煉鋼連鑄生產(chǎn)調(diào)度的研究進(jìn)展分析

任靈元

摘 要：本文對于煉鋼連鑄過程中的生產(chǎn)調(diào)度問題進(jìn)行分析，先總結(jié)和評述了生產(chǎn)調(diào)度問題中的研究方法，對各種方法的特點(diǎn)和適用范圍進(jìn)行概括，隨后對計算機(jī)輔助調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行介紹，討論該系統(tǒng)的優(yōu)勢和特點(diǎn)，最后對未來煉鋼連鑄生產(chǎn)調(diào)度過程中可能遇到的問題的解決方式進(jìn)行解答，分別提出“規(guī)則+算法”和“多工序協(xié)同”的研究思路，分被用于解決靜態(tài)調(diào)度和動態(tài)調(diào)度中可能會遇到的問題，為提高當(dāng)前目前鋼廠的生產(chǎn)計劃編制水平，加強(qiáng)計劃的可執(zhí)行性，使煉鋼連鑄的過程更加有序、穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：煉鋼連鑄;生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng);靜態(tài)調(diào)度;動態(tài)調(diào)度

鋼鐵工業(yè)的發(fā)展水平在一定程度上可以顯示出一個國家的綜合國力。鋼鐵工業(yè)在生產(chǎn)鋼鐵的過程中有明顯的流程化特點(diǎn)，它的競爭力來源于整個制造過程的智能化和現(xiàn)代化。隨著時代的發(fā)展，鋼鐵工業(yè)也迎來了轉(zhuǎn)型和升級，向著可持續(xù)發(fā)展的道路前進(jìn)。煉鋼連鑄的過程非常復(fù)雜，在這其中涉及到了很多物理和化學(xué)方面的變化，其生產(chǎn)過程中管理的好壞會對產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)效率等諸多方面造成影響，是整個鋼鐵制造流程中最為重要的過程。合理科學(xué)的生產(chǎn)調(diào)度可以讓煉鋼連鑄過程中各個工段的生產(chǎn)效率提高、使鋼水在工序間的等待時間降低，使生產(chǎn)過程中的物耗和能耗降低，總而保證生產(chǎn)治療，在更短的時間內(nèi)提高了產(chǎn)品的競爭能力，降低了運(yùn)營成本。

1 煉鋼連鑄過程生產(chǎn)調(diào)度問題的基本情況

1.1煉鋼連鑄生產(chǎn)調(diào)度問題的鮮明特征

煉鋼連鑄過程中的核心區(qū)段由多個工序組成，分別是煉鋼、精煉、連鑄等。在這其中，每一個工序都需要多臺并行設(shè)備，在這其中，精煉階段需要根據(jù)不同的鋼種，選擇合適的設(shè)備。為保證煉鋼連鑄整個生產(chǎn)流程可以高效穩(wěn)定的進(jìn)行，需要對過程中的問題進(jìn)行分析，在滿足生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)之上，依照生產(chǎn)計劃，編制出各爐次之間的工藝路徑，保證各設(shè)備以及設(shè)備上的作業(yè)都能按照計劃作業(yè)起止時間進(jìn)行[1]。可以看出，煉鋼連鑄車間是一個混合流水車間，在調(diào)度過程中會出現(xiàn)復(fù)雜精煉的靜態(tài)調(diào)度問題以及鋼水回爐等動態(tài)調(diào)度問題可以被抽象為復(fù)雜的柔性作業(yè)車間調(diào)度問題。

煉鋼連鑄過程作為鋼鐵制造流程中的關(guān)鍵控制問題，有以下幾個特點(diǎn)：第一，在冶金的過程中會反復(fù)出現(xiàn)各種復(fù)雜的物理和化學(xué)變化，經(jīng)常會遇到物體三態(tài)共存的情況，生產(chǎn)過程十分復(fù)雜，需要對多個目標(biāo)完成優(yōu)化;第二，物質(zhì)在各工序各設(shè)備之間流動的時間緊湊且路徑繁多;第三和傳統(tǒng)工藝不同，連鑄階段必須保證多爐共同作業(yè)，連續(xù)燒鑄，增大了調(diào)度難度;第四，在生產(chǎn)過程中伴隨著大量能量消耗，因此應(yīng)該盡量加快生產(chǎn)速度，減少工序之間的間隔;第五，連鑄過程中會出現(xiàn)很多不確定性因素，會對生產(chǎn)節(jié)奏產(chǎn)生擾動。

