JPH105831A - 圧延工場における圧延順序決定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧延工場において熱片スラブおよび／または
冷片スラブを圧延するに際し、その圧延順序を適切に決
定し、操業効率を高める。 【解決手段】 材料の圧延順序を、冷片のみと熱片のみ
と熱片・冷片混合とに区分するデータ種別判定処理と、
前記判定処理によって区別された種別毎に適切な手法を
選択し、各々の評価関数によって圧延順序を決定する圧
延順序最適化処理とによって決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、圧延工場におい
て、スラブ等の材料を熱間圧延して圧延製品を製造する
に際し、圧延順序を適切に決定し、効率的な操業を行う
ための圧延順序の決定方法に関するものである。

【０００２】

【従来技術】一般に圧延工場において、スラブ等の材料
を熱間圧延する際には、材料の圧延順序を、その前後に
隣接する圧延すべき材料の有する属性即ち製品寸法（厚
さ、幅、長さ）、硬さ（鋼種）などの変化が小さくなる
ように定めることにより、安定した品質の製品を圧延す
ることが可能になる。そこで、従来は、材料の圧延順序
を、その属性の変化が最小になるように、操業者の経験
により決定していた。

【０００３】しかしながら、このような操業者の経験に
よって決定した、連続する材料の属性即ち相対位置制約
のみを考慮した圧延順序では、材料の圧延位置に関する
制約即ち絶対位置制約を満足させることができず、ま
た、加熱炉の能力と圧延機の能力の整合性が考慮されて
おらず、必ずしも安定した品質の製品を低コストで製造
することはできない。

【０００４】このような問題を解決するために種々研究
がなされており、例えば、特開平６−３０４６１９号公
報（以下、先行技術という）には、材料の絶対位置制約
と材料の相対位置制約とを満足する圧延順序と、加熱炉
の能力に整合性のある加熱炉への装入順序とを組合わせ
たスケジュールにより材料を圧延する、圧延工場の物流
スケジューリング装置が開示されている。

【０００５】なお、絶対位置制約とは、注目する材料の
圧延順位そのものに関する制約であり、例えば何番目以
降は圧延可能という制約である。また相対位置制約と
は、注目する材料とその前後に隣接する材料との間にお
ける属性の変化に関する制約であり、例えば板厚の変化
が何ｍｍ以内という制約である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た先行技術には、次のような問題がある。圧延材料とし
て使用される中間製品のスラブは、圧延の上流工程であ
る製鋼工程において製造される。従って、圧延工場にお
いては、基本的に、上流の製鋼工程から直送されてくる
高温の熱片スラブを使用して圧延が行われる。このよう
な熱片スラブを使用して圧延することにより、材料の再
加熱コストを削減することができ、また仕掛在庫量を削
減することができる。

【０００７】製造ロットに余剰が生じた場合には、製鋼
工程において製造されたスラブを仕掛在庫として保存し
ておく。下流の圧延工程における圧延処理能力が、上流
の製鋼工程における製鋼能力を上回る場合には、圧延材
料として熱片スラブだけではなく、仕掛在庫として保存
されている冷片スラブも使用して圧延し、製鋼工程にお
ける能力の限界によって、圧延能率が低下することがな
いようにしている。従って、圧延工場における圧延材料
として、熱片スラブおよび冷片スラブの２種類のスラブ
が使用されている。

【０００８】材料を圧延するためには、研削した圧延ロ
ールを使用するが、圧延ロールは、材料を圧延する際の
摩擦仕事によりロール表面が摩耗し、且つ、ロール表面
に対する圧延荷重の集中によって、ロールに表面荒れが
発生し、ロールの摩耗および表面荒れが限界を超える
と、このようなロールによって圧延された製品の品質が
悪化する。従って、圧延ロールの摩耗および表面荒れが
限界を超え、製品品質が悪化する前に、ロール交換を行
う必要がある。

【０００９】ロール交換から次のロール交換までの間の
１つの圧延ロールによる圧延単位をサイクルと呼び、１
サイクルにおいて、数十本から百数十本の材料を圧延す
る。このような１サイクルに圧延される材料には、熱片
スラブのみの場合と、冷片スラブのみの場合と、熱片お
よび冷片スラブの場合とがある。

