方圓坯煉鋼計(jì)劃管理系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

王曉璐 劉佩卿 李雪芹 盧 臻

(安陽鋼鐵股份有限公司)

0 前言

隨著全球經(jīng)濟(jì)持續(xù)低迷，國內(nèi)經(jīng)濟(jì)增速減緩，鋼鐵行業(yè)出現(xiàn)大面積虧損。安鋼為適應(yīng)市場，調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，增加棒線材產(chǎn)品比例，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品多樣化，投資建設(shè)了方圓坯連鑄機(jī)生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線于2012年7 月投產(chǎn)，在原有配置的3 座150 t 頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐、3 套LF 鋼包精煉爐、2 套RH 真空處理裝置、1臺單流板坯連鑄機(jī)(以下簡稱1#機(jī))、2 臺一機(jī)兩流板坯連鑄機(jī)(以下簡稱2#、3#機(jī))及相應(yīng)輔助設(shè)施，新建1 臺一機(jī)兩流方圓坯連鑄機(jī)(4#機(jī))，形成3 爐4 機(jī)的生產(chǎn)格局。而隨著方圓坯連鑄機(jī)投產(chǎn)運(yùn)行，如何對包括方圓坯連鑄機(jī)的煉鋼計(jì)劃進(jìn)行最優(yōu)化的管理就成了一個(gè)問題。為解決這一問題，經(jīng)過半年的研制，成功開發(fā)出一套方圓坯煉鋼計(jì)劃管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了與原有爐卷MES 系統(tǒng)的無縫集成，以最優(yōu)的生產(chǎn)計(jì)劃為方圓坯連鑄機(jī)的計(jì)劃編制提供指導(dǎo)，既解決新建連鑄機(jī)的煉鋼計(jì)劃管理問題，又實(shí)現(xiàn)煉鋼區(qū)各工藝設(shè)備的協(xié)同生產(chǎn)。

1 工藝流程

在煉鋼計(jì)劃系統(tǒng)中，煉鋼各工序時(shí)間計(jì)算是煉鋼計(jì)劃排產(chǎn)的基礎(chǔ)，連鑄機(jī)生產(chǎn)時(shí)間計(jì)算又是煉鋼各工序時(shí)間計(jì)算的重點(diǎn)，為此熟悉方圓坯連鑄機(jī)的工藝流程才能更準(zhǔn)確的計(jì)算連鑄機(jī)生產(chǎn)時(shí)間。方圓連鑄機(jī)工藝流程是從鋼水到達(dá)鑄機(jī)開始，到鑄坯成品為止，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求可調(diào)整流數(shù)生產(chǎn)鑄坯。在連鑄機(jī)的參數(shù)中，拉速對連鑄機(jī)生產(chǎn)時(shí)間計(jì)算影響最大［1］。另外連鑄機(jī)各個(gè)小工序的執(zhí)行時(shí)間以及小工序間的傳擱時(shí)間也對連鑄機(jī)生產(chǎn)時(shí)間計(jì)算有不同程度的影響。方圓坯連鑄機(jī)工藝流程如圖1 所示。

圖1 方圓坯連鑄機(jī)工藝流程

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的

煉鋼計(jì)劃是對整個(gè)煉鋼區(qū)作業(yè)設(shè)備的統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理。新加方圓坯連鑄機(jī)之后，需要方圓坯煉鋼計(jì)劃管理系統(tǒng)與原有系統(tǒng)整合，并統(tǒng)一協(xié)調(diào)好所有煉鋼區(qū)設(shè)備的生產(chǎn)執(zhí)行節(jié)奏。煉鋼計(jì)劃的管理主要體現(xiàn)在對煉鋼作業(yè)中各個(gè)工序時(shí)間的安排和生產(chǎn)時(shí)刻的預(yù)計(jì)以達(dá)到合理編排煉鋼計(jì)劃。在此系統(tǒng)中，根據(jù)新建方圓坯連鑄機(jī)的工藝流程情況，推算出符合方圓坯連鑄機(jī)的作業(yè)時(shí)間，以達(dá)到方圓坯連鑄機(jī)和原有煉鋼區(qū)設(shè)備的合理高效協(xié)同生產(chǎn)。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 煉鋼計(jì)劃設(shè)計(jì)

