基于mes煉鋼車間生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)研究與應(yīng)用

而煉鋼生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度的最優(yōu)化問題是MES系統(tǒng)研究與應(yīng)用的問題。由于該問J2EEMVCStruts框架，AjaxDWR框：煉鋼連鑄，生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度，遺傳算法，MES，J2EEi基于MES的煉鋼車間生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的研究與應(yīng)OFPRODUCTIONANDSCHEDULINGSYSTEMFORSTEEL-MAKINGBASEDONMESThehistoryofalarge-scaleexpansionandalargeconsumptionofresourcesonsteelindustryhaspast.Theonlywayispromotingenergy-savingandemission-reduction,improvingthecontinuous,agile,automaticprocessofproduction,strengtheningthemanagementofenterprise’sinformation.TheManufacturingExecutionSystem(MES)isplayingakeyroleinlinkingthethree-tierstructureoftheenterpriseinformation(ERP/MES/PCS),deliveringthereal-timeproductiondataformanagers,monitoringtheproductionprocess.Theproblemofoptimizationintheproductionplanningandtheschedulingforsteel-makingisthecoreissueintheresearchandapplicationofMESsystem.Becausetheissueshassomefeaturessuchaslarge-scale,multi-objective,complexfeaturesanddynamicuncertainty,usingthetraditionalmethodisdifficulttoachievetherationalallocationofresource.Therefore,itisthekeytheoreticalissuetoexploringtheoptimizationoftheschedulingmodelingandsolutionfortheplanningofironandsteelproduction.Totheseissues,andunderMES,thisthesisresearchedanddevelopedthesystemofproductionandschedulingforaSteelworks.Thesystemselectedreal-timedatabaseofWonderwareInSQLServerandreal-timemonitoringtechnologyofInTouch,achievedtheproduction-linecollectionofdataandthewebreleaseofkeyprocess.Italsosetupaintegrationplatformbetweenprocesscontrolandmanagement,realizedtheflowingandsharingofdataandinformationunderthestructureofERP/MES/PCS.Atthesametime,itweavedtheplanningmodelofconverterandcasterproduction,designeda"geneticalgorithmofself-adaptive,section-codedandself-crossover"tosolvethemodel,andbetterresolvedthisoptimizationproblemofthesteelproductionplanning.Finally,basedontheplatformofJ2EE,combinedtheMVCmodel,Strutsframework,AjaxtechnologyandDWRframework,itcompletedsoftwareimplementation.Accordingtothesystem'sactualresults,theautomaticpreparationofproductionandschedulinghassomeguidingsignificancefortherealproduction.KEY Steel-makingandContinuousCasting,ProductionPlanningandSchedulingGeneticAlgorithm,MES,§1-1機(jī)無論規(guī)模之大還是影響之深，均可謂百年一遇。而鋼鐵行業(yè)亦受到了愈演愈烈的全球金融的重構(gòu)建基于ERP/MES/PCS三層架構(gòu)的CIMS（ComputerIntegratedManufacturingSystems）體系是實(shí)及規(guī)范化，實(shí)現(xiàn)上中下層次中生產(chǎn)工藝信息的暢通與共享[2]。本正是在這樣的背景下，并以參與§1-2以生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)為的鋼鐵企業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)的建設(shè)是鋼鐵企業(yè)走新型工業(yè)化道路的重在生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)中，生產(chǎn)計(jì)劃的編制又處于地位，本編制了符合生產(chǎn)工藝要求的爐次計(jì)MES理§1-3國(guó)內(nèi)外鋼鐵生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)研究及應(yīng)鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，國(guó)內(nèi)外的研究運(yùn)用自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)國(guó)外研究及應(yīng)用現(xiàn)狀鋼聯(lián)所屬的廠，德國(guó)的蒂森、ThyssenKruppTSCR鋼鐵廠，的新日鐵、住友、川崎、鋼化和集成化，并能夠?qū)ιa(chǎn)過程中物質(zhì)流、信息流和能源流進(jìn)行綜合管理[5]統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了板坯連鑄作業(yè)調(diào)度計(jì)劃的編制工作。該系統(tǒng)采用人工智能和人機(jī)交互技術(shù)的完美結(jié)合實(shí)現(xiàn)了接受并自動(dòng)制定生產(chǎn)計(jì)劃，工藝設(shè)備動(dòng)態(tài)接受并響應(yīng)過程計(jì)算機(jī)操作命令，并實(shí)現(xiàn)全程在全程編制執(zhí)行與機(jī)組動(dòng)態(tài)調(diào)度。該系統(tǒng)在編制和求解計(jì)劃與調(diào)度模型中用到了Petri網(wǎng)理國(guó)內(nèi)研究及應(yīng)用現(xiàn)狀東學(xué)也在進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度管理方面的研究，提出過煉鋼—連鑄生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)模型。整個(gè)系統(tǒng)模據(jù)合同或者日生產(chǎn)計(jì)劃情況制定出能夠滿足生產(chǎn)約束的批量組合計(jì)劃，在不考慮設(shè)備的前提下，§1-4本所做的工作與章節(jié)安第二章：制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）MES產(chǎn)生的背景及其在鋼鐵企業(yè)信息化建設(shè)ERP/MES/PCS框架下信息流的種類與特點(diǎn)，為系統(tǒng)在設(shè)計(jì)與實(shí)施中對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)第三章：煉鋼連鑄生產(chǎn)計(jì)劃編制模型及算法產(chǎn)計(jì)劃的編制問題是整個(gè)煉鋼連鑄生產(chǎn)調(diào)度問題的重點(diǎn)與難點(diǎn)問題，該章在詳細(xì)介紹了煉鋼連鑄生產(chǎn)過程與工藝要求后，編制了爐次計(jì)劃與澆次MES的煉鋼生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)。充分調(diào)研系統(tǒng)應(yīng)用企業(yè)信息化建設(shè)現(xiàn)狀與MES框架下信息流，數(shù)據(jù)流的特點(diǎn)提出了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)與設(shè)計(jì)原則，完成了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)：包括系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的選型、InTouch系統(tǒng)設(shè)計(jì)、煉鋼廠工控第二章制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）理論研究§2-1MES產(chǎn)生WTO以及經(jīng)濟(jì)全球化，中國(guó)正逐步成為世界制造業(yè)中心。面對(duì)日益嚴(yán)峻的國(guó)內(nèi)外系統(tǒng)和過程控制系統(tǒng)(PCS)ERP資源管理系統(tǒng)對(duì)車間級(jí)執(zhí)行不提供直接的支持，較差的過程提供實(shí)時(shí)管理。上述情況造成了企業(yè)的信息傳遞瓶頸，在CIMS三層架構(gòu)中，上層ERP與底層PCS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的暢通與共享是企業(yè)信息化建設(shè)能否順利推進(jìn)的關(guān)鍵。制造執(zhí)行系統(tǒng)MES10年來在國(guó)內(nèi)外迅速發(fā)展、面§2-2MES在鋼鐵企業(yè)信息化建設(shè)中的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)與過程控制處理。對(duì)生產(chǎn)過程中重要生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)并及時(shí)分析除此之外，MES還實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度、原料管理、生產(chǎn)管理、人力資源管理、系統(tǒng)資源管理、MES理論和應(yīng)用研究已取得了較大的成果，MES系統(tǒng)在大型鋼鐵企業(yè)中得到了與應(yīng)用起步較晚，從事MES系統(tǒng)研究的比較少，成商品化系統(tǒng)為數(shù)不多。所以，為提鋼鐵企業(yè)實(shí)際應(yīng)用需求的MES產(chǎn)品勢(shì)在必行?！?-3ERP/MES/PCS企業(yè)集ERPPLC、DCS為代表的自動(dòng)化技術(shù)，在制造行業(yè)已經(jīng)ERPPCS層的構(gòu)建在企業(yè)信息化建設(shè)中起到重要的作用，但是ERPPCS層缺乏優(yōu)化的調(diào)度 物料管理銷售管理生產(chǎn)管理產(chǎn)品數(shù)據(jù) 物料管理銷售管理生產(chǎn)管理產(chǎn)品數(shù)據(jù)

