KR100660226B1

KR100660226B1 - 슬라브 최적 설계를 통한 캐스트 편성방법

Info

Publication number: KR100660226B1
Application number: KR1020050129423A
Authority: KR
Inventors: 박상혁
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2005-12-26
Filing date: 2005-12-26
Publication date: 2006-12-21

Abstract

본 발명은 슬라브(slab)의 단중을 최대화하여 슬라브를 최적으로 설계하고, 이러한 슬라브 최적 설계를 통해 캐스트(cast)를 효율적으로 편성하는 방법에 관한 것으로서, 슬라브 설계시 수요가의 주문사항과 슬라브 생산설비의 조건사항을 고려하여 상기 슬라브의 최대 단중에서 슬라브의 설계사양을 결정하는 제1단계; 상기 슬라브의 설계사양을 기초로 슬라브를 강종별 및 납기일별로 그룹핑하고 상기 각 그룹핑 내에서 슬라브 폭을 광폭에서 협폭순으로 정렬하며 동일폭 내에서는 두께 및 수요가순으로 정렬하는 제2단계; 동일 강종 및 선납기일 그룹의 슬라브에 대하여 광폭에서 협폭순으로 캐스트를 제1차 편성하고, 상기 제1차에서의 미편성 잔량의 슬라브는 다른 강종 및 선납기일 그룹으로 이동시켜 다시 광폭에서 협폭순으로 캐스트를 제2차 편성하는 제3단계; 상기 제2차에서의 미편성 잔량의 슬라브는 동일 강종 및 후납기일 그룹으로 이동시켜 광폭에서 협폭순으로 캐스트를 제3차 편성하고, 상기 제3차에서의 미편성 잔량의 슬라브는 다른 강종 및 후납기일 그룹으로 이동시켜 광폭에서 협폭순으로 캐스트를 제4차 편성하는 제4단계; 및 상기 편성된 각각의 캐스트를 각 슬라브 단중의 조정없이 평균 톤/차지를 이용하여 미리 설정된 차지의 개수로 분할하는 제5단계를 포함한다.

슬라브(slab), 캐스트(cast), 설계사양, 편성, 단중, 광폭, 협폭, 납기일

Description

슬라브 최적 설계를 통한 캐스트 편성방법{Cast Grouping Method through Slab Efficient Design}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라브 설계시 단중을 결정하기 위한 개념도이다.

도 2 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐스트 편성방법을 보이는 개념도이다.

본 발명은 캐스트(cast) 편성방법에 관한 것으로서, 특히 제철소에서 제강작업의 최소 단위인 슬라브(slab)의 단중을 최대화하여 슬라브를 최적으로 설계하고, 이러한 슬라브 최적 설계를 통해 캐스트를 효율적으로 편성하는 방법에 관한 것이다.

슬라브 설계란 슬라브 생산설비의 조건과 수요가의 주문사항을 고려하여 최대 단중에서 슬라브의 사양을 결정하는 것을 의미한다. 통상적으로 제철소에서는 슬라브 대량 생산시 수요가의 주문사항과 현재 생산설비의 조건 등을 고려하여 슬 라브의 최대 단중을 결정하고 이에 따라 어떠한 사양(예컨대, 폭, 길이, 두께 등)을 갖는 슬라브를 생산할 것인지에 대한 조건을 미리 설계하게 된다. 특히, 동일 주문량에 대해 슬라브의 단중을 최대화한다는 의미는 결국 최소 개수의 슬라브로 주문량을 만족시키는 것으로, 생산측면에서는 작업의 생산성 및 효율성을 극대화할 수 있다.

또한, 제철소의 제강,연주공정의 생산성 향상을 위해서는 상기와 같이 설계된 슬라브를 대상으로 최적 작업단위로 캐스트(cast)를 편성하는 것이 중요하다. 연주공정에서 한 캐스트를 작업한 후에는 몰드(Mold)를 교체하게 되어 있어 비용 절감을 위해서는 연주조건을 만족하는 범위에서 최소 개수로 캐스트를 편성하는 것이 매우 중요한 작업이다.

