JP2984182B2 - 圧延工場の物流スケジューリング方法 - Google Patents

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、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
くの圧延上の制約や加熱上の制約が存在し、これらは多
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】このように、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言う問題があった。

【０００６】先に出願されている特願平０５−１０１０
０５号の技術では、上記の課題を解決するために、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、必要燃料の関する評価関
数を導入して、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、この時、
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、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プロセスにおいて、材料スラブの装
入炉、圧延順序を決定するために、圧延の対象となる材
料スラブ情報を入力して該材料スラブを幅などでソート
し、次に該材料スラブの圧延制約条件を行列表現し、ま
た圧延の困難さに関する評価値を求めておき、各スラブ
の装入加熱炉号および制約条件を満たす圧延順序を遺伝
子の個体に設定して、遺伝アルゴリズムにより探索し、
圧延の困難さ、加熱炉の抽出時間、消費燃料等で評価し
て最適な装入炉および圧延順序を同時に決定することに
より解決する。

【０００９】またこのスケジューリング方法において遺
伝子の個体表現をスケジューリング対象のスラブ数と同
一の記号長を２つ連結した、加熱する炉番号と圧延する
スラブ番号をその内容とするものとし、複数の初期の解
候補から、交差、突然変異により次の解候補となる個体
を複数生成し、さらに局所探索により解を改善し、圧延
の困難さ、抽出時間、燃料等の評価関数を個別に用いて
解候補を選択し、次に交差、突然変異による解候補の生
成にもどることを所定回数繰り返すことにより最適な装
入炉および圧延順序を決定することにより解決する。

【００１０】

【作用と実施例】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。

【００１１】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。

【００１２】この設備の物流制御に用いられるスケジュ
ーリング方法の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。

【００１３】このスケジューリング方法においては、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。

【００１４】ステップ１：１０１においてキーボード３
０３、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情報が入力される。次の
表１にスラブの属性情報の例を示す。

【００１５】

【表１】

【００１６】ステップ２：１０２では、入力されたスラ
ブの属性情報データの並び順を、幾つかの属性について
ソートする。例えば幅が広い順にソートする。この結果
の順番を以後の圧延制約行列等で用いるスラブ番号とす
る。

【００１７】ステップ３：圧延順序計算の前処理を行
う。

【００１８】１０３では、ステップ２でソートされた材
料スラブを操業規則（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。

【００１９】

【数１】

【００２０】圧延評価値行列計算部１０４では、連続し
て圧延する２スラブの圧延の困難さを示す評価値行列ｅ
［ｉ］［ｊ］を生成する。幅、厚み等の移行量によって
表現できる。

【００２１】

【数２】

【００２２】ステップ４：ＧＡ（遺伝アルゴリズム）に
よる圧延順序・装入炉決定では、入力されたスラブの圧
延順序と装入加熱炉の決定を遺伝アルゴリズムで探索し
て行う。遺伝アルゴリズムのフローを図４に示す。

【００２３】最初に、図４の４０１初期個体群の生成に
対応して、１０５では材料スラブの圧延順序と装入加熱
炉を設定したスケジュール群を生成する。そこでは、圧
延順序と装入炉の設定を同時に行う。圧延順序は、圧延
制約を満足する実行可能解から選択し、装入炉は、乱数
あるいは、操業作業標準を用いて設定する。

【００２４】まず、解法に用いる遺伝子個体の表現を次
のように定める。すなわち個体はスラブ数に等しい長さ
の記号列を２つ（それぞれαおよびβ）連結したもの
で、それぞれ、 α_i：Ｓ_iを加熱する炉番号 β_i：ｉ番目に圧延するスラブ番号 とする。図５に遺伝子個体の例を示す。

【００２５】ここで、炉番号を表す部分記号列αは、例
えばランダムに生成する。また、圧延順序を表す部分記
号列βは後に説明する実行可能圧延順序の生成アルゴリ
ズムを用いて生成する。その際，個体群の中に同じ圧延
順序を複数含むようにしている。

【００２６】１０６では、初期のスケジュール群（解候
補の集合）から、次の世代のスケジュール群（解候補）
を生成する。そのために次のような遺伝演算子をもちい
る。遺伝演算子は，次の２つを用いる。

【００２７】（１）交叉(crossover)：（図４の４０２
の処理） スケジュール（個体）をランダムに組ませ、炉番号を表
す部分記号列αに相当する部分において分解位置を選択
し(分解位置の数は1つ以上)、あらかじめ設定した確率
ｐcで互いに交換する。なお、元のスケジュール（個
体）はそのまま残す。図６に交叉の例を示す。

