0 引言
煉鋼生產(chǎn)作為鋼鐵生產(chǎn)的一個關鍵環(huán)節(jié)，工序間物流的緊密銜接、生產(chǎn)節(jié)奏的協(xié)調對生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性有著極為重要的影響。而我國對該方面的研究尚處于起步階段，國內大部分鋼廠的動態(tài)計劃與調度主要依靠人工完成，調度人員工作量大、效率低，人為的隨機影響較大，對企業(yè)信息資源的利用程度低，難以實現(xiàn)調度的系統(tǒng)優(yōu)化。因此，加強研究和開發(fā)一種適合煉鋼車間生產(chǎn)調度的優(yōu)化技術，從而保證物流暢通和實施有效的生產(chǎn)組織與管理，以提升生產(chǎn)系統(tǒng)的運行效率和總體效益，對提高企業(yè)核心競爭力有重要的現(xiàn)實意義。本文提出了一種基于仿真的車間調度優(yōu)化方法，克服了對調度系統(tǒng)的形式化數(shù)學描述的缺陷。
1 模塊功能設計
通過對煉鋼物流對象的研究、分析以及ERP軟件設計自身的需求，煉鋼物流仿真系統(tǒng)有以下主要需求：
1)煉鋼物流全流程仿真；
2)組態(tài)建模，模型仿真；
3)仿真系統(tǒng)環(huán)境設置及管理；
4)仿真實時信息處理；
5)仿真結果分析評價：
因此按照面向對象設計方法煉鋼物流仿真系統(tǒng)有如下功能模塊：系統(tǒng)管理模塊，庫管理模塊，組態(tài)建模模塊，結果評價模塊，核心算法模塊。
煉鋼物流仿真系統(tǒng)詳細設計：
1.1 系統(tǒng)管理系統(tǒng)
系統(tǒng)管理系統(tǒng)在煉鋼物流仿真系統(tǒng)中的主要任務是管理軟件用戶的權限，保證ERP軟件使用的安全性能，禁止軟件的非法使用。因此用戶管理系統(tǒng)在軟件中的主要功能為：驗證用戶的合法性、驗證用戶使用軟件功能的權限。用戶管理系統(tǒng)在軟件中的主要操作為：查看用戶，添加用戶，刪除用戶，編輯用戶，設置用戶權限等。圖1為用戶管理系統(tǒng)設計原理圖。
圖1 用戶管理系統(tǒng)設計原理圖
1.2 組態(tài)建模系統(tǒng)
組態(tài)建模是煉鋼物流仿真系統(tǒng)的一個核心功能。組態(tài)建模系統(tǒng)在ERP軟件中主要完成運行環(huán)境下的仿真模型動態(tài)搭建、編輯等功能。圖2為組態(tài)建模系統(tǒng)設計原理圖。
用戶在組態(tài)建模系統(tǒng)中，首先創(chuàng)建模型空間，在模型建模工具欄中選取工藝設備，該選取信息將被記錄，并設置相應的建模標志位。隨后在相應建模空間中點擊，激活模型空間，獲取模型空間的索引，設備組件加載器將自動在激活的模型空間加載選取的工藝設備，并初始化組件的幾何屬性等基本信息。其后，用戶選取功能型組件，根據(jù)設備關聯(lián)原則，兩兩連接已經(jīng)加載的工藝設備組件，組件的關聯(lián)屬性將自動初始化。最后用戶點擊仿真模型中存在的各個組件對象，根據(jù)各組件代表的物理意義，相應的設置組件的工藝屬性。
圖2 組態(tài)建模系統(tǒng)設計原理圖
1.3 核心算法系統(tǒng)
煉鋼物流仿真系統(tǒng)主要以基于細胞自動機的煉鋼物流仿真模型為內核。細胞自動機是一個由細胞、狀態(tài)、鄰域和規(guī)則構成的四元組。離散的細胞在空間上構成一個細胞空間：在某一時刻一個細胞只能有。一種狀態(tài)，且該狀態(tài)取自一個有限集合：鄰域是在某個細胞周圍按一定形狀劃定的細胞集合，它們影響該細胞下一個時刻的狀態(tài)；規(guī)則定義了細胞狀態(tài)轉換的規(guī)則。
細胞自動機方法的基本原理是：把連續(xù)的實體空間看成是由許多離散節(jié)點按一定規(guī)則排列的空間點陣：把在空間中運動的物質實體看成是許多相互獨立又相互作用的微觀粒子的集合體；微觀粒子只能停留在空間點陣的節(jié)點上，并在每一時間步長內，各粒子按一定的移動規(guī)則從一個節(jié)點移動到另一個節(jié)點；同一時刻到達同一節(jié)點的幾個粒子按照一定規(guī)則使各粒子(或節(jié)點)的狀態(tài)發(fā)生改變；運動到邊界上的粒子，將按邊界處理規(guī)則改變運動狀態(tài)；大量粒子反復運動，通過相互協(xié)作和自組織，使整個體系達到一種穩(wěn)定的動態(tài)平衡，以反映物質實體在該空間的宏觀運動的統(tǒng)計特征和規(guī)律。
1.4 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)
應用型軟件的數(shù)據(jù)庫設計是尤其重要的，它關系著整個系統(tǒng)、各個對象、組織模塊的數(shù)據(jù)信息傳遞過程。因此煉鋼物流仿真系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的設計影響深遠。
在煉鋼物流仿真系統(tǒng)設計中，數(shù)據(jù)庫按其功能劃分為：系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)運行庫，輸入數(shù)據(jù)庫，中間數(shù)據(jù)庫和結果數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫：存儲系統(tǒng)常規(guī)信息，可視化仿真模型信息。
系統(tǒng)運行庫：存儲可視化仿真模型仿真運行需要的狀態(tài)信息。該信息來源可以是來自實際生產(chǎn)，也可以是內核仿真算法的實時仿真信息。
輸入數(shù)據(jù)庫：實現(xiàn)與實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)、動態(tài)仿真模型的銜接，為仿真軟件進行仿真實驗做必要的數(shù)據(jù)準備。
中間數(shù)據(jù)庫：用實時記錄仿真運行過程中每個罐鐵水或鋼水實時運作信息，如進入某一工位的時間、停留時間等，為仿真結果分析做數(shù)據(jù)準備。
結果數(shù)據(jù)庫：用于存儲仿真評價結果和各種統(tǒng)計信息，為仿真模型進行仿真結果分析做數(shù)據(jù)準備。
2 小結
本文首先介紹了煉鋼車間仿真系統(tǒng)總體設計思想，隨后分析了煉鋼物流仿真系統(tǒng)結構設計方法，最后對煉鋼物流仿真系統(tǒng)進行了詳細設計。
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