IndustrialEthernet/Profibus在三層模型中，最下層的控制系統(tǒng)聚焦于生產(chǎn)設(shè)備，以秒為單位設(shè)備的運(yùn)行狀況。并對(duì)生產(chǎn)過程工藝進(jìn)行實(shí)時(shí)，采用先進(jìn)的控制實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的優(yōu)化控制。企業(yè)的信息化建設(shè)實(shí)現(xiàn)了生單位注重生產(chǎn)工藝的運(yùn)行管理，產(chǎn)品的制造執(zhí)行過程。上層ERP層作用于生產(chǎn)和銷售，主要功能§2-4ERP/MES/PCS下的ERP/MES/PCS集成企業(yè)資源管理、生產(chǎn)計(jì)劃與執(zhí)行控制、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)過程控制是實(shí)現(xiàn)數(shù)字制造系統(tǒng)的一個(gè)有效處理方案。MES2.2所示說明了ERP、MES與PCS的作業(yè)互動(dòng)形式與信息流模式。圖間部分的MES系統(tǒng)（執(zhí)行層）看作是一個(gè)通信工具，它為其他層提供現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)信息。MES圖中右邊部分的PCS層根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃安排與執(zhí)行命令控制生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)資源（軟、硬件及）銷銷訂單狀態(tài)、WIP信Fig.2.2Informationstreammodelof點(diǎn)如表2.1所示：Table2.1Comparisonofdifferentinformation 數(shù)據(jù)來 數(shù)據(jù)類 實(shí)時(shí)數(shù)

