煉鋼—連鑄生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)分析及在仿真中的應(yīng)用研究

摘要：鋼鐵生產(chǎn)的關(guān)鍵程序就是煉鋼，我國鋼鐵企業(yè)進(jìn)行鋼鐵生產(chǎn)和管理時，難點(diǎn)以及核心是生產(chǎn)調(diào)度問題。目前，我國鋼鐵企業(yè)開始朝信息化的方向發(fā)展，企業(yè)中，MES系統(tǒng)的使用十分廣泛，而MES的使用對鋼鐵企業(yè)的動態(tài)調(diào)動以及生產(chǎn)計劃編制有一定的影響，但是煉鋼——連鑄生產(chǎn)過程中具有復(fù)雜的特性，因此與MES制定的生產(chǎn)計劃并不符合。為了給生產(chǎn)計劃的改善提供信息，就要提前評估生產(chǎn)計劃。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)分析；應(yīng)用研究；連鑄生產(chǎn)過程

對鋼鐵生產(chǎn)過程中工序之間的物流平衡以及資源平衡問題進(jìn)行解決，不僅可以縮短工序等待時間，還能對各個工序負(fù)荷進(jìn)行平衡。建立煉鋼連鑄調(diào)動仿真系統(tǒng)，對調(diào)度方法的可行性有十分大的影響。對調(diào)度仿真系統(tǒng)進(jìn)行研究，主要是對煉鋼連鑄生產(chǎn)物流的仿真對象模型進(jìn)行建立、考慮各種工藝等。

1.煉鋼連鑄生產(chǎn)過程

煉鋼連鑄生產(chǎn)的流程主要有連鑄、煉鋼以及精煉。

煉鋼主要是將鐵水在高溫條件下進(jìn)行冶煉，讓鐵水成為含碳量較低的鋼水，對鐵水中的氫、硫、氧等雜物去除，對碳、硅、錳等元素的含量進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而保證連鑄機(jī)澆注出的板坯能夠和特定鋼種的要求保持一致。鋼水冶煉出來后還要進(jìn)行精煉。

精煉的主要目的是對鋼水的化學(xué)成分以及溫度進(jìn)行調(diào)整，讓連鑄機(jī)協(xié)調(diào)進(jìn)站鋼水能夠有足夠的時間滿足連續(xù)澆注，當(dāng)爐次鋼水提前達(dá)到連鑄機(jī)的時間時，就可以停留在精煉爐上，不用因?yàn)闋t次在連鑄機(jī)前等候而浪費(fèi)了時間，對鋼水的溫度也有了保證。

連續(xù)鑄造是一種十分先進(jìn)的鑄造方法，主要是將熔融的金屬澆入到結(jié)晶器當(dāng)中，對鑄件進(jìn)行凝固，然后從結(jié)晶器的另一端連續(xù)不斷地拿出，讓它的長度具有任意長的特性。

流程指的是在外界條件下，根據(jù)工序間的不同性質(zhì)以及連接工序間的器具組成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，按照程序，有序地運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)定的目標(biāo)。鋼鐵冶金制造流程就是這樣的。

2.有關(guān)煉鋼連鑄生產(chǎn)的研究現(xiàn)狀

煉鋼車間生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化問題的研究方法一共有三類，第一類是在經(jīng)典基礎(chǔ)上的運(yùn)籌學(xué)方法，第二類是混合算法以及智能計算的方法，第三類是近似優(yōu)化的方法。

經(jīng)典運(yùn)籌學(xué)方法主要是對生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化問題進(jìn)行解決，在解決此類問題時，它的實(shí)際應(yīng)用和理論研究中有差距。在組合優(yōu)化領(lǐng)域中運(yùn)用的是智能計算方法，此方法被廣泛的應(yīng)用到生產(chǎn)調(diào)度領(lǐng)域中。方法都具有兩面性，有好也有壞，因此，將這幾種方法聯(lián)合起來運(yùn)用是目前的發(fā)展方向。將遺傳算法以及啟發(fā)式的規(guī)則聯(lián)系起來，就可以將遺傳算法盲目隨機(jī)操作的效率提高，算法的收斂也加快了速度，但是這類算法卻增加了計算時間，增加了對解的最優(yōu)性進(jìn)行判斷的困難。

啟發(fā)式規(guī)則以及專家系統(tǒng)的方法屬于近似優(yōu)化的方法，這類方法對生產(chǎn)調(diào)度研究有十分大的影響，具有很重要的地位，且出現(xiàn)了調(diào)度專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)并不能適應(yīng)動態(tài)調(diào)度環(huán)境，因?yàn)榇谁h(huán)境富有復(fù)雜多變的特點(diǎn)。其實(shí)，很多制造系統(tǒng)都具有復(fù)雜性，因此，精確的解析模型是很難進(jìn)行分析以及描述的。而仿真的方法就可以避免用數(shù)學(xué)表達(dá)式對復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行描述。而在仿真方法的基礎(chǔ)上建立的調(diào)度模型有以下幾個特點(diǎn)。

