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1、1转炉特钢流程炼钢轧钢生产排产系统的研究转炉特钢流程炼钢轧钢生产排产系统的研究刘青1 白素宏2 卢军辉1 张立强2 成国光1( 1 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083； 2 石家庄钢铁有限责任公司生产部，河北 石家庄 050031）摘要摘要: :本文针对转炉特钢流程轧钢工序、连铸浇次工序的生产特点，提出了基于规则的轧钢生产计划排产启发 式算法，同时建立了连铸浇次最优化模型，借助 Delphi7.0 应用编程工具和 Microsoft SQL Server2000 后台 数据库，开发了生产排产系统用于生产计划的制定中，并应用在石钢转炉特钢厂，实践证明模型实用可靠， 系统通用性强。
2、关键词关键词: :转炉特钢厂；生产排产；轧钢；浇次； 启发式算法Study 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, Chin
3、a;2 Department of production planning, 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
4、 planning system is developed by using 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；CAS
5、T；Heuristic algorithm 目前，面对用户的多品种、小批量的需求，钢厂在改进工艺的同时,迫切需要对炼钢连铸轧制的生产排产方法进行研究和开发,实现炼钢连铸轧制的一体化生产控制与管理，以保证生产物质流连续和高效运行,有效地发挥热装、热送工艺的作用,最大限度地提高热装率和热装温度，降低中间库存，进而达到降低产品成本,提高产品质量,缩短产品生产周期的目的。本文针对中小转炉特钢流程炼钢轧钢生产排产过程，开发了生产排产系统工业软件，建立了钢厂物质流和信息流统一管理的平台，便于钢厂组织生产，提高准时交货率。1 1 实际排产问题的特点实际排产问题的特点钢厂组织生产过程中面临的实际排产问题有以下
6、特点1：(1)复杂性 由于装卸作业、装卸设备、库场、搬运系统之间相互作用、相互影响、每个作业又要考虑它的到达时间、装卸时间、准备时间、操作顺序、交货期等，因而相当复杂。(2)动态随机性 在实际的生产排产系统中存在很多随机的和不确定的因素，比如作业到达时间的不确定性、作业加工时间也有一定的随机性，而且生产系统中常出现一些突发偶然事件，如设备的损坏修复、作2业E-mail: qliu 交货期的改变等。(3)多目标性 实际的计划排产往往是多目标的，并且这些目标间可能发生冲突。2 2 系统总体结构设计系统总体结构设计生产排产系统需要达到的目标如下：（1）实现总厂对分厂集中生产控制管理2；（2）根据生
7、产实际的反馈情况动态调整生产计划，计划赶不上变化但要能跟上变化；（3）要实现全厂范围内信息的共享，不同分厂之间可以互相查看正常品、不良品、废品等在各个时期的生产情况，以便及时的进行生产计划的改变、补料、借料等处理；（4）对合同进行实时跟踪。据此四项要求可以得到图 1 所示的用户需求分析图。图 2 为系统功能分解图。2.12.1 轧制计划规则生成及求解算法轧制计划规则生成及求解算法产销部将销售合同进行汇总后，下发到安生部，安生部要对销售合同进行分解，使之变成生产合同，这是编制轧制计划的总依据。根据生产合同，考虑不同轧机的规格约束和各个轧钢厂的产能约束，就可以获得各个分厂的日轧钢计划3。计算机实现
8、时详细算法如图 3 所示。合同初始化过程中，会把制定轧钢计划需要的各种参数都准备好，等将所有的合同按交货期都参与排序后，就得到了一个待生产的合同集，在将合同向各个轧钢厂分配时，需要考虑定尺、轧制规格或者二者的组合，得到每个轧制厂的生产合同集，依据轧钢生产计划编制规则，就可以得到单个轧钢厂的生产作业计划。订单输入员计划制作员半成品库管理员ERP查看订单输入订单修改订单查看订单生成计划调整计划查看半成品库状态管理半成品库获取订单连铸工序：A轧轧钢钢工工序序：C半成品库：B图图 1 1 详细用户需求分析图 图图 2 2 生产排产系统功能分解图依据以上关于轧钢厂的规则讨论，可以得出基于规则的启发式算法
