摘要：唐山钢铁股份有限公司二钢轧厂生产流程复杂，生产组织难度大。通过对当前生产组织模式的分析研究，依据“炉机匹配”、“能耗最小”及“连浇”原则，提出了新的生产组织模式。在新模式下，根据现场静态调度和动态调度的规则，对一个浇次内的生产组织进行了计算机仿真。仿真结果表明，新的生产组织模式较以前简单，易于管理。此仿真系统运行平稳可靠，可基本预测优化后的唐钢二钢轧厂的生产组织状况。
O 前言
在过去相当长的时期内，我国钢铁工业的发展基本上是以简单的产能扩张、基建投资为主，这在一定程度上造成我国许多钢厂整体结构混乱、生产率低、能耗高、成本较高、污染严重等缺点[1]。随着钢铁工业技术的不断发展，冶金单体技术13趋成熟，应从钢铁制造流程的结构优化着手，进一步提高生产水平，降低成本，增强竞争力。唐山钢铁股份有限公司二钢轧厂生产流程属于多转炉、多精炼、多连铸机和多轧线的复杂系统，生产组织难度大，生产计划经常无规则调整。同时由于现场生产的复杂性，需要进行更加有效的生产调度来弥补人工调度的局限性，因此应用计算机仿真技术进行流程优化就显得尤为重要。
1 目前生产流程
二钢轧厂主要生产棒线材。基本配置为55 t转炉4座(1# ～4# LD)，精炼炉(LF)2座，一机六流连铸机5台(1# ～3# CC，5 #CC，6# CC)，其中5# CC对应2# 棒材生产线，6# cc对应l# 棒材生产线。本文主要研究的流程为：LD一5# 和6# CC—l# 和2# 棒材生产线。棒线材对钢质量要求不高，不需要炉外精炼，LF目前主要用于事故钢水的离线处理。
唐钢现阶段的LD和CC之间不是一一对应的关系，其间的物流运行属于多层交叉物流，物流关系十分复杂，这对组织生产极为不利。图1为LD—CC(仅考虑两台CC)优化前的生产组织模式。
如图1所示，4座转炉都向5# ，6# CC提供钢水，调度人员全凭生产调度经验进行调度，这就造成现场生产组织比较混乱。
2 生产组织模式优化
为了解决上述问题，需根据“能耗最小、炉机匹配和连浇”原则对生产组织模式进行优化[2]。
(1)“能耗最小”原则
本文研究范围内的“能耗最小”原则主要指钢水在不同工位之间传搁的时间最短，从而使钢水温降最小。由于1# 和4# LD靠近5 #和6# CC，钢水传搁时问短，因此考虑以1# 和4 #LD向5 #和6# CC提供钢水为主，但是否可行还要参看其它原则。
(2)“炉机匹配”原则
“炉机匹配”原则要求炼钢工序和连铸工序之间确立明确的对应关系，对应关系根据转炉工序和连铸工序的生产能力和生产周期确立。表1列出了LD及CC的生产能力及生产周期。
从表1中可以看出转炉的生产能力低于连铸机的生产能力，虽然5# 和6# cc的作业率低于1# 和4# LD的作业率，LD和cc的年生产能力基本持平，但随着CC作业率的提高，尤其当CC无故障正常工作时，1# 和4# LD不能满足5 #和6# CC生产的需要;同时LD的生产周期高于CC的生产周期，因此“一炉对一机”的模式不能实现连浇。在综合考虑“一一对应”原则和二钢轧厂的实际生产情况后，提出了如图2所示的优化后的生产组织模式。
优化后的生产组织模式主要由4# 转炉向6#CC供应钢水，l# LD向5# CC供应钢水，当两座LD的钢水无法满足5# 或6# CC生产时，命令2# LD向5# 或6# cc提供钢水，同时对于钢水的供应还可以采用提前备包的方式来防止5# 和6# CC的断浇。这种生产组织模式较以前简单，易于管理，可缩短生产周期，提高生产效率。
(3)“连浇”原则
“连浇”原则是指在“炉机匹配”和“能耗最小”等系统运行原则实现的基础上，尽可能减少连铸工序的非生产时间，提高生产过程的连续性，实现系统准连续/连续化运行。连浇具有两层含义，即对炼钢厂系统中的连铸子系统而言，实现多台CC在尽可能连浇前提下的均衡生产。对一台CC而言，实现按最大连浇炉次进行生产。
3 计算机仿真系统
3.1 调度计划的制定
建立本仿真系统的目的是在一个浇次作业内，以连铸为中心，遵循一些规则，得到符合现场生产的初始调度计划，包括正常生产时的静态调度和出现故障后的实时动态调度。
3.1.1 静态调度