系統(tǒng)延續(xù)煉鋼爐卷MES 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式，實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)與煉鋼爐卷MES 系統(tǒng)的無縫連接。煉鋼計(jì)劃(指煉鋼區(qū)各設(shè)備生產(chǎn)時(shí)刻和順序所排的計(jì)劃)根據(jù)制定的生產(chǎn)命令(由煉鋼爐卷MES 系統(tǒng)生產(chǎn)管理模塊根據(jù)訂單轉(zhuǎn)化而成的需要生產(chǎn)的爐次信息)，以爐為單位組織煉鋼區(qū)域各主要工藝設(shè)備的協(xié)作生產(chǎn)，冶煉出符合訂單要求的鋼水和方圓坯;同時(shí)煉鋼計(jì)劃真實(shí)反映制造命令號(制造命令號指在下達(dá)煉鋼、精煉、連鑄制造命令時(shí)，以爐次為單位的制造編號)在煉鋼區(qū)的各個(gè)進(jìn)程，動態(tài)刷新爐次制造命令狀態(tài)(即計(jì)劃狀態(tài)，表示制造命令號在煉鋼冶煉時(shí)所處的進(jìn)程狀態(tài))。

1)連鑄預(yù)計(jì)劃。針對整個(gè)連鑄生產(chǎn)過程，連鑄預(yù)計(jì)劃功能包括煉鋼廠生產(chǎn)單元(含連鑄)的日分班生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃(生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃指一定時(shí)間段內(nèi)需要完成的煉鋼生產(chǎn)任務(wù))的編制及下達(dá)。

2)出鋼計(jì)劃。按煉鋼連鑄預(yù)計(jì)劃排定的澆注順序，排定出爐次在煉鋼各工序上的節(jié)點(diǎn)計(jì)劃，保證計(jì)算出的爐次加工時(shí)間最短及同一工序各爐次之間時(shí)間不沖突。

3)管理范圍。在煉鋼和爐卷軋機(jī)MES 新增4#連鑄，實(shí)現(xiàn)連鑄生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃編制。功能包括煉鋼作業(yè)區(qū)生產(chǎn)單元(含連鑄)的日分班生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的編制和下達(dá)。

4)工藝路徑。工藝路徑主要分為兩種:一種是鋼水經(jīng)過精煉爐冶煉;另一種是鋼水不經(jīng)過精煉爐冶煉。詳細(xì)工藝路徑如圖2 所示。

圖2 工藝路徑示意圖

計(jì)劃管理以物料(鋼水)管理作為管理的基準(zhǔn)。計(jì)劃管理不僅要管理、跟蹤每個(gè)物料單位，而且要管理該物料在生產(chǎn)過程中占用的設(shè)備(即工藝路徑)和處理時(shí)間。整個(gè)計(jì)劃管理的起始點(diǎn)為轉(zhuǎn)爐裝入，終點(diǎn)為連鑄鋼包澆注完成。管理過程是先設(shè)置連鑄預(yù)計(jì)劃，再排出鋼計(jì)劃，然后根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)實(shí)績，對轉(zhuǎn)爐、精煉、連鑄的生產(chǎn)情況進(jìn)行監(jiān)控、調(diào)整，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵工序的全過程管理。

3.2 外部接口設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)需要對整個(gè)煉鋼區(qū)域進(jìn)行管理，需要與各個(gè)2 級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通信交互，以達(dá)到各個(gè)煉鋼區(qū)設(shè)備的協(xié)同作業(yè)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫為ORACLE 數(shù)據(jù)庫，外部接口采用DBLINK 方式與煉鋼各個(gè)工序L2(即2 級計(jì)算機(jī)系統(tǒng))、4#鑄機(jī)L2 進(jìn)行通信［2］，主要包含4#鑄機(jī)狀態(tài)收集、命令下發(fā)、4#鑄機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)發(fā)等內(nèi)容。外部接口如圖3 所示。

