JP2007094624A - スラブ設計方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】途中プロセスにおけるコイル接続処理を考慮し、薄板製品製造プロセス全体での生産性を高くすることができるスラブ設計方法および装置を提供することを目的とする。
【解決手段】複数のスラブパターン候補を生成し、そのスラブパターン候補のスラブパターン評価値を計算するスラブパターン評価値計算ステップと、所定数日間の製造実績、および製造予定情報を取得する実績・予定情報取得ステップと、該実績・予定情報取得ステップで取得した情報に基づいて、コイル接続可能性評価値を計算するコイル接続可能性評価ステップと、コイル接続効果値を計算し、前記スラブパターン評価値に加えスラブパターン評価値が最大のスラブパターンを選択する。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄鋼メーカーにおいてコイル等の製品を製造する際に行われるスラブ設計方法および装置に関するものである。

従来から鉄鋼メーカーにおいては、受注生産方式により製品の生産を行っている。この受注生産方式では、客先からオーダがあると生産ラインにそのオーダに応じた製品の生産を指示する。例えば、薄板製品のオーダは、オーダの合計重量と１コイルあたりの重量範囲が指定されていることが多い（例えば、「合計重量40トン，1コイルあたりの重量範囲が8トン〜10トン」の場合には、8トンのコイル5本を作成してもよいし、10トンのコイル4本を作成してもよい。重量が異なる大きさのコイルで40トン分を生産することもある）。

このような薄板製品は、オーダの仕様に応じて、製鋼工程にて中間製品である厚い板状のスラブを製造したのち、熱間圧延−冷間圧延−鍍金等の工程を経て作られる。また、スラブ１枚から複数のコイルが製造される。そして、前記工程の途中もしくは最後において切断処理等が行われ、オーダに合わせて客先に納入するための重量のコイル（製品）となる。このような工程において、各オーダのコイル重量をどの程度にするか、どのコイルを１つのスラブにまとめるかを決定する処理は生産コスト上、１つの重要な処理であり、それをスラブ設計と呼んでいる。

一般に多くのオーダを組み合わせてスラブを大きくすると、生産性が上がる傾向にあるが、各プロセスの製造設備には重量制限といった制約条件がある。また、材質が異なるコイル（製品）や幅・厚みが大きく異なるコイル（製品）の原料を１つのスラブにすることはできないといった制約条件もあり、１つのスラブにまとめられるコイル（製品）をグループ化し、そのグループ中からコイルを選択してスラブを設計する方法がしばしば用いられる。よって、鉄鋼メーカーでは、上記のような制約条件を満たすようにスラブを設計し、その際に重要な指標として、余剰材の量とスラブ・コイル単重（１つあたりの重量）の２つの値を用いている。

余剰材の観点からすると、状材の鉄鋼メーカーは受注生産を行っているため、余剰材の量はできるだけ少なくしたい。種々の制約のため余剰材の量を０にすることは困難であるが、スラブ設計を工夫して余剰材の量を小さくすることが望まれている。一方、スラブ・コイル単重の観点では、一般に、各プロセスに挿入される材料（スラブ、もしくは中間製品としてのコイル）はできるだけ大きい（重量がある）方が、段取り替えや歩留まりの面から見て生産性が高くなる。さらに最終製品は、できるだけ大きい方が各オーダのコイルが少なくてすみ、物流リードタイム・物流コストの面では有利である。

現在までに、上記指標を考慮した様々なスラブ設計方法が提案されている。特許文献１に開示された薄板生産管理方法は、薄板製品のオーダの大きさ及びオーダの継続性に基づいてオーダ形態を判定し、小ロットオーダ、リピート大ロットオーダ、ノンリピート大ロットオーダのいずれに属するかを見出し、その決定されたロットオーダに対して仮材料編成を行い、その各編成に対し評価式を設定し設計製品単重を決定している。この方法では、スラブ単重乖離値、製品単重乖離値、部分余剰量を評価値として用いることによって、スラブ・製品の重量化と余剰量の低減を狙っている。
特開平０７−２０４９９６号公報