静态调度是根据合同需求的正常生产流程和生产节奏安排生产计划。它是企业生产流畅、运作良好的基础。根据5# 和6# CC的设备情况，静态调度共分为3种生产模式，分别对应3种情况：(1)5# CC检修，不能正常生产;(2)6# CC检修，不能正常生产;(3)5# ，6 #CC都正常生产。图3所示为第3种情况即5# ，6# CC都能正常生产的工艺流程图。
本系统对一个浇次内炉次数确定的生产调度情况进行仿真，仿真过程遵循以下规则[3]。
规则1：在一个浇次范围内，CC的拉速保持不变，从而大包浇铸时间固定;LD的冶炼周期在预设的最大值和最小值之间波动。
规则2：当钢水从LD到CC的运输时间超过计算的临界值时，钢水进入LF保温等待;LF的缓冲时间有最大值。
规则3：当1# LD不能及时供应5#cc时，判断1# LF和2# LD能否供应钢水，若不能，则5# cc断浇;6# CC亦然。
规则4：加热炉装满铸坯后失去缓冲能力，必须保证铸坯的一进一出和铸坯的热装热送。
3.1.2 动态调度
在实际生产过程中，各工序总会出现各种问题，如LD不能冶炼、连铸断浇等，这些不稳定因素的出现大多是随机的。因此在研究生产调度时应考虑出现故障时的调度规则，根据生产实际对调度计划进行实时调整和更新，尽可能保证生产的连续进行。动态调度是静态调度的有效补充和润滑剂，在出现突发故障时也能保证生产优化、良性和不间断地进行。故障处理规则如下。
规则1：当轧线出现故障时，如换辊等，CC生产的铸坯须下线进入冷坯库，加热炉不再进行进出铸坯的操作，只是进行铸坯的保温。
规则2：5# CC出现故障需要维修时，停止对2#加热炉的铸坯热送;当6# CC出现故障需要维修时，1# 加热炉可以加热冷坯。
规则3：5# 或6# CC无法承接钢水时，钢水转到其他CC进行生产，否则放到对应的LF进行缓冲等待。
规则4：当1# 和4# LD不能提供钢水时，首先判断对应的LF内有无钢水，若有，则从LF运输钢水到对应的cc;若无，则调运2# LD最新冶炼的钢水到CC。
3.2 仿真系统的开发工具
唐钢二钢轧厂生产流程仿真系统是一个集成了冶金工艺技术、计算机技术、数据库管理技术等的有机整体[4]。系统软硬件平台的选用，必须能最大限度地描述生产过程的实际情况且能够满足系统的总体建设目标和应用需求，还要为今后发展做好准备，确保系统运行环境整体性能优良。
本仿真系统采用的开发工具为Delphi 6.0企业版。Delphi是一种可视化软件开发工具，被称为第4代编程语言。Delphi适用于本仿真系统的特性，包括采用基于窗体和面向对象的方法和高速的编译器，有强大的数据库支持，与Windows编程紧密结合，采用组件技术等。数据库系统采用SQL Server 2000，可提供很多管理和开发工具，方便对数据库进行管理和维护。
3.3 仿真系统的功能模块[5]
计划制定模块：选择需要仿真的生产模式，确定仿真时钟比例，通过钢种和连铸周期确定一个浇次的连浇炉数，制定生产计划，实现LD，CC，LF等各工序实际生产数据的实时处理和相应的数据库管理。
动态仿真模块：根据仿真时钟比例及生产计划，动态显示生产过程及各工序的实时操作。
甘特图实时显示模块：显示对应生产计划的“计划甘特图”和仿真结束后反映实际生产过程的“实际甘特图”。
3.4 仿真系统的运行及结果
2008年1月，针对系统中5# 和6# CC均能正常生产的生产模式，按照如图4所示的操作流程制定生产计划后进行了仿真。仿真系统可以实现整个车间生产组织情况的动态演示、各工序操作的显示、甘特图的显示和报表显示等功能。
仿真条件：5#和6# CC正常生产，5#cc浇铸HRB335A钢，连浇15炉;6# cc浇铸20MnSiNb钢，连浇10炉。计算机仿真系统根据生产计划仿真的实际甘特图如图5所示。
从图5中可以看到，2# LD向6# CC提供了一炉钢水，LF炉发挥了缓冲作用，从而实现了5# 和6# CC的连浇。
4 结束语
针对唐钢二钢轧厂现场生产组织比较混乱的现状，基于“能耗最小”，“炉机匹配”和“连浇”等原则提出了新的生产组织模式。
运用计算机仿真技术，对不同生产模式下的生产组织情况进行仿真，生成静态调度的甘特图，并对几种故障的动态调度进行模拟，对现场的生产调度有参考价值。下一步工作考虑程序的在线运行，实时采集现场数据，对现场真实情况进行实时模拟。
参考文献：
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