考慮能耗的連續(xù)退火鋼卷調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

劉云林

(承德石油高等?？茖W(xué)校 電氣與電子工程系，河北 承德 067000)

隨著我國節(jié)能減排戰(zhàn)略的提出和經(jīng)濟結(jié)構(gòu)由資源密集型向技術(shù)密集型的轉(zhuǎn)變，當(dāng)前連退人工排產(chǎn)存在的能源消耗高、排產(chǎn)效率低、依賴經(jīng)驗性強等缺點，顯然已經(jīng)無法適應(yīng)當(dāng)前國家戰(zhàn)略和鋼廠實際生產(chǎn)的需要。為此，亟需開發(fā)一個能夠?qū)崿F(xiàn)降低能源消耗、人機交互性強、操作簡單的連退自動排產(chǎn)系統(tǒng)。本文以國內(nèi)某大型鋼廠的業(yè)務(wù)需求為基礎(chǔ)，設(shè)計和開發(fā)了考慮能耗的連續(xù)退火鋼卷調(diào)度系統(tǒng)。以下將從功能需求分析、系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)實現(xiàn)等方面進行介紹。

1 功能需求分析

通過對國內(nèi)某大型鋼廠的實地調(diào)研以及和現(xiàn)場生產(chǎn)計劃員的溝通交流，了解到當(dāng)前連退人工排產(chǎn)存在能源消耗高、排產(chǎn)效率低、依賴經(jīng)驗性強等缺點。針對該鋼廠的生產(chǎn)實際需求，一個完善的考慮能耗的連續(xù)退火鋼卷調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)該包括如下功能：

1)用戶登錄功能；

2)數(shù)據(jù)管理功能；

3)參數(shù)配置功能；

4)考慮能耗的連續(xù)退火鋼卷調(diào)度功能；

5)結(jié)果顯示功能。

2 系統(tǒng)設(shè)計

1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

通過以上對系統(tǒng)功能需求的分析可知，考慮能耗的連續(xù)退火鋼卷調(diào)度系統(tǒng)的功能應(yīng)該包括授權(quán)用戶登錄、數(shù)據(jù)管理、參數(shù)設(shè)置和自動排產(chǎn)四個方面?？紤]能耗的連續(xù)退火鋼卷調(diào)度系統(tǒng)功能設(shè)計如圖1所示。

2)系統(tǒng)子模塊功能設(shè)計

通過系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計可知，考慮能耗的連續(xù)退火鋼卷調(diào)度系統(tǒng)的功能模塊應(yīng)該包括授權(quán)用戶登錄模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、參數(shù)設(shè)置模塊和自動排產(chǎn)模塊四個方面。下面對各個模塊的設(shè)計思想進行介紹：

(1)數(shù)據(jù)管理模塊

對于鋼鐵企業(yè)來說，生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)規(guī)模龐大、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。一個符合鋼鐵企業(yè)實際需求的生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理模塊應(yīng)該具備數(shù)據(jù)導(dǎo)入、數(shù)據(jù)篩選、數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能。

(2)參數(shù)配置模塊

參數(shù)配置模塊使得系統(tǒng)有更強的魯棒性，同時允許用戶根據(jù)實際生產(chǎn)的需要進行算法參數(shù)的調(diào)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(quán)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(quán)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(quán)重、罰值。該模塊功能描述如圖2所示。

(3)自動排產(chǎn)模塊

自動排產(chǎn)模塊由自動收池、人工調(diào)整確認、結(jié)果顯示組成。首先是自動收池功能，用戶根據(jù)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(diào)用嵌入的算法，將調(diào)度結(jié)果在顯示界面中進行顯示。然后是用戶調(diào)整確認功能，用戶可以根據(jù)生產(chǎn)實際的需要在表格中進行合同生產(chǎn)量的更改，通過觀察結(jié)果是否滿意來決定是否將結(jié)果進行保存。最后是結(jié)果顯示功能，將調(diào)度結(jié)果以圖標(biāo)和文字相結(jié)合的方式進行顯示，使調(diào)度結(jié)果更加清晰明了。

3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

考慮能耗的連續(xù)退火鋼卷調(diào)度系統(tǒng)以Visual Studio 2008為開發(fā)平臺，采用SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)的管理。用戶可以通過系統(tǒng)間接查詢和管理SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，也可以通過SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫直接對數(shù)據(jù)進行操作。通常來說，系統(tǒng)開發(fā)的好壞與數(shù)據(jù)庫設(shè)計的優(yōu)良是直接相關(guān)的。一個設(shè)計優(yōu)良的數(shù)據(jù)庫可以充分保證數(shù)據(jù)的完整性、安全性以及穩(wěn)定性。下面將對數(shù)據(jù)流程設(shè)計和數(shù)據(jù)表設(shè)計做簡要介紹。

