0 前言

    鋼鐵生產(chǎn)過程中，煉鐵、煉鋼、連鑄、軋鋼等各工序的生產(chǎn)是離散和連續(xù)相混合的流程式生產(chǎn)過程，其生產(chǎn)調(diào)度面對(duì)的是多任務(wù)、多目標(biāo)、多約束的多種不確定性因素。煉鐵生產(chǎn)強(qiáng)調(diào)高爐的連續(xù)、長效、穩(wěn)定運(yùn)行，而煉鋼、連鑄、軋鋼是間斷性生產(chǎn)，強(qiáng)調(diào)批量生產(chǎn)的穩(wěn)定性和完整性。由于品種、規(guī)格較多，煉鋼、連鑄的生產(chǎn)組織難度很大。因此，鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度的重點(diǎn)就是在繁雜多變的生產(chǎn)條件下，通過科學(xué)組織，動(dòng)態(tài)優(yōu)化，確保煉鋼、連鑄、軋鋼生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的組織和實(shí)施。

    MES-生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)，是隨著工業(yè)管理水平的提升而逐漸發(fā)展起來的現(xiàn)代化信息管理系統(tǒng)，包括生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃、生產(chǎn)調(diào)度、設(shè)備管理、質(zhì)量管理、物料跟蹤等模塊，其中，生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃與生產(chǎn)調(diào)度是其核心功能。近年，隨著信息化建設(shè)的推進(jìn)，安鋼在鋼軋生產(chǎn)、鐵前生產(chǎn)區(qū)域相繼建起了MES系統(tǒng)，整體生產(chǎn)制造過程的管控能力得到顯著提升。在日益激烈的市場競爭形勢下，訂單生產(chǎn)的個(gè)性化需求不斷增強(qiáng)，對(duì)MES環(huán)境下生產(chǎn)排程與生產(chǎn)調(diào)度的及時(shí)性、合理性提出了更高的要求。

1 MES環(huán)境下的計(jì)劃排產(chǎn)

    隨著市場競爭和企業(yè)生產(chǎn)管理水平的發(fā)展，按訂單組織生產(chǎn)成為各鋼鐵企業(yè)的共識(shí)。在MES環(huán)境下，計(jì)劃排產(chǎn)都是建立在滿足終端客戶的個(gè)性化需求的基礎(chǔ)上，生產(chǎn)過程中的所有生產(chǎn)管理活動(dòng)都不能脫離這一宗旨。MES環(huán)境下計(jì)劃排產(chǎn)流程如圖1所示。

圖1 MES計(jì)劃排產(chǎn)流程圖

1.1 基于訂單需求

    為了滿足客戶日益增長的個(gè)性化需求，煉鋼計(jì)劃和軋鋼計(jì)劃的編制都根據(jù)所承接的銷售訂單需求，按照一定的設(shè)備和工藝約束，在MES系統(tǒng)中通過組板、組爐、組澆次，形成批量煉鋼、連鑄澆次計(jì)劃，每一爐鋼水、每一塊鑄坯、每一塊鋼板在物流推進(jìn)過程中均附帶著固有的訂單信息一起傳遞，任何物料的變化與調(diào)整都影響到訂單執(zhí)行效果。

1.2 計(jì)劃的時(shí)效性高

    要在激烈的市場競爭中凸顯自己的產(chǎn)品優(yōu)勢，除了產(chǎn)品質(zhì)量要滿足客戶終端需求之外，交貨期的保障能力也直接影響到市場份額的爭奪。因此，作業(yè)計(jì)劃的編排和執(zhí)行都要求按照交貨期的要求組織實(shí)施，即以最后的交貨期為基準(zhǔn)，倒逼式確定每個(gè)工序的生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)。要求各工序的作業(yè)都要強(qiáng)調(diào)時(shí)效性，必須確保在規(guī)定的時(shí)間段內(nèi)完成生產(chǎn)任務(wù)。