特許文献１に記載の方法では、スラブ単重及び最終製品重量を大きくすること狙っているが、途中の製造プロセスの中間製品（コイル）重量については考慮していないため、途中プロセスにおける生産性が十分上がらない可能性がある。例えば鉄鋼メーカーの薄板製造プロセスでは、冷間圧延の前に、熱間圧延プロセスで別々に処理されていた複数のコイルを１つのコイルに溶接することがしばしば行われる。これにより、冷間圧延以降の処理は複数コイルを接続した大重量のコイルで実行することができ、生産性が向上する。

しかしながら、特許文献１の方法の様にスラブと最終製品の重量しか考慮していない場合、スラブを大きくしすぎて熱間圧延後のコイル重量が大きくなり、（冷間圧延設備の制限重量を超えてしまうため）冷間圧延前の接続ができなくなり、冷間圧延以降の処理を十分大きなコイルで実行することができなくなり生産性が上げられなくなる問題があった。また、鉄鋼メーカーにおける生産プロセスは操業変動要素が大きく、どのコイルとどのコイルを接続するかは、スラブ設計の段階で事前に判明していない。このため、コイルの接続を期待してスラブを小さめに設計しても、冷間圧延設備前で接続できるコイルが他に見つからず小さなコイルで処理せざるを得なくなり、生産性を低下させてしまうという問題もあった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、途中プロセスにおけるコイル接続処理を考慮し、薄板製品製造プロセス全体での生産性を高くすることができるスラブ設計方法および装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る発明は、スラブの重量を決定するスラブ設計方法において、スラブに割当てるオーダの情報を取得する情報取得ステップと、前記取得されたオーダ情報に基づいて複数のスラブパターン候補を生成するスラブパターン生成ステップと、前記生成された複数のスラブパターン候補のスラブパターン評価値を計算するスラブパターン評価値計算ステップと、所定数日間の製造実績、および製造予定情報を取得する実績・予定情報取得ステップと、該実績・予定情報取得ステップで取得した情報に基づいて、コイル接続可能性評価値を計算するコイル接続可能性評価ステップと、コイル接続効果値を計算し、前記スラブパターン評価値に加えるコイル接続効果評価ステップと、該コイル接続効果評価ステップで求めたスラブパターン評価値が最大のスラブパターンを選択するスラブパターン選択ステップと、を備え、各前記ステップがコンピュータにより実行されることを特徴とするスラブ設計方法である。

また本発明の請求項２に係る発明は、スラブの重量を決定するスラブ設計方法において、
スラブに割当てるオーダの情報を取得する情報取得ステップと、前記取得されたオーダ情報に基づいて複数のスラブパターン候補を生成するスラブパターン生成ステップと、前記生成された複数のスラブパターン候補のスラブパターン評価値を計算するスラブパターン評価値計算ステップと、対象オーダの処理工程にコイル接続があるかないかの判定を行うコイル接続有無判定ステップと、所定数日間の製造実績、および製造予定情報を取得する実績・予定情報取得ステップと、該実績・予定情報取得ステップで取得した情報に基づいて、コイル接続可能性評価値を計算するコイル接続可能性評価ステップと、前記コイル接続可能性評価値が予め定めた規定値以上なら、コイル接続効果値を計算し、前記スラブパターン評価値に加えるコイル接続効果評価ステップと、該コイル接続効果評価ステップで求めたスラブパターン評価値が最大のスラブパターンを選択するスラブパターン選択ステップと、を備え、各前記ステップがコンピュータにより実行されることを特徴とするスラブ設計方法である。

また本発明の請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載のスラブ設計方法において、前記スラブパターン評価値計算ステップでは、各生産工程でのコイル上限重量に対するコイル重量の比の重み付き線形和によりスラブパターン評価値を計算することを特徴とするスラブ設計方法である。

また本発明の請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３に記載のスラブ設計方法において、前記コイル接続効果評価ステップでは、コイル接続を行う生産工程に挿入される材料の重量がコイル接続後の重量を整数で割った値に近いほど、コイル接続効果値を大きな値とすることを特徴とするスラブ設計方法である。
また本発明の請求項５に係る発明は、スラブの重量を決定するスラブ設計装置において、スラブに割当てるオーダの情報を取得する情報取得手段と、前記取得されたオーダ情報に基づいて複数のスラブパターン候補を生成するスラブパターン生成手段と、前記生成された複数のスラブパターン候補のスラブパターン評価値を計算するスラブパターン評価値計算手段と、所定数日間の製造実績、および製造予定情報を取得する実績・予定情報取得手段と、該実績・予定情報取得手段で取得した情報に基づいて、コイル接続可能性評価値を計算するコイル接続可能性評価手段と、コイル接続効果値を計算し、前記スラブパターン評価値に加えるコイル接続効果評価手段と、該コイル接続効果評価手段で求めたスラブパターン評価値が最大のスラブパターンを選択するスラブパターン選択手段とを有することを特徴とするスラブ設計装置である。

