0 引言

    煉鋼生產(chǎn)作為鋼鐵生產(chǎn)的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，工序間物流的緊密銜接、生產(chǎn)節(jié)奏的協(xié)調(diào)對(duì)生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性有著極為重要的影響。而我國(guó)對(duì)該方面的研究尚處于起步階段，國(guó)內(nèi)大部分鋼廠的動(dòng)態(tài)計(jì)劃與調(diào)度主要依靠人工完成，調(diào)度人員工作量大、效率低，人為的隨機(jī)影響較大，對(duì)企業(yè)信息資源的利用程度低，難以實(shí)現(xiàn)調(diào)度的系統(tǒng)優(yōu)化。因此，加強(qiáng)研究和開發(fā)一種適合煉鋼車間生產(chǎn)調(diào)度的優(yōu)化技術(shù)，從而保證物流暢通和實(shí)施有效的生產(chǎn)組織與管理，以提升生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行效率和總體效益，對(duì)提高企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文提出了一種基于仿真的車間調(diào)度優(yōu)化方法，克服了對(duì)調(diào)度系統(tǒng)的形式化數(shù)學(xué)描述的缺陷。

1 模塊功能設(shè)計(jì)

    通過(guò)對(duì)煉鋼物流對(duì)象的研究、分析以及ERP軟件設(shè)計(jì)自身的需求，煉鋼物流仿真系統(tǒng)有以下主要需求：

    1)煉鋼物流全流程仿真；

    2)組態(tài)建模，模型仿真；

    3)仿真系統(tǒng)環(huán)境設(shè)置及管理；

    4)仿真實(shí)時(shí)信息處理；

    5)仿真結(jié)果分析評(píng)價(jià)：

    因此按照面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方法煉鋼物流仿真系統(tǒng)有如下功能模塊：系統(tǒng)管理模塊，庫(kù)管理模塊，組態(tài)建模模塊，結(jié)果評(píng)價(jià)模塊，核心算法模塊。

    煉鋼物流仿真系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)：

    1.1 系統(tǒng)管理系統(tǒng)

    系統(tǒng)管理系統(tǒng)在煉鋼物流仿真系統(tǒng)中的主要任務(wù)是管理軟件用戶的權(quán)限，保證ERP軟件使用的安全性能，禁止軟件的非法使用。因此用戶管理系統(tǒng)在軟件中的主要功能為：驗(yàn)證用戶的合法性、驗(yàn)證用戶使用軟件功能的權(quán)限。用戶管理系統(tǒng)在軟件中的主要操作為：查看用戶，添加用戶，刪除用戶，編輯用戶，設(shè)置用戶權(quán)限等。圖1為用戶管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖。

圖1 用戶管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖

    1.2 組態(tài)建模系統(tǒng)

    組態(tài)建模是煉鋼物流仿真系統(tǒng)的一個(gè)核心功能。組態(tài)建模系統(tǒng)在ERP軟件中主要完成運(yùn)行環(huán)境下的仿真模型動(dòng)態(tài)搭建、編輯等功能。圖2為組態(tài)建模系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖。

    用戶在組態(tài)建模系統(tǒng)中，首先創(chuàng)建模型空間，在模型建模工具欄中選取工藝設(shè)備，該選取信息將被記錄，并設(shè)置相應(yīng)的建模標(biāo)志位。隨后在相應(yīng)建�？臻g中點(diǎn)擊，激活模型空間，獲取模型空間的索引，設(shè)備組件加載器將自動(dòng)在激活的模型空間加載選取的工藝設(shè)備，并初始化組件的幾何屬性等基本信息。其后，用戶選取功能型組件，根據(jù)設(shè)備關(guān)聯(lián)原則，兩兩連接已經(jīng)加載的工藝設(shè)備組件，組件的關(guān)聯(lián)屬性將自動(dòng)初始化。最后用戶點(diǎn)擊仿真模型中存在的各個(gè)組件對(duì)象，根據(jù)各組件代表的物理意義，相應(yīng)的設(shè)置組件的工藝屬性。

