動態排程系統在煉鋼廠的應用

張 麗，張 路

（1.河鋼唐鋼不銹鋼公司，河北 唐山 063000；2.河鋼集團唐鋼新區，河北 唐山 063000）

近些年，隨著鋼鐵需求走勢，冶煉品種多樣、產品質量過硬才能使企業靈活應對多方挑戰，嚴格控制成本消耗，高質量滿足客戶需求，提高企業的生存、發展的能力。為此，煉鋼企業冶煉的生產工藝一直在不斷發展進步，隨著自動化煉鋼配套設備實施的高度配合，基本實現了自動化煉鋼的過程生產控制。冶煉設備的自動化、冶煉工藝復雜化，生產工序間的緊密結合程度也就隨之提高，企業由傳統生產模式轉向按單生產，生產排產不僅要滿足有單銷售的需求，還要符合中長期的企業規劃，生產調度的計劃安排直接影響生產節奏的緊湊性，各工序間生產狀態的平衡性。由于生產環境的復雜性、約束性以及不確定性，將人工智能與計算模型相結合，實現人-機集成化調度，高效地計算出合理的計劃排程，應用于實際生產中。

1 動態排程系統概述

本文主要針對唐鋼不銹鋼煉鋼廠生產調度的動態排程系統進行闡述，將原有調度人工安排指揮生產與使用動態排程系統指導生產作了比較，體現動態排程系統的必要性。不銹鋼煉鋼廠有3座轉爐、1座脫磷轉爐、3座LF精煉爐、1座RH精煉爐、3臺板坯連鑄機，一般情況下3爐對3機，實現爐機匹配的模式冶煉，隨著公司冶煉設備的提高，冶煉高質量的產品成為公司主打，由于轉爐自身容量以及其他不可抗的制約因素的影響，2爐對3機的生產模式已成為冶煉常態冶煉。如何合理地分配產序間的爐次生產，滿足最優化的、最節能的、最高效的穩定拉速下生產，這種復雜且多元的環境下，光靠調度人腦編排顯然有些吃力，動態調度排程系統則可在短時間內運用制定好的多種模型結構的，根據實際狀態通過內部邏輯運算，排出最優生產排程計劃。

2 動態排程系統的特點

2.1 配置靈活

動態排程系統可按照煉鋼廠生產工藝要求維護各種生產的工藝路線信息、各類資源信息、各工序間及同序間生產的各種約束條件信息以及活動主體等等，根據設備資源能力、預定的生產完成時間以及各種對應關系，動態排程系統可根據算法自動推導出合理化、有效化、最優化的生產計劃用于指導生產，如圖1工序類型定義。所謂“合理化”指的是要解決現場出現的各種異常情況；“有效化”指的是滿足生產要求，發揮設備的最高生產效率；“最優化”指的是能為生產節約產序間的消耗，實現利益最大化。因此，雖然配置靈活，但仍需要有經驗的生產調度人員進行合理的配置才能更好發揮自動排程的作用。

圖1 動態排程系統的配置界面

2.2 多模型集成

動態調度系統包括三大模型：工廠模型、溫度模型、鐵水模型。

2.2.1 工廠模型

動態排程功能的實現，首先要進行基礎模型的建立，即“工廠模型”的設定，將煉鋼廠的整個工序產能，各類參數以及各種約束條件的設定，維護到系統中，形成一個規范的基礎庫，用戶根據生產中的設備情況，工藝規范的作出確定后，系統可根據庫中的參數，約束條件，工藝路線等綜合參數信息，通過強大的邏輯算法最終形成排程計劃，如圖2工廠模型圖。

圖2 動態排程系統的工廠模型圖

2.2.2 溫度模型

煉鋼廠在冶煉過程中，連鑄工序如何達到穩定拉速、高效生產，轉爐工序到連鑄工序過程中鋼水溫度控制是關鍵因素。溫度變化影響整個煉鋼的生產節奏，動態排程系統可根據溫度模型對溫度進行記錄、分析，通過對工序中溫度損失的計算推算出生產單元的最佳目標值，供冶煉參考。