【００２８】（２）突然変異(mutation)：（図４の４０
３の処理） 炉番号を表す部分記号列αに対しては，各記号(遺伝子)
に対して確率ｐ_m,heatで別のものにランダムに変化させ
る。

【００２９】圧延順序を表す部分記号列βに対しては，
確率ｐ_m,pressで圧延順序を変化させる。このとき，後
に説明する交換対の生成アルゴリズムを用いる。図７に
突然変異の例を示す。

【００３０】１０７では，その個体の表すスケジュール
を初期スケジュールとして局所探索法を適用し、得られ
たスケジュールを改良する（図４の４０４の処理）。

【００３１】その局所探索では、実行可能スケジュール
に対して、圧延順序あるいは装入炉の近傍を探索探索す
る。

【００３２】圧延順序に対する近傍とは、加熱炉振り分
けは同じだが圧延順序が一箇所だけ異なるスケジュール
の集合である。

【００３３】加熱装入炉に対する近傍とは、圧延順序は
同じだが加熱炉の装入炉が一箇所だけ異なるスケジュー
ルの集合である。

【００３４】このとき、あるスケジュールについて、そ
の近傍スケジュール内においてより良いスケジュールが
得られたら、すぐにそのスケジュールについての近傍を
探索するという手続きを、近傍内でより良い個体が得ら
れなくなるまで繰り返す。

【００３５】（１）圧延順序に対する局所探索手順 スケジュール（個体）の圧延順序βのみを変更する。

【００３６】（ａ）最初から順に、圧延順序が隣り合う
スラブで変更可能なものを探す。変更可能なものがあっ
た場合は（ｂ）へ。ない場合は終了。

【００３７】（ｂ）変更した際の評価を計算する。評価
が良くなる場合（圧延の困難さおよび抽出時間がともに
良くなる場合）実際に変更し（ａ）へ。

【００３８】そうでなければ（ｃ）へ。

【００３９】（ｃ）変更可能なものを探す。変更可能な
ものがあった場合は（ｂ）へ。

【００４０】ない場合は終了。

【００４１】（２）加熱炉振り分けに対する局所探索手
順 炉番号αのみを変更する。

【００４２】（ａ）ｉ＝１, ｊ＝１とする。

【００４３】（ｂ）ｉ番目に圧延するスラブの加熱炉が
ｊ炉のとき（ｃ）へ。

【００４４】それ以外は（ｄ）へ。

【００４５】（ｃ）ｉ番目に圧延するスラブの加熱炉を
ｊ炉以外に変更した際の評価を計算する。評価が良くな
る場合（消費燃料および抽出時間がともに良くなる場
合）、最も良くなるものに変更し（ａ）へ。

【００４６】良くならなければ（ｄ）へ。

【００４７】（ｄ）ｉ＝ｉ＋１とする。

【００４８】ｉ＞Ｎ（Ｎはスラブ数）ならばｉ＝１、ｊ
＝ｊ＋１とする。

【００４９】ここで、ｊ＞Ｍ（Ｍは加熱炉の数）ならば
終了。

【００５０】そうでなければ（ｂ）へ。

【００５１】１０８では、１０７で改良されたスケジュ
ール群の選択をおこなう（図４の４０５の処理）。次世
代のスケジュール群（個体群）を評価項目に等しい数の
部分スケジュール群（個体群）に分割し、各評価に応じ
てそれぞれの部分個体群を選択していく。その際，後に
示す適応度に比例した確率でそれぞれの個体を選択す
る。この並列的選択の考え方を図８にしめす。また、エ
リート戦略、すなわち一番評価値の良い個体は必ず選択
する方法を用いている。

【００５２】個体の適応度は、各評価に対して、その上
限値および下限値を用いて[0,100]に正規化した値を用
いている。

【００５３】個体の評価として用いた項目は、 （１）圧延の困難さ （２）抽出時間 （３）必要燃料 である。その他、コスト等も考えられる。

【００５４】以下評価項目の計算方法について述べる。

【００５５】圧延順序の評価値を第(７)式，第(８)式に
より計算する。

【００５６】

【数３】

【００５７】加熱炉装入炉評価値は、各スラブの装入に
ついて抽出時間、必要燃料の観点からの評価値を求め
る。

【００５８】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。

【００５９】

【数４】

【００６０】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、スラブ間隔より加熱炉抽出時間間隔を求
めて、圧延時間間隔との大きな方を抽出時間間隔とす
る。

