基于“炉机对应”原则的炼钢—连铸调度模型

针对某特殊钢厂炼钢-连铸生产调度问题,首先,构建以炉机匹配度、连浇炉数以及过程等待时间等为主要评价指标的多目标优化调度数学模型.进而,对工艺流程结构以及炼钢、精炼和连铸三个工序的运行时间进行解析,分析合理的产品结构范围及不同产品结构下的生产组织模式.根据炼钢厂运行的"炉机对应"原则,运用柔性工序缓冲调节策略,协调优化炼钢、连铸工序间的生产节奏,求解不同生产模式下的调度方案.最后,通过仿真计算与实际生产状况的综合分析,验证了调度模型和求解策略的有效性和优越性.      

炼钢?连铸生产调度的研究进展

针对炼钢?连铸过程的生产调度问题,首先,对生产调度问题的研究方法进行了总结和评述,梳理了各类方法的特点及适用范围;其次,介绍了当前国内外钢厂典型计算机辅助调度系统的一些案例,并讨论分析其特点;最后,在以往研究的基础上,对未来炼钢?连铸过程生产调度问题的研究思路和方法提出了建议,针对静态调度提出了“规则+算法”的研究思路,以国内某特钢厂为例,提出了基于钢厂生产模式优化的调度模型构建方法;针对动态调度提出“多工序协同”的研究思路,提出了基于多智能体的炼钢?连铸过程多工序工艺、质量与调度的协同控制的研究方法。优化高效的建模及求解方法是解决生产调度问题的重要手段之一,旨在改善当前钢厂生产计划编制水平、提高生产计划的可执行性、加强现场实时调控,对实现炼钢?连铸过程稳定化、有序化、连续化运行具有重要意义。      

炼钢厂多尺度建模与协同制造

在阐述炼钢厂多尺度建模与协同制造技术架构的基础上,分别从单体工序尺度、车间区段尺度与炼钢厂运行尺度开展了炼钢厂协同制造的研究。从工序/装置过程控制系统（PCS）到炼钢厂制造执行系统（MES）进行了较为系统的建模研发,构建了包括转炉工序、精炼工序与连铸工序在内的工序工艺控制模型以及以生产计划与调度模型为核心的物质流运行优化模型,并通过工序工艺控制和生产计划与调度的动态协同,实现了炼钢厂多工序/装置的高效运行。研发了炼钢?连铸过程工序工艺控制模型、生产计划与调度模型同MES之间的数据接口,实现了MES与生产工艺控制、流程运行控制、生产计划与调度系统的有机融合,形成了以机理模型与数据模型协同驱动的工艺精准控制、多工序协同运行、基于“规则+算法”的生产计划与调度为支撑的炼钢?连铸过程集成制造技术,通过多层级的纵向协同与多工序的横向协同,实现了炼钢厂的协同运行与控制。研究成果是炼钢?连铸过程智能制造的有益探索与实践,对流程工业智能制造企业具有很强的参考价值,对冶金工业绿色化、智能化发展具有示范与借鉴作用。应用后,明显提升了炼钢厂的协同制造水平,取得了显著的经济与社会效益。      

基于“炉机对应”原则的连浇优化方案

国内某炼钢厂为保证浇注周期较短的2号连铸机连浇，多座转炉需同时向该连铸机供应钢水，导致炉 机对应关系不明确，生产组织难度较大。通过对该厂炼钢 连铸过程的工序作业周期与生产运行模式进行解析，在保证连铸机连浇的基础上，探究合理的炉 机对应关系，改善该厂的生产顺行。结果表明，在“一一对应”运行模式下，2号连铸机最大连浇炉数仅为6炉；而在“定炉对定机”运行模式下，若适时接受3号转炉冶炼的钢水，2号连铸机最大连浇炉数可延长至19炉。在此基础上，通过对连铸机“柔性”的优化和钢水供应的合理调配，2号连铸机可满足实际生产的连浇要求。此外，运用“炉→机”匹配度进行评价，计算结果表明优化后的炉 机对应关系得到显著改善。     

应用改进遗传算法求解炼钢连铸生产调度问题

炼钢连铸制造流程是一个复杂的多阶段、多产品生产过程,其生产调度问题可建模为车间调度问题.提出一个改进遗传算法求解炼钢连铸生产调度问题.改进包括三个方面:基于排序的适应度分配、基于排序的工件过滤交叉算子和基于指数关系的变异率曲线.经24个benchmark的比较测试表明,改进遗传算法比传统遗传算法的寻优能力更强.通过16个生产计划和6个处理工序的炼钢连铸生产调度实例计算结果表明,改进遗传算法是有效的.     

