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編者按：

隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)的飛速發(fā)展，以及IT與OT技術(shù)的進一步融合，工業(yè)制造、城市交通、電力能源、農(nóng)業(yè)等各大行業(yè)領(lǐng)域的智慧化發(fā)展已成為必然趨勢。推進各領(lǐng)域向智慧化發(fā)展是一項復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)工程，既需要單一技術(shù)與裝備的突破應(yīng)用，還需要系統(tǒng)化的集成創(chuàng)新。智慧系統(tǒng)解決方案是推廣普及智能化技術(shù)的關(guān)鍵手段，是促進各行業(yè)智能化水平提升的核心。

為深化智慧產(chǎn)業(yè)發(fā)展，進一步提升智慧產(chǎn)業(yè)各領(lǐng)域系統(tǒng)解決方案應(yīng)用水平，現(xiàn)由中國自動化學(xué)會、智能制造推進合作創(chuàng)新聯(lián)盟、工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、邊緣計算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、中國儀器儀表行業(yè)協(xié)會主辦，控制網(wǎng)（www.miconline.com.cn）＆《自動化博覽》承辦的2020智慧系統(tǒng)解決方案征集活動已正式啟動，面向全行業(yè)公開征集智慧系統(tǒng)解決方案。本刊特開設(shè)智慧系統(tǒng)解決方案專欄，刊發(fā)其中優(yōu)秀的解決方案以饗讀者。

河鋼樂亭項目是河鋼集團貫徹落實中央關(guān)于鋼鐵企業(yè)退城重大搬遷決策部署、以產(chǎn)能置換方式推動集團沿海鋼鐵產(chǎn)業(yè)布局、促進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、實現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)升級的重要工程項目。在整個鋼鐵行業(yè)產(chǎn)能過剩、同質(zhì)化競爭日趨激烈的大背景下，河鋼樂亭從項目啟動開始，便圍繞如何提高企業(yè)的有效供給、創(chuàng)新生產(chǎn)組織模式和服務(wù)模式、培育競爭新優(yōu)勢，真正促進企業(yè)產(chǎn)品及產(chǎn)業(yè)升級等目標(biāo)，從管理、工藝、設(shè)備、信息自動化體系支撐等全方位入手，展開頂層規(guī)劃設(shè)計，建設(shè)覆蓋鐵、鋼、軋的綠色化、智能化、品牌化的新一代長流程鋼廠。

結(jié)合《中國制造2025》以及《國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》的要求與建議，在信息自動化體系支撐方面，借鑒業(yè)內(nèi)同行及河鋼自身有益經(jīng)驗，充分發(fā)揮與產(chǎn)線基建同步建設(shè)實施的資源優(yōu)勢，對生產(chǎn)全要素進行總動員，覆蓋產(chǎn)銷一體化、全流程質(zhì)量管理、供應(yīng)鏈、物流、能源、設(shè)備、財務(wù)、成本、人力等各方管理需求，構(gòu)筑縱向貫通、橫向集成、協(xié)同聯(lián)動的完整智能制造體系。本文為河鋼樂亭鐵鋼區(qū)智能調(diào)度設(shè)計方案，重點為充分利用信息技術(shù)手段以及優(yōu)化模型算法，以鐵鋼區(qū)動態(tài)調(diào)度系統(tǒng)為中心，深度集成鐵運、鐵前MES、鋼區(qū)MES、自動化天車、鐵鋼包管理、鋼區(qū)二級等系統(tǒng)，使鐵鋼調(diào)度執(zhí)行過程智能化、可視化，生產(chǎn)狀態(tài)實時感知、對生產(chǎn)異常進行預(yù)測預(yù)警，為調(diào)度決策提供準(zhǔn)確信息，進而實現(xiàn)鐵區(qū)高爐出鐵、鋼區(qū)各工序生產(chǎn)作業(yè)的高效協(xié)同，實現(xiàn)企業(yè)鐵鋼產(chǎn)能平衡，滿足河鋼樂亭綠色化、智能化建設(shè)目標(biāo)，為未來河鋼樂亭品牌化奠定基礎(chǔ)。該項目預(yù)計于2020年5月投入運行。

