多工序一体化柔性生产计划与管控系统

2 系统功能与开发
系统包括标准管理模型、 物料设计优化模型、 炼钢组炉优化模型、 炼钢连铸优化模型、 凉料计划 作业管理和管控、 轧钢辊期优化模型、 快速补产模 型、 有限产能均衡排产模型等子功能， 全部以标准 管理为基础。通过开发系统的标准化及体系化， 加 强计划信息与实绩信息的联系， 提高生产及质量管 理水准， 提高业务处理速度及作业数据的可靠性， 构筑按订单管理交货期的客户服务基础。 柔性生产计划与管控优化系统采用定制开发
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经济与管理
多工序一体化柔性生产计划与管控系统
李 砚 婷
（济钢集团有限公司 生产部， 山东 济南 250101） 摘 要： 济钢东区炼钢、 轧钢生产线实施多工序一体化柔性生产计划与管控系统， 系统平台包括物料设计优化、 炼钢组炉优
位销或螺栓脱落造成的齿轮打齿故障。 5） 改善齿轮制作工艺流程， 提高加工精度。齿 轮制作的具体工艺流程： 下料、 锻造、 等温正火、 粗加 工、 精车、 滚齿、 剃齿、 渗碳淬火、 抛丸除氧化皮、 磨内 孔端面、 磨齿、 修整等。采用等温正火有效改变了一 般正火冷却均匀性难以控制的弊端， 产品质量稳定 可靠。采用抛丸除氧化皮、 磨内孔端面、 磨齿、 修整 等工艺， 提高了加工精度， 齿轮精度由原来的 7 级提 高到 6 级。 6） 齿轮结构设计及强度校核计算。改造后， 通 过对各级齿轮的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度校核 计算， 各级齿轮强度都已满足设计要求。减速机传 动比的优化、 齿轮宽度的增加都在一定程度上改善 了接触疲劳强度和弯曲疲劳强度， 这表明齿轮结构 改进比较合理。
化、 炼钢连铸优化、 凉料计划作业管理和管控、 轧钢辊期优化、 快速补产、 有限产能均衡排产模型等， 模块间数据共享和相互 联动， 实现了整个炼钢—轧钢一体化计划的柔性编制和执行管控。系统运行稳定可靠， 投运率达到 100%， 满足了日益增长 的个性化订单生产和交付的要求。 关键词： 一体化柔性生产； 计划； 管控； 功能模块 中图分类号： F270.7 文献标识码： A 文章编号： 1004-4620 （2011） 02-0071-02
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MPa， 接触安全系数为 1.13， 小于最小允许的安全系 数 1. 25； 太阳轮齿面弯曲疲劳强度为 732 MPa， 弯曲 强度安全系数为 1.09， 小于最小允许的安全系数 1.5。由计算结果可知， 二级太阳轮的弯曲疲劳强度 和接触疲劳强度都不满足强度条件。
1 前
言
的方式进行。主要开发了下列功能模块： 标准管 理、 板坯设计、 炉次设计、 凉料计划制定和坯料管 控、 订单补产计划制定和均衡排产模型。 2.1 标准管理 为了提高工序计划的准确性以及多种尺寸的 钢坯、 钢板等的设计生产效率， 需要录入济钢可生 产及管理的尺寸和组标准规格和作业规格等信 息。主要概括为 3 方面内容： 炼钢标准 （板坯设计标 准、 炉次编制标准、 浇次编制标准等） ； 中厚板轧钢 标准 （轧辊编制标准、 其他轧制约束条件） ； 技术参 数管理 （成材率标准管理、 毛边板标准等） 。 2.2 板坯设计 板坯设计采用回溯的算法。以完成质量设计 的订单为基础， 根据订单的不同类型 （长宽定尺、 宽 度定尺、 长度定尺、 毛边） 倒推计算出母板的厚、 宽、 长和倍尺数， 再由母板规格及铸机断面确定板坯的 长度。根据订单重量、 交付公差上下限和板坯中包 含产品的重量来求出板坯数量。若订单有客户要 求张数， 则优先按订单张数来求板坯的数量。板坯 设计有电算和手动 2 种方式。在板坯设计中还应用 了一些新技术来完善设计过程、 简化操作、 提高成 材率。如板坯倒算、 批量设计、 外销坯设计、 多坯型 的板坯设计、 复数设计。 2.3 炉次设计 炉次计划是指炼钢分厂根据合同特征、 冶炼工 艺、 设备能力、 与后续工艺的衔接关系等客观要求， 对生产已完成设计的板坯按炉次进行优化组合， 编 制炉次单位量， 使总体生产成本最低、 余材量最少， 并保证后续工艺的要求。 1） 炉次编制的限制因素： 除了相同的钢种组炉 外， 也可以高低钢种组合在一起生产， 但应该是化 学成分接近的同级钢种， 高判低； 板坯的断面 （厚 度、 宽度） 相同； 板坯对应钢卷厚度应满足同一厚度 组， 通过对订单厚度分布的分析， 确定厚度范围划