圖2 組態(tài)建模系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖

    1.3 核心算法系統(tǒng)

    煉鋼物流仿真系統(tǒng)主要以基于細(xì)胞自動(dòng)機(jī)的煉鋼物流仿真模型為內(nèi)核。細(xì)胞自動(dòng)機(jī)是一個(gè)由細(xì)胞、狀態(tài)、鄰域和規(guī)則構(gòu)成的四元組。離散的細(xì)胞在空間上構(gòu)成一個(gè)細(xì)胞空間：在某一時(shí)刻一個(gè)細(xì)胞只能有。一種狀態(tài)，且該狀態(tài)取自一個(gè)有限集合：鄰域是在某個(gè)細(xì)胞周圍按一定形狀劃定的細(xì)胞集合，它們影響該細(xì)胞下一個(gè)時(shí)刻的狀態(tài)；規(guī)則定義了細(xì)胞狀態(tài)轉(zhuǎn)換的規(guī)則。

    細(xì)胞自動(dòng)機(jī)方法的基本原理是：把連續(xù)的實(shí)體空間看成是由許多離散節(jié)點(diǎn)按一定規(guī)則排列的空間點(diǎn)陣：把在空間中運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)實(shí)體看成是許多相互獨(dú)立又相互作用的微觀粒子的集合體；微觀粒子只能停留在空間點(diǎn)陣的節(jié)點(diǎn)上，并在每一時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)，各粒子按一定的移動(dòng)規(guī)則從一個(gè)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)；同一時(shí)刻到達(dá)同一節(jié)點(diǎn)的幾個(gè)粒子按照一定規(guī)則使各粒子(或節(jié)點(diǎn))的狀態(tài)發(fā)生改變；運(yùn)動(dòng)到邊界上的粒子，將按邊界處理規(guī)則改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；大量粒子反復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)相互協(xié)作和自組織，使整個(gè)體系達(dá)到一種穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)平衡，以反映物質(zhì)實(shí)體在該空間的宏觀運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)特征和規(guī)律。

    1.4 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

    應(yīng)用型軟件的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)是尤其重要的，它關(guān)系著整個(gè)系統(tǒng)、各個(gè)對(duì)象、組織模塊的數(shù)據(jù)信息傳遞過(guò)程。因此煉鋼物流仿真系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)影響深遠(yuǎn)。

    在煉鋼物流仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)庫(kù)按其功能劃分為：系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)運(yùn)行庫(kù)，輸入數(shù)據(jù)庫(kù)，中間數(shù)據(jù)庫(kù)和結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)：存儲(chǔ)系統(tǒng)常規(guī)信息，可視化仿真模型信息。

    系統(tǒng)運(yùn)行庫(kù)：存儲(chǔ)可視化仿真模型仿真運(yùn)行需要的狀態(tài)信息。該信息來(lái)源可以是來(lái)自實(shí)際生產(chǎn)，也可以是內(nèi)核仿真算法的實(shí)時(shí)仿真信息。

    輸入數(shù)據(jù)庫(kù)：實(shí)現(xiàn)與實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)仿真模型的銜接，為仿真軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)做必要的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。

    中間數(shù)據(jù)庫(kù)：用實(shí)時(shí)記錄仿真運(yùn)行過(guò)程中每個(gè)罐鐵水或鋼水實(shí)時(shí)運(yùn)作信息，如進(jìn)入某一工位的時(shí)間、停留時(shí)間等，為仿真結(jié)果分析做數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。

    結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)：用于存儲(chǔ)仿真評(píng)價(jià)結(jié)果和各種統(tǒng)計(jì)信息，為仿真模型進(jìn)行仿真結(jié)果分析做數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。

2 小結(jié)

    本文首先介紹了煉鋼車間仿真系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想，隨后分析了煉鋼物流仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，最后對(duì)煉鋼物流仿真系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)。

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本文標(biāo)題：基于MES的煉鋼車間調(diào)度優(yōu)化設(shè)計(jì)

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