杨建平等：炼钢-连铸区段3种典型工序界面技术研究进展 1547 包选配规则，通过规则推理的方法为各炉次选配 所得钢包调度结果进行仿真验证，同时，应用软件 钢包啊 内嵌的遗传算法对调度方案进行修正.以上研究 目前，宝钢、首钢京唐、河钢唐钢不锈钢公司 均是在生产作业计划已知的基础上进行的，钢包 等国内大中型钢铁企业均配置了钢包定位跟踪系 调度的灵活性受到一定限制.针对该问题，张媛5o 统，但通过现场或文献调研，多数钢厂因缺少行之 将钢包抽象为服务炉次的特定工序，将炉次计划 有效的钢包选配模型，钢包定位跟踪系统仅发挥 调度和钢包调度集成为一个问题，建立以生产计 了钢包运行状况的监测作用 划总完成时间、炉次工序间等待时间和设备待包 1.2.3钢包调度 时间最小化为目标的炼钢-连铸生产调度模型，采 所谓钢包调度，就是以最小化周转钢包数量 用改进的分散搜索算法求解模型，并与遗传算法 等为目标，以钢包包龄、维修操作、钢种类型等为 进行对比，验证了该算法的有效性 约束条件，为生产计划内的多个炉次同时选配 对比钢包选配与钢包调度的定义，不难看出 钢包，如图3所示.图中，ab/c表示空包运行阶段 传统意义上的钢包调度属于静态调度范畴，研究 根据钢包状态而采取的不同维修操作；L1(1)、 中通常将钢包在炼钢-连铸区段各工序的作业时 L1(2)L1(n1)表示分配给钢包L1的炉次集合 间以及工序间的运输时间作标准化处理：而钢包 通常，钢包调度是在生产作业计划已知的基础上 选配则需考虑钢包位置、热状态等实时信息，类似 进行的.类似炉次计划调度，钢包调度的求解方法 于动态调度的研究.面对炼钢厂复杂的生产作业 也包括启发式算法、基于生物进化的智能算法和 状况，要实现钢包运行的高效管控，需充分考虑钢 仿真方法等 包选配与钢包调度之间的关系，二者联合建模技 谭园园等6将钢包调度问题抽象为带有时间 术的研发应是今后钢包运行控制研究的重点.近 窗（满包运行阶段）的车辆路径问题，以最小化周 年来，5G通信技术和各种监测手段的发展为开发 转钢包数量为目标，钢种类型、钢包维修等因素作 集成钢包状态监测、选配和调度等功能的钢包运 为约束条件，构建钢包调度模型，应用分散搜索算 行管控系统提供了重要的技术支撑，其技术架构 法求解该模型，但该模型将满包运行阶段作为黑 如图4所示.以生产作业计划中各炉次的工艺要 箱处理，这对结果的准确性有一定影响.在其随后 求作为钢包选配与调度的约束条件，结合钢包定 的研究中7，考虑了满包运行阶段工序作业周期 位跟踪系统提供的钢包位置、钢包周转次数、钢 的影响，除最小化周转钢包个数，最大化工序作业 包类型等信息，进行钢包的选配与调度，优化钢包 稳定性（钢包在各工序的作业时间处在合理作业 周转：此外，根据钢包在满包和空包运行阶段运行 周期范围内)也作为钢包调度模型的优化目标，大 状况的监测，结合包衬材质、结构等信息，确定待 大提高了模型的可用性.郑忠课题组48-先后采 接钢水钢包的热状态，为转炉出钢温度的调控提 用动态网络图方法和统一建模语言(UML),构建 供指导.蔡峻等5刚在基于钢包热状态的钢水温度 以工序间钢包等待时间最小和周转钢包数最少为 补偿方面已开展了大量研究工作，并开发了相应 目标的钢包调度模型，采用Plant Simulation软件对 的软件系统 Cooling stage Filling stage L(1) L(2) L(m) a L2) h a L.(1) b L.2) L.n)■ Time/min 图3钢包调度示意图 Fig.3 Schematic of ladle scheduling包选配规则，通过规则推理的方法为各炉次选配 钢包[45] . 目前，宝钢、首钢京唐、河钢唐钢不锈钢公司 等国内大中型钢铁企业均配置了钢包定位跟踪系 统，但通过现场或文献调研，多数钢厂因缺少行之 有效的钢包选配模型，钢包定位跟踪系统仅发挥 了钢包运行状况的监测作用. 