3 设计改进
1） 在保证速比和输出扭矩不变的情况下， 可以 改变调整减速机三级传动比的比例结构， 尽量使三 级传动数值更接近， 使齿轮受力均匀。三级传动比 受力更加均匀。
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由 5.6 ∶ 7.7 ∶ 4.8 改为 5.8 ∶ 6.2 ∶ 6.05， 传动比更加接近， 使 2） 根据轮齿材料性能齿面要硬、 齿芯要韧的基 本要求 ， 对齿坯材料和热处理工艺进行优化改 进。齿坯材料改为 20CrMnTi 和 42CrMo； 热处理工 艺改为渗碳后淬火。其强度极限由 700 MPa 提高 到 1 100 MPa。改进后各齿轮材料及热处理工艺为： 太阳轮、 行星轮选材为 20CrMnTi， 渗碳淬火， 表面硬 度 HBS 300， 芯 部 硬 度 HRC 58～62， 硬化层深度 1.8～2.8 mm； 齿圈选材为 20Cr， 渗碳淬火， 表面硬度 HBS 300， 芯部硬度 HRC 58～62。 3） 根据齿轮强度的计算公式可知， 轮齿越宽， 承 载能力越高， 所以在保证减速机箱体尺寸形状和内 部间隙要求的前提下， 适当增加了二级太阳轮和行 星轮齿面的宽度。齿面宽度由原来的 100 mm 增加 到 120 mm。 4） 改变行星架定位连接方式。由原来的定位销
生产计划不但要以市场需求和客户个性化的 要求来确定， 还要根据企业制造资源的实际能力和 库存、 生产进度的动态变化来调整。柔性生产计划 和管控已成为提高企业核心竞争力的重要环节。 使柔性生产计划适应市场需求， 以应对不准确的预 测和不断变化的客户需求。当内部能力发生变化 时进行生产计划排程与调整， 妥善安排进度， 既保 证生产指标的实现， 又保证企业生产秩序与生产线 的相对稳定。当前钢铁市场竞争激烈， 订单品种不 断增多， 批量不断减少。济钢中厚板 3 500 产线平 均 订 单 批 量 由 2006 年 的 89.7 t 降 低 到 2010 年 的 68.6 t， 对此， 济钢实施了多工序一体化柔性生产计 划与管控系统。 系统实施范围主要为济钢东区炼钢、 轧钢生产 线， 具体设计区域包括济钢炼钢厂的铁水预处理 炉、 转炉、 精炼、 连铸、 坯库； 中厚板厂的加热炉、 粗 轧、 精轧、 控冷、 矫直机、 冷床、 剪切、 热处理、 质检、 钢板库。
使总工作量平均分配到生产线上各单位， 并使各工 序的机器设备闲置现象尽量减少， 消除生产线上的 瓶颈现象， 以提高生产效率。生产管制实时监控作 业现况， 对突发状况及时做出应对方案， 调整生产 计划， 使生产顺利进行， 从而最大限度提高产线的 生产量及产品质量。通过计划的执行跟踪、 监控， 以整体协调优化全线作业效率， 实时监控订单的各 进程状态， 确定订单生产状况。根据订单的交货期 等交货条件， 调整生产指示顺序， 优先生产， 或当订 单终止取消订单生产等。 2.7 凉料计划制定和坯料管控 生产过程中通过适当插入凉料， 不但可以优化 轧辊的周期， 还可以调节生产组织、 改善库存。根 据订单进行板坯设计， 以选择合适的凉料板坯， 凉 料与订单挂接时生成厚板任务， 再根据生产和订单 需求选择下达计划， 合理安排生产。板坯入库管理 从板坯连铸机二级系统接收板坯信息。板坯库管 理可以实现板坯库内移动、 区域间移动的管理， 入 库处理时， 系统提供智能提示功能， 根据出库日期、 板坯规格等， 提示 5 个优先考虑的垛位。