제철소에서의 캐스트 편성 문제는 폭 조건만을 고려하는 경우에는 인터벌 그래프(Interval Graph) 상에서 최소 클릭 커버(Minimum Clique Cover) 문제로 변형이 가능하고, 이 문제에 대해서는 최적해가 존재한다고 되어 있다(참고문헌:Martin Charles Golumbic, 'Algorithmic Graph Theory and Perfect Graph', Academic Press, 1980).

그러나, 여기에서 한 캐스트당 들어가는 양이 특정값으로 주어질 경우는 인터벌 그래프 상에서 크기가 k인 클릭(Clique)으로 최대한 커버하는 문제가 되고, 이는 NP-complete로 원하는 시간내에 최적해를 구할 수 없다(참고문헌:Zuckerman,D., 'NP-complete problem have a version that's hard to approximate', Proc. Eight Ann. Structure in Complexity Theory Conf., IEEE Computer Society, 305-312. 1993).

이와 같이, 제철소의 일반적인 캐스트 문제는 최적해가 존재하지 않기 때문에, 생산성을 높이기 위하여 최소 개수의 캐스트 작업단위로 생산할 수 있도록 캐스트를 효과적으로 편성하는 방법이 필요하다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 제철소에서 주어진 수요가 주문조건 범위 내에서 제철소의 생산성 향상을 위해 제강작업의 최소 단위인 슬라브(slab)의 단중을 최대화하여 해당 슬라브를 최적으로 설계하고, 유사 슬라브를 캐스트 단위로 묶어냄으로써 최소 개수의 캐스트를 편성하는 슬라브 최적 설계를 통한 캐스트 편성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 슬라브 최적 설계를 통한 캐스트 편성방법은,

슬라브 설계시 수요가의 주문사항과 슬라브 생산설비의 조건사항을 고려하여 상기 슬라브의 최대 단중에서 슬라브의 설계사양을 결정하는 제1단계; 상기 슬라브의 설계사양을 기초로 슬라브를 강종별 및 납기일별로 그룹핑하고 상기 각 그룹핑 내에서 슬라브 폭을 광폭에서 협폭순으로 정렬하며 동일폭 내에서는 두께 및 수요가순으로 정렬하는 제2단계; 동일 강종 및 선납기일 그룹의 슬라브에 대하여 광폭 에서 협폭순으로 캐스트를 제1차 편성하고, 상기 제1차에서의 미편성 잔량의 슬라브는 다른 강종 및 선납기일 그룹으로 이동시켜 다시 광폭에서 협폭순으로 캐스트를 제2차 편성하는 제3단계; 상기 제2차에서의 미편성 잔량의 슬라브는 동일 강종 및 후납기일 그룹으로 이동시켜 광폭에서 협폭순으로 캐스트를 제3차 편성하고, 상기 제3차에서의 미편성 잔량의 슬라브는 다른 강종 및 후납기일 그룹으로 이동시켜 광폭에서 협폭순으로 캐스트를 제4차 편성하는 제4단계; 및 상기 편성된 각각의 캐스트를 각 슬라브 단중의 조정없이 평균 톤/차지를 이용하여 미리 설정된 차지의 개수로 분할하는 제5단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제1단계는 상기 수요가 주문사항의 최소값 및 최대값 사이의 범위 내에서 단중을 결정하되, 상기 슬라브 생산설비에서 생산가능한 슬라브의 최대 단중에서 슬라브의 설계사양을 결정하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 단중은 "단중 = 슬라브 두께 × 슬라브 폭 × 슬라브 길이 × 슬라브 비중"에 의해 계산될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 슬라브 생산설비의 조건사항은 슬라브에 대한 가열로의 길이 제한 및 압연 단중의 제한을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제2단계는 상기 강종별 그룹핑은 동일 강종별로 그룹핑하고 동일 강종이 없는 경우에는 유사 강종별로 그룹핑하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제1~4차 캐스트 편성은 동일 강종은 저원가에서 고원가순으로 캐스트를 편성하고, 납기일은 선납기일부터 후납기일순으로 캐 스트를 편성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제4단계 이후에, 상기 각 캐스트 편성에서 다른 수요가의 주문폭을 가진 슬라브가 하나의 캐스트에 편성된 경우 상기 슬라브에 대한 주조폭을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 주조폭은 슬라브의 품질, 단중, 가열로 길이 중 적어도 하나의 조건을 고려하여 결정하는 것이 바람직하며, 상기 단중 조정을 최소화하는 방향으로 주조폭을 결정하는 것이 보다 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태가 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명될 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