1.3 強(qiáng)調(diào)作業(yè)計(jì)劃的完整性

    由于客戶的訂單需求貫穿于作業(yè)計(jì)劃執(zhí)行的始終，每個(gè)作業(yè)計(jì)劃的編制均有較強(qiáng)的針對(duì)性。為了保證訂單生產(chǎn)量和訂單交期，各工序作業(yè)計(jì)劃的編排和執(zhí)行都要求保證其完整性，應(yīng)盡量減少訂單被拆分開生產(chǎn)，以免重復(fù)組織，造成生產(chǎn)資源的浪費(fèi)，甚至影響訂單交期。

1.4 冶-鑄-軋工序物流剛性銜接

    MES系統(tǒng)在物流管理上具有物流和信息流同步反饋的優(yōu)勢，有利于生產(chǎn)進(jìn)程的即時(shí)監(jiān)控和調(diào)整，進(jìn)而減少過程等待，壓縮在制品數(shù)量，嚴(yán)格控制中間庫存，最大限度的減少資金占用。因此，鋼水、鋼坯、鋼板等物料在煉鋼、精煉、連鑄、軋鋼工序問的推進(jìn)具有一定的剛性要求，不得隨意的更改和調(diào)整，以保證物流暢通。

2 生產(chǎn)調(diào)度需遵循的原則

2.1 計(jì)劃性原則

    鋼鐵生產(chǎn)制造過程從原料投入到最終產(chǎn)品產(chǎn)出，必須遵循計(jì)劃性原則，必須以班、日、周、月生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃作為組織生產(chǎn)、調(diào)整優(yōu)化、下達(dá)指令、采取措施的依據(jù)。生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃安排的是否合理，執(zhí)行過程的是否順暢，是決定訂單能否按時(shí)交貨的關(guān)鍵。因此，保證生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的剛性執(zhí)行是生產(chǎn)組織的核心與關(guān)鍵。

2.2 科學(xué)性原則

    在日常的生產(chǎn)組織中，把流程最短、銜接最緊、成本最低作為調(diào)度作業(yè)的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)，合理分配鐵水資源及各種能源介質(zhì)，保證連鑄澆次的完整性，統(tǒng)籌軋鋼生產(chǎn)和煤氣發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行，減少軋鋼待溫時(shí)間，合理平衡自發(fā)電量，提高資源利用效率，做到資源效益最大化。

2.3 及時(shí)性原則

    發(fā)生生產(chǎn)異常，如高爐爐況失常、煤氣加壓機(jī)出現(xiàn)異常等情況時(shí)，需要及時(shí)調(diào)整煉鋼或軋鋼作業(yè)計(jì)劃，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)線效益排序情況及訂單交期緊迫程度等因素，綜合考慮，合理調(diào)整。

2.4 預(yù)見性原則

    生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)要善于事先預(yù)見生產(chǎn)過程中潛在的問題。要緊緊抓住主要矛盾和薄弱環(huán)節(jié)，及時(shí)解決問題。要有階段性的預(yù)判，通過當(dāng)前生產(chǎn)情況及動(dòng)態(tài)趨勢走向的分析，及早介入，提前制定應(yīng)急預(yù)案，將可能發(fā)生的影響控制在最低水平。

3 生產(chǎn)排程與調(diào)度作業(yè)模式

    生產(chǎn)過程的調(diào)度作業(yè)分為靜態(tài)調(diào)度和動(dòng)態(tài)調(diào)度兩個(gè)方面。靜態(tài)調(diào)度針對(duì)的是基于公司宏觀計(jì)劃平衡的組織運(yùn)行方案，而動(dòng)態(tài)調(diào)度針對(duì)的是計(jì)劃執(zhí)行過程中的動(dòng)態(tài)調(diào)整與優(yōu)化作業(yè)。其生產(chǎn)排程與調(diào)度模式如圖2所示。