1 項目創(chuàng)新點

（1）冶金長流程智能化解決方案：從單工序或局部區(qū)域的模型化、精細化拓展到全流程的智能化，覆蓋產(chǎn)品制造全流程；

（2）鐵鋼區(qū)生產(chǎn)管控柔性銜接：突破以往鐵、鋼獨立作業(yè)模式，將鐵區(qū)按庫存生產(chǎn)以及鋼后按訂單生產(chǎn)組織模式進行柔性銜接，支撐鐵鋼綠色化經(jīng)濟生產(chǎn)；

（3）異構(gòu)系統(tǒng)集成程度高：以鐵鋼區(qū)動態(tài)調(diào)度系統(tǒng)為中心，統(tǒng)籌鐵運物流及生產(chǎn)等系統(tǒng)，統(tǒng)一各系統(tǒng)間接口模式，進行異構(gòu)系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成；

（4）新一代智能化技術(shù)應(yīng)用：包括業(yè)內(nèi)先進的多目標(biāo)優(yōu)化模型算法、圖像AI識別技術(shù)、鐵鋼包/天車定位及RFID跟蹤技術(shù)的集成應(yīng)用。

2 項目方案

鋼鐵行業(yè)為典型的長流程生產(chǎn)制造型行業(yè)，包括了煉鐵、煉鋼、軋鋼（熱軋、冷軋）等主要生產(chǎn)過程。按照各生產(chǎn)過程的特點，業(yè)內(nèi)通用的生產(chǎn)管理模式為煉鐵區(qū)域進行面向庫存的生產(chǎn)、鋼后區(qū)域進行面向訂單的生產(chǎn)，從一定程度上講，企業(yè)對鐵區(qū)、鋼區(qū)的生產(chǎn)管理是相對獨立的，前后生產(chǎn)節(jié)奏銜接不夠緊密，鐵水運輸以及下游生產(chǎn)組織的效率極大地依賴于公司級生產(chǎn)調(diào)度人員的經(jīng)驗，易造成鐵水溫降過大或鋼區(qū)生產(chǎn)無法按計劃準(zhǔn)確執(zhí)行等情況；另一方面，鋼區(qū)生產(chǎn)組織相對復(fù)雜，冶煉過程屬于“黑箱”系統(tǒng)，無法精準(zhǔn)感知控制生產(chǎn)節(jié)奏，亟需通過智能化手段進行事前生產(chǎn)預(yù)測及事后的生產(chǎn)調(diào)整，以滿足新一代冶金長流程生產(chǎn)企業(yè)精細化管理的更高要求。因此，河鋼樂亭在整體智能化產(chǎn)線設(shè)計中，特別針對鐵鋼區(qū)生產(chǎn)調(diào)度管理進行了深入研究，設(shè)計方案如下：

（1）整體功能設(shè)計

河鋼樂亭鐵鋼區(qū)智能調(diào)度，為跨生產(chǎn)區(qū)域的公司級全流程冶煉作業(yè)計劃指揮管理系統(tǒng)，屬行業(yè)首創(chuàng)，是河鋼樂亭產(chǎn)銷一體化管理中的重要組成部分，向上承接產(chǎn)銷一體化-計劃系統(tǒng)下發(fā)的澆次計劃以及產(chǎn)銷一體化-訂單設(shè)計下發(fā)的鋼區(qū)質(zhì)量設(shè)計，向下指導(dǎo)從鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐、精煉、到連鑄等鋼區(qū)全流程生產(chǎn)作業(yè)。