马钢一钢厂三炉对四机生产调度模型研究

在对马钢第一炼钢厂的炼钢、精炼、连铸工序时间参数分析研究的基础上，制定了该厂三炉对四机的生产调度调控方案，确定了生产调度数学模型，为全流程更好地衔接匹配奠定了基础。     

提高全连铸生产水平的技术措施

本文叙述了全连铸生产顺行的关键－炉机组合及时间匹配问题，指出提高全连铸生水平，炼钢、浇钢、连铸、设备及调度五大工序（部门）应采取的措施和达到的目标，简述了连铸生产的“八字方针”。针对唐钢二炼钢厂实际情况，提出了提高全连铸水平的３项措施－建全在线烘站，保证红包出钢；严格控制钢水温度和吹氩质量；搞好设备检修质量和连铸操作水平，提高全流浇钢率。     

炼钢-连铸动态调度中基于规则的时间调整方法(待续)

为了保证炼钢-连铸生产在动态扰动情况下的稳定性,针对生产调度中频繁发生的时间偏差类动态事件,提出了基于规则的时间调整方法。首先,结合炼钢-连铸生产工艺技术,定义了多个柔性可调的缓冲时间;然后,建立了减少过程等待时间、缩短工序处理时间和相邻工序间运输时间、延长紧前炉次浇注时间、推迟浇次或浇次中部分炉次开浇时刻等规则及相应的数学模型。根据偏差时间的长短,通过调用规则,可以有效消除时间偏差引起的扰动,生成优化的动态调度时间调整方案。仿真算例表明了该方法的有效性。     

炼钢-连铸动态调度中基于规则的时间调整方法(续完)

为了保证炼钢-连铸生产在动态扰动情况下的稳定性,针对生产调度中频繁发生的时间偏差类动态事件,提出了基于规则的时间调整方法。首先,结合炼钢-连铸生产工艺技术,定义了多个柔性可调的缓冲时间;然后,建立了减少过程等待时间、缩短工序处理时间和相邻工序间运输时间、延长紧前炉次浇注时间、推迟浇次或浇次中部分炉次开浇时刻等规则及相应的数学模型。根据偏差时间的长短,通过调用规则,可以有效消除时间偏差引起的扰动,生成优化的动态调度时间调整方案。仿真算例表明了该方法的有效性。     

含加工等待和工序跳跃的炼钢-连铸调度方法

现有的钢铁冶炼生产过程广泛存在精炼工艺不同和设备转运时间可变的限制条件,目前的炼钢-连铸调度多面向单工序路径生产进行分析和建模,未解决实际应用与投产问题。针对国内某大型炼钢厂炼钢-连铸过程中精炼工艺路径不同和相邻炉次之间存在设备转运时间的问题,建立了符合实际的优化调度模型,且为处理加工等待和工序跳跃的子问题提出了前向法,为处理连铸工序无等待时间的子问题提出了反向法,同时以冶炼的最大完工时间为优化指标,通过制定排程方案验证前向-反向法。排程甘特图表明,本文的方法避免了错排程和重叠排程,能有效指导生产,证明了该方法是可行和有效的。     

炼钢—连铸生产调度专家系统

结合济南钢铁厂的生产实际，采用专家系统技术，建立了在线炼钢连铸计算机生产调度系统，大大提高了调度作业计划编制的效率，缩短了钢水等待时间，并提高了设备利用率。     

基于冶炼设备故障的炼钢-连铸重调度

针对炼钢-连铸生产过程中某一冶炼设备发生故障之后的重调度问题,为保证生产的稳定性,减少重调度方案相对于初始调度方案的变化程度,以开始作业时间、作业周期和设备指派的加权差异度最小化为目标,采用数学规划方法建立了重调度模型。通过分析炼钢厂生产运行模式和生产工艺过程,提出了由基于“炉-机对应”调度策略的设备指派算法和基于工序柔性缓冲调控策略的时间调整算法两部分组成的重调度算法。以国内某中大型炼钢厂炼钢-连铸实际生产中经常发生的转炉设备故障或精炼炉设备故障问题为仿真案例进行研究,结果表明,调度前/后开始作业时间、作业周期与设备指派的总加权差异度分别为0.29、1.43和1.21,可有效保持重调度方案与初始调度方案的一致性,保证生产的稳定性,且求解时间均小于0.6 s,能够针对冶炼设备发生故障后的重调度问题快速给出较优的解决方案,在冶炼设备故障频发的实际生产过程中能够保证炼钢-连铸有序、稳定、高效运行。     

宽板坯低碳钢专线化生产实践及动态精准控制

为理顺炉机对应关系、加快炼钢生产节奏,本钢转炉炼钢厂划出7条专业化生产线,以宽板坯低碳钢生产线为例,基于甘特图对转炉、RH、连铸的工序作业时间进行节奏匹配分析,指出转炉和连铸工序为原流程优化的目标。由此,采用提高转炉供氧强度、增加吹炼后期底吹流量、减少出钢和溅渣时间、优化浸入式水口结构、调整结晶器冷却水量、MM-EMS结晶器电磁控制、开发高拉速保护渣等工艺优化措施,并通过控制浇铸周期,转炉、RH、连铸3个工序的整体节奏从平均46 min精准地降至32～34 min,炼钢生产趋于高效、平稳、动态化、精准化。     