2.2.3 鐵水模型

預測鐵水未來需求量，獲得鐵水重要化學成分數據以及鐵水各種階段的處理時間，有利于煉鋼廠轉爐冶煉時，減少鐵水因素對轉爐周期的影響，從而減少對澆次計劃的影響。

2.3 可視化界面，操作簡便

動態調度系統通過甘特圖將計劃排程直觀的展示出來，在甘特圖上，調度人員通過拖、拉、交換爐次塊兒的操作，可對計劃進行調整，并下發給二級煉鋼系統，若出現特殊冶煉狀態，可強制開始、結束爐次冶煉狀態，可回爐、二次精煉等特殊工序的調整處理，解決生產中出現的突發狀況，確保冶煉計劃的平穩過度。

3 動態排程系統的計劃類型

3.1 爐次計劃

動態排程系統在接收到上級下發的澆次計劃信息，通過人工激活數據信息，計算后，界面自動顯示爐次排程計劃，可對生產的爐次進行在線控制，也能對冶煉計劃作出未來規劃，這些功能的實現基于工序間的各個生產過程的生產準備時間、后期處理時間、實際處理時間、計劃時間、緩沖時間等實際信息的及時反饋，還需考慮當前生產設備的狀態和條件，若有計劃臨時變更、突發生產事件的產生，則需要調度人員通過用戶界面進行排程調整。調度人員可通過經驗調整計劃，若調整的生產計劃待系統自動計算后，發現有沖突的地方，爐次計劃界面除了作出問題爐次標紅處理外，還提示沖突源、沖突原因等信息，便于調度人員再次進行計劃調整，解決沖突，合理安排生產。

排程的核心算法是根據實時動態的信息反饋結合各種約束條件，隨時更新冶煉計劃，已達到削減工序間的緩沖時間、增加生產關聯的可靠性以達到最優排程，實時動態更新冶煉計劃。以甘特圖為平臺進行人工交互，操作簡便（見圖3）。

圖3 爐次計劃界面

3.2 鋼包計劃

大包用來進行鋼水的處理，轉運以及進一步處理。針對生產爐次來分配可用的大包，取決于大包的工藝和熱力學條件，并滿足時間相關的邊界條件。大包調度能夠發揮鋼包的最大化使用效果，并滿足計劃需求方面支持生產運行。大包調度功能一方面為預計劃的爐次分配大包，同時預排所需的大包周期性檢修任務。

鋼包使用情況的信息也通過甘特圖形式直觀展示出來，通過對鋼包上線、下線的狀態設置，系統根據爐次計劃的分配情況，合理安排鋼包的使用順序及等待、檢修的預計時間，如下頁圖4鋼包計劃界面。

圖4 爐次計劃界面

3.3 天車計劃

滿足來自爐次和大包計劃的運輸要求，從而提高了工序間內部物流運轉對計劃爐次生產和大包準備活動的透明性。由于天車計劃要通過一個較長時間的預測，以便采取相應的早期應對，從而避免無天車可用的瓶頸，但由于不銹鋼生產區域布局的現狀，暫時沒有啟動該模塊的具體應用。

4 動態排程系統的數據流

動態排程系統從接收高級排程APS系統下發的連鑄澆次作業計劃開始，根據生產設備情況、生產節奏諸多客觀因素的制約，對澆次計劃以冶煉的爐次為單位進行拆解，采用最優冶煉路徑將作業計劃自動分配到轉爐、精煉、連鑄工序并通過MES系統中轉到煉鋼二級系統，同時將鋼包使用計劃下發至天車系統。動態排程系統隨時接收來自生產設備實際動作后產生的數據如轉爐工序的吹氧、出鋼信息，精煉工序的進站、出站信息，連鑄工序的開始澆鑄、澆鑄完成信息的保存等（見圖5），用于實現在線控制功能，不斷計算更新生產計劃，緊密結合生產，以提高排程精準度，實現最優實現了生產管理。

圖5 動態排程系統數據流

5 應用評價

煉鋼動態排程系統的應用，解決了調度人員在復雜的環境中通過人腦排程的瓶頸問題，將調度經驗融入到系統的配置中作為算法的條件設中，使系統計算的排程結果更加合理化、人性化，工藝參數、工藝技術規范的統一，工藝路徑、約束條件的制定，使產品更加高質、高量，為不銹鋼下道工序提供了優質的板坯，也為公司品種鋼、汽車板的冶煉做出基礎工作，提高企業核心競爭力。