圖3 外部接口示意圖

4 功能實(shí)現(xiàn)

方圓坯煉鋼計(jì)劃主要實(shí)現(xiàn)對方圓坯煉鋼計(jì)劃的管理以及根據(jù)二級系統(tǒng)上傳的生產(chǎn)實(shí)績對煉鋼計(jì)劃的執(zhí)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，最終實(shí)現(xiàn)對煉鋼生產(chǎn)過程的有效管理。

4.1 煉鋼計(jì)劃管理

1)連鑄生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃管理。接收來自生產(chǎn)計(jì)劃(由煉鋼爐卷MES 系統(tǒng)生產(chǎn)管理模塊生成初步需要生產(chǎn)的爐次計(jì)劃)的4#連鑄機(jī)的計(jì)劃信息，然后根據(jù)該計(jì)劃信息對4#連鑄機(jī)日計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整和確定。

2)制造命令管理。制造命令是生產(chǎn)管理部門向煉鋼作業(yè)區(qū)下達(dá)的煉鋼生產(chǎn)規(guī)格和連鑄順序的指令。數(shù)據(jù)包括制造命令號、鋼種、內(nèi)部鋼種、工藝路徑、澆注日期、鑄坯尺寸等信息。煉鋼、連鑄生產(chǎn)中使用到的制造命令分為爐次制造命令和鑄坯制造命令。

3)出鋼計(jì)劃編制管理。出鋼計(jì)劃編制管理由出鋼計(jì)劃編制模型完成。系統(tǒng)以靜態(tài)表的形式記錄人工輸入的各工序工藝處理時(shí)間、物流在工序間的傳擱時(shí)間等參數(shù)。根據(jù)連鑄澆注預(yù)計(jì)劃，通過出鋼計(jì)劃編制模型，計(jì)算出每爐次在煉鋼各工序上的預(yù)定起止時(shí)刻，并確保計(jì)算每爐次的加工時(shí)間最短、各爐次之間在同一工序上時(shí)間不沖突等。

4)出鋼計(jì)劃調(diào)整管理。生產(chǎn)過程中發(fā)生計(jì)劃刪除、次序調(diào)整、工位調(diào)整、工藝路徑調(diào)整、內(nèi)容調(diào)整、鋼水返送時(shí)，重新啟動出鋼計(jì)劃模型，計(jì)算煉鋼計(jì)劃時(shí)刻表。

5)出鋼計(jì)劃發(fā)送管理。出鋼計(jì)劃編制和調(diào)整后，將出鋼計(jì)劃下達(dá)到4#連鑄L2 系統(tǒng)。收集各L2系統(tǒng)返還的出鋼計(jì)劃應(yīng)答信息，以畫面的形式展示給計(jì)劃員，計(jì)劃員能方便地了解各計(jì)算機(jī)接收計(jì)劃的情況。

6)生產(chǎn)跟蹤管理。接收煉鋼區(qū)各設(shè)備的生產(chǎn)事件信號，掌握整個(gè)煉鋼作業(yè)區(qū)的生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)情況，跟蹤物流的走向，監(jiān)視整個(gè)煉鋼作業(yè)區(qū)主要工序生產(chǎn)情況的圖示畫面。主要工序包括鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐、VD、LF、連鑄。

7)鋼種變更管理。鋼種變更分轉(zhuǎn)爐區(qū)域和各精煉區(qū)域的變更。鋼種變更后，先前工序的實(shí)績?nèi)刻鎿Q為新的制造命令，并可追溯原制造命令及原內(nèi)部鋼種，后續(xù)工序按新制造命令生產(chǎn)，工藝路徑沿用原計(jì)劃的路徑。鋼種變更的信息向轉(zhuǎn)爐L2、精煉L2、連鑄L2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)傳送。

