CN111598396B - 一种制造系统减少钢板取样损失的生产计划优化方法 - Google Patents

一种制造系统减少钢板取样损失的生产计划优化方法 Download PDF

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Abstract

一种制造系统减少钢板取样损失的生产计划优化方法，属于制造业和信息技术领域。本方法是为了解决减少钢板批次取样的损失问题。本方法在制造系统完成材料设计后，对每个工序的每一块计划物料增加一个虚拟物料号，建立各个虚拟物料号之间的关系；然后根据相关生产信息对板坯虚拟物料号进行组炉，按用户规则为每个取样批次指定取样板坯和备用取样板坯，为取样板坯和备用取样板坯生成取样编码及对应的检验项目，为该批次所有板坯匹配取样编码；如果取样板坯出现问题，则用备用取样板坯虚拟物料号对应轧制大板的虚拟物料号下达取样计划，按大板继承上道板坯的取样编码及对应的检验。本方法相比传统方法增加取样尺寸方法减少了取样损失，提高了成材率。

Description

一种制造系统减少钢板取样损失的生产计划优化方法
技术领域
本发明属于制造业和信息技术领域，特别是涉及一种制造系统减少钢板取样损失的生产计划优化方法。
背景技术
钢板在交货时一般会要求提交力学性能和工艺性能试验报告，生产厂通过控制钢坯化学成分、加热制度和轧钢工艺等保证性能试验符合订单要求，并通过取样、加工、试验获取试验结果。
针对钢板取样尺寸，材料设计时常见的做法是：在每一块钢坯轧制的大板上都增加取样尺寸，这样可以保证现场实时组批取样时不会出现短尺现象，但存在的缺点是定尺交货钢板批次取样需要切除未取样的增加取样尺寸、降低了成材率。
本文提出一种制造系统减少钢板取样损失的生产计划优化方法，在材料设计时对每一块钢坯轧制的大板均不增加取样尺寸，而是在炼钢计划里对每个炉次按钢板取样批次对应的取样板坯和备用取样板坯增加取样尺寸并生成取样编码及对应的检验项目，轧钢生产计划取样工序直接在取样板坯或备用取样板坯对应大板取样并按取样编码委托检验，实现减少取样损失、提高成材率的目的。
发明内容
本发明的目的在于解决减少钢板批次取样的取样损失问题。
本方法实现的前提是制造系统已经按订单完成钢板全流程材料设计计算、并且材料设计时未增加取样尺寸。本方法首先在制造系统完成材料设计计算后，对每个工序的每一块计划物料增加一个虚拟物料号，并建立订单、工序、前后道各个虚拟物料号之间的关系；炼钢炉次计划根据板坯牌号、厚度、宽度、钢板牌号、钢板厚度、钢板交货状态等信息对板坯虚拟物料号进行组炉，按用户规则为每个取样批次指定一块取样板坯和一块备用取样板坯，为取样板坯和备用取样板坯按钢板取样规则增加取样尺寸并生成取样编码及对应的检验项目，为该批次所有板坯匹配取样编码；轧钢计划在取样工序按取样板坯虚拟物料号对应轧制大板的虚拟物料号进行取样，如果取样板坯出现回炉或轧废情况则在备用取样板坯虚拟物料号对应轧制大板的虚拟物料号进行取样，按板坯对应的取样编码及对应的检验项目委托检验；本方法在制造系统通过优化组炉计划和取样计划，只在取样物料上增加取样尺寸，相比传统块块增加取样尺寸方法减少了取样损失，提高了成材率。
1、虚拟物料号规则
本方法实现的前提是制造系统已经按订单完成钢板全流程材料设计计算、并且材料设计时未增加取样尺寸，此时制造系统已经按订单生成工艺路线和各工序物料尺寸及数量：板坯尺寸及块数、大板尺寸及块数、发货尺寸及块数等。
本方法在制造系统材料设计计算完成后，在系统为订单的每块物料增加一个虚拟物料号，虚拟物料号对应的是不真实存在的生产订单计划物料，如果生产计划修改导致计划物料发生变化、则对应的虚拟物料号会根据计划增加或删除，如果计划物料生产出实际物料、则实际物料对应虚拟物料号删除。虚拟物料号的编码规则：板坯虚拟物料号为7位整型(初始数0000001)，增加时自动在前一个虚拟物料号加1，依次类推；大板虚拟物料号为对应原料板坯虚拟物料号后面增加一个位0；钢板虚拟物料号为对应大板虚拟物料号后面增加二位顺序号。