圖2 生產(chǎn)排程與調(diào)度模式示意圖

3.1 靜態(tài)調(diào)度

    在MES系統(tǒng)中，煉、軋各機(jī)組的作業(yè)計(jì)劃排定之后，僅僅是以訂單需求為依據(jù)，確定了該機(jī)組該批次生產(chǎn)的品種、規(guī)格和時(shí)序，屬于車間層面的預(yù)計(jì)劃。而公司整體的生產(chǎn)組織，則需要統(tǒng)籌焦化、燒結(jié)、高爐、轉(zhuǎn)爐、連鑄、軋鋼等多工序多機(jī)組間的生產(chǎn)組織與平衡，將各類生產(chǎn)資源調(diào)配到相應(yīng)的機(jī)組，確保各機(jī)組在預(yù)定的時(shí)間節(jié)點(diǎn)有序開、停。主要包括以下運(yùn)行方案：

    1)高爐-轉(zhuǎn)爐間的對(duì)接和匹配。由于煉鐵和煉鋼的工藝差別，以及裝備水平的發(fā)展并不均衡，要實(shí)現(xiàn)一對(duì)一的絕對(duì)的鐵鋼銜接難度很大。要解決多座高爐給多做轉(zhuǎn)爐供鐵的科學(xué)組織，在充分發(fā)揮轉(zhuǎn)爐產(chǎn)能，消化鐵水的基礎(chǔ)上，根據(jù)供鐵節(jié)奏和煉鋼消耗鐵水的速度，合理確定高爐、轉(zhuǎn)爐匹配關(guān)系，保證高爐穩(wěn)定順行。

    2)鐵水調(diào)運(yùn)路線。廠內(nèi)鐵鋼物流除了鐵水之外，還有鐵渣、鋼渣物資的運(yùn)輸和倒調(diào)。在按照煉鋼需要供應(yīng)鐵水的同時(shí)，需要合理選擇運(yùn)輸路線，縮短運(yùn)輸距離，盡量降低機(jī)車倒調(diào)成本。

    3)煤氣配置與供應(yīng)模式等。煤氣資源的配置首先要保證軋鋼生產(chǎn)所需的壓力、流量、熱值等，對(duì)于富余的煤氣，要合理調(diào)配各煤氣發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行，減少煤氣放散，提高自發(fā)電量。

    4)檢修計(jì)劃與生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的對(duì)接。各機(jī)組的生產(chǎn)組織，要在設(shè)備檢、定修計(jì)劃的基礎(chǔ)上，根據(jù)設(shè)備工況條件，安排適合的品種和規(guī)格組織生產(chǎn)。

    在整體的生產(chǎn)平衡確定之后，接劍生產(chǎn)任務(wù)的煉軋產(chǎn)線，需要根據(jù)初步確定的機(jī)組開、停時(shí)間，按照不同品種、規(guī)格的生產(chǎn)工藝差異，確定煉鋼、精煉、軋鋼各工序問的工藝路徑和生產(chǎn)時(shí)序，即制定生產(chǎn)時(shí)刻表。

    以安鋼第二煉軋廠為例，建有3座150 t轉(zhuǎn)爐、3座LF爐、1座VD爐、2座RH爐，配套1臺(tái)寬板坯連鑄機(jī)和2臺(tái)雙流板坯連鑄機(jī)，軋鋼工序建有爐卷軋機(jī)和1780 mm熱連軋兩條現(xiàn)代化生產(chǎn)線。要實(shí)現(xiàn)煉軋一體化的短流程生產(chǎn)，需要在既定的工藝路徑要求下，根據(jù)生產(chǎn)進(jìn)程，統(tǒng)籌運(yùn)輸距離最短、產(chǎn)能最大發(fā)揮、最小等待時(shí)間等要求，合理確定工序匹配關(guān)系、工序作業(yè)周期、天車吊運(yùn)速度、物流推進(jìn)時(shí)序等參數(shù)，將各工序的作業(yè)要求納入到統(tǒng)一的時(shí)刻表框架內(nèi)，指導(dǎo)和協(xié)調(diào)煉鋼、精煉、連鑄、軋鋼等各項(xiàng)操作和調(diào)度。

