CN106408153A - 一种基于案例推理的钢铁企业生产动态调度调整方法及其专家系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于案例推理的钢铁企业生产动态调度调整方法及其专家系统，用于钢铁企业生产过程的计划编制和实时调度。钢铁企业生产调度管理系统包括数据库服务器、应用服务器、客户端和实时监控系统。生产调度管理方法包括：计划编制、动态监控、实时调度。本发明的优点在于：将生产计划自动编制与实时调度融为一体，解决了动态调度中的前后工序难以协调一致的问题，适用于具有混合流特点的钢铁生产企业。本发明实现了多扰动情况下的快速优化调整，实现整个生产流程的知识化和智能化、一体化生产管理的目标。

Description

一种基于案例推理的钢铁企业生产动态调度调整方法及其专 家系统

技术领域

本发明属于钢铁生产计划调度技术领域，具体涉及基于案例推理的钢铁企业生产动态调度调整方法及其专家系统，用于钢铁企业生产过程计划编制与实时调度。

背景技术

钢铁行业作为传统制造行业，生产工序较多，设备自动化程度不一、工艺流程复杂，生产连续性高。钢铁生产工艺约束条件下，实际生产运行过程中存在有时间偏差、温度补偿、浇铸异常、设备扰动、改钢类以及钢种变更等多扰动问题.单纯依靠手工调度还不能快速有效的迭到计划的优化调度。

目前，我国的大型钢铁生产企业大都采用的是一些新型的工艺生产设备，这些设备在设备控制级上已实现了很高的自动化，能够为企业的生产调度提供大量的生产分析数据；同时，使用生产运营系统来生产设计、生产统计、绩效管理等。在实际生产过程中，由于生产运营系统主要为企业管理的上层进行服务，对车间层的管理流程不提供直接和详细的支持；而现场设备和工艺参数的监控虽然可以向管理人员提供现场检测和统计数据，但是本身并非真正的管理系统；于是产生了企业计划层与过程控制层之间的信息的“断层”，即计划与生产之间的断层，因此，当现场生产发生实时事件时，企业管理人员无法在最短的时间内掌握生产现场的变化并作出准确的判读和快速的应对措施，导致无法保证生产计划得到合理而快速的修正。

国内外部分知名企业应用制造执行系统(manufacturing execution system，MES)将上层的产销系统与底层的工业控制联系在一起，通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当车间生产发生实时事件时，MES能对此及时作出反应、报告，并用当前的准确数据进行指导和处理，从而提供一个快速反应、有弹性、精细化的制造业环境。

现有技术中，钢铁企业在炼钢过程中，操作者参与调度的方法主要是操作者根据经验对现场情况进行判断后进行相应的调整。部分具有生产现场管理的信息系统也只能管理到订单，不能管理到各个产品的生命周期。同时，在生产计划执行过程中，缺少对计划执行情况全面监测和评估，在出现非正常生产情况时，缺少一套有效的实时调度决策支持系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种优化的电子音响。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

本发明的目的在于针对当前钢铁企业生产调度现状，提供一种基于案例推理的钢铁企业生产动态调度调整方法及其专家系统，解决钢铁企业生产调度和设备匹配的难题。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种基于案例推理的钢铁企业生产动态调度调整的专家系统，包括安装在现场的传感器、数据库服务器、应用服务器、客户端和实时监控系统，各部分具体作用如下：

(1)数据库服务器通过网络与现场的传感器相联，将现场采集的各种状态信息和工艺数据经过数据处理和格式转换，存入数据库中，为计划调度系统实时提供参考依据；

(2)数据库服务器运行专业的关系数据库管理系统，将接收到的生产计划、生产现场的实时过程数据和计划编排数据以及各种系统组态数据，存储在数据库中；

(3)应用服务器运行计划编排方法、实时调度方法等组件，根据需要调用数据库服务器中的数据，并将作业计划与实时生产状况生成图文形式结果并将数据发送给所述数据库服务器进行保存；