制造系统通过订单、工序建立前后道各个虚拟物料号之间的关系：一个板坯虚拟物料号对应一个大板虚拟物料号(一块板坯在轧钢工序轧制出一块大板)、一个大板虚拟物料号对应一个或多个交货钢板虚拟物料号(一块大板在切割工序切割成一块或多块交货钢板)。
实际生产产出实际物料后，制造系统会根据用户规则产生实际物料编码，实际物料编码和虚拟物料号一一对应，实际物料编码继承虚拟物料号的所有关系，实际物料编码产生后虚拟物料号消失：当炉次计划所有板坯虚拟物料号消失后炉次计划执行完成、当轧钢计划所有大板虚拟物料号和钢板虚拟物料号消失后轧钢计划完成。
2、炉次计划优化
制造系统根据订单获取钢板信息及取样规则，可根据板坯牌号、板坯厚度、板坯宽度、钢板牌号、钢板交货状态、取样方式(如果订单有多个取样方式只保留最严取样方式)、批次吨数(如果订单不同检验项目批次吨数不同则保留最小批次吨数)、钢板厚度等信息进行组合筛选，在筛选结果显示选择标记、顺序号、板坯牌号、板坯厚度、板坯宽度、板坯虚拟物料号、板坯单重、钢板牌号、钢板交货状态、取样方式、批次吨数、钢板厚度、板坯对应钢板吨数等信息，并按钢板牌号、钢板交货状态、取样方式、批次吨数、钢板厚度由高到低排序。
第一步：建立炉次计划时，如果取样方式为炉次取样或件次取样，不进行炉次计划优化，直接在每个炉次根据规则选择取样板坯、备用取样板坯并增加取样尺寸、取样编码和取样编码对应的检验项目，为该批次所有板坯匹配取样编码。
第二步：建立炉次计划时，如果取样方式为批次取样，按相同板坯牌号、相同板坯厚度、相同板坯宽度、相同钢板牌号、相同钢板交货状态、相同钢板厚度进行分组，对板坯对应钢板吨数进行求和、并按求和重量由大到小对分组排序。
第三步：选择第一个分组，如果该炉计划可用吨数小于批次吨数跳到第四步。如果该炉计划可用吨数大于等于批次吨数、判断批次吨数是否大于等于该分组未选择板坯对应钢板吨数的求和吨数：(1)结果为真，置所有板坯虚拟物料号的选择标记为已选，并修改该炉计划可用吨数＝该炉计划可用吨数-本次标记可选的板坯单重量之和，根据规则选择取样板坯、备用取样板坯(如果只有1块板坯则取消备用取样板坯)并增加取样尺寸、取样编码和取样编码对应的检验项目，为该批次所有板坯匹配取样编码，跳到第五步；(2)结果为假，由上到下选择该分组板坯虚拟物料号满足对应钢板吨数之和小于等于批次吨数、将选择标记置为已选、修改该炉计划可用吨数＝该炉计划可用吨数-本次标记可选的板坯单重量之和，根据规则选择取样板坯、备用取样板坯(如果只有1块板坯则取消备用取样板坯)并增加取样尺寸、取样编码和取样编码对应的检验项目，为该批次所有板坯匹配取样编码，如果修改后的该炉计划可用吨数小于分组内未选最小板坯单重(或板坯最小单重)、则将该炉次计划可用吨数置为零、跳到第一步建立新的炉次计划，若炉次计划可用吨数不为零且不存在未选板坯、则跳到第五步，其它则重复第三步。
第四步：选择第一个分组，如果该炉计划可用吨数小于批次吨数、判断该炉计划可用吨数是否大于板坯对应钢板吨数的求和吨数：(1)结果为真，置所有板坯虚拟物料号的选择标记为已选，并修改该炉计划可用吨数＝该炉计划可用吨数-本次标记可选的板坯单重量之和，根据规则选择取样板坯、备用取样板坯(如果只有1块板坯则取消备用取样板坯)并增加取样尺寸、取样编码和取样编码对应的检验项目，为该批次所有板坯匹配取样编码，跳到第五步；(2)结果为假，由上到下选择该分组板坯虚拟物料号满足对应钢板吨数之和小于等于该炉计划可用吨数、将选择标记置为已选、修改该炉计划可用吨数＝该炉计划可用吨数-本次标记可选的板坯单重量之和，根据规则选择取样板坯、备用取样板坯(如果只有1块板坯则取消备用取样板坯)并增加取样尺寸、取样编码和取样编码对应的检验项目，为该批次所有板坯匹配取样编码，该炉次计划可用吨数置为零，重复第一步建立新的炉次计划。