1.2.3    钢包调度 (2)······ 所谓钢包调度，就是以最小化周转钢包数量 等为目标，以钢包包龄、维修操作、钢种类型等为 约束条件，为生产计划内的多个炉次同时选配 钢包，如图 3 所示. 图中，a/b/c 表示空包运行阶段 根据钢包状态而采取的不同维修操作 ； L1 (1)、 L1 L1 (n1 ) 表示分配给钢 包 L1 的炉次集合 . 通常，钢包调度是在生产作业计划已知的基础上 进行的. 类似炉次计划调度，钢包调度的求解方法 也包括启发式算法、基于生物进化的智能算法和 仿真方法等. 谭园园等[46] 将钢包调度问题抽象为带有时间 窗（满包运行阶段）的车辆路径问题，以最小化周 转钢包数量为目标，钢种类型、钢包维修等因素作 为约束条件，构建钢包调度模型，应用分散搜索算 法求解该模型，但该模型将满包运行阶段作为黑 箱处理，这对结果的准确性有一定影响. 在其随后 的研究中[47] ，考虑了满包运行阶段工序作业周期 的影响，除最小化周转钢包个数，最大化工序作业 稳定性（钢包在各工序的作业时间处在合理作业 周期范围内）也作为钢包调度模型的优化目标，大 大提高了模型的可用性. 郑忠课题组[48−49] 先后采 用动态网络图方法和统一建模语言（UML），构建 以工序间钢包等待时间最小和周转钢包数最少为 目标的钢包调度模型，采用 Plant Simulation 软件对 所得钢包调度结果进行仿真验证，同时，应用软件 内嵌的遗传算法对调度方案进行修正. 以上研究 均是在生产作业计划已知的基础上进行的，钢包 调度的灵活性受到一定限制. 针对该问题，张媛[50] 将钢包抽象为服务炉次的特定工序，将炉次计划 调度和钢包调度集成为一个问题，建立以生产计 划总完成时间、炉次工序间等待时间和设备待包 时间最小化为目标的炼钢–连铸生产调度模型，采 用改进的分散搜索算法求解模型，并与遗传算法 进行对比，验证了该算法的有效性. 对比钢包选配与钢包调度的定义，不难看出 传统意义上的钢包调度属于静态调度范畴，研究 中通常将钢包在炼钢–连铸区段各工序的作业时 间以及工序间的运输时间作标准化处理；而钢包 选配则需考虑钢包位置、热状态等实时信息，类似 于动态调度的研究. 面对炼钢厂复杂的生产作业 状况，要实现钢包运行的高效管控，需充分考虑钢 包选配与钢包调度之间的关系，二者联合建模技 术的研发应是今后钢包运行控制研究的重点. 近 年来，5G 通信技术和各种监测手段的发展为开发 集成钢包状态监测、选配和调度等功能的钢包运 行管控系统提供了重要的技术支撑，其技术架构 如图 4 所示. 以生产作业计划中各炉次的工艺要 求作为钢包选配与调度的约束条件，结合钢包定 位跟踪系统提供的钢包位置、钢包周转次数、钢 包类型等信息，进行钢包的选配与调度，优化钢包 周转；此外，根据钢包在满包和空包运行阶段运行 状况的监测，结合包衬材质、结构等信息，确定待 接钢水钢包的热状态，为转炉出钢温度的调控提 供指导. 蔡峻等[51] 在基于钢包热状态的钢水温度 补偿方面已开展了大量研究工作，并开发了相应 的软件系统. L1 … Ladle number (sets) Lm L1 (1) a Cooling stage Filling stage … … … … b Time/min c a b c a b c L1 (2) L1 (n1 ) L2 (n2 L ) 2 L (2) 2 (1) Lm(1) Lm(2) Lm(n3 ) L2 图 3    钢包调度示意图 Fig.3    Schematic of ladle scheduling 杨建平等： 炼钢–连铸区段 3 种典型工序界面技术研究进展 · 1547 ·