn)行描述，同時(shí)建立連鑄澆次計(jì)劃模型和求解算法；（4）結(jié)合石鋼生產(chǎn)特點(diǎn)，驗(yàn)證了模型的可靠性和實(shí)用性。表1 石鋼連鑄機(jī)澆鑄周期連鑄機(jī)序號澆鑄周期（min）0號連鑄機(jī)351號連鑄機(jī)503號連鑄機(jī)50電爐連鑄機(jī)53 圖6 連軋計(jì)劃生成界面 圖7 連鑄澆次生成計(jì)劃界面參考文獻(xiàn)1 董穎低成本CIMS環(huán)境下特鋼企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃的研究、設(shè)計(jì)與開發(fā)：學(xué)位論文沈陽：東北大學(xué)，20002 蔣圣平，鄒益仁，梁 剛 鋼鐵企業(yè)CIMS下生產(chǎn)計(jì)劃的研究冶金自動化，20

14、03，6：153Hu xian-lei, wang Zhao-dong etc.Application of crown-flatness vector analysis in plate rolling schedule. J.iron & steel , 2004, 11(5):22274 李建祥, 唐立新等.基于規(guī)則的熱軋鋼管調(diào)度.鋼鐵，2004，39（9）：39425 Farhad Kianfar .A numerical method to approximate optimal production and maintenance plan in a flexible manufacturing system .applied mathematics and computation, 2005(170):924-9406M.D.Byrne,M.M.Hossain. Production planning: an improv