第五步：按第一个分组的处理方法依次处理第二个、第三个、…、第N个分组。
3、轧钢计划取样
制造系统根据取样板坯或备用取样板坯的虚拟物料号对应轧钢工序轧制的大板虚拟物料号，大板虚拟物料号继承板坯虚拟物料号的取样编码，在剪切工序根据取样编码现场剪切大样，然后送试样加工厂根据取样编码对应的检验项目加工成试样委托检验。
本方法相比传统方法增加取样尺寸方法减少了取样损失，提高了成材率。
具体实施方式
一种制造系统减少钢板取样损失的生产计划优化方法的现场操作案例如下：
订单1：标准GB/T 3274-2007，牌号Q235B,厚*宽*长*块数为22*3000*9000*12，工艺交货状态AR；
订单2：标准GB/T 3274-2007，牌号Q235B,厚*宽*长*块数为22*2800*9600*24，工艺交货状态AR；
订单3：标准GB/T 3274-2007，牌号Q235B,厚*宽*长*块数为22*2900*9800*6，工艺交货状态AR；
生产厂执行标准规定的Q235B的性能试验要求为：拉伸试验、弯曲试验、冲击试验，按批次取样，每批次不超过60吨，每批由同一牌号、同一炉次、同一质量等级、同一交货状态、同一厚度的钢板组成。
1、增加虚拟物料号
假设制造系统未增加取样尺寸的材料设计结果为:
订单1：板坯牌号Q235B、板坯厚*度*长*块数300*1800*3590*4、大板厚*度*长*块数22*3100*27835*4、交货钢板厚*度*长*块数22*3000*9000*12；
订单2：板坯牌号Q235B、板坯厚*度*长*块数300*1800*3575*8、大板厚*度*长*块数22*2910*29520*8、交货钢板厚*度*长*块数22*2800*9600*24；
订单3：板坯牌号Q235B、板坯厚*度*长*块数300*1800*3780*2、大板厚*度*长*块数22*3005*30225*2、交货钢板厚*度*长*块数22*2900*9800*12；
在制造系统，对材料设计的每一块物料增加虚拟物料号，一块板坯虚拟物料号对应一块大板虚拟物料号、一板大板虚拟物料号对应多个钢板虚拟物料号，虚拟物料号之间关系如下表所示：
Figure BDA0002454255770000041
Figure BDA0002454255770000051
2、炉次计划优化
本例中订单1、订单2和订单3的板坯牌号、板坯厚度、板坯宽度、钢板牌号、钢板交货状态、取样方式(批次取样)、批次吨数(60)、钢板厚度完全相同，按相同板坯牌号、相同板坯厚度、相同板坯宽度、相同钢板牌号、相同钢板交货状态、相同钢板厚度进行分组只产生1个分组，对板坯对应钢板吨数进行求和、结果为196.82吨。
假设生产厂每个炉次计划吨数为110吨、板坯最小单重6吨，Q235B每个批次(60吨)增加大样尺寸对应300*1800坯型需要增加长度20，该分组关键信息如下：
选择标记 板坯虚拟号 板坯吨数 对应钢板厚度 交货状态 对应钢板吨数
0000001 15.22 22 AR 13.99
0000002 15.22 22 AR 13.99
0000003 15.22 22 AR 13.99
0000004 15.22 22 AR 13.99
0000005 15.15 22 AR 13.93
0000006 15.15 22 AR 13.93
0000007 15.15 22 AR 13.93
0000008 15.15 22 AR 13.93
0000009 15.15 22 AR 13.93
0000010 15.15 22 AR 13.93
0000011 15.15 22 AR 13.93
0000012 15.15 22 AR 13.93
