考慮能耗的連續退火鋼卷調度系統設計與開發

劉云林

(承德石油高等專科學校 電氣與電子工程系，河北 承德 067000)

隨著我國節能減排戰略的提出和經濟結構由資源密集型向技術密集型的轉變，當前連退人工排產存在的能源消耗高、排產效率低、依賴經驗性強等缺點，顯然已經無法適應當前國家戰略和鋼廠實際生產的需要。為此，亟需開發一個能夠實現降低能源消耗、人機交互性強、操作簡單的連退自動排產系統。本文以國內某大型鋼廠的業務需求為基礎，設計和開發了考慮能耗的連續退火鋼卷調度系統。以下將從功能需求分析、系統設計、系統實現等方面進行介紹。

1 功能需求分析

通過對國內某大型鋼廠的實地調研以及和現場生產計劃員的溝通交流，了解到當前連退人工排產存在能源消耗高、排產效率低、依賴經驗性強等缺點。針對該鋼廠的生產實際需求，一個完善的考慮能耗的連續退火鋼卷調度系統應該包括如下功能：

1)用戶登錄功能；

2)數據管理功能；

3)參數配置功能；

4)考慮能耗的連續退火鋼卷調度功能；

5)結果顯示功能。

2 系統設計

1)系統結構設計

通過以上對系統功能需求的分析可知，考慮能耗的連續退火鋼卷調度系統的功能應該包括授權用戶登錄、數據管理、參數設置和自動排產四個方面。考慮能耗的連續退火鋼卷調度系統功能設計如圖1所示。

2)系統子模塊功能設計

通過系統結構設計可知，考慮能耗的連續退火鋼卷調度系統的功能模塊應該包括授權用戶登錄模塊、數據管理模塊、參數設置模塊和自動排產模塊四個方面。下面對各個模塊的設計思想進行介紹：

(1)數據管理模塊

對于鋼鐵企業來說，生產過程中的數據規模龐大、數據結構復雜。一個符合鋼鐵企業實際需求的生產調度系統的數據管理模塊應該具備數據導入、數據篩選、數據顯示和數據導出功能。

(2)參數配置模塊

參數配置模塊使得系統有更強的魯棒性，同時允許用戶根據實際生產的需要進行算法參數的調整。允許用戶定義寬度是從寬到窄還是從窄到寬進行排序以及寬度的范圍、權重、罰值；允許用戶定義厚度是從厚到薄還是從薄到厚進行排序以及厚度的范圍、權重、罰值；允許用戶定義退火溫度是從高到低還是從低到高進行排序以及退火溫度的范圍、權重、罰值。該模塊功能描述如圖2所示。

(3)自動排產模塊

自動排產模塊由自動收池、人工調整確認、結果顯示組成。首先是自動收池功能，用戶根據需要選擇日期和機組，通過長期合同計劃和短期合同得到收池的鋼卷信息，之后調用嵌入的算法，將調度結果在顯示界面中進行顯示。然后是用戶調整確認功能，用戶可以根據生產實際的需要在表格中進行合同生產量的更改，通過觀察結果是否滿意來決定是否將結果進行保存。最后是結果顯示功能，將調度結果以圖標和文字相結合的方式進行顯示，使調度結果更加清晰明了。

3 數據庫設計

考慮能耗的連續退火鋼卷調度系統以Visual Studio 2008為開發平臺，采用SQL Server 2000數據庫進行數據的管理。用戶可以通過系統間接查詢和管理SQL Server 2000數據庫的數據，也可以通過SQL Server 2000數據庫直接對數據進行操作。通常來說，系統開發的好壞與數據庫設計的優良是直接相關的。一個設計優良的數據庫可以充分保證數據的完整性、安全性以及穩定性。下面將對數據流程設計和數據表設計做簡要介紹。

1)數據流程設計

考慮能耗的連續退火鋼卷調度系統以鋼卷信息、產能信息、歷史信息、定檢修信息為輸入，經過算法計算，輸出合同是否加工、合同加工順序以及合同加工的比例等信息。

2)數據表設計

考慮能耗的連續退火鋼卷調度系統輸入信息、算法參數信息、輸出信息分別存儲在鋼卷信息表、機組信息表、算法參數表和結果信息表中。

①鋼卷信息表中存儲各個機組需要加工鋼卷的合同號、合同寬度、合同厚度、合同重量、退火溫度等信息。當然連退機組需要加工鋼卷的信息自然也包括在其中，通過對日期和機組進行有條件的篩選后，即可在鋼卷信息表中得到連退機組所需要加工鋼卷的寬度、厚度、退火溫度等信息，并以此作為算法的輸入數據。