主要功能包括：鋼區(qū)生產(chǎn)作業(yè)動態(tài)排程、溫度預(yù)測、天車實時調(diào)度、鋼包調(diào)度、鐵水調(diào)撥。通過特定工藝參數(shù)、牌號以及工藝路徑的數(shù)據(jù)設(shè)定，管理從鐵水需求、轉(zhuǎn)爐、精煉到澆鑄和鋼包管理的一系列生產(chǎn)過程，在滿足工藝和物流管理需求的基礎(chǔ)上，達到生產(chǎn)序列和生產(chǎn)截止期的最佳匹配，削減運輸緩沖時間，有效減少鐵水溫降，保障鐵水預(yù)處理高效脫硫，提升鋼區(qū)冶煉作業(yè)效率、提升鋼包的出鋼質(zhì)量，保障生產(chǎn)穩(wěn)定性。鐵鋼區(qū)動態(tài)調(diào)度系統(tǒng)在鐵區(qū)的管理范圍包括高爐出鐵到煉鋼鐵水預(yù)處理，主要功能包括分鐵計劃、鑄鐵計劃以及鋼區(qū)緩沖包計劃的創(chuàng)建下發(fā)、鐵水調(diào)度管理。鋼區(qū)的管理范圍包括鋼區(qū)爐次計劃編制、鋼包調(diào)度管理、鋼區(qū)爐次計劃動態(tài)調(diào)整、調(diào)度及監(jiān)控。

（2）系統(tǒng)集成及關(guān)鍵技術(shù)

河鋼樂亭鐵鋼區(qū)智能調(diào)度設(shè)計方案，以產(chǎn)銷一體化-鐵鋼動態(tài)調(diào)度系統(tǒng)為核心，通過與煉鐵MES、鐵運系統(tǒng)、煉鋼MES、鐵鋼包管理、自動化天車系統(tǒng)、鋼區(qū)二級系統(tǒng)的深度集成，進行鐵鋼區(qū)調(diào)度聯(lián)合作業(yè)協(xié)同管理，對高爐、鐵包、運輸機車、天車、鋼包、轉(zhuǎn)爐等作業(yè)實體，以及出鐵過程、運輸過程、吊運過程、冶煉過程等作業(yè)活動進行統(tǒng)籌監(jiān)控、管理，充分考慮實體與過程的狀態(tài)變更，充分考慮鐵鋼水運輸過程溫降、包的運輸及吊運路徑選擇、前后生產(chǎn)工序作業(yè)銜接等關(guān)鍵因子，采用多目標(biāo)尋優(yōu)智能算法進行系統(tǒng)建模，使整個鐵鋼調(diào)度執(zhí)行過程數(shù)字化、智能化，動態(tài)可調(diào)。

其中，煉鐵MES主要與鐵鋼區(qū)調(diào)度系統(tǒng)交互高爐鐵水生產(chǎn)計劃、出鐵實績及質(zhì)量信息，供鐵鋼區(qū)調(diào)度進行合理的鐵水分配及爐次訂單匹配。鐵運采用機車位置跟蹤、微機聯(lián)鎖等技術(shù)完成包架、機組運輸動態(tài)管理，執(zhí)行鐵鋼區(qū)調(diào)度系統(tǒng)分鐵計劃，為鐵包運輸選擇最優(yōu)路徑計算，提高鐵包周轉(zhuǎn)效率。煉鋼MES主要接收鐵鋼區(qū)調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)澆次計劃推導(dǎo)計算的鋼區(qū)各工序生產(chǎn)計劃，并與鋼區(qū)二級共同完成鋼區(qū)生產(chǎn)情況跟蹤。鐵鋼包管理主要功能包括鐵包、鋼包的識別及定位、鋼包熱成像監(jiān)測、鋼包內(nèi)襯狀態(tài)及維護、包齡及履歷管理。基于定位和驗證傳感設(shè)備，進行鋼包的識別以及天車和鋼包車的實時跟蹤。通過紅外攝像和AI圖像識別技術(shù)應(yīng)用，對生產(chǎn)狀態(tài)的鋼包進行360度檢測，實時掌握鋼包內(nèi)襯侵蝕狀態(tài)，進行維修預(yù)警，防止漏鋼事故，提升鋼包智能選用及生產(chǎn)安全性保障。同時，通過對鐵、鋼包使用履歷的管理，向鐵鋼區(qū)調(diào)度系統(tǒng)提供鐵包、鋼包的可用列表情況與使用狀態(tài)信息。自動化天車系統(tǒng)主要完成鐵包的吊運以及鋼包的吊運管理，應(yīng)用天車吊包的掛鉤識別輔助技術(shù)及天車導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用，確保作業(yè)安全可控，保障工序間生產(chǎn)銜接高效協(xié)同。

