煉鋼—連鑄生產(chǎn)進(jìn)度控制系統(tǒng)的研究
本文根據(jù)煉鋼-連鑄工藝特點(diǎn)，建立了典型排程模型，并在A公司實(shí)際生產(chǎn)情況下，新增轉(zhuǎn)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(tǒng)的研究。
[摘 要] 有效的煉鋼-連鑄生產(chǎn)進(jìn)度控制系統(tǒng)對(duì)鋼鐵企業(yè)提高生產(chǎn)率具有重要意義。本文針對(duì)某大型鋼鐵公司煉鋼連鑄生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題，提出了具有該公司工藝特點(diǎn)的排程模型，結(jié)合由設(shè)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(tǒng)。經(jīng)實(shí)際數(shù)據(jù)測(cè)試，證明了算法的有效性和控制系統(tǒng)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(diào)對(duì)保證生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性有著極為重要的影響。因此，國(guó)內(nèi)外許多專家對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行過(guò)深入研究。李崇 等以轉(zhuǎn)爐、精煉和板坯連鑄工藝為研究對(duì)象，建立面向訂單的煉鋼-連鑄計(jì)劃優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，并用二階段啟發(fā)式算法對(duì)模型進(jìn)行求解[1]。劉光航、李鐵克針對(duì)多階段均有并行機(jī)的生產(chǎn)環(huán)境，建立綜合考慮爐次的設(shè)備指派和作業(yè)排序的混合整線性規(guī)劃模型，提出面向?qū)嶋H應(yīng)用的啟發(fā)式算法以符合爐次設(shè)備指派規(guī)則并緩解資源沖突[2]。田志波 等針對(duì)無(wú)委托板坯匹配問(wèn)題，建立了多目標(biāo)優(yōu)化的0-1整數(shù)規(guī)劃模型[3]。Numao和Morishita將專家系統(tǒng)應(yīng)用在煉鋼連鑄生產(chǎn)調(diào)度上，提高了連澆比[4]。Ivan Ferretti等針對(duì)連鑄車間庫(kù)存冷卻問(wèn)題，提出了解決模型，并運(yùn)用蟻群算法求解，使得生產(chǎn)水平顯著提高[5]。Cowling等采用Multi-Agent法來(lái)制訂熱軋機(jī)的動(dòng)態(tài)調(diào)度方案，能根據(jù)實(shí)時(shí)信息和緊急情況進(jìn)行調(diào)度修復(fù)[6]。
2排程模型以及動(dòng)態(tài)事件的響應(yīng)
2.1問(wèn)題描述與分析
A公司新上了一臺(tái)寬厚板(PM)鑄機(jī)、一臺(tái)LF精煉爐、一臺(tái)RH精煉爐。由于原先的CSP生產(chǎn)線和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(zhuǎn)爐調(diào)度的難度增加論文下載。
根據(jù)圖1所示，A公司有2座轉(zhuǎn)爐、3座精煉爐、2臺(tái)連鑄機(jī)。2臺(tái)鑄機(jī)共享2座轉(zhuǎn)爐提供的鋼水，RH精煉爐主要是對(duì)特殊鋼水進(jìn)行精煉。由于1#轉(zhuǎn)爐和2#轉(zhuǎn)爐共用一個(gè)吊車吊廢鋼和鐵水，因此，兩個(gè)轉(zhuǎn)爐開(kāi)始吹煉時(shí)間至少相差15分鐘。1#精煉爐有1號(hào)、2號(hào)2個(gè)工位，但共享一個(gè)加熱設(shè)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(zhuǎn)爐到鑄機(jī)之間存放鋼水的罐位數(shù)是有限的。
2.2排程模型的建立
根據(jù)A公司煉鋼連鑄工藝路線以及各工藝的特點(diǎn)，建立了排程模型。為了敘述方便引入下列符號(hào)：
i為爐次序號(hào)，i = 0，1，2，…，N; j為設(shè)備序號(hào)，j = 1，2，…，7，分別為1號(hào)轉(zhuǎn)爐、2號(hào)轉(zhuǎn)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(hào)，k = 1，2，3，4，分別為吹煉、LF精煉、RH精煉、澆注;n為轉(zhuǎn)爐到鑄機(jī)之間存放鋼水的罐位總數(shù);di為澆次計(jì)劃中爐次i到達(dá)鑄機(jī)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(zhuǎn)爐到LF爐的運(yùn)輸時(shí)間;t23是LF爐到RH爐的運(yùn)輸時(shí)間;t24是LF爐到鑄機(jī)的運(yùn)輸時(shí)間;t34是RH爐到鑄機(jī)的運(yùn)輸時(shí)間;SIj，ki是j設(shè)備上i爐次的緊后爐次;SMi，j是j設(shè)備上i爐次的緊后設(shè)備;Yi，k是i爐在工序k的開(kāi)始時(shí)間;Sk是工序k的調(diào)整時(shí)間;N為總爐數(shù)，由澆次計(jì)劃確定，Xi，j當(dāng)爐次i在j設(shè)備上處理時(shí)為1，否則為0。
目標(biāo)函數(shù)：
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(shè)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(jī)器調(diào)整時(shí)間之和。公式(4)表示每一爐在LF精煉爐和轉(zhuǎn)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(zhuǎn)爐到LF精煉爐運(yùn)輸時(shí)間之和。公式(5)表示每一爐在鑄機(jī)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(jī)運(yùn)輸時(shí)間之和。公式(6)表示每一爐在鑄機(jī)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(jī)運(yùn)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(shè)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(jī)器調(diào)整時(shí)間之和。公式(10)為罐位約束，表示在轉(zhuǎn)爐和連鑄機(jī)之間所儲(chǔ)存鋼水的最大罐數(shù)數(shù)n。公式(11)為轉(zhuǎn)爐平行性約束，表示若兩座轉(zhuǎn)爐同時(shí)具備兌鐵條件，則后兌鐵的轉(zhuǎn)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(jì)劃
