寬厚板智能組板系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用

魏和平

（山鋼股份萊蕪分公司 寬厚板事業(yè)部，山東 萊蕪271104）

1　前　言

寬厚板MES系統(tǒng)是萊鋼第一條全流程自動(dòng)化管控的生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)，其業(yè)務(wù)范圍包括從生產(chǎn)訂單接收、訂單檢查與確認(rèn)、合同處理、組板、煉—軋作業(yè)計(jì)劃編制、煉—軋各工序?qū)嵖?jī)管控、質(zhì)檢判定、成品入庫發(fā)貨，直至合同結(jié)案。MES系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)的合理性和完善度將直接影響寬厚板線生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)優(yōu)劣。

在組板這一環(huán)節(jié)中，原來采取的人工組板方式不僅效率低，而且難以得到最優(yōu)方案。為進(jìn)一步提高寬厚板生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，通過分析MES中人工組板工序及系統(tǒng)的工作機(jī)理，將人工組板經(jīng)驗(yàn)描述成若干規(guī)則，設(shè)計(jì)出融合經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和規(guī)則的智能組板算法，開發(fā)出智能組板系統(tǒng)。

2　項(xiàng)目技術(shù)方案

根據(jù)目前生產(chǎn)運(yùn)行過程中存在的問題和實(shí)際組板設(shè)計(jì)需求，本項(xiàng)目開發(fā)嵌入寬厚板MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫以下3個(gè)模塊。

2.1　出鋼材智能板坯設(shè)計(jì)模塊

通過對(duì)未組板合同集和組板規(guī)則的計(jì)算組合，得到按優(yōu)先級(jí)排序的候選板坯方案集，為組板人員提供并決策每一批合同最優(yōu)組坯方案所需的基本數(shù)據(jù)和信息。組坯的最優(yōu)方案，可實(shí)現(xiàn)出鋼材組板金屬收得率最大化，組板超投率（即組板帶出品率）最小化。

2.2　余材鋼板智能匹配組板模塊

針對(duì)庫存現(xiàn)貨板，通過運(yùn)行該模塊得到可行的余材板轉(zhuǎn)期貨板匹配方案，為組板人員提供每塊余材切割合同子板所需的基本數(shù)據(jù)和信息，實(shí)現(xiàn)最高利用率。該模塊邏輯上可分為余材板庫存和合同集讀取與分組、合同規(guī)則集過濾、候選方案集生成、候選方案集排序質(zhì)檢及組板方案保存5個(gè)組件。

2.3　余材板坯智能匹配組板模塊

針對(duì)庫存余材坯，通過運(yùn)行該模塊和組板合同集的匹配計(jì)算，得到最優(yōu)板坯匹配組板方案，提高余材板坯的利用率和計(jì)算效率。

3　系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)

厚板智能組板的軟件架構(gòu)如圖1所示。

圖1　智能組板系統(tǒng)整體架構(gòu)

智能組板系統(tǒng)以C/S架構(gòu)客戶端訪問形式，為用戶提供組板參數(shù)配置、合同和余材選擇、組板結(jié)果比較、查看以及組板進(jìn)程啟動(dòng)停止等功能。系統(tǒng)依托于MES系統(tǒng)合同、余材和基準(zhǔn)表等數(shù)據(jù)，獨(dú)立于MES系統(tǒng)之外，實(shí)現(xiàn)開發(fā)、調(diào)試不影響現(xiàn)有系統(tǒng)正常運(yùn)行、使用的目標(biāo)。

3.1　連鑄出鋼材智能板坯設(shè)計(jì)軟件開發(fā)

連鑄出鋼材智能板坯設(shè)計(jì)模塊包括訂單選擇與讀取、分組、訂單板坯匹配、組板布局、板坯推算及最優(yōu)板坯方案輸出6個(gè)模塊。組板完成后，符合組板約束條件的組板板坯提交厚板MES系統(tǒng)，安排連鑄生產(chǎn)，不符合的記錄組板履歷報(bào)告原因，軟件架構(gòu)如圖2所示。