また本発明の請求項６に係る発明は、スラブの重量を決定するスラブ設計装置において、
スラブに割当てるオーダの情報を取得する情報取得手段と、前記取得されたオーダ情報に基づいて複数のスラブパターン候補を生成するスラブパターン生成手段と、前記生成された複数のスラブパターン候補のスラブパターン評価値を計算するスラブパターン評価値計算手段と、対象オーダの処理工程にコイル接続があるかないかの判定を行うコイル接続有無判定手段と、所定数日間の製造実績、および製造予定情報を取得する実績・予定情報取得手段と、該実績・予定情報取得手段で取得した情報に基づいて、コイル接続可能性評価値を計算するコイル接続可能性評価手段と、前記コイル接続可能性評価値が予め定めた規定値以上なら、コイル接続効果値を計算し、前記スラブパターン評価値に加えるコイル接続効果評価手段と、該コイル接続効果評価手段で求めたスラブパターン評価値が最大のスラブパターンを選択するスラブパターン選択手段とを有することを特徴とするスラブ設計装置である。

本発明では、スラブの重量を決定する際に、各オーダに対して、現在から所定数日間に受注したオーダの製造実績、オーダ情報、及び製造予定情報の全てもしくは一部に基づいてコイル接続可能性評価値を計算し、この値が所定値以上ならコイル接続による効果としてこの値をスラブパターン評価値に加え、所定値未満ならスラブパターン評価値に加えないようにして、このスラブパターン評価値に基づいてスラブの重量を決定するようにしているので、薄板製品製造プロセス全体での生産性を高くすることができる。

本発明を実施するための最良の形態について、以下に説明を行う。ここでは、例として、鉄鋼薄板製品のスラブ設計を対象として説明するが、本発明の適用範囲は鉄鋼薄板製品に限定されるものでない。

鉄鋼薄板製品は、鋼スラブを出発物として、この鋼スラブに複数の処理を順次加えることにより完成する。鉄鋼薄板製品の全生産工程は、例えば、連続鋳造によるスラブの製造工程−熱間圧延工程−冷間圧延工程−鍍金工程を基本の処理工程として含み、必要に応じて精製・酸洗・焼鈍等の工程が、前記工程のいずれかの途中に挿入・追加される。図３は、本発明に係るスラブ設計装置を用いた全体システムの装置構成例を示す図である。スラブ設計装置１は、HOST計算機２からスラブ設計計算に必要な情報であるオーダの情報及び設備関連情報などを受け取りスラブ設計を行い、その結果をHOST計算機２に戻す。そして、上記各生産工程の制御（操業管理）を担う各プロセスコンピュータ３に、前記結果またはそれに基づいた指令が送信される。

本発明では、上記の生産工程に対して、下記の手順でスラブを設計する。図１は、そのスラブ設計の処理手順を示すフローチャートである。

STEP1の情報取得ステップでは、スラブに割当てるオーダの情報（合計製品重量範囲，製品単重範囲，材質等）、及び設備関連情報（設備で処理できるコイルやスラブの重量範囲等）を取得する。

