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編者按：

隨著物聯網、云計算、移動互聯網、大數據、人工智能等新技術的飛速發展，以及IT與OT技術的進一步融合，工業制造、城市交通、電力能源、農業等各大行業領域的智慧化發展已成為必然趨勢。推進各領域向智慧化發展是一項復雜而龐大的系統工程，既需要單一技術與裝備的突破應用，還需要系統化的集成創新。智慧系統解決方案是推廣普及智能化技術的關鍵手段，是促進各行業智能化水平提升的核心。

為深化智慧產業發展，進一步提升智慧產業各領域系統解決方案應用水平，現由中國自動化學會、智能制造推進合作創新聯盟、工業控制系統信息安全產業聯盟、邊緣計算產業聯盟、中國儀器儀表行業協會主辦，控制網（www.dlhxzk.com.cn）＆《自動化博覽》承辦的2020智慧系統解決方案征集活動已正式啟動，面向全行業公開征集智慧系統解決方案。本刊特開設智慧系統解決方案專欄，刊發其中優秀的解決方案以饗讀者。

河鋼樂亭項目是河鋼集團貫徹落實中央關于鋼鐵企業退城重大搬遷決策部署、以產能置換方式推動集團沿海鋼鐵產業布局、促進產業結構調整、實現產品結構升級的重要工程項目。在整個鋼鐵行業產能過剩、同質化競爭日趨激烈的大背景下，河鋼樂亭從項目啟動開始，便圍繞如何提高企業的有效供給、創新生產組織模式和服務模式、培育競爭新優勢，真正促進企業產品及產業升級等目標，從管理、工藝、設備、信息自動化體系支撐等全方位入手，展開頂層規劃設計，建設覆蓋鐵、鋼、軋的綠色化、智能化、品牌化的新一代長流程鋼廠。

結合《中國制造2025》以及《國家智能制造標準體系建設指南》的要求與建議，在信息自動化體系支撐方面，借鑒業內同行及河鋼自身有益經驗，充分發揮與產線基建同步建設實施的資源優勢，對生產全要素進行總動員，覆蓋產銷一體化、全流程質量管理、供應鏈、物流、能源、設備、財務、成本、人力等各方管理需求，構筑縱向貫通、橫向集成、協同聯動的完整智能制造體系。本文為河鋼樂亭鐵鋼區智能調度設計方案，重點為充分利用信息技術手段以及優化模型算法，以鐵鋼區動態調度系統為中心，深度集成鐵運、鐵前MES、鋼區MES、自動化天車、鐵鋼包管理、鋼區二級等系統，使鐵鋼調度執行過程智能化、可視化，生產狀態實時感知、對生產異常進行預測預警，為調度決策提供準確信息，進而實現鐵區高爐出鐵、鋼區各工序生產作業的高效協同，實現企業鐵鋼產能平衡，滿足河鋼樂亭綠色化、智能化建設目標，為未來河鋼樂亭品牌化奠定基礎。該項目預計于2020年5月投入運行。

1 項目創新點

（1）冶金長流程智能化解決方案：從單工序或局部區域的模型化、精細化拓展到全流程的智能化，覆蓋產品制造全流程；

（2）鐵鋼區生產管控柔性銜接：突破以往鐵、鋼獨立作業模式，將鐵區按庫存生產以及鋼后按訂單生產組織模式進行柔性銜接，支撐鐵鋼綠色化經濟生產；

（3）異構系統集成程度高：以鐵鋼區動態調度系統為中心，統籌鐵運物流及生產等系統，統一各系統間接口模式，進行異構系統數據集成；

（4）新一代智能化技術應用：包括業內先進的多目標優化模型算法、圖像AI識別技術、鐵鋼包/天車定位及RFID跟蹤技術的集成應用。

2 項目方案

鋼鐵行業為典型的長流程生產制造型行業，包括了煉鐵、煉鋼、軋鋼（熱軋、冷軋）等主要生產過程。按照各生產過程的特點，業內通用的生產管理模式為煉鐵區域進行面向庫存的生產、鋼后區域進行面向訂單的生產，從一定程度上講，企業對鐵區、鋼區的生產管理是相對獨立的，前后生產節奏銜接不夠緊密，鐵水運輸以及下游生產組織的效率極大地依賴于公司級生產調度人員的經驗，易造成鐵水溫降過大或鋼區生產無法按計劃準確執行等情況；另一方面，鋼區生產組織相對復雜，冶煉過程屬于“黑箱”系統，無法精準感知控制生產節奏，亟需通過智能化手段進行事前生產預測及事后的生產調整，以滿足新一代冶金長流程生產企業精細化管理的更高要求。因此，河鋼樂亭在整體智能化產線設計中，特別針對鐵鋼區生產調度管理進行了深入研究，設計方案如下：

（1）整體功能設計

河鋼樂亭鐵鋼區智能調度，為跨生產區域的公司級全流程冶煉作業計劃指揮管理系統，屬行業首創，是河鋼樂亭產銷一體化管理中的重要組成部分，向上承接產銷一體化-計劃系統下發的澆次計劃以及產銷一體化-訂單設計下發的鋼區質量設計，向下指導從鐵水預處理、轉爐、精煉、到連鑄等鋼區全流程生產作業。

