0 前言
鋼鐵生產過程中，煉鐵、煉鋼、連鑄、軋鋼等各工序的生產是離散和連續相混合的流程式生產過程，其生產調度面對的是多任務、多目標、多約束的多種不確定性因素。煉鐵生產強調高爐的連續、長效、穩定運行，而煉鋼、連鑄、軋鋼是間斷性生產，強調批量生產的穩定性和完整性。由于品種、規格較多，煉鋼、連鑄的生產組織難度很大。因此，鋼鐵企業生產調度的重點就是在繁雜多變的生產條件下，通過科學組織，動態優化，確保煉鋼、連鑄、軋鋼生產作業計劃的組織和實施。
MES-生產制造執行系統，是隨著工業管理水平的提升而逐漸發展起來的現代化信息管理系統，包括生產作業計劃、生產調度、設備管理、質量管理、物料跟蹤等模塊，其中，生產作業計劃與生產調度是其核心功能。近年，隨著信息化建設的推進，安鋼在鋼軋生產、鐵前生產區域相繼建起了MES系統，整體生產制造過程的管控能力得到顯著提升。在日益激烈的市場競爭形勢下，訂單生產的個性化需求不斷增強，對MES環境下生產排程與生產調度的及時性、合理性提出了更高的要求。
1 MES環境下的計劃排產
隨著市場競爭和企業生產管理水平的發展，按訂單組織生產成為各鋼鐵企業的共識。在MES環境下，計劃排產都是建立在滿足終端客戶的個性化需求的基礎上，生產過程中的所有生產管理活動都不能脫離這一宗旨。MES環境下計劃排產流程如圖1所示。
圖1 MES計劃排產流程圖
1.1 基于訂單需求
為了滿足客戶日益增長的個性化需求，煉鋼計劃和軋鋼計劃的編制都根據所承接的銷售訂單需求，按照一定的設備和工藝約束，在MES系統中通過組板、組爐、組澆次，形成批量煉鋼、連鑄澆次計劃，每一爐鋼水、每一塊鑄坯、每一塊鋼板在物流推進過程中均附帶著固有的訂單信息一起傳遞，任何物料的變化與調整都影響到訂單執行效果。
1.2 計劃的時效性高
要在激烈的市場競爭中凸顯自己的產品優勢，除了產品質量要滿足客戶終端需求之外，交貨期的保障能力也直接影響到市場份額的爭奪。因此，作業計劃的編排和執行都要求按照交貨期的要求組織實施，即以最后的交貨期為基準，倒逼式確定每個工序的生產節點。要求各工序的作業都要強調時效性，必須確保在規定的時間段內完成生產任務。
1.3 強調作業計劃的完整性
由于客戶的訂單需求貫穿于作業計劃執行的始終，每個作業計劃的編制均有較強的針對性。為了保證訂單生產量和訂單交期，各工序作業計劃的編排和執行都要求保證其完整性，應盡量減少訂單被拆分開生產，以免重復組織，造成生產資源的浪費，甚至影響訂單交期。
1.4 冶-鑄-軋工序物流剛性銜接
MES系統在物流管理上具有物流和信息流同步反饋的優勢，有利于生產進程的即時監控和調整，進而減少過程等待，壓縮在制品數量，嚴格控制中間庫存，最大限度的減少資金占用。因此，鋼水、鋼坯、鋼板等物料在煉鋼、精煉、連鑄、軋鋼工序問的推進具有一定的剛性要求，不得隨意的更改和調整，以保證物流暢通。
2 生產調度需遵循的原則
2.1 計劃性原則
鋼鐵生產制造過程從原料投入到最終產品產出，必須遵循計劃性原則，必須以班、日、周、月生產作業計劃作為組織生產、調整優化、下達指令、采取措施的依據。生產作業計劃安排的是否合理，執行過程的是否順暢，是決定訂單能否按時交貨的關鍵。因此，保證生產作業計劃的剛性執行是生產組織的核心與關鍵。
2.2 科學性原則
在日常的生產組織中，把流程最短、銜接最緊、成本最低作為調度作業的出發點和落腳點，合理分配鐵水資源及各種能源介質，保證連鑄澆次的完整性，統籌軋鋼生產和煤氣發電機組的運行，減少軋鋼待溫時間，合理平衡自發電量，提高資源利用效率，做到資源效益最大化。
2.3 及時性原則
發生生產異常，如高爐爐況失常、煤氣加壓機出現異常等情況時，需要及時調整煉鋼或軋鋼作業計劃，應根據產線效益排序情況及訂單交期緊迫程度等因素，綜合考慮，合理調整。
2.4 預見性原則
生產調度系統要善于事先預見生產過程中潛在的問題。要緊緊抓住主要矛盾和薄弱環節，及時解決問題。要有階段性的預判，通過當前生產情況及動態趨勢走向的分析，及早介入，提前制定應急預案，將可能發生的影響控制在最低水平。
3 生產排程與調度作業模式
生產過程的調度作業分為靜態調度和動態調度兩個方面。靜態調度針對的是基于公司宏觀計劃平衡的組織運行方案，而動態調度針對的是計劃執行過程中的動態調整與優化作業。其生產排程與調度模式如圖2所示。
圖2 生產排程與調度模式示意圖
3.1 靜態調度
