[科普中国]-作业炉次

作业炉次是炼钢的最小基本单位，一个炉次是指同时在一个电弧炉或转炉内冶炼，从开始冶炼到浇铸为止的整个过程成为一个炉次。炼钢-连铸生产调度是钢铁企业CMS的核心部分，对于整个生产管理起到决定性作用。炼钢作业主要是通过转炉或电炉，以炉次为处理单位组织生产。

炉次定义炉次是炼钢的最小基本单位，一个炉次是指同时在一个电弧炉或转炉内冶炼，从开始冶炼到浇铸为止的整个过程成为一个炉次。

炼钢-连铸生产调度是钢铁企业CMS的核心部分，对于整个生产管理起到决定性作用。炼钢作业主要是通过转炉或电炉，以炉次为处理单位组织生产。1

炉次计划炉次计划属于炼钢-连铸段的生产批量计划。在炼钢-连铸生产阶段，由于中间合同（热轧板坯）或最终合同（如热轧带钢）的需求在钢级、规格、物理特性、交货期等诸因素之间存在一定差别，根据炼钢工艺的要求和组成同一炉次的合同的特征限制，需要将合同进行组合，形成不同的炉次计划，使得每一个炉次内在保证最低冶炼炉容要求下，合同之间最少的交货期差异，最大的成材率和最低的生产成本以及最少的无委材。1

炼钢-连铸与作业炉次联系炼钢-连铸是现代钢铁企业生产流程的关键环节，该区段设备多，生产组织紧凑、复杂，如何对炼钢-连铸区段进行有效的生产调度关系到整个钢铁厂的生产运行顺畅与否。在实际生产过程中常常会出现各种随机扰动事件，这使得正在执行的计划失效。此时，必须依据实时调度信息在原计划的基础上重新编制计划，即重计划。炼钢-连铸重计划关系到生产是否能稳定、连续的进行，因此该研究对实际生产有着重要的意义。关于炼钢-连铸生产调度优化问题的研究已成为近年来的研究热点，其中涉及炼钢-连铸的重计划调度。

炼钢-连铸重调度问题，针对正在作业炉次提出了已分配设备不变的时间修正模型，对于未作业炉次，建立了多目标非线性0-1整数规划模型。该方案能缩短动态调度时间、维持生产的稳定性，但由于方案中保持正在作业炉次的未加工操作已分配设备不变，因此无法适应任意设备出现故障情况下的重计划。

重调度炉次分类处理，针对正在作业炉次提出了时间并行顺推算法，针对未作业炉次提出了基于遗传算法和时间并行倒推的混合优化算法。时间并行顺推算法求解速度快，但其中炉次设备的分配仅通过启发式规则进行确定，对于多约束的炼钢-连铸重调度问题，有时难以求得可行解。

重计划问题描述1、炼钢-连铸生产过程及作业计划制定流程炼钢-连铸过程主要包含三个生产环节： 炼钢、精炼和连铸。炼钢与连铸环节各自包含一个并行机组，而精炼环节一般包含多个并行机组，以实现不同精炼工艺要求。一般性的炼钢-连铸生产过程： 从高炉运来的高温铁水兑入转炉冶炼成钢水，钢水倒入转炉下台车上的钢包内，通过天车和台车的运输作业，把钢水包运送至精炼环节，根据生产工艺要求依次在不同的精炼设备上精炼钢水，精炼完成后，再通过天车和台车，把钢水包运送至连铸并实施浇铸，形成铸坯。

在钢厂生产调度中，炉次是指同一个转炉内冶炼的钢水，由于一个炉次的钢水被装入一个钢包中，所以从炼钢到连铸前被调度的工件均为炉次，炉次是钢厂生产调度中最小的生产单元。浇次是指在同一连铸机上连续浇铸的炉次集合，是钢厂生产调度中最大的生产单元。炼钢-连铸作业计划制定流程是： 首先按照技术标准将用户合同转化为生产合同，编制炉次计划。在炉次计划的基础上，结合热轧轧制计划的要求，编制生产批量计划。在生产批量计划中，已经确定了浇次的连铸机以及浇次内炉次的加工顺序和生产工艺。最后，在生产批量计划的基础上，进一步结合炼钢-连铸各环节生产能力，编制生产作业计划，形成各炉次的火车时刻表。

2、炼钢-连铸重计划问题

生产作业计划的编制过程就是在满足各类约束的前提下，给各炉次安排加工设备，并确定其在各设备上的开始加工时间和结束加工时间。当一批生产作业计划生成后，调度员应尽可能按照该计划进行调度和组织生产。由于生产过程中的复杂性和不稳定性，预定的生产作业计划在实施时可能因发生的随机扰动而造成执行困难。若扰动小，如时间存在较小偏差、交换炉座，可通过生产计划调度系统中的计划修复程序进行小范围的调整； 若扰动大，如设备故障、设备启用、时间偏差过大以及任务变更，则必须依据实时调度信息在原计划的基础上重新编制生产作业计划。

炼钢-连铸静态计划编制问题是一个多目标多约束的难题，而重计划问题除了具有静态计划编制的所有约束外，还必须兼顾扰动条件下原计划完成偏差控制等特定约束，更具复杂性和挑战性。因此，将重计划问题中的约束分成强制约束和柔性约束。强制约束是保证计划可执行的约束条件，柔性约束是促使计划更优化的约束条件。

强制约束：

（1） 连浇生产约束。

同一浇次内的炉次应在铸机上无间断的被加工，相邻浇次间需要一定的时间间隔。

（2） 工艺约束。

炉次应该按照生产批量计划中规定的加工操作类型和次序进行加工。

（3） 设备约束。

同一时刻一个设备最多加工一个炉次，故障设备不能加工炉次。计划中，设备开始加工第一炉的时间不能早于该设备的最早可用时间。

（4） 工位作业时间与工位间运输时间约束。

依据生产要求和厂房布局，不同工位的作业时间与不同工位间的运输时间应该处于一个固定区间内。

（5） 重计划时间约束。

重计划发生时，炉次还未完成的操作的开始时间不能早于重计划发生时间。

柔性约束：

（1） 铸机尽量提前开浇约束。

生产批量计划中规定了各铸机的开浇时间，在不早于该开浇时间的前提下，铸机应尽量提前开浇。重计划时，若所有铸机已经开浇，该约束不起作用。

（2） 生产稳定性约束。

在动态环境下，为保障生产连续性和稳定性，重计划时，各炉次后续操作的开始时间、结束时间和加工设备应尽量保证与原计划一致。

（3） 设备利用率均衡约束。

同一类设备的利用率均衡，减少某些设备过度使用而产生故障造成的生产扰动，以提高生产稳定性。1

本词条内容贡献者为:

胡建平 - 副教授 - 西北工业大学