0000013 16.02 22 AR 14.72
0000014 16.02 22 AR 14.72
新建炉次HEAT001,可用该炉计划可用吨数(110)大于等于批次吨数(60)，批次吨数(60)小于该分组未选择板坯对应钢板吨数的求和吨数(196.82)，由上到下选择该分组板坯虚拟物料号满足对应钢板吨数之和(55.95)小于等于批次吨数(60)、将选择标记置为已选，如下表：
选择标记 板坯虚拟号 板坯吨数 对应钢板厚度 交货状态 对应钢板吨数
V 0000001 15.22 22 AR 13.99
V 0000002 15.22 22 AR 13.99
V 0000003 15.22 22 AR 13.99
V 0000004 15.22 22 AR 13.99
0000005 15.15 22 AR 13.93
0000006 15.15 22 AR 13.93
0000007 15.15 22 AR 13.93
0000008 15.15 22 AR 13.93
0000009 15.15 22 AR 13.93
0000010 15.15 22 AR 13.93
0000011 15.15 22 AR 13.93
0000012 15.15 22 AR 13.93
0000013 16.02 22 AR 14.72
0000014 16.02 22 AR 14.72
根据规则选择取样板坯(板坯虚拟号0000002)、备用取样板坯(板坯虚拟号0000003)并增加取样长度20(即这2块板坯长度变为3610)、取样编码(板坯虚拟号0000002为00000021、板坯虚拟号0000003为00000031)和取样编码对应的检验项目(弯曲、拉伸、冲击)，为该批次所有板坯匹配取样编码，由于该炉计划可用吨数(110)-本次标记可选的板坯单重量之和(60.88)＝49.12吨、大于分组内未选板坯最小单重13.93吨，继续下面组炉：
该炉计划可用吨数(49.12)小于等于批次吨数(60)，该炉计划可用吨数(49.12)小于该分组未选择板坯对应钢板吨数的求和吨数(140.86)，由上到下选择该分组板坯虚拟物料号满足对应钢板吨数之和(41.78)小于等于批次吨数(49.12)、将选择标记置为已选，如下表:
选择标记 板坯虚拟号 板坯吨数 对应钢板厚度 交货状态 对应钢板吨数
V 0000005 15.15 22 AR 13.93
V 0000006 15.15 22 AR 13.93
V 0000007 15.15 22 AR 13.93
0000008 15.15 22 AR 13.93
0000009 15.15 22 AR 13.93
0000010 15.15 22 AR 13.93
0000011 15.15 22 AR 13.93
0000012 15.15 22 AR 13.93
0000013 16.02 22 AR 14.72
0000014 16.02 22 AR 14.72
根据规则选择取样板坯(板坯虚拟号0000006)、备用取样板坯(板坯虚拟号0000007)并增加取样长度20(即这2块板坯长度变为3595)、取样编码(板坯虚拟号0000006为00000061、板坯虚拟号0000007为00000071)和取样编码对应的检验项目(弯曲、拉伸、冲击)，为该批次所有板坯匹配取样编码，由于该炉计划可用吨数(49.12)-本次标记可选的板坯单重量之和(45.45)＝3.67吨、小于板坯最小单重6吨，置该炉计划可用吨数为0，完成HEAT001组炉，下面新建炉次HEAT002：
可用该炉计划可用吨数(110)大于等于批次吨数(60)，批次吨数(60)小于该分组未选择板坯对应钢板吨数的求和吨数(107.79)，由上到下选择该分组板坯虚拟物料号满足对应钢板吨数之和(55.71)小于等于批次吨数(60)、将选择标记置为已选，如下表：
