JP2984180B2 - 圧延工場の物流スケジューリング方法 - Google Patents

圧延工場の物流スケジューリング方法

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JP2984180B2
JP2984180B2 JP6078433A JP7843394A JP2984180B2 JP 2984180 B2 JP2984180 B2 JP 2984180B2 JP 6078433 A JP6078433 A JP 6078433A JP 7843394 A JP7843394 A JP 7843394A JP 2984180 B2 JP2984180 B2 JP 2984180B2
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井 章 藤
貝 晴 俊 大
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は熱間圧延工場等の圧延工
程の物流システムに関し、工程内の圧延スラブの物流を
制御する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】上工程(連続鋳造工程、あるいはその後
に置かれたスラブヤード)から運ばれてくるスラブの熱
間圧延プロセスでの処理順序や処理時刻を決める場合
に、スラブの鋼種,幅,厚み,温度等の属性に関し多く
の圧延制約や加熱制約が存在し、それらは多くの操業規
制として整理されている。それらの規則を守る圧延順序
や装入加熱炉の自動決定については、AI技術を用いた
試みがなされているが、現在のところまだ不十分であ
る。また、連続する2つのスラブの属性から圧延順序を
決める試みがなされている。
【0003】また、スラブの装入加熱炉の決定について
も多くは、操業者の経験による方法で決められている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このような、従来の方
法では、 1.連続する2つのスラブの属性(相対位置制約)のみを
考慮した順序決定では、スラブの圧延位置に関する制約
(絶対位置制約:あるスラブについてロール交換後の圧
延順番について指定される)を満足することができな
い。
【0005】2.加熱炉の能力と圧延機の能力の整合性
(加熱炉からの抽出時間と圧延ピッチの整合、圧延順番
と加熱炉装入順番を燃料費、圧延の困難さから整合を図
る)が考慮されていない、と言う問題があった。
【0006】先に出願された特願平05−101005
号では、圧延順を決定する際に、今までの圧延時の相対
位置制約だけでなく、絶対位置制約を考慮することによ
り、さらに加熱の能力に関する制約条件式や必要燃料に
関する評価関数を導入することにより上記の課題を解決
するとともに、圧延順序を決定し、その後、加熱炉の振
り分けを探索することを行っている。しかし、この方法
では、加熱炉の振り分けの際に、評価値は抽出時間と必
要燃料の荷重和で求めるため、それぞれの重みを設定す
るのが困難で、場合によっては最適解に至らず、局所最
適解にとどまることがあった。
【0007】本方法は、特願平05−101005号の
問題点を解決した加熱炉と圧延機の能力に整合性のある
最適な圧延順と加熱炉の装入順決定を可能とする熱間圧
延工場の物流スケジューリング方法を提供することを課
題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】複数の加熱炉と圧延機に
より構成される圧延工場スラブの装入炉、加熱順序、圧
延順序を決定するため、圧延の対象となる材料スラブの
属性を入力する機能を有するスラブデータ入力部、属性
によりソートする機能を有する幅ソート部、属性により
圧延制約条件を行列で計算する圧延制約行列計算部、圧
延に関する評価関数を計算する圧延評価値行列計算部、
スラブを各加熱炉に振り分けるための制約条件を計算す
る加熱炉制約計算部、各スラブを適当な加熱炉に装入し
たときの複数の評価変数の値を計算する加熱炉評価値計
算部、からなる装置を用いるスケジュール方法におい