動(dòng)態(tài)事件有加工處理時(shí)間偏離計(jì)劃、當(dāng)鋼水成分或溫度不合要求、訂單變更3種。本文主要分析當(dāng)加工處理時(shí)間偏離計(jì)劃時(shí)，系統(tǒng)如何處理這一動(dòng)態(tài)事件。加工處理時(shí)間偏離計(jì)劃時(shí)，有提前和延后兩種情形。
(1)當(dāng)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(shè)備的松弛時(shí)間為零)，則根據(jù)該爐的緊后爐次和緊后設(shè)備的FF(前向自由安全時(shí)間，自由安全時(shí)間即某設(shè)備或工件的松弛時(shí)間)的最小值判斷。FF的計(jì)算公式為：
緊后爐次的FF = 緊后爐次的最早開(kāi)始時(shí)間 - 當(dāng)前工件的最晚結(jié)束時(shí)間 - 機(jī)器調(diào)整時(shí)間;
緊后設(shè)備的FF = 緊后爐次的最早開(kāi)始時(shí)間 - 當(dāng)前設(shè)備的最晚結(jié)束時(shí)間 - 運(yùn)輸時(shí)間。
當(dāng)提前時(shí)間小于緊后爐次(SIj，i)和緊后設(shè)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(shè)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(dāng)提前時(shí)間大于或等于緊后爐次和緊后設(shè)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(shè)備的FF的最小值。當(dāng)該作業(yè)不處于關(guān)鍵路徑上時(shí)，則不處理。
(2)當(dāng)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(zhǎng)。根據(jù)緊后爐次和緊后設(shè)備的BF(后向自由安全時(shí)間)的最小值判斷，BF的計(jì)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(jié)束時(shí)間 - 機(jī)器調(diào)整時(shí)間;
緊后設(shè)備的BF = 緊后工件的緊后設(shè)備的最早開(kāi)始時(shí)間 - 緊后工件的最晚結(jié)束時(shí)間 - 運(yùn)輸時(shí)間。
當(dāng)延后時(shí)間小于或等于緊后爐次和緊后設(shè)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(zhǎng)時(shí)間。當(dāng)延后時(shí)間大于緊后爐次和緊后設(shè)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(tǒng)實(shí)現(xiàn)
進(jìn)度控制系統(tǒng)采用SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)對(duì)進(jìn)度控制所需的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，運(yùn)用VC技術(shù)將作業(yè)規(guī)則以及作業(yè)處理方法編制成軟件的功能模塊。SQL數(shù)據(jù)庫(kù)主要有3個(gè)功能：第一，數(shù)據(jù)庫(kù)作為數(shù)據(jù)傳遞接口，將三級(jí)系統(tǒng)傳入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)表中，進(jìn)度控制系統(tǒng)定期去表中讀取數(shù)據(jù);第二，將排出的日程存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，為后續(xù)工作研究提供依據(jù);第三，將軟件錯(cuò)誤信息保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。程序采用VC++語(yǔ)言編寫，分別為調(diào)度室人員、生產(chǎn)管理技術(shù)人員和軟件調(diào)試及監(jiān)控人員設(shè)計(jì)了主窗口、日程統(tǒng)計(jì)窗口和調(diào)試專用窗口。主窗口界面能體現(xiàn)出程序的人機(jī)交互性，清晰、明了地表達(dá)出排程結(jié)果。日程統(tǒng)計(jì)窗口包括完整性分析窗口和評(píng)價(jià)窗口。完整性分析窗口通過(guò)將設(shè)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)行歸類統(tǒng)計(jì)，使管理人員更清晰地看到各設(shè)備的生產(chǎn)狀況以及生產(chǎn)節(jié)奏，為決策提供支持。調(diào)試專用窗口包括轉(zhuǎn)爐調(diào)試窗口、精煉爐調(diào)試窗口和鑄機(jī)調(diào)試窗口。進(jìn)度控制系統(tǒng)界面如圖2所示。
4結(jié)論
本文根據(jù)煉鋼-連鑄工藝特點(diǎn)，建立了典型排程模型，并在A公司實(shí)際生產(chǎn)情況下，新增轉(zhuǎn)爐平行性約束、精煉爐平行性約束和罐位約束。針對(duì)加工處理時(shí)間偏離計(jì)劃這一動(dòng)態(tài)事件，提出了FF和BF的計(jì)算方法�；贔F的計(jì)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(jì)算方法，解決了加工處理時(shí)間延后這一動(dòng)態(tài)事件。結(jié)合FF和BF的計(jì)算方法，能對(duì)排程結(jié)果進(jìn)行重調(diào)度，并能有效減少重調(diào)度的步驟。該進(jìn)度控制系統(tǒng)現(xiàn)已應(yīng)用于A公司。
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