济钢高效连铸系统工艺优化实践

济钢第一炼钢厂通过采用改善钢水质量、提高板坯表面质量、连铸机高效化改造、钢包系统和炼钢工序的工艺优化等措施,使出钢温度下降了56℃,提高了铸机拉速,实现了炉-机匹配;铸坯质量明显提高,免精整率达到了98%以上,优化了生产工艺结构,实现了连铸坯的热送热装。     

面向节能降耗的炼钢-连铸生产调度模型及求解

炼钢-连铸生产是等待时间受限的混合流水车间生产过程。当前,产能已不是瓶颈,所以笔者不以计划的总完工时间最小和产量最大为目标,而以节能降耗、质量可靠、生产有序为优化目标,设计出炼钢-连铸生产过程调度模型,并用基于2-opt的邻域搜索策略进行迭代求解,解决实际生产调度问题,制定出转炉和连铸机的时刻表计划。通过实例仿真,验证了该解决方案具有求解迅速、适于动态调度的特点。     

炼钢—精炼—连铸生产过程优化调度方法研究

钢铁企业生产的过程中,炼钢-精炼-连铸生产发挥着重要的作用.钢水需经过多个生产环节的处理,包括电弧炉、精炼设备等,在各个炉次生产的过程中,要确保协调性和连续性.简单来说,在炼钢-精炼-连铸生产的过程中,需要控制成本、保障质量,所以要对调度方法进行优化,文章就此进行了相关的阐述和分析.     

炼钢–连铸区段3种典型工序界面技术研究进展

面对钢厂智能化发展的时代要求,炼钢–连铸区段工序界面技术受到越来越多冶金学者的关注,其不仅是解决工序关系集合协同–优化问题的重要手段,也影响着工序功能集合解析–优化和流程工序集合重构–优化的效果。本文对炼钢–连铸区段3种典型工序界面技术,即钢包运行控制、天车运行控制和生产运行模式优化的研究进展进行阐述,其中,钢包运行控制包括钢包热状态监测、钢包选配以及钢包调度,天车运行控制包括吊运任务的分配和同跨/异跨天车的协同调度,生产运行模式优化包括工序/设备产能、时间节奏与炉–机对应模式的匹配设计。此外,针对炼钢–连铸区段多工序协同运行的制约因素,指出工序界面技术协同的必要性,并对上述工序界面技术的协同机制与协同方案进行了阐述。      

基于一体化生产的炼钢-连铸-热轧动态调度仿真系统

根据炼钢-连铸-热轧一体化生产计划与调度的特点,提出了一体化生产下炼钢-连铸-热轧的动态调度问题,并在此基础上分析了炼钢-连铸过程中的生产扰动。基于生产扰动问题,提出了炼钢-连铸-热轧一体化动态调度策略,并依此建立了炼钢-连铸-热轧一体化动态调度仿真系统。最后对实际生产中常见的"追加计划"进行了仿真,系统分别对炼钢-连铸计划、轧制和加热炉计划进行了动态调度。结果表明,该系统能够依据扰动,动态调整生产计划,保证生产稳定顺行。     

炼钢-连铸生产智能调度的二层规划方法(上)

炼钢-连铸生产计划分为生产批量计划和生产时间计划两类。传统的方法是将原本密切相关的两类计划单独编制,导致编制炼钢-连铸生产计划时,在优化目标的设置和优化变量的选取等方面出现缺乏全局性考量的问题。作者分析了炼钢-连铸生产调度的层次性特点,将求取两类计划的问题描述为一种具有二层递阶结构的决策优化问题,在同一模型中针对两类计划展开研究,建立了基于二层规划的智能调度模型。其中,上层规划解决浇次组合、排序和分配问题;下层规划解决在浇次计划已知的前提下寻求优化的生产时间计划问题。应用遗传算法分别求解二层规划中的上、下层子问题。仿真算例表明了该智能调度二层规划方法的有效性。     

多工序一体化柔性生产计划与管控系统

济钢东区炼钢、轧钢生产线实施多工序一体化柔性生产计划与管控系统,系统平台包括物料设计优化、炼钢组炉优化、炼钢连铸优化、凉料计划作业管理和管控、轧钢辊期优化、快速补产、有限产能均衡排产模型等,模块间数据共享和相互联动,实现了整个炼钢—轧钢一体化计划的柔性编制和执行管控。系统运行稳定可靠,投运率达到100%,满足了日益增长的个性化订单生产和交付的要求。