て、各スラブの装入炉の探索の課程で、探索に用いない
評価変数値が一定数値以上悪化しないと言う条件を守り
ながら、ある1つの評価変数値を用いた探索を行い、そ
の探索を評価変数を切り替えながら繰り返す事により、
最適な装入炉を決定することにより解決する。
【0009】
【作用および実施例】次に本発明について図面を参照し
て説明する。熱間圧延工場の構成を図2に示す。
【0010】スラブ置き場201に置かれたスラブ、ま
たは貨車202で運ばれてきたスラブは加熱炉前のテー
ブル203に置かれ、3炉から構成される加熱炉204
に装入される。この時、装入スラブ(温度により冷片、
熱片等と呼ぶ)に対して適切な炉が決定されて装入され
る。加熱炉の中のスラブは、装入スラブ温度により在炉
時間(加熱炉で滞在している時間)と抽出温度を与えら
れて昇温される。スケジュールによって抽出温度に到達
したスラブは、前の抽出スラブと圧延に必要な時間間隔
を待って加熱炉から抽出され、VSB(スラブ幅制御圧
延機)、粗圧延機206、仕上げ圧延機207で圧延さ
れ、ROT(冷却テーブル)208で水冷されコイラー
209で巻取られる。製造されたコイルは製品置き場2
10に搬送される。
【0011】この設備の物流制御に用いられるスケジュ
ーリング方法を実施するハードウェア構成を図3に示
し、このスケジューリング方法の処理(この例ではソフ
トウェア)の構成を図1に示す。
【0012】このスケジューリング装置においては、次
の第1ステップから第6ステップに示す処理によって、
約80本ないし、150本のスラブの圧延順と装入炉の
決定を行う。
【0013】ステップ1:スラブデータ入力部101に
おいてキーボード303、マウス305またはネットワ
ーク304を介したファイル転送によってスラブの属性
が入力される。次の表1に属性情報の例を示す。
【0014】
【表1】
【0015】ステップ2:幅ソート部102では、入力
されたスラブの属性データの並び順を、幅が広い順にソ
ートする。
【0016】ステップ3:次に圧延順を決定する(10
3)。
【0017】圧延制約行列計算部104では、ステップ
2でソートされた材料スラブの操業規則(圧延制約)お
よびスラブ到着時間より、圧延制約行列をもとめる。そ
れは、圧延順序について絶対位置の制約(スラブごとに
圧延順番の範囲を例えば1番目から8番目のように指
定)を表す絶対位置制約行列 A、および前後のスラブ
の相対位置の制約を表す相対位置制約(スラブ1の後に
スラブ2は圧延できるが、スラブ3は圧延できないこと
を指定)を表す相対位置制約行列Rを生成する。
【0018】
【数1】
【0019】圧延評価値行列計算部105では、連続し
て圧延する2スラブの圧延の難しさを示す評価値行列e
[i][j]を生成する。例えば、次の第(5)式の条
件では、次の第(6)式の評価値行列が得られる。
【0020】
【数2】
【0021】また、評価関数として圧延時間つまり、ス
ラブs[i]、s[j]を連続して圧延するときに必要
な圧延時間間隔p[i][j]を実際の操業データをも
とに計算する。
【0022】圧延順解探索部では、最初に実行可能な圧
延順を生成する。
【0023】スラブN個の場合、その決定変数xは次の
ようになる。
【0024】
【数3】
【0025】ステップ4:次に圧延順の決定されたスラ
ブの装入加熱炉を決定する。
【0026】加熱炉制約計算108では、加熱炉の熱バ
ランス式により、加熱炉に最大燃料を供給したときの各
スラブの最大移動速度を求める。効率には、実操業デー
タから計算された結果を用いる。
【0027】
【数4】
【0028】装入炉解探索部109では、まず各スラブ
に加熱炉の炉号1からNを初期値として割り当てる。そ
の後、複数の評価変数の値を用いた最適装入炉の探索を
実行する。例として、ここでは抽出時間,必要燃料,及
びコストの3つを評価変数とした場合について説明す
る。
【0029】まず抽出時間を求める。同一炉内のスラブ
の移動速度の最小値を加熱炉内スラブ移動速度とする。
加熱炉内スラブの移動速度とスラブ幅より加熱炉抽出時
間間隔を求めて、圧延時間間隔p[i][j]と大きな