例えば、オーダ情報が、以下の(イ)〜(ハ)であるとする。
(イ)合計製品重量範囲：108〜120トン
(ロ)製品単重範囲：10〜18トン
(ハ)処理工程：連続鋳造−熱間圧延−冷間圧延
さらに設備関連情報が、以下の(ニ)〜(ヌ)であるとする。
(ニ)スラブ連鋳設備処理可能重量上限：40トン
(ホ)熱間圧延設備処理可能重量上限：30トン
(ヘ)冷間圧延設備処理可能重量上限：36トン
(ト)スラブ連鋳設備の後に２分割設備あり
(チ)熱間圧延設備の後に２分割設備あり
(リ)冷間圧延設備前にコイルの（接続用）溶接設備あり
(ヌ)冷間圧延設備後にコイルの分割設備（自由に分割可能）あり
STEP2のスラブパターン生成ステップでは、複数のスラブパターン候補を生成する。ここでは、下記３つの戦略に対してスラブパターン候補を生成する。ただし、この段階ではコイルの接続については考慮しないものとする。
(Ａ)スラブ重量最大化
(Ｂ)熱間圧延コイル重量最大化
(Ｃ)製品重量最大化
(Ａ)スラブ重量最大化
この場合は、スラブ処理連鋳設備の重量上限が40トンであるため、スラブ重量を40トンに設定する（40トン×3枚：合計重量120トン）。しかし、このままだと熱間圧延設備で処理できないので、鋳造後に２分割（20トン×6枚）し熱間圧延する。そして熱間圧延−冷間圧延の処理後、各コイルは分割され10トンコイル12本となり最終製品となる。

(Ｂ)熱間圧延コイル重量最大化
この場合は、熱間圧延処理設備の重量上限が30トンであるため、スラブ重量を30トンに設定する（30トン×4枚：合計重量120トン）。このスラブは分割されず、熱間圧延−冷間圧延され、その後に15トンコイルに分割される（15トン×8本）。

(Ｃ)製品重量最大化
この場合は、製品の重量上限が18トンであるため、18トン×6本（合計重量下限108トンを満たす）の製品を目指す。スラブ重量は、製品2本分にあたる36トンとする（36トン×3枚）。その後、スラブは2分割後に、熱間圧延−冷間圧延され最終製品となる（18トン×6本）
STEP 3のスラブパターン評価値計算ステップでは、上記(Ａ)〜(Ｃ)の3種類のスラブパターンの評価値を計算する。オーダの目標値が、合計重量目標：120トン、および製品単重目標：12トンと与えられており、この目標値に基づいて、(i)スラブ重量の上限値、(ii)熱間圧延コイル重量の上限値、および(iii)製品単重の上限値を計算し、上限値とSTEP2で計算した重量の比を求め、式（１）のような重み付き線形和を評価値とする。

評価値＝（スラブ重み係数）×（スラブ設計重量）／（スラブ重量上限値）
＋（熱延重み係数）×（熱延設計重量）／（熱延重量上限値）
＋（製品重み係数）×（製品設計重量）／（製品重量上限値）・・・・（１）

まず上限値であるが、製品単重目標12トンであるので、それを使って、スラブの重量候補をその整数倍の、12トン，24トン，36トン，．．に絞り込む。ここで連続鋳造設備の上限重量40トン、熱間圧延の上限重量30トンであるので、それらの上限重量を超えない範囲になるように、例えば、(i) スラブ単重の上限値を24トン，(ii) 熱間圧延コイル単重の上限値を24トン，(iii)製品単重の上限値を12トンに設定する。この場合(Ａ)〜(Ｃ)の各スラブパターンの評価値は上工程ほど影響が大きいと考え、重み係数を、スラブ重量：2，熱間圧延コイル重量：1，製品単重：0.5，と設定し、以下の(２)〜(４)式のように評価値を計算する。

(Ａ)の評価値＝2×40/24+1×20/24+0.5×10/12＝4.58 ・・・・ (２)
(Ｂ)の評価値＝2×30/24+1×30/24+0.5×15/12=4.38 ・・・・ (３)
(Ｃ)の評価値＝2×36/24+1×18/24+0.5×18/12=4.5 ・・・・ (４)
各重み係数は、処理設備の能力と負荷を考慮し、負荷が能力より高くなっている（ボトルネックになっている）場合には高い値に設定しておくことにより、設備全体の生産効率が向上する。

STEP4のコイル接続有無判定ステップでは、対象オーダの処理工程にコイル接続があるかないかの判定を行う。コイル接続がある場合には、冷間圧延工程で処理されるので、次のSTEP5に進み、コイル接続がない場合には、STEP8へ進む。