【００１０】スラブのほとんどは、連続鋳造機によって
製造される。従って、連続鋳造機の設備上の制約から、
製造されるスラブは、広幅のものから次第に狭幅のもの
に移行する。その結果、製鋼工程から圧延工程に搬入さ
れてくる熱片スラブは、広幅のものから狭幅のものに順
に並べられている。熱間圧延において、スラブ幅と製品
幅とは大体比例するので、圧延される製品も広幅のもの
から狭幅のものに、幅の広い順に並ぶことになる。しか
しながら、需要家が注文する製品には、その厚さと幅と
の間に比例関係はないので、圧延された製品の厚さにつ
いては、必ずしも厚い方から薄い方に順に並んではいな
い。

【００１１】１サイクルにおける圧延順序の決定作業
は、冷片スラブと熱片スラブとで異なる。即ち、図１に
圧延順序決定作業のフロー図で示すように、冷片スラブ
については、圧延順序の予備的な決定を工程管理部署が
実施し、その最終的な決定を操業管理部署が行う。一
方、熱片スラブについては、工程管理部署において、製
品幅を大→小の順に並べ替えるのみで、操業管理部署が
全面的に圧延順序を決定する。即ち、冷片スラブの場合
には、事前にある程度並べ替えが行われているのに対
し、熱片スラブの場合には、製品幅を大→小の順に並べ
替えることのみが行われた状態で、操業管理部署が圧延
順序の最終決定を行う。

【００１２】このように異なる初期状態の集合に対して
は、それぞれ適切な探索の方法がある。すなわち、熱片
スラブは、製品厚と製品幅の制約を同時に満足させる圧
延順序を決定し直す必要があるために、順序の一部を入
れ換えるような局所的な探索では不十分であり、より大
域的な探索が必要であると考えられる。一方、冷片スラ
ブは、製品厚と製品幅の制約を考慮し、事前にある程度
並べ替えが行われているので、順序の一部を入れ換える
局所的な探索で十分であり、大域的な探索は冗長であり
不必要であると考えられる。

【００１３】このような熱片スラブおよび冷片スラブに
対し、同じ圧延順序探索方法を適用すると、局所的な探
索を適用しても、また、大域的な探索を適用しても、熱
片スラブおよび冷片スラブのどちらか一方の処理時間が
長くなる可能性があり、適正な処理とはいえない。

【００１４】先行技術によっては、上述したような異な
る初期状態の集合に対し、各々最適な手法を選択するこ
とはできず、従って、圧延順序を適切に決定し、操業効
率を高めることはできない。

【００１５】従って、この発明の目的は、上述した問題
を解決し、圧延工場における圧延すべき材料の圧延順序
を、材料が冷片のみの場合と熱片のみの場合とそして熱
片・冷片混合の場合とに区別し、各々の初期状態に対し
最も適切な手法を選択し、その圧延順序を適切に決定し
て操業効率を高めることができる圧延順序決定方法を提
供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明の圧延順序決定
方法は、圧延工場における圧延すべき材料の圧延順序
を、前記材料が冷片のみと熱片のみとそして熱片・冷片
混合とに区別するデータ種別判定処理と、前記判定処理
によって区別された種別毎に適切な手法を選択し、各々
の評価関数によって圧延順序を決定する圧延順序最適化
処理とによって決定することに特徴を有するものであ
る。

【００１７】データ種別判定処理の結果が冷片の場合に
は、上記圧延順序最適化処理を、隣接する材料間の属性
の推移を数値に置き換え、更に材料の絶対位置制約を数
値化した評価関数を作成し、評価関数を最小化する圧延
順序の探索を、圧延順序の一部を入れ換える局所探索法
を適用し行って圧延順序を決定することにより行う。

【００１８】前記データ種別判定処理の結果が熱片の場
合には、上記圧延順序最適化処理を、隣接する材料間の
属性の推移を数値に置き換え、更に材料の絶対位置制約
を数値化した評価関数を作成し、評価関数を最小化する
圧延順序の探索を、大域的最適化の近似解法である遺伝
的アルゴリズムまたはシミュレーテッド・アニーリング
法を適用し行って圧延順序を決定することにより行う。