1)數(shù)據(jù)流程設(shè)計

考慮能耗的連續(xù)退火鋼卷調(diào)度系統(tǒng)以鋼卷信息、產(chǎn)能信息、歷史信息、定檢修信息為輸入，經(jīng)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(shù)據(jù)表設(shè)計

考慮能耗的連續(xù)退火鋼卷調(diào)度系統(tǒng)輸入信息、算法參數(shù)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(shù)表和結(jié)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(dāng)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(shù)據(jù)。

②機組信息表中存儲著各個機組的機組產(chǎn)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(chǎn)線的鋼卷信息，還需要知道連退機組的機組產(chǎn)能和機組檢修時間，以便根據(jù)具體的現(xiàn)場情況制定出合理的生產(chǎn)計劃。

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

④結(jié)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(chǎn)相關(guān)的數(shù)據(jù)。當(dāng)調(diào)度系統(tǒng)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(shù)據(jù)后，運行算法后，將結(jié)果信息存儲在結(jié)果信息表中。

4 主要界面介紹

由系統(tǒng)設(shè)計可知，考慮能耗的連續(xù)退火鋼卷調(diào)度系統(tǒng)由用戶登錄界面、數(shù)據(jù)管理界面、參數(shù)配置界面和自動排產(chǎn)界面組成。下面將對系統(tǒng)的主要界面數(shù)據(jù)管理界面、參數(shù)配置界面和自動排產(chǎn)界面的功能實現(xiàn)做簡單介紹。

1)數(shù)據(jù)管理界面

數(shù)據(jù)管理界面以便捷、迅速地處理數(shù)據(jù)為宗旨，包括數(shù)據(jù)導(dǎo)入、數(shù)據(jù)篩選、數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能。其中，數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能允許操作人員從外部導(dǎo)入生產(chǎn)計劃所需要的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)篩選功能主要實現(xiàn)用戶可以選擇日期和機組來對相應(yīng)的合同信息進行篩選的功能；數(shù)據(jù)顯示功能主要實現(xiàn)用戶可以對相應(yīng)的合同信息進行查看的功能；數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能主要實現(xiàn)的是用戶可以把相應(yīng)的合同信息或者是生產(chǎn)調(diào)度方案從系統(tǒng)中保存到Excel表格中的功能。

2)參數(shù)配置界面

參數(shù)配置界面如圖3所示，產(chǎn)線選擇允許進行連退和其它產(chǎn)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(quán)重、罰值選擇中允許用戶根據(jù)實際生產(chǎn)的需要自定義寬度、厚度、退火溫度三者的權(quán)重、罰值。用戶可以通過點擊添加按鈕來添加新的生產(chǎn)約束；通過選中已有的生產(chǎn)約束，然后點擊刪除按鈕來刪除該項生產(chǎn)約束。當(dāng)用戶添加一項新的生產(chǎn)約束時，算法將以此作為參數(shù)信息，生成全新的生產(chǎn)調(diào)度方案。最后，用戶還可以通過參數(shù)設(shè)置顯示界面來觀察已有的生產(chǎn)約束。整個操作流程清晰明了，允許用戶根據(jù)實際情況自定義算法的參數(shù)，比較符合用戶的使用習(xí)慣，同時也能夠給用戶帶來更好的體驗。

3)自動排產(chǎn)界面

自動排產(chǎn)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(jīng)過連退產(chǎn)線的合同進行生產(chǎn)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(nèi)對連退產(chǎn)線進行生產(chǎn)決策。

算法計算界面的結(jié)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(jié)

本文以國內(nèi)某大型鋼鐵企業(yè)實際生產(chǎn)需求為背景，設(shè)計了具有數(shù)據(jù)管理、參數(shù)配置、生產(chǎn)調(diào)度等主要功能的考慮能耗的連續(xù)退火鋼卷調(diào)度系統(tǒng)，通過Visual Studio 2008和SQL Server 2000進行了系統(tǒng)的開發(fā)和數(shù)據(jù)的管理。開發(fā)的系統(tǒng)以考慮能耗的連續(xù)退火鋼卷調(diào)度問題的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，嵌入了樣本平均近似算法和拉格朗日松弛算法。該系統(tǒng)能夠降低在連退排產(chǎn)過程中產(chǎn)生的能耗，實現(xiàn)鋼鐵企業(yè)的清潔發(fā)展。