煉鋼—連鑄生產(chǎn)進(jìn)度控制系統的研究

　　本文根據煉鋼-連鑄工藝特點(diǎn)，建立了典型排程模型，并在A(yíng)公司實(shí)際生產(chǎn)情況下，新增轉爐平行性約束、精煉爐平行性約束和罐位約束。以下是文學(xué)網(wǎng)小編J.L為大家分享的關(guān)于煉鋼—連鑄生產(chǎn)進(jìn)度控制系統的研究。

　　[摘 要] 有效的煉鋼-連鑄生產(chǎn)進(jìn)度控制系統對鋼鐵企業(yè)提高生產(chǎn)率具有重要意義。本文針對某大型鋼鐵公司煉鋼連鑄生產(chǎn)調度問(wèn)題，提出了具有該公司工藝特點(diǎn)的排程模型，結合由設備、工件、訂單引起的動(dòng)態(tài)事件，開(kāi)發(fā)出進(jìn)度控制系統。經(jīng)實(shí)際數據測試，證明了算法的有效性和控制系統的實(shí)用性。

　　[關(guān)鍵詞] 煉鋼-連鑄; 排程; 動(dòng)態(tài)事件

　　1引言

　　鋼鐵制造流程中，煉鋼-連鑄工序間的協(xié)調對保證生產(chǎn)的連續性和穩定性有著(zhù)極為重要的影響。因此，國內外許多專(zhuān)家對該問(wèn)題進(jìn)行過(guò)深入研究。李崇 等以轉爐、精煉和板坯連鑄工藝為研究對象，建立面向訂單的煉鋼-連鑄計劃優(yōu)化數學(xué)模型，并用二階段啟發(fā)式算法對模型進(jìn)行求解[1]。劉光航、李鐵克針對多階段均有并行機的生產(chǎn)環(huán)境，建立綜合考慮爐次的設備指派和作業(yè)排序的混合整線(xiàn)性規劃模型，提出面向實(shí)際應用的啟發(fā)式算法以符合爐次設備指派規則并緩解資源沖突[2]。田志波 等針對無(wú)委托板坯匹配問(wèn)題，建立了多目標優(yōu)化的0-1整數規劃模型[3]。Numao和Morishita將專(zhuān)家系統應用在煉鋼連鑄生產(chǎn)調度上，提高了連澆比[4]。Ivan Ferretti等針對連鑄車(chē)間庫存冷卻問(wèn)題，提出了解決模型，并運用蟻群算法求解，使得生產(chǎn)水平顯著(zhù)提高[5]。Cowling等采用Multi-Agent法來(lái)制訂熱軋機的動(dòng)態(tài)調度方案，能根據實(shí)時(shí)信息和緊急情況進(jìn)行調度修復[6]。

　　2排程模型以及動(dòng)態(tài)事件的響應

　　2.1問(wèn)題描述與分析

　　A公司新上了一臺寬厚板(PM)鑄機、一臺LF精煉爐、一臺RH精煉爐。由于原先的CSP生產(chǎn)線(xiàn)和PM的產(chǎn)量不同，有的鋼水還需要經(jīng)過(guò)兩次精煉，致使轉爐調度的難度增加論文下載。

　　根據圖1所示，A公司有2座轉爐、3座精煉爐、2臺連鑄機。2臺鑄機共享2座轉爐提供的鋼水，RH精煉爐主要是對特殊鋼水進(jìn)行精煉。由于1#轉爐和2#轉爐共用一個(gè)吊車(chē)吊廢鋼和鐵水，因此，兩個(gè)轉爐開(kāi)始吹煉時(shí)間至少相差15分鐘。1#精煉爐有1號、2號2個(gè)工位，但共享一個(gè)加熱設備，因此，1#精煉爐兩個(gè)工位的精煉時(shí)間至多只有5分鐘重疊，2#精煉爐亦是如此。另外，從轉爐到鑄機之間存放鋼水的罐位數是有限的。