【００１９】前記データ種別判定処理の結果が熱片・冷
片混合の場合には、上記圧延順序最適化処理を、隣接す
る材料間の属性の推移を数値に置き換え、更に材料の絶
対位置制約を数値化した評価関数を作成し、熱片と冷片
との入り組み具合を数値に置き換えて評価し、評価値が
しきい値以下の場合には、熱片と冷片とがある程度分離
しているとみなし、熱片・冷片混合データを熱片と冷片
とに分離し、評価関数を最小化する圧延順序の探索を、
熱片に対しては、大域的最適化の近似解法である遺伝的
アルゴリズムまたはシミュレーテッド・アニーリング法
を適用し、そして、冷片に対しては、圧延順序の一部を
入れ換える局所探索法を適用して行い、このようにして
決定された圧延順序を連結し、全体のデータに対して再
度圧延順序の一部を入れ換える局所探索法を適用して全
体の圧延順序を決定し、評価値がしきい値以下の場合に
は、前記遺伝的アルゴリズムまたは前記シミュレーテッ
ド・アニーリング法を適用し圧延順序を決定することに
より行う。

【００２０】

【発明の実施の形態】この発明においては、圧延工場に
おける材料の熱間圧延順序を、次のようにして決定す
る。先ず、圧延すべき材料の属性に基づいて、冷片のみ
のデータと、熱片のみのデータと、熱片・冷片混合のデ
ータとに区別するデータ種別判定処理を行う。

【００２１】次いで、データ種別判定処理によって区別
されたデータを入力として、隣接する材料間の属性の推
移を数値に置き換え、さらに材料の絶対位置制約を数値
化した評価関数を作成し、上記評価関数を最小化する圧
延順序を探索する、圧延順序最適化処理を行う。

【００２２】圧延順序の探索は、上記分別されたデータ
毎にこれに対応する適切な手法を選択する。即ち、冷片
のみのデータに対しては、圧延順序の一部を入れ換える
局所探索法などを適用し、冷片の圧延順序を決定する。

【００２３】熱片のみのデータに対しては、大域的最適
化の近似解法である遺伝的アルゴリズムやシミュレーテ
ッド・アニーリング法などを適用し、熱片の圧延順序を
決定する。

【００２４】そして、熱片・冷片混合のデータに対して
は、熱片と冷片との入り組み具合を数値に置き換えて評
価し、評価値がしきい値以下の場合には、熱片と冷片と
がある程度分離しているとみなして、熱片・冷片混合デ
ータを、熱片データと冷片データとに分離し、それぞれ
上記冷片処理手段または上記熱片処理手段とを適用し、
部分的な圧延順序を決定する。

【００２５】このようにして決定した圧延順序を連結
し、全体のデータに対して、再度上記冷片処理手段を適
用し、全体の圧延順序を決定する。評価値がしきい値以
下の場合には、全体のデータに対して上記熱片処理手段
を適用し、全体の圧延順序を決定する。

【００２６】図２は、この発明の方法による、圧延工場
の操業スケジューリングシステムの処理を示すフローチ
ャートであり、図３は、熱片・冷片混合サイクルを示す
図である。スラブの種別による、データの初期状態の特
徴は、以下の通りである。

【００２７】（１）冷片スラブ：工程管理部署におい
て、予備的な並べ替えがある程度まで行われているの
で、圧延順序の一部を入れ換える局所的な探索で十分で
あり、大域的な探索は冗長であり不必要である。

【００２８】（２）熱片スラブ：工程管理部署におい
て、スラブ幅が広いものから狭いものに順に並べられて
いる。熱間圧延においては、スラブ幅と製品幅とは大体
比例するので、製品幅の大きい順に並んでいることにな
る。しかしながら、需要家が注文する製品の厚さと幅と
の間には比例関係がないので、圧延された製品の厚さに
ついては、必ずしも厚い方から薄い方に順に並んではい
ない。一方、前後に隣接する材料の属性の変化を小さく
することにより安定した品質の製品が製造可能になる。
即ち、初期状態では安定した品質の製品を製造すること
が困難であり、製品厚と製品幅との制約を同時に満足さ
せる圧延順序を決定し直す必要がある。従って、圧延順
序の一部を入れ換えるような局所的な探索では不十分で
あり、より大域的な探索が必要である。

【００２９】（３）熱片・冷片混合スラブ：基本的には
上記（１）、（２）を組み合わせただけであるので、冷
片スラブが連続した部分と熱片スラブが連続した部分と
に集合を分割して部分的な圧延順序決定を行い、これを
最終的に連結すればよい。しかし現実には図３に示すよ
うに両者が入り組んでいる場合もあるので、熱片スラブ
と冷片スラブとの混合の度合を評価し、適用する探索の
手法を選択する。