【００６１】スラブｉに続いてスラブｊを圧延する場合
の圧延時間間隔ｐ［ｉ］［ｊ］は、実際の操業データを
もとに計算する。

【００６２】圧延時間を考慮した抽出時間間隔は次のよ
うになる。

【００６３】

【数５】 抽出時間間隔＝ｍａｘ（ｐ[i][j]，ｗ[j]／加熱炉内スラブの移動速度） ・・・（１０） 圧延順にこの抽出時間間隔を積算して各スラブの抽出時
刻を求める。各スラブの抽出時刻より、必要燃料を計算
する。抽出開始から終了までの抽出時間、必要燃料を評
価値とする。

【００６４】

【数６】

【００６５】１０９では、ＧＡの探索の終了判定を行
う。世代数を所定の数以下か、または、計算時間が所定
時間内かで判定する。終了でないならば、世代数を１だ
け増やして１０６へジャンプする。

【００６６】１１０では、１０９で終了と判定された
時、スケジュール群の中で評価値の最良なものから最適
スケジュールを選定して出力する。その場合の係数
Ｃ_t、Ｃ_gは操業の目的により設定する。

【００６７】

【数７】 評価値＝Ｃ_tx抽出時間＋Ｃ_gx必要燃料 ・・・（１２） ステップ５：物流シミュレーション部１１１では、圧延
順，加熱炉番号，及び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，及び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。

【００６８】ステップ６：結果出力部１１２では、結果
として、圧延順，装入順，及びシミュレーション結果を
出力する。

【００６９】最後にステップ４の１０５で用いた実行可
能な圧延順の生成方法について概略を述べる。

【００７０】スラブがＮ個の場合、圧延順序は次の決定
変数ｘのように表される。

【００７１】

【数８】

【００７２】圧延順序の実行可能解は、多段グラフを用
いて求めることができる。

【００７３】先に行列表現された絶対位置制約および相
対位置制約を多段グラフを用いて図９のように表現す
る。

【００７４】絶対位置制約により限定された、ｋ番目に
圧延可能なスラブ番号を第ｋ段の節点に、相対位置制約
により定まる連続圧延可能なスラブ順序を隣接段に含ま
れる節点間のアークに、圧延の困難さを示す評価値をア
ークの重みに、それぞれ対応させると図９のような多段
グラフで表現できる。Ｓkはｋ段の節点の集合、Ａki(I)
はｋ段のｉ節点に接続可能なｋ−１段の節点の集合、Ａ
ki(O)はｋ段のｉ節点が接続しているｋ＋１段の節点の
集合である。このとき、第１段から第Ｎ段に至るパスの
うちで、節点番号の重複しないもの（有効パス）が実行
可能な圧延順序を、その時のアークの重みの総和がその
圧延順序全体の圧延の評価値を与える。実行可能圧延順
序を求める手順を図１０に示す。

【００７５】０．多段グラフの初期状態設定を行う。

【００７６】ここで、各段のＳk 、Ａki(I)、Ａki(O)を
設定する。

【００７７】１．次に多段グラフから１つの節点を選択
する。即ち１つのスラブの圧延順番を定める。その一方
法として各段に含まれる節点数の最小の段階の中から、
他の段階に含まれていない節点を選択することと
する。

【００７８】２．次に多段グラフの中で、上記１．で選
定した節点以外の同じ段階に属する節点、およびその節
点に対するアークを除去する。

【００７９】３．次に、上記で選定された節点を、節点
が未選択な段階から除去する。また除去節点に対するア
ーク集合も除去する。

【００８０】４．次に、上記１から３の節点の選択、除
去によって、前段および後段に接続されない節点を除去
する。

【００８１】この手続きは、取り除かれる節点がなくな
るまで繰り返す。

【００８２】５．判定 ｔ＝Ｎならば終了。そうでなければ、ｔ＝ｔ＋１として
１へ戻る。

【００８３】一つの実行可能解が求まれば、他の実行可
能解は２つのスラブの順序を入れ換える方法を用いて複
数求めることができる。即ち、図１１に示す有効パスに
含まれるある２節点（スラブ番号）ｉ₁およびｉ₂に着目
すると、これらの節点は、交換してもその前後の節点
（スラブ）に接続できる場合に交換可能である。すなわ
ち、図１２に示すように、これらを交換したパスが他の
実行可能解となる。