在MES系統中，煉、軋各機組的作業計劃排定之后，僅僅是以訂單需求為依據，確定了該機組該批次生產的品種、規格和時序，屬于車間層面的預計劃。而公司整體的生產組織，則需要統籌焦化、燒結、高爐、轉爐、連鑄、軋鋼等多工序多機組間的生產組織與平衡，將各類生產資源調配到相應的機組，確保各機組在預定的時間節點有序開、停。主要包括以下運行方案：
1)高爐-轉爐間的對接和匹配。由于煉鐵和煉鋼的工藝差別，以及裝備水平的發展并不均衡，要實現一對一的絕對的鐵鋼銜接難度很大。要解決多座高爐給多做轉爐供鐵的科學組織，在充分發揮轉爐產能，消化鐵水的基礎上，根據供鐵節奏和煉鋼消耗鐵水的速度，合理確定高爐、轉爐匹配關系，保證高爐穩定順行。
2)鐵水調運路線。廠內鐵鋼物流除了鐵水之外，還有鐵渣、鋼渣物資的運輸和倒調。在按照煉鋼需要供應鐵水的同時，需要合理選擇運輸路線，縮短運輸距離，盡量降低機車倒調成本。
3)煤氣配置與供應模式等。煤氣資源的配置首先要保證軋鋼生產所需的壓力、流量、熱值等，對于富余的煤氣，要合理調配各煤氣發電機組的運行，減少煤氣放散，提高自發電量。
4)檢修計劃與生產作業計劃的對接。各機組的生產組織，要在設備檢、定修計劃的基礎上，根據設備工況條件，安排適合的品種和規格組織生產。
在整體的生產平衡確定之后，接劍生產任務的煉軋產線，需要根據初步確定的機組開、停時間，按照不同品種、規格的生產工藝差異，確定煉鋼、精煉、軋鋼各工序問的工藝路徑和生產時序，即制定生產時刻表。
以安鋼第二煉軋廠為例，建有3座150 t轉爐、3座LF爐、1座VD爐、2座RH爐，配套1臺寬板坯連鑄機和2臺雙流板坯連鑄機，軋鋼工序建有爐卷軋機和1780 mm熱連軋兩條現代化生產線。要實現煉軋一體化的短流程生產，需要在既定的工藝路徑要求下，根據生產進程，統籌運輸距離最短、產能最大發揮、最小等待時間等要求，合理確定工序匹配關系、工序作業周期、天車吊運速度、物流推進時序等參數，將各工序的作業要求納入到統一的時刻表框架內，指導和協調煉鋼、精煉、連鑄、軋鋼等各項操作和調度。
3.2 動態調度
1)計劃執行過程中的影響因素。生產過程中會有各種動態變化的因素影響到靜態調度所做出的各項運行和平衡方案，這些因素也稱為生產擾動，可歸納為時間波動類、冶煉工藝類、設備故障類和產品質量類擾動。包括鐵水供應的擾動，如出鐵量、出鐵時間、鐵水溫度、鐵水成分、機車運輸節奏等的波動，煉鋼、精煉、連鑄等工序作業時間的偏差、鋼水溫度和鋼水成分類擾動，設備故障，產品缺陷等擾動。
2)動態跟進、即時優化的生產凋度。當生產過程中發生一般性擾動時，只需要調整本機組的工藝參數和生產節奏即可消除影響。而發生嚴重的擾動時，在打破本工序生產平衡的同時，還會波及到上下道工序的生產組織，產生次生性擾動，甚至直接影響到公司的系統平衡。此時，需要對整體的運行組織模式進行優化調整，包括各產線生產時序的重排，各類主體設備的殲與停，上下工序間的對接與匹配關系，生產資源的重新分配及供應模式等。
4 效果
4.1 煉鋼計劃執行率顯著提高
在MES系統中，從煉鋼到連鑄，產出的每一塊鑄坯均包含了相成的訂單需求。因此，煉鋼計劃執行率是表征訂單牛．產計劃執行效果的主要標志。通過生產調度模式的不斷優化和完善，煉鋼、連鑄生產批量定制的效果得到了有效保證，煉鋼計劃執行率由2010年的97.89％，提高到現在的98.34％。如圖3所示。
圖3 煉鋼計劃執行率對比柱狀圖
4.2 訂單生產的可控性增強
生產過程的動態監控和及時跟進，保證了煉、軋計劃的時效性和完整性，增強了訂單生產過程的可控性，減少了二次投料，訂單一次完成率明顯提升。如圖4所示：
圖4 訂單一次完成率對比柱狀圖
5 結語
安鋼在MES環境下的生產排程與調度，將汀單終端需求貫穿于各工序的作業計劃之中，對計劃的完整性、時效性及動態跟進調整提出了嚴格要求。在滿足煉鋼-連鑄間斷性連續生產的批量經濟性的前提下，通過靜態調度和動態調度的優化和改善，實時監控、動態調整機組運行狀態，工序匹配關系，生產資源的分配等，實現了鐵、鋼、坯、材的高效物流銜接，保證了訂單計劃的剛性執行。
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本文標題：MES環境下生產排程與調度模式淺析
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