1.2煉鋼連鑄生產(chǎn)調(diào)度問題的應(yīng)用方法

在煉鋼連鑄過程中的調(diào)度問題是典型的非確定多項式難題，非常復(fù)雜，多是組合優(yōu)化問題。在發(fā)展過程中，調(diào)度的方式也逐漸從簡單到復(fù)雜，總最開始的統(tǒng)籌學(xué)應(yīng)用到現(xiàn)在的人工智能優(yōu)化，在這其中，很多學(xué)者都作出了自己的貢獻(xiàn)，對生產(chǎn)調(diào)度和計劃總結(jié)作出了很多技術(shù)性歸納，但是這些結(jié)果和實際生產(chǎn)的結(jié)合并不密切，并且由于每種行業(yè)的特異性差異，造成了在不同領(lǐng)域中所需要用到的調(diào)度方法差別非常大[2]。通過對鋼鐵生產(chǎn)調(diào)度的研究和總結(jié)，可以看出生產(chǎn)調(diào)度的研究方法大致有以下特點(diǎn)：第一，每種調(diào)度方法都有自己獨(dú)有的優(yōu)勢，在多種調(diào)度方法相互結(jié)合之后，可以解決復(fù)雜的調(diào)度問題;第二，解決動態(tài)和靜態(tài)調(diào)度問題所用到的技術(shù)不同，例如解決動態(tài)調(diào)度問題就需要使用專家系統(tǒng)和多智能體系統(tǒng);第三，仿真系統(tǒng)和專家系統(tǒng)具有獨(dú)特的優(yōu)勢，近些年發(fā)展迅速，可能會成為問來的發(fā)展趨勢。

當(dāng)前生產(chǎn)調(diào)度研究的重要課題，就是怎么樣根據(jù)不同的目標(biāo)，選擇最合適的研究方法，在這個基礎(chǔ)上，探索更多有效的智能算法。對于煉鋼連鑄生產(chǎn)來說，探索生產(chǎn)調(diào)度溫蒂不應(yīng)該只停留在理論研究階段，應(yīng)該在生產(chǎn)過程中實地去應(yīng)用不同的研究方法，尋找合適的求解思路和建模方法，使鋼廠的能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定、高效、智能的生產(chǎn)。

2煉鋼連鑄生產(chǎn)調(diào)度的主要研究思路

在總結(jié)之前的研究成果，結(jié)合了大量的研究體會后，筆者發(fā)現(xiàn)了當(dāng)前煉鋼連鑄過程中存在的一些問題，接下來將針對其中兩個典型的調(diào)度問題：靜態(tài)調(diào)度和動態(tài)調(diào)度，提出一些研究思路。

2.1靜態(tài)調(diào)度：“規(guī)則+算法”

目前煉鋼連鑄過程中會出現(xiàn)爐機(jī)不匹配的問題，其主要原因是鋼廠的產(chǎn)品種類多，并且呈現(xiàn)批量小，規(guī)格多的特點(diǎn)，每一種鋼種的工藝路徑是不同的，而不同的工藝又會使得多種并行設(shè)備共同運(yùn)轉(zhuǎn)。在很多大型鋼廠，都有煉鋼設(shè)備多的問題，這就導(dǎo)致了天車需要承擔(dān)很多的作業(yè)任務(wù)，這使得作業(yè)的路線相互交叉，缺乏規(guī)律性。通過算法模型求解原始調(diào)度方案，沒有辦法滿足現(xiàn)場復(fù)雜的生產(chǎn)情況，如何保證靜態(tài)調(diào)度的可執(zhí)行性，成了當(dāng)今智能化制造環(huán)境下的難題之一。