STEP5の実績・予定情報取得ステップでは、所定数日間の製造実績、製造予定情報を取得する。これらの情報は、現在対象となっているオーダが冷間圧延工程前でのコイル接続の可能性を知るために使用される。全オーダが対象オーダのコイルと接続可能というわけではないため、まず対象オーダと接続可能な条件を満たすオーダ（過去オーダも含む）をグループにまとめる。それから、このグループに所属するオーダについて、例えば下記の情報を収集する。
・処理予定時間帯が対象オーダの処理予想時間帯と同じ時間帯に計画されているオーダ重量
・コイル接続が行われたオーダ数の割合（実績データに基づく）
・グループ内の総オーダ重量
STEP6のコイル接続可能性評価ステップでは、コイル接続可能性評価値を計算し、予め定めた規定値以上なら次のSTEP7へ進み、規定値未満ならSTEP8へ進む。接続可能性評価値は、コイルが接続される可能性を計算した値であり、例えば図２に示すテーブル等を用いて計算される（得点の合計値が接続可能性評価値となる）。

STEP7のコイル接続効果評価ステップでは、各スラブパターン（(Ａ)〜(Ｃ)）のコイル接続効果値を計算し、この値に重み係数をかけた値を前記スラブパターン評価値に加える。このコイル接続効果値は、コイルを接続した場合のメリットを値にしたものであり、例えば、冷間圧延処理可能重量の上限値36トンを満たす範囲で、STEP2で計算された冷間圧延工程に挿入されるコイルの整数倍の重量を計算し、この重量と上限値の比を計算する（例えば上記のスラブパターンの計算だと、(Ａ)の場合20/36＝0.56，(Ｂ)の場合30/36＝0.83，(Ｃ)の場合36/36＝1.0となる）。そして、この値に重み係数をかけた値をスラブパターン評価値に加える。

STEP 8のスラブパターン選択ステップでは、評価値が最大のスラブパターンを選択する。このスラブ設計の結果は、製造管理をするHOST計算機に送られ、さらにこの結果またはそれに基づいた指令がHOST計算機から各プロセス管理をする各プロセスコンピュータに送信される。そして、上記スラブ設計に基づいたスラブが鋳造される。なお、異なるオーダ毎に図１で示した処理を行った後に、異なるオーダ間でのスラブを組合わせて、１つの大きなスラブにまとめることができるか検討する処理が行われることもある。

前述の(Ａ)〜(Ｃ)の数値例を用いて説明する。上述の(２)〜(４)式にある評価値（コイル接続の効果なし）が計算され、STEP6でコイル接続可能性評価値が規定値以上になった場合、STEP7で示したコイル接続効果値が計算される。ここで重み係数を1.0とすると、スラブパターン評価値の合計値は以下のようになり、評価値最大の(Ｃ)のスラブパターンが選択される。冷間圧延工程がボトルネックになっている場合、この工程で短縮された時間分だけ、生産リードタイムを短縮することができる。
(Ａ)の評価値＝2×40/24+1×20/24+0.5×10/12+1×20/36＝5.14
(Ｂ)の評価値＝2×30/24+1×30/24+0.5×15/12+1×30/36=5.21
(Ｃ)の評価値＝2×36/24+1×18/24+0.5×18/12+1×36/36=5.5
コイルが変わる回数は、(Ａ)の場合：6回、(Ｂ)の場合：4回、および(Ｃ)の場合：3回であり、この回数が大きいほど生産プロセス全体での作業効率が低下する。(Ｃ)のスラブパターンでは、他のスラブパターンに比べて、作業効率が大幅に高くなるので、(Ｃ)のスラブパターンを選択する。

以上の実施例のように、評価値に基づいてスラブパターンを選択することにより、作業効率の高いスラブ設計ができる。

本発明によるスラブ設計の処理手順を示すフローチャートである。 接続可能性評価値の例を示す図である。 本発明に係るスラブ設計装置を用いた全体システムの装置構成例を示す図である。

符号の説明

１ スラブ設計装置
２ HOST計算機
３ プロセスコンピュータ

Claims (6)