（3）業(yè)務(wù)功能實現(xiàn)

實際執(zhí)行中，根據(jù)產(chǎn)銷一體化下發(fā)的鋼區(qū)澆次序列，鋼區(qū)動態(tài)調(diào)度生成鋼區(qū)爐次生產(chǎn)訂單，借助系統(tǒng)排程模型算法得出該澆次每爐在每個工序的開始生產(chǎn)和結(jié)束生產(chǎn)時間，進而推出鋼區(qū)生產(chǎn)所需鐵水需求量。當(dāng)鋼區(qū)生產(chǎn)所需鐵水需求量與高爐出鐵計劃的出鐵量曲線不平衡時，鐵區(qū)動態(tài)調(diào)度及時給予調(diào)整反饋。正常情況下，鐵區(qū)動態(tài)調(diào)度參考鐵前MES系統(tǒng)的高爐出鐵計劃，計算該澆次每爐在鐵水預(yù)處理工序的開始生產(chǎn)、結(jié)束生產(chǎn)時間、計劃到達出鐵口時間、出鐵口等信息。同時，鐵區(qū)調(diào)度向鐵運系統(tǒng)提出空包需求計劃，鐵運系統(tǒng)根據(jù)鐵包狀態(tài)及流轉(zhuǎn)情況，給出合理的配包實績。之后，鐵區(qū)調(diào)度再根據(jù)出鐵實績與鋼區(qū)鐵水需求計劃指定鐵水重包去向。鋼區(qū)接鐵完成后，鐵區(qū)動態(tài)調(diào)度接收鐵包管理系統(tǒng)給出的空包返回信息，將其中可用包列入可用空包列表，同時接收天車系統(tǒng)的返回鐵包放置信息，進而完成對鐵包使用情況、狀態(tài)的跟蹤與履歷管理。鋼區(qū)動態(tài)調(diào)度根據(jù)澆次計劃生成的爐次生產(chǎn)計劃，包括了預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐、精煉、連鑄等各個生產(chǎn)工序的生產(chǎn)計劃及時間序列，以圖形化方式展示，明確了各生產(chǎn)工藝路徑及生產(chǎn)設(shè)備，并同步給鋼包管理、自動化天車、鋼區(qū)二級等系統(tǒng)，按照爐次計劃共同組織完成鋼區(qū)生產(chǎn)聯(lián)動作業(yè)。通過二級實際反饋上傳的工序生產(chǎn)狀態(tài)，鋼區(qū)動態(tài)調(diào)度對爐次計劃進行執(zhí)行過程的監(jiān)控管理，當(dāng)計劃執(zhí)行出現(xiàn)時間、設(shè)備或人為調(diào)整導(dǎo)致的偏差時，系統(tǒng)實時對爐次計劃進行動態(tài)更新；根據(jù)生產(chǎn)鋼水的質(zhì)量判定信息，鋼區(qū)動態(tài)調(diào)度可以進行快速的爐次換單，并重新計算當(dāng)前爐次計劃及后續(xù)爐次計劃的生產(chǎn)計劃信息，滿足調(diào)度人員對鋼區(qū)生產(chǎn)節(jié)奏的動態(tài)管理，滿足公司對于全流程按單進行生產(chǎn)、質(zhì)量管理的需要。在生產(chǎn)過程發(fā)生異常后，如資源、時間發(fā)生沖突或存在斷澆可能時，系統(tǒng)會提供預(yù)警，輔助調(diào)度人員進行作業(yè)調(diào)整，適應(yīng)煉鋼區(qū)域復(fù)雜多變的生產(chǎn)管理要求，同時滿足下游軋鋼區(qū)域的物料需求計劃。

鐵區(qū)調(diào)度畫面

鋼區(qū)調(diào)度畫面

摘自《自動化博覽》2020年4月刊