选择标记 板坯虚拟号 板坯吨数 对应钢板厚度 交货状态 对应钢板吨数
V 0000008 15.15 22 AR 13.93
V 0000009 15.15 22 AR 13.93
V 0000010 15.15 22 AR 13.93
V 0000011 15.15 22 AR 13.93
0000012 15.15 22 AR 13.93
0000013 16.02 22 AR 14.72
0000014 16.02 22 AR 14.72
根据规则选择取样板坯(板坯虚拟号0000009)、备用取样板坯(板坯虚拟号0000010)并增加取样长度20(即这2块板坯长度变为3595)、取样编码(板坯虚拟号0000009为00000091、板坯虚拟号0000010为00000101)和取样编码对应的检验项目(弯曲、拉伸、冲击)，为该批次所有板坯匹配取样编码，由于该炉计划可用吨数(110)-本次标记可选的板坯单重量之和(60.60)＝49.40吨、大于分组内未选板坯最小单重13.93吨，继续下面组炉：
该炉计划可用吨数(49.40)小于等于批次吨数(60)，该炉计划可用吨数(49.40)大于该分组未选择板坯对应钢板吨数的求和吨数(43.38)，将所有未选择板坯标记置为已选，如下表:
选择标记 板坯虚拟号 板坯吨数 对应钢板厚度 交货状态 对应钢板吨数
V 0000012 15.15 22 AR 13.93
V 0000013 16.02 22 AR 14.72
V 0000014 16.02 22 AR 14.72
根据规则选择取样板坯(板坯虚拟号0000013)、备用取样板坯(板坯虚拟号0000014)并增加取样长度20(即这2块板坯长度变为3800)、取样编码(板坯虚拟号0000013为00000131、板坯虚拟号0000014为00000141)和取样编码对应的检验项目(弯曲、拉伸、冲击)，为该批次所有板坯匹配取样编码，由于该炉计划可用吨数(49.40)-本次标记可选的板坯单重量之和(47.19)＝2.21吨，小于板坯最小单重6吨，置该炉计划可用吨数为0，完成HEAT002组炉。
3、轧钢计划取样
制造系统根据取样板坯的虚拟物料号对应轧钢工序轧制的大板虚拟物料号，大板虚拟物料号继承板坯虚拟物料号的取样编码，在剪切工序根据取样编码现场剪切大样，然后送试样加工厂根据取样编码对应的检验项目加工成试样委托检验；如果取样板坯发生回炉或轧废现象，则下达备用板坯对应的大板取样计划取代原取样计划，取样计划如下表：
Figure BDA0002454255770000081
Figure BDA0002454255770000091
实际生产产出实际物料后，制造系统会根据用户规则产生实际物料编码，实际物料编码和虚拟物料号一一对应，实际物料编码继承虚拟物料号的所有关系，实际物料编码产生后虚拟物料号消失：当炉次计划所有板坯虚拟物料号消失后炉次计划执行完成、当轧钢计划所有大板虚拟物料号和钢板虚拟物料号消失后轧钢计划完成。
本例如果材料设计中对每块大板增加取样尺寸、则需要增加14块大样尺寸，本方法通过炉次计划和轧钢取样计划优化只需增加8块大板取样尺寸、减少了6块大板的取样尺寸，减少取样损失42.9％，对于产能很大的钢铁企业，能显著提高企业收益。

Claims (3)

1.一种制造系统减少钢板取样损失的生产计划优化方法，其特征在于：
步骤一、在制造系统完成材料设计计算后，对每个工序的每一块计划物料增加一个虚拟物料号，大板虚拟物料号为对应原料板坯虚拟物料号后面增加一位0，钢板虚拟物料号为对应大板虚拟物料号后面增加二位顺序号，建立订单、工序和虚拟物料号之间的关系；