在結(jié)合長期的研究和實踐經(jīng)歷，筆者認(rèn)為使用“規(guī)則+算法”的模式能夠有效解決靜態(tài)調(diào)度過程中存在的問題。這其中，“規(guī)則”指的是在長期生產(chǎn)以來，調(diào)度人員不斷總結(jié)的生產(chǎn)調(diào)度基本原則，這其中就包括了時間控制原則與工藝約束原則等等;而“算法”則是指對煉鋼連鑄生產(chǎn)調(diào)度問題的計算，例如使用遺傳算法和啟發(fā)算法計算排產(chǎn)計劃等，針對不同的生產(chǎn)計劃，定制出最合適的生產(chǎn)模式以及約束條件，通過構(gòu)建模型的方式采取合適的算法對模型進(jìn)行求解。

在對靜態(tài)調(diào)度進(jìn)行了長期的時間研究后，發(fā)現(xiàn)可以使用爐機(jī)對應(yīng)的煉鋼廠運(yùn)行原則，綜合考慮各個產(chǎn)品所需要的加工程序和生產(chǎn)節(jié)奏，利用柔性工序?qū)Σ呗赃M(jìn)行緩解，優(yōu)化生產(chǎn)模型。

2.2 動態(tài)調(diào)度：多工序合作

煉鋼連鑄的過程中會遇到很多不確定因素以及隨機(jī)的擾動，好比設(shè)備擾動、生產(chǎn)擾動等等。在當(dāng)前的煉鋼連鑄過程中，通常采用的調(diào)控是對單一的工序和操作過程進(jìn)行控制，對于過程整體的把控能力不足，這種模式下當(dāng)胰腺工序出現(xiàn)問題后，雖然能把這一工序的問題處理完畢，但會影響到其他工序的正常流程，難以消除或者減弱因為該工序出現(xiàn)的問題導(dǎo)致其他工序進(jìn)程也受到影響的程度。當(dāng)工藝工序和生產(chǎn)調(diào)度相互脫節(jié)的時候，煉鋼連鑄過程中復(fù)雜的動態(tài)調(diào)度問題是無法被解決的。因此本文在這里提出使用多工序協(xié)同的方式，解決動態(tài)調(diào)度的問題。

多工序協(xié)同需要綜合考慮多種工序工藝和產(chǎn)品質(zhì)量，對其進(jìn)行協(xié)同控制，其優(yōu)勢在于具有自動化和自決策的能力，可以讓煉鋼連鑄的過程中多種工序協(xié)同運(yùn)行。在分析了煉鋼連鑄過程中物質(zhì)流動運(yùn)行的特點(diǎn)，結(jié)合大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的情況下，就能形成一個煉鋼連鑄全流程協(xié)同控制優(yōu)化理論的模型，構(gòu)建出一個三位一體的協(xié)同機(jī)制。

結(jié)束語：

綜上所述，煉鋼連鑄過程非常復(fù)雜，通過建立調(diào)度模型的方式對其進(jìn)行模擬，還是會不可避免的忽視一些問題，這就導(dǎo)致了模型應(yīng)用效果不盡人意，在未來的生產(chǎn)調(diào)度研究中，應(yīng)該全面考慮對調(diào)度環(huán)節(jié)的約束問題，減少因為模型的不全面造成的影響，使調(diào)度模型能夠更好地適應(yīng)生產(chǎn)。應(yīng)該積極的對新的調(diào)度思路進(jìn)行研究，將動態(tài)調(diào)度和靜態(tài)調(diào)度中遇到的問題分開研究，對于靜態(tài)調(diào)度，應(yīng)該通過生產(chǎn)規(guī)則確定生產(chǎn)模式，再用算法對其進(jìn)行求解，對于動態(tài)調(diào)度，應(yīng)更重視多個生產(chǎn)工序之間的協(xié)調(diào)性，保證其生產(chǎn)過程可以高效、智能的運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹志鵬.煉鋼—精煉—連鑄生產(chǎn)過程優(yōu)化調(diào)度方法研究[J].冶金與材料，2020，41（03）：54-55.

[2]劉青，劉倩，楊建平，張江山，高山，李強(qiáng)篤，王寶，王柏琳，李鐵克.煉鋼-連鑄生產(chǎn)調(diào)度的研究進(jìn)展[J].工程科學(xué)學(xué)報，2020，42（02）：144-153.