【００３０】

【実施例】次に、この発明の圧延順序決定方法の一実施
例を、図１を参照しながら、第１〜第７ステップの各ス
テップ毎に説明する。なお、第１ステップは、上記３種
類のデータへの分別のためのデータ入力処理に相当し、
第２ステップは、上記３種類のデータへの分別処理に相
当する。第３ステップは、上記（１）〜（３）に共通し
て使用する評価関数の作成処理に相当し、第４ステップ
は、上記（１）に相当し、第５ステップは、上記（２）
に相当し、第６ステップは、上記（３）に相当する。ま
た、第７ステップは、第４〜第６ステップの処理結果を
出力する処理に相当する。

【００３１】第１ステップ：データ入力処理であって、
圧延すべき材料の属性データ即ち製品寸法（厚さ、幅、
長さ）、硬さ（鋼種）、熱片・冷片の種別などを入力す
る。

【００３２】第２ステップ：データ種別判定処理であっ
て、属性データを参照して熱片スラブと冷片スラブとを
区別する。

【００３３】第３ステップ：圧延順序最適化処理であっ
て、データ種別を参照し、隣接する材料の属性変化など
を満足する圧延順序を探索する。隣接する材料の属性変
化の度合の評価のために、下記(1) 式によって評価関数
Ｅ１を求める。なお、材料の絶対位置制約については先
行技術と同様の数値化が可能であるので、下記(1) 式に
よって求められるＥ１と結合すればよい。

【００３４】 Ｎ：圧延順序決定対象の圧延材料の本数 ｉ：圧延順序のインデックス（ｉ＝２、３、・・・Ｎ
１） Δｔ：隣接材料の板厚変化を表す量（変化比率：Δｔ_i
＝（ｔ_i −ｔ_i-1)／ｔ_i-1 ） Δｗ：隣接材料の板幅変化を表す量（変化量：Δｗ_i ＝
ｗ_i −ｗ_i-1 ） Δｈ：隣接材料の硬さの変化を表す量（変化量：Δｈ_i
＝ｈ_i −ｈ_i-1 ） Ｗ_t,Ｗ_w,Ｗ_h ：各項の重み係数

【００３５】圧延材料は、幅の広い方から幅の狭い方に
向かって圧延するので、ｉ＝１は最大製品幅の材料を割
り当てる。評価関数Ｅ１を最小化する探索を行うが、具
体的な手法は、データ種別によって、下記第４ステッ
プ、第５ステップ、第６ステップに使い分ける。

【００３６】第４ステップ：冷片処理では、データは初
期状態においてある程度まで並べ替えが行われているの
で、改めて大域的な最適化手法を適用することは不必要
である。そこで、局所的最適化の近似解法である局所探
索法を適用して圧延順序を決定する。

【００３７】第５ステップ：熱片処理では、データは、
スラブ幅が広いものから狭いものに順に並べられてい
る。熱間圧延においては、スラブ幅と製品幅とは大体比
例するので、製品幅の大きい順に並んでいることにな
る。しかしながら、需要家が注文する製品の厚さと幅と
の間には比例関係がないので、圧延された製品の厚さに
ついては、必ずしも厚い方から薄い方に順に並んではい
ない。一方、前後に隣接する材料の属性の変化を小さく
することにより安定した品質の製品が製造可能になる。
即ち、初期状態では安定した品質の製品を製造すること
が困難であり、製品厚と製品幅との制約を同時に満足さ
せる圧延順序を決定し直す必要がある。従って、圧延順
序の一部を入れ換えるような局所的な探索では不十分で
あり、より大域的な探索が必要である。そこで、大域的
最適化の近似解法である遺伝的アルゴリズムまたはシミ
ュレーテッド・アニーリング法などを適用して圧延順序
を決定する。

【００３８】第６ステップ：熱片・冷片混合スラブで
は、熱片と冷片との入り組み具合を評価して手法を選択
する。混合の度合いを評価するために、下記(2) 式によ
って評価関数Ｅ２を求める。

【００３９】 ｊ：熱片・冷片の全体集合を製品幅で降順にソートした
順序のインデックス（ｊ＝２、３・・・Ｎ） ｐ：１・・・順序ｊと順序ｊ−１とのデータ種別が異な
るとき ０・・・順序ｊと順序ｊ−１とのデータ種別が等しいい
き