(4)客户端通过访问应用服务器获取作业计划与实时生产状况，实现数据和图形的显示，并将一定的数据保存在本地计算机，实现数据的离线分析；

(5)实时监控系统采集生产现场的各种状态信息和工艺数据经过数据处理和格式转换，存入数据库中。

其中，还包括手机终端服务器，将应用服务器处理后的结果，以彩信或信息的方式发送到相应的手机。

其中，所述实时监控系统包括数据采集系统、工业控制计算机系统或集散系统。

其中，所述应用服务器采用多任务多线程并列运行的方式进行实时数据处理。

其中，所述客户端根据岗位职责设置有不同的操作权限。

该系统根据工艺路线和设备参数，在计算机中执行相应的计划编排程序，通过选择不同的计划编排方式，根据装置能力、生产工艺流程、原料备料状况等情况，遵循配额计划，在符合本土化基础上选择产最大化、质量优先、稳定满负荷生产等原则进行生产计划编制，并将生产计划下达到生产执行控制器。

该系统通过安装在现场生产设备上的传感器和控制器，实时监测生产过程中各种工艺参数、主要设备的工作状态和关键参数，如出钢时间、浇注时间等等，将生产流程中各生产装置的控制变量与操作变量的实时测量值、生产设备与辅助设备的状态，关键参数的和工艺参数、全厂范围内生产运行的总体状况、各单元间的物流，以及全厂关键点的异常工矿等，以生产流程图等形式显示出来，使调度人员对生产运行实况一目了然，便于进行监控。

该系统通过客户端计算机显示器上的各种画面，显示生产过程的各种状态信息，主要对生产计划的实际执行情况进行监控和跟踪，让用户可以及时了解生产情况。

该系统实现了多扰动情况下的快速优化调整，实现整个生产流程的知识化和智能化、一体化生产管理的目标。

一种使用上述钢铁企业生产管调度管理系统进行钢铁企业生产调度的方法，按以下步骤实施：

(1)计划编制：根据销售订单，然后根据品种、规格、数量因素及对各因素的关注程度，确定相应的优先级，利用多种优化理论和智能优化算法，经应用服务器多次计算，把生产计划分解成相应的炼钢炉次单元计划、连铸浇次单元计划；

(2)动态监控：利用实时监控系统将生产流程中各生产装置的控制变量与操作变量的实时测量值、生产设备与辅助设备的状态，关键参数的和工艺参数、全厂范围内生产运行的总体状况、各单元间的物流，以及全厂关键点的异常工矿等，以数据和/或图形形式显示出来，使调度人员对生产运行实况一目了然，便于进行监控；

(3)实时调度：采用动态调度方法对生产异常事件做出实时响应和生产进度表进行实时在线调整，以最终消除执行中的偏差，保证作业进度表的优化执行。

其中，所述动态调度方法如下：

(1)将生产的炉次基于规则指派到相应的生产设备上；

(2)根据优化目标建立一个线性规划冲突消解模型,通过对模型的求解得到一个无冲突的、优化的调度计划表；

(3)将尚未执行的作业计划在原来的基础上进行顺延、节奏调整和路线更改，并将调整结果作为新作业计划编制指令覆盖掉对应的原计划，实现计划的滚动执行。

本发明的优点在于：将生产计划自动编制与实时调度融为一体，解决了动态调度中的前后工序难以协调一致的问题，适用于具有混合流特点的钢铁生产企业。

附图说明

图1是本发明的系统结构图；

图2是本发明的软件功能分解图。

其中，1、应用服务器，2、数据库服务器，3、实时监控系统，4、工业计算机控制系统，5、数据采集系统，6、集散系统，7、客户端，8、手机终端服务器，9、手机，10、ERP系统，11、图形界面，12、计划编制，13、实时调度，14、算法库，15、规则库，16、数据库。

计划编制12：该模块利用多种优化理论和智能优化算法，建立最优炉次计划，最优浇注计划和轧制计划，为钢铁行业的生产计划编制，提供一个优良的解决方案。

实时调度13包括：

(1)实时监控：实时监控主要是对生产计划的实际执行情况进行监控和跟踪，特别是生产过程出现的各种异常情况进行监控，然后以直观的图形方式反馈给调度部门。实时监控模块可将底层系统监测到的数据反馈到管理层，以便管理人员能够及时掌握生产进度并对异常进行控制。

(2)动态调度：主要是针对实时监控得到的影响到生产的信息进行实时处理，借助模拟仿真和调度规则，对生产计划进气切合实际的调整，或者重新编制生产技术，动态调度模块要为车间管理人员提供自动或者半自动的实时调度解决方案，以便协助陈建管理人员实现动态调度。