主要功能包括：鋼區生產作業動態排程、溫度預測、天車實時調度、鋼包調度、鐵水調撥。通過特定工藝參數、牌號以及工藝路徑的數據設定，管理從鐵水需求、轉爐、精煉到澆鑄和鋼包管理的一系列生產過程，在滿足工藝和物流管理需求的基礎上，達到生產序列和生產截止期的最佳匹配，削減運輸緩沖時間，有效減少鐵水溫降，保障鐵水預處理高效脫硫，提升鋼區冶煉作業效率、提升鋼包的出鋼質量，保障生產穩定性。鐵鋼區動態調度系統在鐵區的管理范圍包括高爐出鐵到煉鋼鐵水預處理，主要功能包括分鐵計劃、鑄鐵計劃以及鋼區緩沖包計劃的創建下發、鐵水調度管理。鋼區的管理范圍包括鋼區爐次計劃編制、鋼包調度管理、鋼區爐次計劃動態調整、調度及監控。

（2）系統集成及關鍵技術

河鋼樂亭鐵鋼區智能調度設計方案，以產銷一體化-鐵鋼動態調度系統為核心，通過與煉鐵MES、鐵運系統、煉鋼MES、鐵鋼包管理、自動化天車系統、鋼區二級系統的深度集成，進行鐵鋼區調度聯合作業協同管理，對高爐、鐵包、運輸機車、天車、鋼包、轉爐等作業實體，以及出鐵過程、運輸過程、吊運過程、冶煉過程等作業活動進行統籌監控、管理，充分考慮實體與過程的狀態變更，充分考慮鐵鋼水運輸過程溫降、包的運輸及吊運路徑選擇、前后生產工序作業銜接等關鍵因子，采用多目標尋優智能算法進行系統建模，使整個鐵鋼調度執行過程數字化、智能化，動態可調。

其中，煉鐵MES主要與鐵鋼區調度系統交互高爐鐵水生產計劃、出鐵實績及質量信息，供鐵鋼區調度進行合理的鐵水分配及爐次訂單匹配。鐵運采用機車位置跟蹤、微機聯鎖等技術完成包架、機組運輸動態管理，執行鐵鋼區調度系統分鐵計劃，為鐵包運輸選擇最優路徑計算，提高鐵包周轉效率。煉鋼MES主要接收鐵鋼區調度系統根據澆次計劃推導計算的鋼區各工序生產計劃，并與鋼區二級共同完成鋼區生產情況跟蹤。鐵鋼包管理主要功能包括鐵包、鋼包的識別及定位、鋼包熱成像監測、鋼包內襯狀態及維護、包齡及履歷管理。基于定位和驗證傳感設備，進行鋼包的識別以及天車和鋼包車的實時跟蹤。通過紅外攝像和AI圖像識別技術應用，對生產狀態的鋼包進行360度檢測，實時掌握鋼包內襯侵蝕狀態，進行維修預警，防止漏鋼事故，提升鋼包智能選用及生產安全性保障。同時，通過對鐵、鋼包使用履歷的管理，向鐵鋼區調度系統提供鐵包、鋼包的可用列表情況與使用狀態信息。自動化天車系統主要完成鐵包的吊運以及鋼包的吊運管理，應用天車吊包的掛鉤識別輔助技術及天車導航系統應用，確保作業安全可控，保障工序間生產銜接高效協同。

（3）業務功能實現

實際執行中，根據產銷一體化下發的鋼區澆次序列，鋼區動態調度生成鋼區爐次生產訂單，借助系統排程模型算法得出該澆次每爐在每個工序的開始生產和結束生產時間，進而推出鋼區生產所需鐵水需求量。當鋼區生產所需鐵水需求量與高爐出鐵計劃的出鐵量曲線不平衡時，鐵區動態調度及時給予調整反饋。正常情況下，鐵區動態調度參考鐵前MES系統的高爐出鐵計劃，計算該澆次每爐在鐵水預處理工序的開始生產、結束生產時間、計劃到達出鐵口時間、出鐵口等信息。同時，鐵區調度向鐵運系統提出空包需求計劃，鐵運系統根據鐵包狀態及流轉情況，給出合理的配包實績。之后，鐵區調度再根據出鐵實績與鋼區鐵水需求計劃指定鐵水重包去向。鋼區接鐵完成后，鐵區動態調度接收鐵包管理系統給出的空包返回信息，將其中可用包列入可用空包列表，同時接收天車系統的返回鐵包放置信息，進而完成對鐵包使用情況、狀態的跟蹤與履歷管理。鋼區動態調度根據澆次計劃生成的爐次生產計劃，包括了預處理、轉爐、精煉、連鑄等各個生產工序的生產計劃及時間序列，以圖形化方式展示，明確了各生產工藝路徑及生產設備，并同步給鋼包管理、自動化天車、鋼區二級等系統，按照爐次計劃共同組織完成鋼區生產聯動作業。通過二級實際反饋上傳的工序生產狀態，鋼區動態調度對爐次計劃進行執行過程的監控管理，當計劃執行出現時間、設備或人為調整導致的偏差時，系統實時對爐次計劃進行動態更新；根據生產鋼水的質量判定信息，鋼區動態調度可以進行快速的爐次換單，并重新計算當前爐次計劃及后續爐次計劃的生產計劃信息，滿足調度人員對鋼區生產節奏的動態管理，滿足公司對于全流程按單進行生產、質量管理的需要。在生產過程發生異常后，如資源、時間發生沖突或存在斷澆可能時，系統會提供預警，輔助調度人員進行作業調整，適應煉鋼區域復雜多變的生產管理要求，同時滿足下游軋鋼區域的物料需求計劃。

鐵區調度畫面

鋼區調度畫面

摘自《自動化博覽》2020年4月刊