【００４０】評価関数Ｅ２に対して、評価のしきい値Ｅ
２_thを設定する。例えば、熱片の製品幅と冷片の製品幅
とが全く異なる領域にある場合、Ｅ２＝１／Ｎと非常に
小さい値になる。また、Ｅ２は最大でＮ−１／Ｎという
ほぼ１の値になる。

【００４１】Ｅ２≦Ｅ２_thのときは、全体集合を熱片と
冷片とに分離し、熱片に対しては第５ステップの熱片処
理を適用し、冷片に対しては第４ステップの冷片処理を
各々適用し、最終的に結果を連結する。連結した圧延順
序は、多少の改良の余地を残していると予想されるの
で、その結果に対し、再度第４ステップの冷片処理を適
用する。

【００４２】Ｅ２＞Ｅ２_thのときは、部分的な最適化処
理がそのまま全体としての最適化にはならない可能性が
大きいので、全体集合を一つとして扱い、第５ステップ
の熱片処理を適用する。

【００４３】第７ステップ：結果出力処理であって、最
終的なサイクルの圧延順序及び評価関数の値などのデー
タを出力する。

【００４４】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
圧延工場における圧延すべき材料の圧延順序を、材料が
冷片のみの場合と熱片のみの場合とそして熱片・冷片混
合の場合とに区別し、各々の初期状態に対し最も適切な
手法を選択し、その圧延順序を適切に決定することがで
き、操業効率を高めることができる、工業上有用な効果
がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】圧延順序決定作業のフロー図である。

【図２】この発明の方法による、圧延工場の操業スケジ
ューリングシステムの処理を示すフローチャートであ
る。

【図３】熱片・冷片混合サイクルを示す図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧延工場における圧延すべき材料の圧延
   順序を、前記材料が冷片のみと熱片のみとそして熱片・
   冷片混合とに区別するデータ種別判定処理と、前記判定
   処理によって区別された種別毎に適切な手法を選択し、
   各々の評価関数によって圧延順序を決定する圧延順序最
   適化処理とによって決定することを特徴とする、圧延工
   場における圧延順序決定方法。
2. 【請求項２】 前記データ種別判定処理の結果が冷片の
   場合には、隣接する材料間の属性の推移を数値に置き換
   え、さらに材料の絶対位置制約を数値化した評価関数を
   作成し、前記評価関数を最小化する圧延順序の探索を、
   圧延順序の一部を入れ換える局所探索法を適用し行っ
   て、圧延順序を決定する、前記圧延順序最適化処理を行
   う、請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 前記データ種別判定処理の結果が熱片の
   場合には、隣接する材料間の属性の推移を数値に置き換
   え、さらに材料の絶対位置制約を数値化した評価関数を
   作成し、前記評価関数を最小化する圧延順序の探索を、
   大域的最適化の近似解法である遺伝的アルゴリズムまた
   はシミュレーテッド・アニーリング法を適用し行って、
   圧延順序を決定する、前記圧延順序最適化処理を行う、
   請求項１記載の方法。
4. 【請求項４】前記データ種別判定処理の結果が熱片・冷
   片混合の場合には、隣接する材料間の属性の推移を数値
   に置き換え、さらに材料の絶対位置制約を数値化した評
   価関数を作成し、 熱片と冷片との入り組み具合を数値に置き換えて評価
   し、評価値がしきい値以下の場合には、熱片と冷片とが
   ある程度分離しているとみなし、熱片・冷片混合データ
   を熱片と冷片とに分離し、 前記評価関数を最小化する圧延順序の探索を、熱片に対
   しては、大域的最適化の近似解法である遺伝的アルゴリ
   ズムまたはシミュレーテッド・アニーリング法を適用
   し、そして、冷片に対しては、圧延順序の一部を入れ換
   える局所探索法を適用して行い、 このようにして決定された圧延順序を連結し、全体のデ
   ータに対して再度圧延順序の一部を入れ換える局所探索
   法を適用して全体の圧延順序を決定し、評価値がしきい
   値以下の場合には、前記遺伝的アルゴリズムまたは前記
   シミュレーテッド・アニーリング法を適用し、圧延順序
   を決定する、前記圧延順序最適化処理を行う、請求項１
   記載の方法。