算法库14：指在解决优化排产等问题中用到的不同优化算法，常规的有甘特图法、排队论方法等；人工智能的方法，如模拟退火、遗传算法等。各种算法都以组件的方式进行封装，便于今后的升级和扩充。

规则库15：指在计划排产和实施调度时用到的各种专家规则，如冶炼规则、组合调度顺序的规则、非正常情况处理的规则等等。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述：

如图1所示，本发明所提供的一种基于案例推理的钢铁企业生产动态调度调整的专家系统，用于将ERP系统10与车间作业现场控制相连接，包括数据库服务器2、应用服务器1、客户端7和实时监控系统3，还包括手机终端服务器8。

所述数据库服务器2运行专业的关系数据库管理系统，将接收到的生产计划、生产现场的实时过程数据和计划编排数据以及各种系统组态数据，存储在数据库16中。

所述应用服务器1运行计划编排12、实时调度13等组件，根据需要调用数据库服务器2中的数据，在遵循规则库15的约束条件下，利用算法库14中的多种优化理论和智能优化算法，得出作业计划，并将作业计划与实时生产状况生成图文形式结果，如生产流程图、甘特图，并将其发送给所述数据库16中进行保存。应用服务器1采用多任务多线程并列运行的方式进行实时数据处理。

所述客户端7通过访问应用服务器1获取作业计划与实时生产状况，实现数据和图形的显示，并将一定的数据保存在本地计算机，实现数据的离线分析。客户端7根据岗位职责设置有不同的操作权限。

所述实时监控系统3采集生产现场的各种状态信息和工艺数据经过数据处理和格式转换，存入数据库中，包括数据采集系统5、工业控制计算机系统4和集散系统6。

所述手机终端服务器8，将应用服务器1处理后的结果，以彩信或信息的方式发送到相应的手机9。

一种基于案例推理的钢铁企业生产动态调度调整方法，按以下步骤实施：

(1)计划编制：根据销售订单，然后根据品种、规格、数量因素及对各因素的关注程度，确定相应的优先级，利用多种优化理论和智能优化算法，经应用服务器多次计算，把生产计划分解成相应的炼钢炉次单元计划、连铸浇次单元计划，并存储在数据库中；

(2)动态监控：利用实时监控系统将生产流程中各生产装置的控制变量与操作变量的实时测量值、生产设备与辅助设备的状态，关键参数的和工艺参数、全厂范围内生产运行的总体状况、各单元间的物流，以及全厂关键点的异常工矿等，以数据和/或图形形式在客户端的图形界面11显示出来，使调度人员对生产运行实况一目了然，便于进行监控；

(3)实时调度：采用动态调度方法对生产异常事件做出实时响应和生产进度表进行实时在线调整，以最终消除执行中的偏差，保证作业进度表的优化执行。所述动态调度方法如下：

①将生产的炉次基于规则指派到相应的生产设备上；

②根据优化目标建立一个线性规划冲突消解模型，通过对模型的求解得到一个无冲突的、优化的调度计划表；

③将尚未执行的作业计划在原来的基础上进行顺延、节奏调整和路线更改，并将调整结果作为新作业计划编制指令覆盖掉对应的原计划，实现计划的滚动执行。

动态调度方法根据现场出现的扰动的种类和程度来确定的具体调整方法如下：

1、时间扰动因素：现场出现生产时间的延迟,则根据实时监控系统收集的实际数据与计划数据进行比较，根据差值大小的不同，采用不同的调度方法对受影响的本炉次计划及后续炉次计划进行调整。