3.2 動(dòng)態(tài)調(diào)度

    1)計(jì)劃執(zhí)行過程中的影響因素。生產(chǎn)過程中會(huì)有各種動(dòng)態(tài)變化的因素影響到靜態(tài)調(diào)度所做出的各項(xiàng)運(yùn)行和平衡方案，這些因素也稱為生產(chǎn)擾動(dòng)，可歸納為時(shí)間波動(dòng)類、冶煉工藝類、設(shè)備故障類和產(chǎn)品質(zhì)量類擾動(dòng)。包括鐵水供應(yīng)的擾動(dòng)，如出鐵量、出鐵時(shí)間、鐵水溫度、鐵水成分、機(jī)車運(yùn)輸節(jié)奏等的波動(dòng)，煉鋼、精煉、連鑄等工序作業(yè)時(shí)間的偏差、鋼水溫度和鋼水成分類擾動(dòng)，設(shè)備故障，產(chǎn)品缺陷等擾動(dòng)。

    2)動(dòng)態(tài)跟進(jìn)、即時(shí)優(yōu)化的生產(chǎn)凋度。當(dāng)生產(chǎn)過程中發(fā)生一般性擾動(dòng)時(shí)，只需要調(diào)整本機(jī)組的工藝參數(shù)和生產(chǎn)節(jié)奏即可消除影響。而發(fā)生嚴(yán)重的擾動(dòng)時(shí)，在打破本工序生產(chǎn)平衡的同時(shí)，還會(huì)波及到上下道工序的生產(chǎn)組織，產(chǎn)生次生性擾動(dòng)，甚至直接影響到公司的系統(tǒng)平衡。此時(shí)，需要對(duì)整體的運(yùn)行組織模式進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，包括各產(chǎn)線生產(chǎn)時(shí)序的重排，各類主體設(shè)備的殲與停，上下工序間的對(duì)接與匹配關(guān)系，生產(chǎn)資源的重新分配及供應(yīng)模式等。

4 效果

4.1 煉鋼計(jì)劃執(zhí)行率顯著提高

    在MES系統(tǒng)中，從煉鋼到連鑄，產(chǎn)出的每一塊鑄坯均包含了相成的訂單需求。因此，煉鋼計(jì)劃執(zhí)行率是表征訂單牛．產(chǎn)計(jì)劃執(zhí)行效果的主要標(biāo)志。通過生產(chǎn)調(diào)度模式的不斷優(yōu)化和完善，煉鋼、連鑄生產(chǎn)批量定制的效果得到了有效保證，煉鋼計(jì)劃執(zhí)行率由2010年的97.89％，提高到現(xiàn)在的98.34％。如圖3所示。

圖3 煉鋼計(jì)劃執(zhí)行率對(duì)比柱狀圖

4.2 訂單生產(chǎn)的可控性增強(qiáng)

    生產(chǎn)過程的動(dòng)態(tài)監(jiān)控和及時(shí)跟進(jìn)，保證了煉、軋計(jì)劃的時(shí)效性和完整性，增強(qiáng)了訂單生產(chǎn)過程的可控性，減少了二次投料，訂單一次完成率明顯提升。如圖4所示：

圖4 訂單一次完成率對(duì)比柱狀圖

5 結(jié)語

    安鋼在MES環(huán)境下的生產(chǎn)排程與調(diào)度，將汀單終端需求貫穿于各工序的作業(yè)計(jì)劃之中，對(duì)計(jì)劃的完整性、時(shí)效性及動(dòng)態(tài)跟進(jìn)調(diào)整提出了嚴(yán)格要求。在滿足煉鋼-連鑄間斷性連續(xù)生產(chǎn)的批量經(jīng)濟(jì)性的前提下，通過靜態(tài)調(diào)度和動(dòng)態(tài)調(diào)度的優(yōu)化和改善，實(shí)時(shí)監(jiān)控、動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，工序匹配關(guān)系，生產(chǎn)資源的分配等，實(shí)現(xiàn)了鐵、鋼、坯、材的高效物流銜接，保證了訂單計(jì)劃的剛性執(zhí)行。

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本文標(biāo)題：MES環(huán)境下生產(chǎn)排程與調(diào)度模式淺析

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