煉鋼物流調度仿真模型分析

李紀紅 劉卜源 陳 影

（中國人民解放軍軍事交通學院 中國 天津 300161）

1 鋼鐵生產工藝流程介紹及分析

現代鋼鐵生產流程較為復雜，涉及的工序很多，一個典型鋼鐵企業的生產流程可以分為三大部分:煉鐵（Iron Making)區域、主煉鋼(Primary Steelmaking)區域和精整加工(Finishing)區域，其中主煉鋼區域包括煉鋼、連鑄、熱軋等工序，精整加工區域包括冷軋、鍍涂等工序

2 煉鋼生產系統結構分析

2.1 系統靜態結構

圖1表現的系統結構模型通過類與類之間的關系反映出系統的基本框架。圖1中，我們根據煉鋼車間生產調度系統作用和其外部環境的特點，抽象出作業計劃、生產調度和物料跟蹤3個核心類。

（1）作業計劃類接受生產訂單并將其分解為任務單元、平衡設備能力、指派加工設備、編制澆次計劃和爐次計劃。與其相關聯的實體有工具、原料、設備、工藝路線以及匹配規則等。

圖1 煉鋼車間生產調度系統類圖

（2）生產調度類解決設備資源占用沖突，確保物流狀況符合作業計劃的要求，根據生產實績數據及時更新相關狀態。它包括資源協調、設備匹配和問題識別等3個子類，分別對應于生產調度系統中的資源狀況竹理、爐次設備指派、動態調整等3個方面的功能。

（3）物料跟蹤類從過程控制系統或人機交互系統采集生產實績數據，進行顯示和分析整理，并向生產調度模塊提供所需的生產實績數據。

2.2 系統動態結構

上述結構模型給出了系統中的類以及類之間的關系，定義了系統的靜態結構。以下針對煉鋼車間生產過程的特點，進一步分析系統的動態特性。圖2是煉鋼車間調度系統動態行為模型，它描述了系統功能實現時所涉及到的公司級計劃管理、車間計劃與調度、工藝數據庫、匹配規則和生產任務下達等5個對象之間的交互情景。

圖2 煉鋼一連鑄計劃與調度動態行為模型

（1）接受公司計劃管理模塊發布的生產訂單信息。

（2）向工藝數據庫查詢工藝路線和資源數據。

（3）在工藝路線和資源可行的情況下，向匹配規則對象查詢生產訂單分解、組爐組澆的各種規則和約束。例如，產品與連鑄機相對應、標準澆次和標準爐次的鋼水重量、鋼水到鋼坯的損耗以及關于客戶、交貨期等方面的匹配規則。

（4）在得到匹配規則信息后，由內置的組澆功能將生產訂單分解為各個連鑄機上的澆次任務，根據澆次內各個爐次的生產任務編制作業計劃。

（5）向生產任務下達對象提供作業計劃(澆次計劃和爐次計劃)。

（6）在生產的過程中，接受來自生產任務下達對象的有關作業計劃的調整信息和關于無法解決的問題的上報。

（7）生產完成時，向公司計劃管理對象報告生產訂單的完成情況。

3 煉鋼生產調度系統建模分析

根據前面對煉鋼生產過程的詳細分析，采用一種生產工序為中心的建模思路。在模型中各生產工序相互獨立，鋼包對象將各工序連接，記錄鋼包的冶煉信息；并將實現生產功能的“調度對象”與其相連，記錄生產現場的生產調度信息。

由于整個計劃、生產和調度以及涉及的物流平衡等問題都是圍繞上述對象展開的。因此應該將對象模型轉化成數據庫模型，以保障數據存取和信息流通的高效性。E-R圖則為數據庫的實現提供了良好的藍圖。根據前面的分析，煉鋼生產調度系統的E-R模型如圖3所示。

在E-R模型中，“鋼包作業狀態”對于實時記錄活動鋼包的作業情況，因為此表涉及的動作較多、信息量較大，因此表的長度維持在1000條以內。各鋼包在各工序的作業信息或其他特征信息，均以工序的方式存儲在“轉爐實績信息”、"LF實績信息”、“RH實績信息”、“連鑄實績信息”對象內。通過熔煉號將各工序的作業實績關聯起來，形成“鋼包作業實績”對象記錄鋼包在各個工序的作業開始和結束時間，并與由“包次計劃”制定的“生產計劃”進行比較。

圖3 調度系統的高層E-R模型圖

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