任靈元
摘 要:本文對(duì)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(píng)述了生產(chǎn)調(diào)度問題中的研究方法,對(duì)各種方法的特點(diǎn)和適用范圍進(jìn)行概括,隨后對(duì)計(jì)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(shì)和特點(diǎn),最后對(duì)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(dòng)態(tài)調(diào)度中可能會(huì)遇到的問題,為提高當(dāng)前目前鋼廠的生產(chǎn)計(jì)劃編制水平,加強(qiáng)計(jì)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(dòng)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(gè)國(guó)家的綜合國(guó)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(jìng)爭(zhēng)力來源于整個(gè)制造過程的智能化和現(xiàn)代化。隨著時(shí)代的發(fā)展,鋼鐵工業(yè)也迎來了轉(zhuǎn)型和升級(jí),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(huì)對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)效率等諸多方面造成影響,是整個(gè)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(gè)工段的生產(chǎn)效率提高、使鋼水在工序間的等待時(shí)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(shí)間內(nèi)提高了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力,降低了運(yùn)營(yíng)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(gè)工序組成,分別是煉鋼、精煉、連鑄等。在這其中,每一個(gè)工序都需要多臺(tái)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(gè)生產(chǎn)流程可以高效穩(wěn)定的進(jìn)行,需要對(duì)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(jì)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(jì)劃作業(yè)起止時(shí)間進(jìn)行[1]??梢钥闯觯瑹掍撨B鑄車間是一個(gè)混合流水車間,在調(diào)度過程中會(huì)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(dòng)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(gè)特點(diǎn):第一,在冶金的過程中會(huì)反復(fù)出現(xiàn)各種復(fù)雜的物理和化學(xué)變化,經(jīng)常會(huì)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(duì)多個(gè)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(dòng)的時(shí)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(huì)出現(xiàn)很多不確定性因素,會(huì)對(duì)生產(chǎn)節(jié)奏產(chǎn)生擾動(dòng)。
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(xiàng)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(jiǎn)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(duì)生產(chǎn)調(diào)度和計(jì)劃總結(jié)作出了很多技術(shù)性歸納,但是這些結(jié)果和實(shí)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(duì)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(shì),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(dòng)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(dòng)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(shì),近些年發(fā)展迅速,可能會(huì)成為問來的發(fā)展趨勢(shì)。
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(gè)基礎(chǔ)上,探索更多有效的智能算法。對(duì)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(shí)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(huì)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(duì)其中兩個(gè)典型的調(diào)度問題:靜態(tài)調(diào)度和動(dòng)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(huì)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(huì)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(chǎng)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(zhǎng)期的研究和實(shí)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(zhǎng)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(shí)間控制原則與工藝約束原則等等;而“算法”則是指對(duì)煉鋼連鑄生產(chǎn)調(diào)度問題的計(jì)算,例如使用遺傳算法和啟發(fā)算法計(jì)算排產(chǎn)計(jì)劃等,針對(duì)不同的生產(chǎn)計(jì)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(duì)模型進(jìn)行求解。
在對(duì)靜態(tài)調(diào)度進(jìn)行了長(zhǎng)期的時(shí)間研究后,發(fā)現(xiàn)可以使用爐機(jī)對(duì)應(yīng)的煉鋼廠運(yùn)行原則,綜合考慮各個(gè)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(dòng)態(tài)調(diào)度:多工序合作
煉鋼連鑄的過程中會(huì)遇到很多不確定因素以及隨機(jī)的擾動(dòng),好比設(shè)備擾動(dòng)、生產(chǎn)擾動(dòng)等等。在當(dāng)前的煉鋼連鑄過程中,通常采用的調(diào)控是對(duì)單一的工序和操作過程進(jìn)行控制,對(duì)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(huì)影響到其他工序的正常流程,難以消除或者減弱因?yàn)樵摴ば虺霈F(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(shí)候,煉鋼連鑄過程中復(fù)雜的動(dòng)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(dòng)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(duì)其進(jìn)行協(xié)同控制,其優(yōu)勢(shì)在于具有自動(dòng)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(dòng)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(gè)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(gè)三位一體的協(xié)同機(jī)制。
結(jié)束語(yǔ):
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(duì)其進(jìn)行模擬,還是會(huì)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(duì)調(diào)度環(huán)節(jié)的約束問題,減少因?yàn)槟P偷牟蝗嬖斐傻挠绊?,使調(diào)度模型能夠更好地適應(yīng)生產(chǎn)。應(yīng)該積極的對(duì)新的調(diào)度思路進(jìn)行研究,將動(dòng)態(tài)調(diào)度和靜態(tài)調(diào)度中遇到的問題分開研究,對(duì)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(duì)其進(jìn)行求解,對(duì)于動(dòng)態(tài)調(diào)度,應(yīng)更重視多個(gè)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.
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