도 1을 참조하면, 슬라브 설계의 경우 수요가의 주문사항(A)과 슬라브 생산설비의 조건사항(B)을 고려하여 슬라브의 최대 단중을 결정한다. 즉, 도면에 도시된 바와 같이, 수요가의 주문사항(A)의 최소값 및 최대값 사이의 범위 내에서 단중을 결정하되, 현재 슬라브 생산설비의 조건사항(B)을 고려하여 최대 단중 지점에서 슬라브의 사양을 설계한다. 이때, 슬라브 생산설비의 조건사항(B)으로 주문 코일 (Coil)의 폭 및 두게에 따라 설비의 압연 가능한 최대 단중이 존재한다. 도 1에서와 같이 최대 단중이 결정되면 상기 최대 단중을 기준으로 수식 1에 따라 슬라브의 사양을 최적으로 설계하게 된다. 이러한 슬라브 설계시의 주문단중은 하기 수식1과 같이 결정된다.

[수식1]

주문단중 = SLAB 두께 x SLAB 폭 x SLAB 길이 x 비중

상기 수식1에서 슬라브의 비중은 상수값으로 고정되어 있고, 슬라브 두께 또한 연주공장의 설비조건에 따라 미리 정해져 있으므로 상수값으로 생각할 수 있다. 따라서, 먼저 최대 단중이 결정되며 이를 기준으로 해서 생산되는 슬라브 폭과 길이를 결정하게 된다. 이때, 설계될 수 있는 슬라브 폭과 길이는 후공정(예컨대, 가열로, 압연공정) 설비조건에 따라 상,하한치가 존재한다. 예를 들어, 슬라브 길이 제약조건의 경우를 살펴보면, 슬라브가 생산된 후에 다시 가열로 공정을 거친 후에 압연공정을 수행하기 때문에 가열로에 들어갈 수 있는 길이 이하로 설계되어야 한다. 그리고, 가열로 내에 지지대 사이의 빈 공간이 있으므로 이 공간보다 슬라브의 길이가 길어야 한다.

이와 같이, 최대 단중 결정시 슬라브 두께와 비중은 주문에 따라 미리 결정되고, 두께의 경우는 연주공장에 다라 미리 결정되어 있고, 비중은 상수값으로 고정된다. 따라서, 슬라브 설계에서 결정해야 하는 변수는 슬라브 폭, 길이 및 주문단중이 된다. 상기 세 가지 변수가 각각 최대, 최소의 범위를 가지고 있으므로 이 변수중에 하나를 고정해야 한다. 이를 위하여 슬라브 폭을 청구폭으로 고정을 시키고 나머지를 적절히 결정하여 슬라브 사양에 대한 가설계를 수립하고, 이렇게 가설계된 슬라브 사양을 가지고 캐스트를 편성하며, 만약 사양을 조정할 필요가 있는 경우에 슬라브 폭을 수정하거나 단중을 내리는 방향으로 진행한다.

본 발명에서는 상기한 바와 같이 슬라브 사양을 최적으로 설계한 후 이를 이용하여 캐스트를 효율적으로 편성한다. 이러한 캐스트 편성방법은 도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이 5단계를 통해 구현될 수 있다.

제1단계에서는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기에서 최적으로 설계된 슬라브 사양을 강종별 및 납기일별로 그룹핑하고 상기 각각의 그룹핑 내에서는 슬라브 폭을 광폭에서 협폭순으로 정렬하고, 나아가 동일폭 내에서는 두께 및 수요가순으로 정렬한다. 이때, 강종은 동일 강종별로 우선적으로 그룹핑하고 동일 강종이 없는 경우에는 유사 강종별로 그룹핑하는 것이 바람직하다. 또한 납기일 그룹핑은 납기일이 빠른순에서 늦은순으로 정렬하는 것이 바람직하다.

제2단계에서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 동일 납기일 및 동일 강종 내의 슬라브에 대하여 캐스트를 편성한다. 압연공정을 통해 슬라브 폭이 주문에서 요구한 코일의 폭(청구폭)으로 변경이 된다. 이때 압연설비의 조정값에 따라 슬라브 폭보다 작게 혹은 크게 코일 폭을 생산할 수 있다. 이러한 변동폭을 에징(edging)부 라고 한다. 에징 범위 내에 있는 주문은 한 캐스트로 그룹핑될 수 있다.