9、4的详细步骤如下所示：Step1：按照上个计划时段的规格顺序对本计划时段的合同根据规格进行排序, 如果上个计划时段的最后一个规格仍有能力剩余, 则将该规格作为本计划时段的第 1 个生产规格, 将上个计划时段的第 1 个规格作 为本计划时段的第2个生产规格, 其余顺延。3Step2：将合同按在线常化的升序排序,记录各合同在此次排序中的顺序号。Step3：将合同按规格从小到大的顺序排序, 记录各合同在此次排序中的顺序号。Step4：将合同按钢级的升序排序, 记录各合同在此次排序中的顺序号。Step5：计算各合同的生产优先系数。Step6：将合同按生产优先系数从大到小的顺序排列。Step7：计算各合
10、同的生产起始时间和结束时间Step8：将5个参数相同的相邻合同合并，组成一个轧批计划。Step9：输出轧批计划，进入下一个循环。2.22.2 连铸浇次计划实现连铸浇次计划实现本模型基于以下假设：（1）每个阶段作业设备指派不受限制；（2）浇次的炉数，炉次处理时(1,2,.,)n nN|n间及浇次对应的连铸机均为已知；(,1,2,3)ijnp ijn图图 3 3 生成轧制计划算法实现图（3）浇次的开浇时间，已经在上一级生产计划系统中根据产品的交货期和(1,2,.,)n nN( ),3nFH nTt生产提前量被确定5；（4）同一连铸机上的各浇次的开浇时间能够满足浇次间隔时间的要求；（5）各设备在初始
11、时刻均为可用，而且不考虑设备异常故障；（6）不考虑炉次在工序间运输时间。基于上述假设，需要解决的问题可以描述为：在现有设备数（1，2）的资源约束下，根据各浇jMj次设定的开浇时间，为中的每一炉 在阶段（1，2）的处理指派设备，并确定 在阶段nTijMji（1，2，3）的最终开始处理时间，问题的目标是使由于断浇和炉次在工序间等待造成的损失最小。jMjijt构造模型如下所示：(4) 1,33,1 1 ,11,2(1 ()2 ()nNniiii jij ni iijMinCtcCtc 合同初始化合同按交货期排序选择生产合同分配轧钢厂选择一个未排产的合同结束按交货期进行分组生产计划编制规则是否4S.T
12、. 11,1,2jMijk kxij (5)(6) 21121 2(3)0i ji ji jki jkii jtcxxyU1212,1,2,1,2,.,ji iiijkM(7)1,33,1,1,2,.,iintci inN (8),1,1,2i jijtcij (9) 1 22 112121,1,2i i ji i jyyi iiij(10)0,1,1,2,1,2,.,ijkjxijkM (11) 1 212120,1,1,2i i jyi iiij(12)0,1,2,3ijtij (13),1,2,3ijijijctpij 其中：i：炉次序号，为所有炉次的集合， i，|为总炉次数；：浇次序号
13、，N为浇次数，1，2，.，N，为第浇次中所有炉次的集合，有nnnn（空集），且；不妨令浇次内各炉次按作业先后顺序编号，12.N III12.N UUU并记为浇次的第一炉6；( )FH nnj：阶段序号，对炼钢、精炼和连铸三个阶段分别为 1、2、3；：第阶段的设备数（整数），有，1，2；jMj1jM j：设备序号，其中；：炉次 在第阶段的作业时间；kjkMijpij，：分别为炉次 在第阶段的作业开始及结束时间，有；ijtijcijijijijctp：浇次的开浇时间（其第一炉的开始浇铸时间），有；不妨令浇次序号按从小到nTn( ),3nFH nTtnnT大编号，即有 （14）1211.nnnNTT
14、TTTT，：分别为严格连浇和无等待的理想状况下的炉次 在阶段的理想开始及结束时间；* ijt* ijcij：已指派的炉次集，再记为阶段第台设备上已指派的炉次集，有7jkjk，1，2 1,2,.,jkMjkUj（15）51, 0,ijkijkx 炉次被指派到阶段的第台设备上否则1 2121,0,i i jjiiy 在阶段炉次先于被处理否则为浇次的单位断浇时间的惩罚费用，为炉次 的单位等待时间的惩罚费用，为足够大的正整数1nCn2iCiU3 3 应用实例应用实例本系统的应用之一是在石家庄钢铁有限责任公司（以下简称“石钢” ） 。石钢炼钢厂现有 2 个转炉和一个电炉，公称容量均为 50t，生产所需铁
15、水由 4 座高炉供给，采用混铁炉铁水预处理转炉/电炉4LF（或VD）连铸机轧钢的生产工艺。用生产排产系统排产后的轧制计划如图 6 所示，连铸机浇次计划如图 7 所示。程序开发所用工具为 Delphi 7.0 企业版，后台数据库为 MS-SQL Server 2000 企业版。2号号LD1号号LD0号号CC1号号CC2号号CC3号号CC2号号LF3号号LF主主要要路路线线非非主主路路线线 1号号LF0号号LF2号号CC未未投投入入运运行行VD电电炉炉2个个LF电电炉炉CC合并轧钢计划分配连铸合同选取一合同条目库存依据模型分配 连铸合同加入生产计划修改备份库存数据本日结束否否有有选取下一日本本周周结结束束是是否否否否是是图图 4 浇次计划编制流程图 图图 5 石钢钢厂组织模式4 结论结论(1) 对石钢现有生产流程进行