②機組信息表中存儲著各個機組的機組產能和機組檢修時間。作為算法的輸入部分，不僅需要知道進入連退產線的鋼卷信息，還需要知道連退機組的機組產能和機組檢修時間，以便根據具體的現場情況制定出合理的生產計劃。

③算法參數表存儲著鋼卷寬度是按照從寬到窄還是從窄到寬生產，鋼卷厚度是按照從厚到薄還是從薄到厚生產，退火溫度是從高到底還是從低到高生產，鋼卷寬度、厚度、退火溫度三個屬性的權重值各是多少以及目標函數中能耗和生產切換成本的權重各是多少。算法運行之前，算法數據從該表讀取；當用戶對算法數據修改之后，修改后的數據同樣存儲在該表中；最后，算法數據重新從該表進行讀取。

④結果信息表中存儲著合同是否加工、合同加工順序、合同加工比例、合同號、加工機組、合同寬度以及合同厚度等一系列與生產相關的數據。當調度系統從鋼卷信息表和機組信息表中讀取到模型和算法所需要的數據后，運行算法后，將結果信息存儲在結果信息表中。

4 主要界面介紹

由系統設計可知，考慮能耗的連續退火鋼卷調度系統由用戶登錄界面、數據管理界面、參數配置界面和自動排產界面組成。下面將對系統的主要界面數據管理界面、參數配置界面和自動排產界面的功能實現做簡單介紹。

1)數據管理界面

數據管理界面以便捷、迅速地處理數據為宗旨，包括數據導入、數據篩選、數據顯示和數據導出功能。其中，數據導入功能允許操作人員從外部導入生產計劃所需要的數據；數據篩選功能主要實現用戶可以選擇日期和機組來對相應的合同信息進行篩選的功能；數據顯示功能主要實現用戶可以對相應的合同信息進行查看的功能；數據導出功能主要實現的是用戶可以把相應的合同信息或者是生產調度方案從系統中保存到Excel表格中的功能。

2)參數配置界面

參數配置界面如圖3所示，產線選擇允許進行連退和其它產線的切換；屬性選擇中允許用戶進行寬度、厚度和退火溫度的選擇；分類選擇中允許用戶選擇寬度是從寬到窄還是從窄到寬進行排序、厚度是從厚到薄還是從薄到厚進行排序和退火溫度是從高到低還是從低到高進行排序；范圍選擇中允許用戶自定義寬度的范圍、厚度的范圍以及退火溫度的范圍；權重、罰值選擇中允許用戶根據實際生產的需要自定義寬度、厚度、退火溫度三者的權重、罰值。用戶可以通過點擊添加按鈕來添加新的生產約束；通過選中已有的生產約束，然后點擊刪除按鈕來刪除該項生產約束。當用戶添加一項新的生產約束時，算法將以此作為參數信息，生成全新的生產調度方案。最后，用戶還可以通過參數設置顯示界面來觀察已有的生產約束。整個操作流程清晰明了，允許用戶根據實際情況自定義算法的參數，比較符合用戶的使用習慣，同時也能夠給用戶帶來更好的體驗。

3)自動排產界面

自動排產界面如圖4所示，圖4(a)為長期合同計劃界面，長期合同計劃可以讓用戶對所有經過連退產線的合同進行生產決策；圖4(b)為短期合同收池界面，短期合同收池可以讓用戶通過選擇日期，在指定的時間段內對連退產線進行生產決策。

算法計算界面的結果顯示功能如圖5所示，分為左右兩個部分，左邊部分以圖形化方式進行顯示，右邊部分以文字化方式進行顯示。通過點擊左邊部分的矩形可顯示該鋼卷的板卷號、合同號、厚度、寬度和重量等信息，也能定位到右邊部分的文字信息。反之，通過點擊右邊部分的文字信息也能定位到左邊部分的圖形信息。

5 總結

本文以國內某大型鋼鐵企業實際生產需求為背景，設計了具有數據管理、參數配置、生產調度等主要功能的考慮能耗的連續退火鋼卷調度系統，通過Visual Studio 2008和SQL Server 2000進行了系統的開發和數據的管理。開發的系統以考慮能耗的連續退火鋼卷調度問題的數學模型為基礎，嵌入了樣本平均近似算法和拉格朗日松弛算法。該系統能夠降低在連退排產過程中產生的能耗，實現鋼鐵企業的清潔發展。