8)爐次確定管理。爐次確定表示該爐次(不包括鑄坯)的生產(chǎn)在煉鋼作業(yè)區(qū)已完畢。爐次確定操作是以制造命令為單位進(jìn)行的。

4.2 與MES 集成應(yīng)用

利用爐卷MES 的訂單及生產(chǎn)計(jì)劃模塊，在生成煉鋼計(jì)劃前根據(jù)ERP 系統(tǒng)下發(fā)的銷售訂單通過銷產(chǎn)轉(zhuǎn)化生成MES 的內(nèi)部可識別的生產(chǎn)計(jì)劃下發(fā)給煉鋼計(jì)劃系統(tǒng)。然后通過接受的生產(chǎn)計(jì)劃編制煉鋼計(jì)劃，整合板坯煉鋼計(jì)劃和方圓坯的煉鋼計(jì)劃生成煉鋼區(qū)所有工序的煉鋼時(shí)刻表，實(shí)現(xiàn)二煉軋煉鋼區(qū)轉(zhuǎn)爐、精煉、3 個(gè)板坯連鑄以及4#方圓坯連鑄計(jì)劃的聯(lián)合編制并根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)劃調(diào)整。保證方圓坯煉鋼計(jì)劃系統(tǒng)能執(zhí)行爐卷MES 的生產(chǎn)計(jì)劃并將生產(chǎn)過程反饋給爐卷MES，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)系統(tǒng)的集成應(yīng)用。

5 實(shí)施效果

該系統(tǒng)于2012年7 月正式投入使用，上線以來運(yùn)行良好，達(dá)到了預(yù)期效果:

1)系統(tǒng)操作方面，人機(jī)界面友好，方便靈活調(diào)整煉鋼計(jì)劃，適應(yīng)不同的煉鋼生產(chǎn)情況。

2)給煉鋼計(jì)劃的編制提供指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)了二煉軋廠煉鋼區(qū)各個(gè)設(shè)備的協(xié)同生產(chǎn)，該系統(tǒng)以最優(yōu)的生產(chǎn)計(jì)劃編排，最合理地利用了煉鋼生產(chǎn)設(shè)備，減輕操作人員工作量，縮短了工作周期，提高了生產(chǎn)效率。

3)實(shí)現(xiàn)不同流可下達(dá)不同規(guī)格要求的煉鋼計(jì)劃，支持方圓坯連鑄機(jī)同時(shí)多規(guī)格生產(chǎn)，滿足了多樣的生產(chǎn)模式。

4)通過與L2 系統(tǒng)的交互通信，實(shí)時(shí)下發(fā)給L2煉鋼生產(chǎn)的計(jì)劃內(nèi)容并接收L2 反饋的實(shí)績信息，能真實(shí)反映出現(xiàn)場生產(chǎn)的實(shí)際情況，保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、一致性和及時(shí)性。

5)對4#鑄機(jī)的生產(chǎn)過程進(jìn)行管控，同時(shí)通過接收L2 各設(shè)備的狀態(tài)信息并將信息顯示，為生產(chǎn)組織提供了有效的分析依據(jù)。

6)實(shí)現(xiàn)了扁平化管理模式，使系統(tǒng)柔性提高，能夠適應(yīng)多變的市場，實(shí)現(xiàn)敏捷生產(chǎn)與一體化生產(chǎn)管理的要求。

6 結(jié)語

方圓坯煉鋼計(jì)劃系統(tǒng)的成功上線，解決了新建4#連鑄機(jī)的煉鋼計(jì)劃管理、原有煉鋼設(shè)備和新建設(shè)備協(xié)同生產(chǎn)等問題。系統(tǒng)通過對L2 信息和MES 信息的聯(lián)合管理，保證了生產(chǎn)的順利進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了二煉軋新建4#鑄機(jī)管理的平穩(wěn)過渡，為方圓坯連鑄機(jī)的順利生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。系統(tǒng)將新設(shè)備的管理融入到了MES 系統(tǒng)管理中，是信息化建設(shè)的一部分，同時(shí)為以后新建設(shè)備的管理提供了很好的示范樣板，具有一定的推廣價(jià)值。

［1］蔡開科，程士富.連續(xù)鑄鋼原理與工藝［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1994:175－200.

［2］Kevin Loney.Oracle Database 10 g 完全參考手冊.北京:清華大學(xué)出版社，2006:381－391.