圖2　連鑄出鋼材智能組板架構(gòu)

該系統(tǒng)模塊獨(dú)立于寬厚板MES系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)接口從厚板軋線MES數(shù)據(jù)庫讀取合同、組板基準(zhǔn)表數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)值，用于最優(yōu)組板方案的推理，生成的最優(yōu)組板方案數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)到智能組板數(shù)據(jù)庫中，通過數(shù)據(jù)接口存儲(chǔ)到寬厚板MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，為設(shè)計(jì)者提供決策每一批合同最優(yōu)組坯方案所需的基本數(shù)據(jù)和信息。

連鑄出鋼材智能板坯設(shè)計(jì)算法流程為：根據(jù)內(nèi)部鋼種（與牌號(hào)對(duì)應(yīng)）、訂貨厚度、寬度對(duì)合同分類；根據(jù)合同子集情況，采用并行策略組板；坯長(zhǎng)、成材率計(jì)算、組板約束條件校驗(yàn)；校驗(yàn)通過的板坯放入智能組板板坯集。

3.2　余材鋼板、余材板坯智能匹配軟件開發(fā)

余材鋼板、板坯智能組板模塊功能覆蓋余材鋼板、板坯組板范圍，包括余材鋼板、板坯訂單選擇與讀取；余材鋼板、板坯訂單分組；訂單余材鋼板、板坯匹配；組板布局；鋼板、板坯推算及最優(yōu)組板方案輸出6個(gè)模塊。組板完成后，符合組板約束條件的組板余材鋼板、板坯提交厚板MES系統(tǒng)，安排生產(chǎn)，不符合的記錄組板履歷報(bào)告原因。

該系統(tǒng)模塊獨(dú)立于寬厚板MES系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)接口從厚板軋線MES數(shù)據(jù)庫讀取合同、余材鋼板（板坯）和組板基準(zhǔn)表數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)值，用于最優(yōu)組板方案的推理、生成以及鋼板、大板（或大板、板坯）數(shù)據(jù)計(jì)算，推理、生成的最優(yōu)組板方案，鋼板、大板（或大板、板坯）數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)到智能組板數(shù)據(jù)庫中，通過數(shù)據(jù)接口存儲(chǔ)到寬厚板MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。余材板坯、余材鋼板智能匹配軟件架構(gòu)與出鋼材智能組板架構(gòu)相似，不再贅述。

3.3　建立與寬厚板軋線MES系統(tǒng)的通訊

系統(tǒng)建立寬厚板軋線MES數(shù)據(jù)庫接口，可讀取寬厚板參與智能組板的合同信息；讀取寬厚板參與智能組板的余材板坯、余材鋼板信息；讀取寬厚板組板影響因素基準(zhǔn)信息，保證組板結(jié)果與MES組板規(guī)則，計(jì)算結(jié)果一致性；保存系統(tǒng)組板后得到的鋼板、大板、鋼板位置、板坯數(shù)據(jù)；保存系統(tǒng)組板后的合同數(shù)據(jù)、余材板坯、余材鋼板狀態(tài)；保存系統(tǒng)組板后虛擬板坯號(hào)、制造命令流水號(hào)。

4　結(jié)語

2017年7月該系統(tǒng)正式上線運(yùn)行，2017年7—12月智能組板總重量達(dá)到了373 685 t，智能組板占厚板組板比例達(dá)到56.35%，成材率達(dá)到92.4%，較2017年前6個(gè)月組板成材率提高了0.46%，且智能組板使用比例不斷增加，12月份智能組板占比達(dá)到了82.2%，效率也明顯提高。厚板智能組板系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了合同與余材信息選擇、智能板坯設(shè)計(jì)、虛擬板坯合同優(yōu)化匹配等組板設(shè)計(jì)功能，為設(shè)計(jì)者提供了決策每一批合同最優(yōu)組板方案所需的基本數(shù)據(jù)和信息，為實(shí)現(xiàn)組板方案快速搜索和全局優(yōu)化提供了重要根據(jù)。