步骤二、对炼钢炉次计划进行优化，根据订单获取钢板信息和取样规则信息对板坯虚拟物料号进行组炉，按用户规则为每个取样批次指定一块取样板坯和一块备用取样板坯，为取样板坯和备用取样板坯按钢板取样规则增加取样尺寸并生成取样编码及对应的检验项目，为该批次所有板坯匹配取样编码；
步骤三、轧钢计划在取样工序按取样板坯虚拟物料号对应轧制大板的虚拟物料号进行取样，如果取样板坯出现回炉或轧废情况则在备用取样板坯虚拟物料号对应轧制大板的虚拟物料号下达取样计划，按大板继承上道板坯的取样编码及对应的检验项目委托检验。
2.如权利要求1所述的制造系统减少钢板取样损失的生产计划优化方法，其特征在于：所述的虚拟物料号的作用是在实际生产产出实际物料后，制造系统会根据用户规则产生实际物料编码，实际物料编码和虚拟物料号一一对应，实际物料编码继承虚拟物料号的所有关系，实际物料编码产生后虚拟物料号消失：当炉次计划所有板坯虚拟物料号消失后炉次计划执行完成、当轧钢计划所有大板虚拟物料号和钢板虚拟物料号消失后轧钢计划完成。
3.如权利要求1所述的制造系统减少钢板取样损失的生产计划优化方法，其特征在于：所述的组炉是根据板坯牌号、板坯厚度、板坯宽度、钢板牌号、钢板交货状态、取样方式、批次吨数、钢板厚度信息进行组合筛选，并按钢板牌号、钢板交货状态、取样方式、批次吨数、钢板厚度由高到低排序；
第一步：建立炉次计划时，如果取样方式为炉次取样或件次取样，不进行炉次计划优化，直接在每个炉次根据规则选择取样板坯、备用取样板坯并增加取样尺寸、取样编码和取样编码对应的检验项目，为该批次所有板坯匹配取样编码；
第二步：建立炉次计划时，如果取样方式为批次取样，按相同板坯牌号、相同板坯厚度、相同板坯宽度、相同钢板牌号、相同钢板交货状态、相同钢板厚度进行分组，对板坯对应钢板吨数进行求和、并按求和重量由大到小对分组排序；
第三步：选择第一个分组，如果该炉计划可用吨数小于批次吨数跳到第四步；如果该炉计划可用吨数大于等于批次吨数、判断批次吨数是否大于等于该分组未选择板坯对应钢板吨数的求和吨数：如果结果为真，置所有板坯虚拟物料号的选择标记为已选，并修改该炉计划可用吨数＝该炉计划可用吨数-本次标记可选的板坯单重量之和，根据规则选择取样板坯、备用取样板坯并增加取样尺寸、取样编码和取样编码对应的检验项目，为该批次所有板坯匹配取样编码，跳到第五步；如果结果为假，由上到下选择该分组板坯虚拟物料号满足对应钢板吨数之和小于等于批次吨数、将选择标记置为已选、修改该炉计划可用吨数＝该炉计划可用吨数-本次标记可选的板坯单重量之和，根据规则选择取样板坯、备用取样板坯并增加取样尺寸、取样编码和取样编码对应的检验项目，为该批次所有板坯匹配取样编码，如果修改后的该炉计划可用吨数小于分组内未选最小板坯单重或板坯最小单重、则将该炉次计划可用吨数置为零、跳到第一步建立新的炉次计划，若炉次计划可用吨数不为零且不存在未选板坯、则跳到第五步，其它则重复第三步；
第四步：选择第一个分组，如果该炉计划可用吨数小于批次吨数、判断该炉计划可用吨数是否大于板坯对应钢板吨数的求和吨数：如果结果为真，置所有板坯虚拟物料号的选择标记为已选，并修改该炉计划可用吨数＝该炉计划可用吨数-本次标记可选的板坯单重量之和，根据规则选择取样板坯、备用取样板坯并增加取样尺寸、取样编码和取样编码对应的检验项目，为该批次所有板坯匹配取样编码，跳到第五步；如果结果为假，由上到下选择该分组板坯虚拟物料号满足对应钢板吨数之和小于等于该炉计划可用吨数、将选择标记置为已选、修改该炉计划可用吨数＝该炉计划可用吨数-本次标记可选的板坯单重量之和，根据规则选择取样板坯、备用取样板坯并增加取样尺寸、取样编码和取样编码对应的检验项目，为该批次所有板坯匹配取样编码，该炉次计划可用吨数置为零，重复第一步建立新的炉次计划；
第五步：按第一个分组的处理方法依次处理第二个、第三个、…、第N个分组。
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