煉鋼—連鑄生產進度控制系統的研究

論文類別:經濟學論文 > 新經濟學論文
論文作者: 吳國偉 盧虎生
上傳時間:2013/7/3 1:02:00

  [摘 要] 有效的煉鋼-連鑄生產進度控制系統對鋼鐵企業提高生產率具有重要意義。本文針對某大型鋼鐵公司煉鋼連鑄生產調度問題,提出了具有該公司工藝特點的排程模型,結合由設備、工件、訂單引起的動態事件,開發出進度控制系統。經實際數據測試,證明了算法的有效性和控制系統的實用性。
  [關鍵詞] 煉鋼-連鑄; 排程; 動態事件
  
  1引言
  
  鋼鐵制造流程中,煉鋼-連鑄工序間的協調對保證生產的連續性和穩定性有著極為重要的影響。因此,國內外許多專家對該問題進行過深入研究。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-連鑄計劃優化數學模型,並用二階段啟發式算法對模型進行求解[1]。劉光航、李鐵克針對多階段均有並行機的生產環境,建立綜合考慮爐次的設備指派和作業排序的混合整線性規劃模型,提出面向實際應用的啟發式算法以符合爐次設備指派規則並緩解資源沖突[2]。田誌波 等針對無委托板坯匹配問題,建立了多目標優化的0-1整數規劃模型[3]。Numao和Morishita將專家系統應用在煉鋼連鑄生產調度上,提高了連澆比[4]。Ivan Ferretti等針對連鑄車間庫存冷卻問題,提出了解決模型,並運用蟻群算法求解,使得生產水平顯著提高[5]。Cowling等采用Multi-Agent法來制訂熱軋機的動態調度方案,能根據實時信息和緊急情況進行調度修復[6]。
  
  2排程模型以及動態事件的響應
  
  2.1問題描述與分析
  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。由於原先的CSP生產線和PM的產量不同,有的鋼水還需要經過兩次精煉,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行精煉。由於1#轉爐和2#轉爐共用一個吊車吊廢鋼和鐵水,因此,兩個轉爐開始吹煉時間至少相差15分鐘。1#精煉爐有1號、2號2個工位,但共享一個加熱設備,因此,1#精煉爐兩個工位的精煉時間至多只有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以及各工藝的特點,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、澆註;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到達鑄機的期望時間;Q為澆次中經過RH精煉的爐次集合;P為澆次中不經過RH精煉的爐次的集合;Ti,k為i爐在k工序的加工時間;t12是轉爐到LF爐的運輸時間;t23是LF爐到RH爐的運輸時間;t24是LF爐到鑄機的運輸時間;t34是RH爐到鑄機的運輸時間;SIj,ki是j設備上i爐次的緊後爐次;SMi,j是j設備上i爐次的緊後設備;Yi,k是i爐在工序k的開始時間;Sk是工序k的調整時間;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,最後一爐的開始澆註時間和第一爐開始冶煉時間之差最小,屬於Make-Span最小問題。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始時間的間隔不小於上一爐次加工時間及機器調整時間之和。公式(4)表示每一爐在LF精煉爐和轉爐上的開始時間之差不小於本爐次的吹煉時間與從轉爐到LF精煉爐運輸時間之和。公式(5)表示每一爐在鑄機和LF精煉爐的開始時間之差不小於本爐次的LF的精煉時間與從LF精煉爐到鑄機運輸時間之和。公式(6)表示每一爐在鑄機和RH精煉爐的開始時間之差不小於本爐次的RH的精煉時間與從RH精煉爐到鑄機運輸時間之和。公式(7)表示LF精煉到連鑄總的處理時間不大於交貨時間。公式(8)表示從LF精煉到連鑄總的處理時間不大於交貨時間。公式(9)表示任一設備下相鄰兩爐次開始時間的間隔不小於上一爐次加工時間及機器調整時間之和。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具備兌鐵條件,則後兌鐵的轉爐至少等待15分鐘才開始兌鐵。公式(12)為精煉爐平行性約束,表示1#精煉爐和2#精煉爐各自的兩個工位至多有5分鐘的重疊時間。
  2.3加工處理時間偏離計劃
  動態事件有加工處理時間偏離計劃、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間偏離計劃時,系統如何處理這一動態事件。加工處理時間偏離計劃時,有提前和延後兩種情形。
  (1)當某一工件加工處理時間提前時,Ti,k變小,即i爐在k工序的加工時間縮短。如果該作業處於關鍵路徑上(即該設備的松弛時間為零),則根據該爐的緊後爐次和緊後設備的FF(前向自由安全時間,自由安全時間即某設備或工件的松弛時間)的最小值判斷。FF的計算公式為:
  緊後爐次的FF = 緊後爐次的最早開始時間 - 當前工件的最晚結束時間 - 機器調整時間;
  緊後設備的FF = 緊後爐次的最早開始時間 - 當前設備的最晚結束時間 - 運輸時間。
  當提前時間小於緊後爐次(SIj,i)和緊後設備(SMi,j)的FF最小值時,則將該作業的後序作業鏈(由緊後設備或緊後爐次開始的作業鏈)的開始時間向前平移,直至遇到FF為0的作業。當提前時間大於或等於緊後爐次和緊後設備的FF最小值時,則將該作業的後序作業鏈的開始時間向前平移緊後爐次和緊後設備的FF的最小值。當該作業不處於關鍵路徑上時,則不處理。
  (2)當某一作業加工處理時間延後時,Ti,k變大,即i爐在k工序的加工時間延長。根據緊後爐次和緊後設備的BF(後向自由安全時間)的最小值判斷,BF的計算公式為:

免費論文下載中心 http://www.hi138.com   緊後爐次的BF = 緊後工件的緊後爐次的最早開始時間 - 緊後工件的最晚結束時間 - 機器調整時間;
  緊後設備的BF = 緊後工件的緊後設備的最早開始時間 - 緊後工件的最晚結束時間 - 運輸時間。
  當延後時間小於或等於緊後爐次和緊後設備的BF的最小值時,則將該作業的後序作業的開始時間皆向後平移該延長時間。當延後時間大於緊後爐次和緊後設備的BF的最小值時,則有可能斷澆,必須降低拉速才有解。
  
  3進度控制系統實現
  
  進度控制系統采用SQL Server數據庫技術對進度控制所需的實際數據進行存儲和處理,運用VC技術將作業規則以及作業處理方法編制成軟件的功能模塊。SQL數據庫主要有3個功能: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,為後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++語言編寫,分別為調度室人員、生產管理技術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窗口。完整性分析窗口通過將設備完整的日程時間跨度分解成各狀態的時間單元,進行歸類統計,使管理人員更清晰地看到各設備的生產狀況以及生產節奏,為決策提供支持。調試專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,建立了典型排程模型,並在A公司實際生產情況下,新增轉爐平行性約束、精煉爐平行性約束和罐位約束。針對加工處理時間偏離計劃這一動態事件,提出了FF和BF的計算方法。基於FF的計算方法,解決了加工處理時間提前這一動態事件;基於BF的計算方法,解決了加工處理時間延後這一動態事件。結合FF和BF的計算方法,能對排程結果進行重調度,並能有效減少重調度的步驟。該進度控制系統現已應用於A公司。
  
   主要

參考文獻


  
  [1] 李崇,李蘇劍,謝華.面向訂單的煉鋼-連鑄計劃優化模型與算法研究[J]. 物流技術,2007,26(10):62-64.
  [2] 劉光航,李鐵克.煉鋼-連鑄生產調度模型及啟發式算法[J].系統工程,2002, 20(6):44-48.
  [3] 田誌波,唐立新,任一鳴,等. 基於合成鄰域的蟻群算法求解無委托板坯匹配問題[J]. 自動化學報,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.
  [5] Ivan Ferretti,Simone Zanoni,Lucio Zavanella.Production-inventory Scheduling Using Ant System Metaheuristic[J]. International Journal of Production Economics,2006,104(2):317-326.
  [6] P I Cowling,D Ouelhadj, S Petrovic. A Multi-Agent Architecture for Dynamic Scheduling of Steel Hot Rolling[J]. Journal of Intelligent Manufacturing,2003, 14(5) :457-470. 免費論文下載中心 http://www.hi138.com
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