炼钢物流调度仿真模型分析

李纪红 刘卜源 陈 影

（中国人民解放军军事交通学院 中国 天津 300161）

1 钢铁生产工艺流程介绍及分析

现代钢铁生产流程较为复杂，涉及的工序很多，一个典型钢铁企业的生产流程可以分为三大部分:炼铁（Iron Making)区域、主炼钢(Primary Steelmaking)区域和精整加工(Finishing)区域，其中主炼钢区域包括炼钢、连铸、热轧等工序，精整加工区域包括冷轧、镀涂等工序

2 炼钢生产系统结构分析

2.1 系统静态结构

图1表现的系统结构模型通过类与类之间的关系反映出系统的基本框架。图1中，我们根据炼钢车间生产调度系统作用和其外部环境的特点，抽象出作业计划、生产调度和物料跟踪3个核心类。

（1）作业计划类接受生产订单并将其分解为任务单元、平衡设备能力、指派加工设备、编制浇次计划和炉次计划。与其相关联的实体有工具、原料、设备、工艺路线以及匹配规则等。

图1 炼钢车间生产调度系统类图

（2）生产调度类解决设备资源占用冲突，确保物流状况符合作业计划的要求，根据生产实绩数据及时更新相关状态。它包括资源协调、设备匹配和问题识别等3个子类，分别对应于生产调度系统中的资源状况竹理、炉次设备指派、动态调整等3个方面的功能。

（3）物料跟踪类从过程控制系统或人机交互系统采集生产实绩数据，进行显示和分析整理，并向生产调度模块提供所需的生产实绩数据。

2.2 系统动态结构

上述结构模型给出了系统中的类以及类之间的关系，定义了系统的静态结构。以下针对炼钢车间生产过程的特点，进一步分析系统的动态特性。图2是炼钢车间调度系统动态行为模型，它描述了系统功能实现时所涉及到的公司级计划管理、车间计划与调度、工艺数据库、匹配规则和生产任务下达等5个对象之间的交互情景。

图2 炼钢一连铸计划与调度动态行为模型

（1）接受公司计划管理模块发布的生产订单信息。

（2）向工艺数据库查询工艺路线和资源数据。

（3）在工艺路线和资源可行的情况下，向匹配规则对象查询生产订单分解、组炉组浇的各种规则和约束。例如，产品与连铸机相对应、标准浇次和标准炉次的钢水重量、钢水到钢坯的损耗以及关于客户、交货期等方面的匹配规则。

（4）在得到匹配规则信息后，由内置的组浇功能将生产订单分解为各个连铸机上的浇次任务，根据浇次内各个炉次的生产任务编制作业计划。

（5）向生产任务下达对象提供作业计划(浇次计划和炉次计划)。

（6）在生产的过程中，接受来自生产任务下达对象的有关作业计划的调整信息和关于无法解决的问题的上报。

（7）生产完成时，向公司计划管理对象报告生产订单的完成情况。

3 炼钢生产调度系统建模分析

根据前面对炼钢生产过程的详细分析，采用一种生产工序为中心的建模思路。在模型中各生产工序相互独立，钢包对象将各工序连接，记录钢包的冶炼信息；并将实现生产功能的“调度对象”与其相连，记录生产现场的生产调度信息。

由于整个计划、生产和调度以及涉及的物流平衡等问题都是围绕上述对象展开的。因此应该将对象模型转化成数据库模型，以保障数据存取和信息流通的高效性。E-R图则为数据库的实现提供了良好的蓝图。根据前面的分析，炼钢生产调度系统的E-R模型如图3所示。

在E-R模型中，“钢包作业状态”对于实时记录活动钢包的作业情况，因为此表涉及的动作较多、信息量较大，因此表的长度维持在1000条以内。各钢包在各工序的作业信息或其他特征信息，均以工序的方式存储在“转炉实绩信息”、"LF实绩信息”、“RH实绩信息”、“连铸实绩信息”对象内。通过熔炼号将各工序的作业实绩关联起来，形成“钢包作业实绩”对象记录钢包在各个工序的作业开始和结束时间，并与由“包次计划”制定的“生产计划”进行比较。

图3 调度系统的高层E-R模型图

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