方を抽出時間間隔とする。
【0030】つまり、スラブiに続いてスラブjを圧延す
る場合の必要時間間隔は、次のようになる。
【0031】
【数5】 必要時間間隔=max(p[i][j],w[j]/加熱炉内スラブの移動速度) ・・・(13) 圧延順に必要時間間隔を積算して各スラブの抽出時刻を
求め、最後に抽出するスラブの抽出時刻を抽出時間とす
る。
【0032】次に抽出時間を用いた次式で必要燃料を計
算する。
【0033】
【数6】
【0034】最後に、コストの評価値を次式で計算す
る。なおこの場合の係数Ct、Cqは操業実績データに基
づき設定する。
【0035】
【数7】 評価値=Ct ×抽出時間+Cq ×必要燃料 ・・・(15) 次に上で述べた3つの評価変数値を用いた各スラブの装
入炉の探索の手順を説明する。この探索では、複数の評
価変数の中の1つを用いた探索を実行し最適装入炉を求
め、次にその最適装入炉を初期解をとして別の評価変数
を用いた探索を実行する。以下、評価変数を切り替えな
がら、この探索手順を各評価変数値が小さくならなくな
るまで繰り返す。このとき、探索に使わない評価変数値
が初期評価変数値に対して一定比率以上悪化する組み合
わせについては、最適装入炉として更新しない。
【0036】例として、抽出時間、必要燃料、コストの
順序で処理する場合の各スラブの装入炉の探索手順を以
下に示す。
【0037】まず、各スラブの初期装入炉に対して抽出
時間、必要熱量、コストの各評価変数値T0、Q0、C0を求
める。次に抽出時間を評価変数として、仮にいくつかの
スラブの炉号を移動させて評価変数値の計算を行って、
抽出時間の評価変数値が小さくなれば解を移動した状態
に変更する。ただし、残りの評価変数である必要燃料と
コストの評価変数値がQ0とC0の一定パーセント(A %)
以上悪化する場合は解として変更しない。以上の操作を
繰り返して評価値が小さくならなくなった時に探索をや
める。この時点での解の3つの評価変数値をT1(抽出時
間の評価変数値)、Q1(必要燃料の評価変数値)、C1
(コストの評価変数値)とする。
【0038】次に今度は必要燃料を評価変数として、上
記までの解を初期解とし、仮にいくつかのスラブの炉号
を移動させて評価変数値の計算を行って、必要熱量の評
価変数値が小さくなれば解を移動した状態に変更する。
ただし、残りの評価変数である抽出時間とコストの評価
変数値がT1とC1の一定パーセント(A %)以上悪化する
場合は解として変更しない。以上の操作を繰り返して、
評価値が小さくならなくなった時に探索をやめる。この
時点での解の3つの評価変数値をT2(抽出時間の評価変
数値)、Q2(必要燃料の評価変数値)、C2(コストの評
価変数値)とする。
【0039】次に今度はコストを評価変数として、上記
までの解を初期解とし、仮にいくつかのスラブの炉号を
移動させて評価変数値の計算を行って、コストの評価変
数値が小さくなれば解を移動した状態に変更する。ただ
し、残りの評価変数である抽出時間と必要燃料の評価変
数値がT2とQ2の一定パーセント(A %)以上悪化する場
合は解として変更しない。以上の操作を繰り返して評価
値が小さくならなくなった時に探索をやめる。この時点
での解の3つの評価変数値をT3(抽出時間の評価変数
値)、Q3(必要燃料の評価変数値)、C3(コストの評価
変数値)とする。抽出時間、必要燃料、コストを探索の
ための評価変数とした以上の一連の操作を繰り返して、
評価変数値が小さくならなくなった時に探索を終了し、
その時点の解を最適装入炉とする。
【0040】図4に、装入炉の探索結果の一例を示す。
図4は、初期スケジュール(実操業スケジュール)に対
して、評価変数を抽出時間、必要燃料、コスト、抽出時
間、必要熱量、コストの順で切り替えて探索した時の、
各評価変数値の途中結果を表している。また、探索に用
いない評価変数値への制限値(A %)は、20%とし
た。
【0041】この結果を見てわかるように、初期スケジ
ュールに対して3つの評価変数値全てが大幅に改善され
た。特に、抽出時間と必要燃料の間にはトレードオフの
関係があるにも関わらず、制限値(A %)の効果で3つ