建立板坯 库存监控界面， 实时监控确保坯料及时轧制。 2.8 订单补产计划制定 当有订单未完成欠量时应进行订单补产。对 订单进程细致跟踪， 根据订单各进程重量确定订单 欠量， 然后将订单欠量部分再次制定计划组织生 产。订单补产功能保证了订单的足量及时交货， 对 于提升济钢的信誉度和客户满意度具有重要的意 义。建立订单补产监控界面， 根据系统提示重量补 产， 编制补产计划。 2.9 建立均衡排产模型 为了更好按照市场需求的比例， 每天均衡地生 产出各种产品， 使各道工序间和供应商的生产负荷 安定化， 降低库存， 不断提高应对市场需求变化的 能力， 尽量让生产与市场需求一致， 应完全按照市 场需求组织生产。 2008 年开发了 “均衡排产模型” 以实现柔性化 生产， 及时满足客户订单的交付时间要求。均衡排 产规定产品的品种、 质量、 数量和期限， 均衡地生产 产品； 内部各生产环节， 能有节奏地进行生产， 即各 生产环节按照计划的时间间隔， 完成等量的产品或 工作量， 建立在全面完成各项生产指标基础上的生 产组织。全面的均衡生产是企业的每一生产范围 和生产环节、 时间阶段都均衡地生产。不仅产品在 数量上、 生产进度上是均衡的， 而且在人力和设备 的负荷上也是均衡的。 （下转第 76 页）
收稿日期： 2010-08-03 作者简介： 李砚婷， 女， 1968 年生， 2004 年毕业于山东经济管理干部 学院经济管理专业。现为济钢生产部工程师， 从事质量管理工作。
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分单位， 此单位应能够反映轧辊周期厚度变化趋 势； 满足炉次内板坯重量范围； 相同订单板坯尽量 接近， 便于订单收集和发运交货。 2） 炉次调整功能包括炉次合并、 炉次分离、 炉 次内板坯顺序调整等。炉次编制完成后， 可以将钢 种、 断面相同， 厚度、 宽度跳跃不大的半炉合炉。 3） 对编制好的炉次结果不满意时， 可以取消， 还原到板坯。由于济钢炼钢厂转炉单炉出钢量 130～155 t， 炉容较大， 炼钢内控牌号过多使排产复 杂化， 造成 “三多” （即异钢种组炉多、 连浇多、 铸坯 接头多） ， 使非计划坯增加， 造成大量资源浪费。因 此， 根据钢种成分、 性能、 工艺路线以及合金成本等 综合条件， 考虑炼钢牌号的合并或异钢种组炉， 增 强钢坯的通用性， 既能简化炼钢排产和炼钢过程， 保证产品及时生产和交付， 又能提高成材率， 节约 炼钢成本。顾客的个性化需求被转移到排产较简 单的轧钢部分， 使整个生产控制系统更为合理。根 据精益生产中的计划脱困策略， 即通过合并冶炼钢 种努力增强钢坯的通用性， 解决目前部分钢种专用 性强且交货期短的问题。 2.4 连浇炉次编制 充分考虑连铸机限制、 加热炉的能力、 轧辊能 力等因素编制炉次浇铸顺序。编制以板坯设计结 果和炉次编制结果为对象： 用炼钢编制计划标准和 轧钢编制计划标准有效地编制连浇炉次； 第一次编 制炉次时， 利用相关炉次信息而编辑连浇炉数共用 信息； 编辑钢种 （AH32、 AH36、 50C 等） 、 板坯厚度、 板坯宽度、 产品分类信息； 提取下一次编制对象的 炉次信息； 根据在同一连浇炉数内最终编制的炉次 信息， 确认在同一连浇炉数的编制与否； 形成组浇 原则， 即碳含量、 合金种类及含量要求相近的钢种 可以混浇。以板坯设计结果和炉次编制结果为对 象， 同时用炼钢编制计划标准和轧钢编制计划标 准， 有效地编制连浇炉次。 2.5 轧辊单位编制 根据轧辊编制标准， 利用连浇炉次编制结果考 虑各炉次单位板坯的生产顺序。生产计划板坯中， 除了对能进行直接热装计划的板坯以外， 其余决定 轧辊单位编制： 把一个板坯配置到相关轧辊管理编 号的轧辊单位； 确认轧辊编制量在最小量与最大量 之间； 如果轧辊编制量超过轧辊编制最大量， 则配 置到下一次轧辊管理编号的轧辊单位。 2.6 生产管控 选调已编制的浇次信息、 板坯信息编制出钢指 示、 中厚板厂轧制指示、 切割指示并向二级发送作 业指示， 保证产线生产均衡。生产线均衡的问题是