【００８４】このように、節点を交換して得られるパス
を新たな有効パス（解の候補）とすることにより、多く
の実行可能な圧延順序解を求めることができる。

【００８５】最後に、本発明の結果の例を図１３に示
す。図１３において、Ｆ1，Ｆ2，Ｆ3は加熱炉を示し、
Ｍｉｌｌは圧延機を示す。（ａ）は本装置によるスケジ
ュール結果で、（ｂ）は操業者の実績のスケジュールで
ある。図中の番号はスラブ番号を示している。本発明に
より抽出時間が短縮されていることがわかる。

【００８６】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。
そのとき、加熱炉が１炉ではあるが、圧延順序の決定が
最適に行われる。

【００８７】

【発明の効果】評価値の最適な解を探索することによっ
て、装入時刻，抽出時刻，装入炉，及び圧延順を定量的
な評価をもとに決めることが可能となり、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】 圧延工場内物流スケジューリング方法の構成
を示すフロ−チャ−トである。

【図２】 実施例の熱間圧延工場を示すブロック図であ
る。

【図３】 図１のスケジューリング方法を実施する装置
のハードウエア構成を示すブロック図である。

【図４】 ＧＡと局所探索による最適化の処理を示すフ
ローチャ−トである。

【図５】 遺伝子の個体例を示す模式図である。

【図６】 遺伝子の交叉の例を示す模式図である。

【図７】 遺伝子の突然変異の例を示す模式図である。

【図８】 並列選択の方法を示すブロック図である。

【図９】 圧延順序決定問題の多段グラフ表現を示す模
式図である。

【図１０】 圧延順序実行可能解生成手順を示すフロー
チャ−トである。

【図１１】 一つの実行可能解をしめす有効パスを示す
模式図である。

【図１２】 ２節点を交換して得られた実行可能解をし
めす有効パスを示す模式図である。

【図１３】 スケジュール結果例を示すタイムチャ−ト
である。

【符号の説明】

１０１：スラブデータの入力 １０２：スラ
ブデータのソート １０３：圧延制約行列の計算 １０４：圧延
評価値行列の計算 １０５：スケジュール生成 １０６：遺伝子操作によるスケジュールの生成 １０７：局所探索によるスケジュールの改良 １０８：評価関数によるスケジュール選択 １０９：終了判定 １１０：最良
スケジュールの出力 １１１：物流シミュレーション １１２：結果
出力 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：ＲＯ
Ｔ 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 ４０１：初期個体群の生成 ４０２：交叉 ４０３：突然変異 ４０４：局所
探索 ４０５：選択

フロントページの続き (72)発明者 藤 井 章 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株 式会社 技術開発本部内 (72)発明者 荒 木 光 彦 京都市北区上賀茂畔勝町80−２ (72)発明者 玉 置 久 京都市上京区堀川通一条下る主計町２− １ 京都堀川グランドハイツ207号 (72)発明者 森 正 勝 愛知県春日井市石尾台12 タウン石尾台 135−２ (56)参考文献 特開 昭63−53217（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B21B 37/00

Claims (2)

(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
   圧延プロセスにおいて、材料スラブの装入炉、圧延順序
   を決定するために、圧延の対象となる材料スラブ情報を
   入力して該材料スラブ情報を幅でソートし、次に該材料
   スラブの圧延制約条件を行列表現し、また圧延の困難さ
   に関する評価値を求めておき、各スラブの装入加熱炉番
   号および制約条件を満たす圧延順序を遺伝子の個体に設
   定して、遺伝アルゴリズムにより探索し、圧延の困難
   さ，加熱炉の抽出時間，及び消費燃料を含む評価関数で
   評価して最適な装入炉および圧延順序を同時に決定する
   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。
2. 【請求項２】 請求項１において、遺伝子の個体表現を
   スケジューリング対象のスラブ数と同一の記号長を２つ
   連結した、加熱する炉番号と圧延するスラブ番号をその
   内容とするものとし、複数の初期の解候補から、交差、
   突然変異により次の解候補となる個体を複数生成し、さ
   らに局所探索により解を改善し、圧延の困難さ、抽出時
   間、燃料等の評価関数を個別に用いて解候補を選択し、
   次に交差、突然変異による解候補の生成にもどることを
   所定回数繰り返すことにより最適な装入炉および圧延順
   序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。