2.1.通過仿真建立的模型和通過系統(tǒng)實(shí)際觀測獲得的數(shù)據(jù)建立的動態(tài)模型相比，它和實(shí)際的聯(lián)系更大，更加有利于分析系統(tǒng)。

2.2.通過仿真建立的模型對于實(shí)際系統(tǒng)來說是一個映像，所以對于復(fù)雜的系統(tǒng)來說，仿真建立的模型具有更好的適應(yīng)性。

2.3.通過仿真建立的模型具有隨機(jī)性，因此，受到隨機(jī)因素的影響，系統(tǒng)的參數(shù)就會發(fā)生變化，這種變化在模型中能夠體現(xiàn)出來。

2.4.仿真方法并不屬于系統(tǒng)優(yōu)化法，因此對最優(yōu)解并不能求出來，但是人們可以根據(jù)動態(tài)系統(tǒng)模型運(yùn)行的效果，反復(fù)仿真，這樣一來，就可以間接的對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。因?yàn)槲锪飨到y(tǒng)具有多目標(biāo)、多層次以及多因素的特點(diǎn)，因此沒有真正的最優(yōu)解。通過仿真，改善了系統(tǒng)行為。

仿真系統(tǒng)的原理是對仿真調(diào)度模型進(jìn)行建立，從而在調(diào)度決策規(guī)定的指導(dǎo)下，通過模型對生產(chǎn)作業(yè)過程進(jìn)行模擬，從而對這個過程的系統(tǒng)變化進(jìn)行記錄，對性能數(shù)據(jù)以及調(diào)度方案進(jìn)行處理和統(tǒng)計。

近幾年來，仿真技術(shù)被廣泛的應(yīng)用到鋼鐵領(lǐng)域中，鋼鐵領(lǐng)域的每道工序都應(yīng)用到了仿真技術(shù)，但是主要還是應(yīng)用在煉鋼——連鑄生產(chǎn)物流仿真上面。

3.煉鋼——連鑄生產(chǎn)過程在仿真中的應(yīng)用

仿真技術(shù)之所以得到了快速發(fā)展是因?yàn)樗o社會帶來了非常大的效益，利用仿真技術(shù)，建立動畫仿真系統(tǒng)，主要為了讓生產(chǎn)車間物流的流通狀態(tài)可以直觀的進(jìn)行顯示，從而對主輔設(shè)備的協(xié)調(diào)性進(jìn)行檢測，促進(jìn)管理效率的提高。仿真模型的運(yùn)用還可以減少工序等待的時間，因?yàn)樵趫?zhí)行計劃時，計劃和設(shè)備具有多樣性以及隨機(jī)性的特點(diǎn)，因此設(shè)備有很多等待時間。仿真模型的應(yīng)用還可以提高設(shè)備的利用率。因?yàn)樵O(shè)備是由很多個處理設(shè)備的，因此在計劃偏少的時候，可以停止一些設(shè)備的運(yùn)作，從而對整體設(shè)備的負(fù)荷率進(jìn)行了提高。因此在對計劃進(jìn)行編制時，要保證天車運(yùn)輸任務(wù)的需要小于天車數(shù)量。

為了讓仿真系統(tǒng)成為系統(tǒng)的主要研究方向，還需要對其完整性、高效性以及可靠性進(jìn)行研究。

所謂完整性，除了對實(shí)踐類的擾動進(jìn)行分析，對其他方面的擾動也要進(jìn)行研究。

所謂高效性，因?yàn)榉抡嬷饕M現(xiàn)實(shí)環(huán)境，為了提高效率就要采用分布式的網(wǎng)絡(luò)仿真。

所謂可靠性，要與人工計劃進(jìn)行對比，要讓通過計算機(jī)生成的調(diào)度計劃更加的可靠。

4.結(jié)束語

鋼鐵企業(yè)是十分典型的流程工業(yè)，因此對它的研究十分有必要。在過去的時間里，雖然研究了很多的調(diào)度理論，從而讓人們不斷的對仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)造，但是因?yàn)檎{(diào)度問題具有復(fù)雜性的特點(diǎn)，再加上技術(shù)并不發(fā)達(dá)，因此真正可以用的仿真模型十分少。在以后的時間里，為了讓仿真在連鑄生產(chǎn)過程中加大應(yīng)用，對仿真的研究就要加強(qiáng)力度，完善仿真技術(shù)，從而讓煉鋼企業(yè)更好的發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展。

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