1. スラブの重量を決定するスラブ設計方法において、
   スラブに割当てるオーダの情報を取得する情報取得ステップと、
   前記取得されたオーダ情報に基づいて複数のスラブパターン候補を生成するスラブパターン生成ステップと、
   前記生成された複数のスラブパターン候補のスラブパターン評価値を計算するスラブパターン評価値計算ステップと、
   所定数日間の製造実績、および製造予定情報を取得する実績・予定情報取得ステップと、
   該実績・予定情報取得ステップで取得した情報に基づいて、コイル接続可能性評価値を計算するコイル接続可能性評価ステップと、
   コイル接続効果値を計算し、前記スラブパターン評価値に加えるコイル接続効果評価ステップと、
   該コイル接続効果評価ステップで求めたスラブパターン評価値が最大のスラブパターンを選択するスラブパターン選択ステップと、を備え、
   各前記ステップがコンピュータにより実行されることを特徴とするスラブ設計方法。
2. スラブの重量を決定するスラブ設計方法において、
   スラブに割当てるオーダの情報を取得する情報取得ステップと、
   前記取得されたオーダ情報に基づいて複数のスラブパターン候補を生成するスラブパターン生成ステップと、
   前記生成された複数のスラブパターン候補のスラブパターン評価値を計算するスラブパターン評価値計算ステップと、
   対象オーダの処理工程にコイル接続があるかないかの判定を行うコイル接続有無判定ステップと、
   所定数日間の製造実績、および製造予定情報を取得する実績・予定情報取得ステップと、
   該実績・予定情報取得ステップで取得した情報に基づいて、コイル接続可能性評価値を計算するコイル接続可能性評価ステップと、
   前記コイル接続可能性評価値が予め定めた規定値以上なら、コイル接続効果値を計算し、前記スラブパターン評価値に加えるコイル接続効果評価ステップと、
   該コイル接続効果評価ステップで求めたスラブパターン評価値が最大のスラブパターンを選択するスラブパターン選択ステップと、を備え、
   各前記ステップがコンピュータにより実行されることを特徴とするスラブ設計方法。
3. 請求項１または請求項２に記載のスラブ設計方法において、
   前記スラブパターン評価値計算ステップでは、各生産工程でのコイル上限重量に対するコイル重量の比の重み付き線形和によりスラブパターン評価値を計算することを特徴とするスラブ設計方法。
4. 請求項１乃至請求項３に記載のスラブ設計方法において、
   前記コイル接続効果評価ステップでは、コイル接続を行う生産工程に挿入される材料の重量がコイル接続後の重量を整数で割った値に近いほど、コイル接続効果値を大きな値とすることを特徴とするスラブ設計方法。
5. スラブの重量を決定するスラブ設計装置において、
   スラブに割当てるオーダの情報を取得する情報取得手段と、
   前記取得されたオーダ情報に基づいて複数のスラブパターン候補を生成するスラブパターン生成手段と、
   前記生成された複数のスラブパターン候補のスラブパターン評価値を計算するスラブパターン評価値計算手段と、
   所定数日間の製造実績、および製造予定情報を取得する実績・予定情報取得手段と、
   該実績・予定情報取得手段で取得した情報に基づいて、コイル接続可能性評価値を計算するコイル接続可能性評価手段と、
   コイル接続効果値を計算し、前記スラブパターン評価値に加えるコイル接続効果評価手段と、
   該コイル接続効果評価手段で求めたスラブパターン評価値が最大のスラブパターンを選択するスラブパターン選択手段とを有することを特徴とするスラブ設計装置。
6. スラブの重量を決定するスラブ設計装置において、
   スラブに割当てるオーダの情報を取得する情報取得手段と、
   前記取得されたオーダ情報に基づいて複数のスラブパターン候補を生成するスラブパターン生成手段と、
   前記生成された複数のスラブパターン候補のスラブパターン評価値を計算するスラブパターン評価値計算手段と、
   対象オーダの処理工程にコイル接続があるかないかの判定を行うコイル接続有無判定手段と、
   所定数日間の製造実績、および製造予定情報を取得する実績・予定情報取得手段と、
   該実績・予定情報取得手段で取得した情報に基づいて、コイル接続可能性評価値を計算するコイル接続可能性評価手段と、
   前記コイル接続可能性評価値が予め定めた規定値以上なら、コイル接続効果値を計算し、前記スラブパターン評価値に加えるコイル接続効果評価手段と、
   該コイル接続効果評価手段で求めたスラブパターン評価値が最大のスラブパターンを選択するスラブパターン選択手段とを有することを特徴とするスラブ設計装置。

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