　　2.2排程模型的建立

　　根據A公司煉鋼連鑄工藝路線(xiàn)以及各工藝的特點(diǎn)，建立了排程模型。為了敘述方便引入下列符號：

　　i為爐次序號，i = 0，1，2，…，N; j為設備序號，j = 1，2，…，7，分別為1號轉爐、2號轉爐、東精煉LF1、東精煉LF2、西精煉LF1、西精煉LF2、RH爐;k為工序序號，k = 1，2，3，4，分別為吹煉、LF精煉、RH精煉、澆注;n為轉爐到鑄機之間存放鋼水的罐位總數;di為澆次計劃中爐次i到達鑄機的期望時(shí)間;Q為澆次中經(jīng)過(guò)RH精煉的爐次集合;P為澆次中不經(jīng)過(guò)RH精煉的爐次的集合;Ti，k為i爐在k工序的加工時(shí)間;t12是轉爐到LF爐的運輸時(shí)間;t23是LF爐到RH爐的運輸時(shí)間;t24是LF爐到鑄機的運輸時(shí)間;t34是RH爐到鑄機的運輸時(shí)間;SIj，ki是j設備上i爐次的緊后爐次;SMi，j是j設備上i爐次的緊后設備;Yi，k是i爐在工序k的開(kāi)始時(shí)間;Sk是工序k的調整時(shí)間;N為總爐數，由澆次計劃確定，Xi，j當爐次i在j設備上處理時(shí)為1，否則為0。

　　目標函數：

　　其中，公式(1)表示在連鑄不斷澆的情況下，最后一爐的開(kāi)始澆注時(shí)間和第一爐開(kāi)始冶煉時(shí)間之差最小，屬于Make-Span最小問(wèn)題。公式(2)表示任一工件被且僅被吹煉一次，精煉一次，澆鑄一次。公式(3)表示任一設備下相鄰兩爐次開(kāi)始時(shí)間的間隔不小于上一爐次加工時(shí)間及機器調整時(shí)間之和。公式(4)表示每一爐在LF精煉爐和轉爐上的開(kāi)始時(shí)間之差不小于本爐次的吹煉時(shí)間與從轉爐到LF精煉爐運輸時(shí)間之和。公式(5)表示每一爐在鑄機和LF精煉爐的開(kāi)始時(shí)間之差不小于本爐次的LF的精煉時(shí)間與從LF精煉爐到鑄機運輸時(shí)間之和。公式(6)表示每一爐在鑄機和RH精煉爐的開(kāi)始時(shí)間之差不小于本爐次的RH的精煉時(shí)間與從RH精煉爐到鑄機運輸時(shí)間之和。公式(7)表示LF精煉到連鑄總的處理時(shí)間不大于交貨時(shí)間。公式(8)表示從LF精煉到連鑄總的處理時(shí)間不大于交貨時(shí)間。公式(9)表示任一設備下相鄰兩爐次開(kāi)始時(shí)間的間隔不小于上一爐次加工時(shí)間及機器調整時(shí)間之和。公式(10)為罐位約束，表示在轉爐和連鑄機之間所儲存鋼水的最大罐數數n。公式(11)為轉爐平行性約束，表示若兩座轉爐同時(shí)具備兌鐵條件，則后兌鐵的轉爐至少等待15分鐘才開(kāi)始兌鐵。公式(12)為精煉爐平行性約束，表示1#精煉爐和2#精煉爐各自的兩個(gè)工位至多有5分鐘的重疊時(shí)間。

　　2.3加工處理時(shí)間偏離計劃

　　動(dòng)態(tài)事件有加工處理時(shí)間偏離計劃、當鋼水成分或溫度不合要求、訂單變更3種。本文主要分析當加工處理時(shí)間偏離計劃時(shí)，系統如何處理這一動(dòng)態(tài)事件。加工處理時(shí)間偏離計劃時(shí)，有提前和延后兩種情形。

　　(1)當某一工件加工處理時(shí)間提前時(shí)，Ti，k變小，即i爐在k工序的加工時(shí)間縮短。如果該作業(yè)處于關(guān)鍵路徑上(即該設備的松弛時(shí)間為零)，則根據該爐的緊后爐次和緊后設備的FF(前向自由安全時(shí)間，自由安全時(shí)間即某設備或工件的松弛時(shí)間)的最小值判斷。FF的計算公式為：

　　緊后爐次的FF = 緊后爐次的最早開(kāi)始時(shí)間 - 當前工件的最晚結束時(shí)間 - 機器調整時(shí)間;