도 3을 참조하면, 동일 납기일 및 동일 강종 내의 슬라브에 대하여 광폭에서 협폭순으로 차례로 캐스트를 편성하게 되는데, 다른 청구폭을 가진 슬라브를 하나의 캐스트로 편성을 하게 되면, 가설계된 슬라브 사양을 조정하여 하나의 주조폭을 결정하고 주조폭과 청구폭간의 차이가 에징부의 대상이 된다. 에징부의 범위를 벗어난 슬라브의 경우에는 미편성 잔량으로 남게 되고 이들에 대해서는 다음 단계에서 다른 강종(바람직하게는 유사강종) 혹은 다른 납기일을 가진 슬라브들과 합쳐서 다시 캐스트를 편성하게 된다.

제3단계에서는 상기에서의 미편성 잔량으로 남은 슬라브들을 다른 강종 연연주 및 혼합 차지(charge)를 이용하여 캐스트를 만든다. 하나의 캐스트에는 다수의 차지가 할당된다. 미편성 잔량으로 남은 슬라브를 이용하여 다시 캐스트를 편성하기 위해서는 강종은 저원가에서 고원가순으로 배치하고 납기일은 급한 것부터 먼저 진행을 하는 것이 바람직하다. 도 4에 도시된 제3단계를 참조하면, D-1납기일의 A강종(예컨대, 스테인레스 304-13강종)에서 캐스트를 편성하고(①), 남은 미편성 잔량을 동일 납기일의 다음 연연주 가능 강종인 A'강종(예컨대, 스테인레스 304-15강종)으로 이동시키고(②), 잔량 이동후에 A'강종에 대하여 상기 제2단계와 같은 과정을 통해 다시 캐스트를 편성한다(③). 그리고도 남은 미편성 잔량은 이번에는 납기일을 D납기일순으로 이동하여 A강종에 대하여 지금과 같은 절차를 반복하여 캐스트를 편성하고(④), 이때의 잔량을 다시 A'강종으로 이동시켜(⑤) 상기한 제2단계 및 제3단계를 반복하여 수행하게 되면 캐스트 편성율이 극대화될 수 있다.

제4단계에서는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기와 같이 캐스트 편성이 완료되면 상기 캐스트에 대한 주조폭을 결정한다. 지금까지는 청구폭으로 가설계된 슬라브를 대상으로 캐스트를 편성하였기 때문에 다른 청구폭을 가진 슬라브가 한 캐스트에 편성이 되었을 경우에 이에 대한 주조폭을 결정하고, 슬라브 설계 사양을 확정하게 된다. 주조폭을 결정하는 제약조건으로는 품질사항, 단중, 가열로 길이가 되고 목적식으로는 최적의 품질상태를 유지할 수 있으며 단중조정 및 에징부 작업을 최소화하는 방향에서 주조폭을 결정한다.

제5단계에서는 이와 같이 편성된 캐스트를 슬라브 단중 조정 없이 평균 톤(T)/차지(charge)를 이용하여 계획된 차지 개수로 분할을 하게 된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 예컨대 평균 톤/차지가 95톤으로 j와 k사이에 존재하면 차이값이 적게 나는 쪽으로 97톤을 첫 번째 차지로 분할하게 된다.

이와 같은 각 단계를 통해 최대 단중의 슬라브를 설계하고, 이러한 슬라브 설계를 대상으로 캐스트를 편성함으로써 최소 개수의 캐스트를 편성할 수 있고 나아가 캐스트 편성의 효율을 최대화할 수 있다.

이상에서 설명한 상세한 설명 및 도면의 내용은 본 발명에 따른 슬라브 설계에 따른 캐스트 편성방법에 대한 기술사상을 설명한 것으로서, 이는 발명의 가장 양호한 실시형태를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이 다.