(1)时间差值小于5分钟时的扰动调整

①对后序计划自动进行时间的提前和延迟；

②通过连铸拉速的调整来解决断浇问题。

(2)时间差值大于5分钟、小于10分钟时的扰动调整

①将后序计划进行连铸浇铸时间的后移；

②根据连铸浇铸时间，充分利用可缓冲工序的时间缓冲量进行作业时长的优化；

③若连铸断浇无法避免，则可安排钢种等级较低的钢种上台炼浇。

(3)时间差值大于10分钟时的扰动调整

①将后序计划进行连铸浇铸时间的后移；

②根据连铸浇铸时间出现选择增加具有缓冲功能的工序(精炼工序)作业时间；

③实行停浇处理。

2、设备扰动因素：

若设备在执行计划中出现故障，将对正在执行的计划进行取消所炼钢进行回炉处理，并对后续计划进行删除。

3、工艺扰动因素：

(1)成分不合格时，对炉次计划的钢种进行变更调整，或调整生产路线，安排精炼炉进行工艺补救，或调整炉次的浇次计划，另行安排工艺可行性浇次；

(2)温度不合格时通过LF精炼炉进行工艺补救，或在铸机加快拉速，加速成坯。

4、计划扰动因素：

若生产计划在执行的过程中，不能按照原有计划组织生产，则：

①取消原有生产计划插入新的生产计划；

②降级改判继续生产；

③调整计划生产顺序。

5、炉次交叉调度

若生产生产过程中，由于某个工序出现故障等其他原因，需要变更作业路线。可以利用甘特图的作业调度功能实现。

如需要把某个炉次从原计划一号铸机变更到二号铸机，首先把该炉的目标铸机改为二号铸机，甘特图就会利用排程规则重新进行排程，形成该炉次的新作业路线。对原有铸机的作业计划也进行相应的调整。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于案例推理的钢铁企业生产动态调度调整的专家系统，其特征在于，包括安装在现场的传感器、数据库服务器、应用服务器、客户端和实时监控系统，各部分具体作用如下：

(1)数据库服务器通过网络与现场的传感器相联，将现场采集的各种状态信息和工艺数据经过数据处理和格式转换，存入数据库中，为计划调度系统实时提供参考依据；

(2)数据库服务器运行专业的关系数据库管理系统，将接收到的生产计划、生产现场的实时过程数据和计划编排数据以及各种系统组态数据，存储在数据库中；

(3)应用服务器运行计划编排方法、实时调度方法等组件，根据需要调用数据库服务器中的数据，并将作业计划与实时生产状况生成图文形式结果并将数据发送给所述数据库服务器进行保存；

(4)客户端通过访问应用服务器获取作业计划与实时生产状况，实现数据和图形的显示，并将一定的数据保存在本地计算机，实现数据的离线分析；

(5)实时监控系统采集生产现场的各种状态信息和工艺数据经过数据处理和格式转换，存入数据库中。

2.根据权利要求1所述的基于案例推理的钢铁企业生产动态调度调整的专家系统，其特征在于，还包括手机终端服务器，将应用服务器处理后的结果，以彩信或信息的方式发送到相应的手机。

3.根据权利要求1所述的基于案例推理的钢铁企业生产动态调度调整的专家系统，其特征在于，所述实时监控系统包括数据采集系统、工业控制计算机系统和/或集散系统。

4.根据权利要求1-3任一项所述的基于案例推理的钢铁企业生产动态调度调整的专家系统，其特征在于，所述应用服务器采用多任务多线程并列运行的方式进行实时数据处理。

5.根据权利要求1-3任一项所述的基于案例推理的钢铁企业生产动态调度调整的专家系统，其特征在于，所述客户端根据岗位职责设置有不同的操作权限。

6.一种使用权利要求1-3任一项所述的基于案例推理的钢铁企业生产动态调度调整的专家系统进行钢铁企业生产调度的方法，其特征在于，按以下步骤实施：

(1)计划编制：根据销售订单，然后根据品种、规格、数量因素及对各因素的关注程度，确定相应的优先级，利用多种优化理论和智能优化算法，经应用服务器多次计算，把生产计划分解成相应的炼钢炉次单元计划、连铸浇次单元计划；

(2)动态监控：利用实时监控系统将生产流程中各生产装置的控制变量与操作变量的实时测量值、生产设备与辅助设备的状态，关键参数的和工艺参数、全厂范围内生产运行的总体状况、各单元间的物流，以及全厂关键点的异常工矿等，以数据和/或图形形式显示出来，使调度人员对生产运行实况一目了然，便于进行监控；

(3)实时调度：采用动态调度方法对生产异常事件做出实时响应和生产进度表进行实时在线调整，以最终消除执行中的偏差，保证作业进度表的优化执行。

7.根据权利要求6所述的基于案例推理的钢铁企业生产动态调度调整方法，其特征在于，所述动态调度方法如下：

(1)将生产的炉次基于规则指派到相应的生产设备上；

(2)根据优化目标建立一个线性规划冲突消解模型,通过对模型的求解得到一个无冲突的、优化的调度计划表；

(3)将尚未执行的作业计划在原来的基础上进行顺延、节奏调整和路线更改，并将调整结果作为新作业计划编制指令覆盖掉对应的原计划，实现计划的滚动执行。