　　緊后設備的FF = 緊后爐次的最早開(kāi)始時(shí)間 - 當前設備的最晚結束時(shí)間 - 運輸時(shí)間。

　　當提前時(shí)間小于緊后爐次(SIj，i)和緊后設備(SMi，j)的FF最小值時(shí)，則將該作業(yè)的后序作業(yè)鏈(由緊后設備或緊后爐次開(kāi)始的作業(yè)鏈)的開(kāi)始時(shí)間向前平移，直至遇到FF為0的作業(yè)。當提前時(shí)間大于或等于緊后爐次和緊后設備的FF最小值時(shí)，則將該作業(yè)的后序作業(yè)鏈的開(kāi)始時(shí)間向前平移緊后爐次和緊后設備的FF的最小值。當該作業(yè)不處于關(guān)鍵路徑上時(shí)，則不處理。

　　(2)當某一作業(yè)加工處理時(shí)間延后時(shí)，Ti，k變大，即i爐在k工序的加工時(shí)間延長(cháng)。根據緊后爐次和緊后設備的BF(后向自由安全時(shí)間)的最小值判斷，BF的計算公式為：

　　緊后爐次的BF = 緊后工件的緊后爐次的最早開(kāi)始時(shí)間 - 緊后工件的最晚結束時(shí)間 - 機器調整時(shí)間;

　　緊后設備的BF = 緊后工件的緊后設備的最早開(kāi)始時(shí)間 - 緊后工件的最晚結束時(shí)間 - 運輸時(shí)間。

　　當延后時(shí)間小于或等于緊后爐次和緊后設備的BF的最小值時(shí)，則將該作業(yè)的后序作業(yè)的開(kāi)始時(shí)間皆向后平移該延長(cháng)時(shí)間。當延后時(shí)間大于緊后爐次和緊后設備的BF的最小值時(shí)，則有可能斷澆，必須降低拉速才有解。

　　3進(jìn)度控制系統實(shí)現

　　進(jìn)度控制系統采用SQL Server數據庫技術(shù)對進(jìn)度控制所需的實(shí)際數據進(jìn)行存儲和處理，運用VC技術(shù)將作業(yè)規則以及作業(yè)處理方法編制成軟件的功能模塊。SQL數據庫主要有3個(gè)功能：第一，數據庫作為數據傳遞接口，將三級系統傳入數據存儲在數據表中，進(jìn)度控制系統定期去表中讀取數據;第二，將排出的日程存入數據庫中，為后續工作研究提供依據;第三，將軟件錯誤信息保存在數據庫中。程序采用VC++語(yǔ)言編寫(xiě)，分別為調度室人員、生產(chǎn)管理技術(shù)人員和軟件調試及監控人員設計了主窗口、日程統計窗口和調試專(zhuān)用窗口。主窗口界面能體現出程序的人機交互性，清晰、明了地表達出排程結果。日程統計窗口包括完整性分析窗口和評價(jià)窗口。完整性分析窗口通過(guò)將設備完整的日程時(shí)間跨度分解成各狀態(tài)的時(shí)間單元，進(jìn)行歸類(lèi)統計，使管理人員更清晰地看到各設備的生產(chǎn)狀況以及生產(chǎn)節奏，為決策提供支持。調試專(zhuān)用窗口包括轉爐調試窗口、精煉爐調試窗口和鑄機調試窗口。進(jìn)度控制系統界面如圖2所示。

　　4結論

　　本文根據煉鋼-連鑄工藝特點(diǎn)，建立了典型排程模型，并在A(yíng)公司實(shí)際生產(chǎn)情況下，新增轉爐平行性約束、精煉爐平行性約束和罐位約束。針對加工處理時(shí)間偏離計劃這一動(dòng)態(tài)事件，提出了FF和BF的計算方法�；�于FF的計算方法，解決了加工處理時(shí)間提前這一動(dòng)態(tài)事件;基于BF的計算方法，解決了加工處理時(shí)間延后這一動(dòng)態(tài)事件。結合FF和BF的計算方法，能對排程結果進(jìn)行重調度，并能有效減少重調度的步驟。該進(jìn)度控制系統現已應用于A(yíng)公司。

　　主要參考文獻

　　[1] 李崇，李蘇劍，謝華.面向訂單的煉鋼-連鑄計劃優(yōu)化模型與算法研究[J]. 物流技術(shù)，2007，26(10)：62-64.

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　　[3] 田志波，唐立新，任一鳴，等. 基于合成鄰域的蟻群算法求解無(wú)委托板坯匹配問(wèn)題[J]. 自動(dòng)化學(xué)報，2009，35(2)：186-192.

　　[4] M Numao，S Morishita. Cooperative Scheduling and Its Application to Steelmaking Processes[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics，1991，38(2)：150-155.

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