の評価変数がほぼ滑らかに最適値に収束している。
【0042】ステップ5:物流シミュレーション部11
0では、圧延順、加熱炉号、抽出時刻が決まったスラブ
に対して詳細なモデルを持つシミュレータにより必要燃
料、スラブ温度、スラブ滞留状況を詳細に計算して、さ
らに精度のよい評価値を計算する。
【0043】ステップ6:結果出力部111では、結果
として、圧延順、装入順、シミュレーション結果を出力
する。
【0044】なお、本発明は棒鋼・線材等のビレットに
関する加熱および圧延工程にも適用できるものである。
【0045】
【発明の効果】複数の評価変数値を、別々に最適化する
ことにより、全ての評価変数値を最小化する各スラブの
最適な装入炉を決める事が可能となり、最適な物流を実
施できる。その結果生産性の向上、コストの低減、品質
の安定化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 熱間圧延工場内物流スケジューリング装置の
処理の構成を示すフロ−チャ−トである。
【図2】 実際の熱間圧延工場を示すブロック図であ
る。
【図3】 図1の構成、および図2の動作を実現するた
めのハードウエアの実施例を示すブロック図である。
【図4】 スケジュール結果例を示すマップである。
【符号の説明】
101:スラブデータ入力部 102:
幅ソート部 103:圧延順決定 104:
圧延制約行列計算部 105:圧延評価値行列計算部 106:
圧延順解探索部 107:装入炉決定 108:
加熱炉制約計算部 109:装入炉解探索部 110:
物流シミュレーション部 111:結果出力部 201:
スラブ置き場 202:貨車 203:
加熱炉前のテーブル 204:加熱炉 205:
VSB 206:粗圧延機 207:
仕上げ圧延機 208:ROT 209:
コイラー 210:製品置き場を示す d:
圧延されるスラブ e:コイル f:スラブ、コイルの移動する方向を示す 301:ディスプレイ、 302:
ワークステーション 303:キーボード 304:
マウス 305:ハードディスク 306:
ネットワーク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B21B 37/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の加熱炉と圧延機により構成される
    圧延工場でスラブの装入炉、加熱順序、圧延順序を決定
    するため、圧延の対象となる材料スラブの属性を入力す
    る機能を有するスラブデータ入力部、属性によりソート
    する機能を有する幅ソート部、属性により圧延制約条件
    を行列で計算する圧延制約行列計算部、圧延に関する評
    価関数を計算する圧延評価値行列計算部、圧延順序を決
    める機能を有する圧延順解探索部、圧延順序の決まった
    スラブを各加熱炉に振り分けるための制約条件を計算す
    る加熱炉制約計算部、各スラブを適当な加熱炉に装入し
    てみて評価関数を計算し、各スラブの装入炉を変更して
    みて最適解を探索して装入炉を決定する機能を有する装
    入炉解探索部からなる装置を用いる圧延工場の物流スケ
    ジューリング方法において、各スラブの装入炉の探索の
    過程で、探索に用いない評価変数値が一定数値以上悪化
    しないと言う条件のもとに、ある1つの評価変数値を用
    いた探索を行い、その探索を評価変数を切り替えながら
    繰り返す事により、最適な装入炉を決定することを特徴
    とする圧延工場の物流スケジューリング方法。
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JP4264409B2 (ja) * 2004-05-06 2009-05-20 新日本製鐵株式会社 熱間圧延工場の加熱・圧延スケジュール作成装置、加熱・圧延スケジュール作成方法、コンピュータプログラム、及び読取可能な記憶媒体
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