따라서, 본 발명의 권리범위는 상기한 상세한 설명 또는 도면에 의해 결정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위에 의해 결정되어야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 제철소에서는 각 생산공정의 작업단위가 매우 크고, 한 작업단위를 생산하기 위해서 많은 에너지를 소모해야 하므로 최소 개수의 작업단위로 주어진 주문을 생산하는 것은 매우 중요한 문제이다. 따라서, 본 발명을 통해 슬라브의 단중을 최대화하도록 슬라브의 사양을 최적으로 설계하고, 이러한 슬라브 최적 설계를 이용하여 최소 개수의 캐스트 작업단위를 사용함으로써 제철소의 생산성을 최대화할 수 있다.

Claims

슬라브 설계시 수요가의 주문사항과 슬라브 생산설비의 조건사항을 고려하여 상기 슬라브의 최대 단중에서 슬라브의 설계사양을 결정하는 제1단계;

상기 슬라브의 설계사양을 기초로 슬라브를 강종별 및 납기일별로 그룹핑하고 상기 각 그룹핑 내에서 슬라브 폭을 광폭에서 협폭순으로 정렬하며 동일폭 내에서는 두께 및 수요가순으로 정렬하는 제2단계;

동일 강종 및 선납기일 그룹의 슬라브에 대하여 광폭에서 협폭순으로 캐스트를 제1차 편성하고, 상기 제1차에서의 미편성 잔량의 슬라브는 다른 강종 및 선납기일 그룹으로 이동시켜 다시 광폭에서 협폭순으로 캐스트를 제2차 편성하는 제3단계;

상기 제2차에서의 미편성 잔량의 슬라브는 동일 강종 및 후납기일 그룹으로 이동시켜 광폭에서 협폭순으로 캐스트를 제3차 편성하고, 상기 제3차에서의 미편성 잔량의 슬라브는 다른 강종 및 후납기일 그룹으로 이동시켜 광폭에서 협폭순으로 캐스트를 제4차 편성하는 제4단계;

상기 편성된 각각의 캐스트를 각 슬라브 단중의 조정없이 평균 톤/차지를 이용하여 미리 설정된 차지의 개수로 분할하는 제5단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬라브 최적 설계를 통한 캐스트 편성방법.
제1항에 있어서, 상기 제1단계는,

상기 수요가 주문사항의 최소값 및 최대값 사이의 범위 내에서 단중을 결정하되, 상기 슬라브 생산설비에서 생산가능한 슬라브의 최대 단중에서 슬라브의 설계사양을 결정하는 것을 특징으로 하는 슬라브 최적 설계를 통한 캐스트 편성방법.
제1항에 있어서,

상기 단중은 하기 수식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 슬라브 최적 설계를 통한 캐스트 편성방법.

[수식]

단중 = 슬라브 두께 × 슬라브 폭 × 슬라브 길이 × 슬라브 비중
제1항에 있어서, 상기 슬라브 생산설비의 조건사항은,

슬라브에 대한 가열로의 길이 제한 및 압연 단중의 제한을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬라브 최적 설계를 통한 캐스트 편성방법.
제1항에 있어서, 상기 제2단계는,

상기 강종별 그룹핑은 동일 강종별로 그룹핑하고 동일 강종이 없는 경우에는 유사 강종별로 그룹핑하는 것을 특징으로 하는 슬라브 최적 설계를 통한 캐스트 편성방법.
제1항에 있어서, 상기 제1~4차 캐스트 편성은,

동일 강종은 저원가에서 고원가순으로 캐스트를 편성하고, 납기일은 선납기일부터 후납기일순으로 캐스트를 편성하는 것을 특징으로 하는 슬라브 최적 설계를 통한 캐스트 편성방법.
제1항에 있어서, 상기 제4단계 이후에,

상기 각 캐스트 편성에서 다른 수요가의 주문폭을 가진 슬라브가 하나의 캐스트에 편성된 경우 상기 슬라브에 대한 주조폭을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬라브 최적 설계를 통한 캐스트 편성방법.
제7항에 있어서,

상기 주조폭은 슬라브의 품질, 단중 및 가열로 길이 중 적어도 하나의 조건을 고려하여 결정하는 것을 특징으로 하는 슬라브 최적 설계를 통한 캐스트 편성방법.
제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 주조폭은,

상기 단중 조정을 최소화하는 방향으로 결정하는 것을 특징으로 하는 슬라브 최적 설계를 통한 캐스트 편성방법.