（ERP，

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)事務(wù)型數(shù)據(jù)，多方面集成數(shù)據(jù)，企業(yè)

MESERP中的生產(chǎn)計(jì)劃與事務(wù)處理信息。該類數(shù)據(jù)的用戶主要第三 煉鋼連鑄生產(chǎn)計(jì)劃編制模型及算法研連鑄即為連續(xù)鑄鋼（ContinuousSteelCasting）的簡(jiǎn)稱。各種冶金產(chǎn)品的成型最關(guān)鍵的步驟就是使§3-1煉鋼合金鋼、產(chǎn)品質(zhì)量好、冶煉速度快（130020分鐘。電爐煉鋼即鐵、航空工業(yè)需要的滾珠鋼、耐熱鋼、軸承鋼、儀表工業(yè)需要的精密合金等、清潔無污染，適合少3.1所示。鋼水通過中間包的緩沖與過濾作用按一定流速不斷地流入結(jié)晶器，鋼水沿結(jié)晶器壁凝的推動(dòng)作用[22,23]。Fig.3.1Simulationdiagramofcontinuouscasting§3-2問題提出與最優(yōu)爐次計(jì)劃模 minExpPijXijOjYj(1Xij)Si i1 j i1 PPHPW ngiXijYj

j n

mXij

j Yj j nXij i , j,nKijKkji,k , j,n

THij i,k , j,n

式中，m為待安排計(jì)劃的合同數(shù)；n為待安排的爐次數(shù)；Pijj中的合同i的附加費(fèi)用；Oj j中合同i與組成同爐其他合同由于鋼級(jí)、寬度和交貨期差異所引起的煉鋼附加費(fèi)用。其中：PH為鋼級(jí)差異所引起的附加費(fèi)用，定義為：PHF*[max(ST*X,ST*X,,ST*X)ST 1 2 其中，F(xiàn)1為鋼級(jí)差異附加費(fèi)用系數(shù) STi表示合同i的鋼級(jí)max(ST*XST*X,ST* 1 2 PWF*[max(WT*X,WT*X,,WT*X)WT 1 2 F2為寬度差異引起的附加費(fèi)用系數(shù) WTi表示合同i的寬度max(WT*X,WT*X,,WT* )表示組成爐次j的所有合同中最大寬度；PD為組 1 2

F*(DTDT DT F*(DTDT DT 差異所造成；3.3式表示爐容量包括合同有效裝入量與無委材量；3.4表示每個(gè)合同僅能裝入一個(gè)爐次成同一爐次的合同的鋼種必須一致；3.8式表示表示組成同一爐次的合同的厚度必須一致。最優(yōu)澆次計(jì)劃模組成同一澆次中的最大爐次數(shù)過中間包的（中間包耐火材料的mmminExpPij i1 PPHPW XijXij i m

j n

m2XijXij

j ,i , j,n

KijKkji,k , j,n

THij i,k , j,n

間包 分別代表由鋼級(jí)、寬度和交貨日期的差異所引起的煉鋼附加費(fèi)用。附加費(fèi)用主要由于合同鋼級(jí)、寬度、交貨期差異三部分造成；3.11式表示所有爐次全部被安排，并且3.13X0、1變量；3.14式表示組成同一澆次的爐次中鋼坯鋼種必須一致；3.15式表示§3-3遺傳遺傳算法（GeneticAlgorithm，GA）是模擬生物進(jìn)化論的自然選擇機(jī)制和遺傳學(xué)中的生物機(jī)器學(xué)習(xí)、工業(yè)優(yōu)化控制、自適應(yīng)控制、生物科會(huì)科學(xué)等方面都得到了廣泛的應(yīng)用[29]。遺傳算法的形成與發(fā)某一物種通過選擇淘汰，變異，遺傳等規(guī)律產(chǎn)生適應(yīng)環(huán)境變化的優(yōu)良，完成該物種遺傳算法的概念源于Holland教授編寫的《自然結(jié)合人工智能系統(tǒng)的適應(yīng)性》一書，它模擬文“優(yōu)勝劣汰、適者生存”進(jìn)化過程，通過模擬遺傳變異理論：在迭代過程中保持既有的遺傳算法的基本概念適應(yīng)度（fitness）：表示某一對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力，適應(yīng)度是遺傳迭代過程中選擇最優(yōu)遺傳算法的基本步驟步驟2：初始群體。為了增強(qiáng)遺傳算法迭代優(yōu)化的效果，需要初始化一定數(shù)量的由組成的種群，初始種群中的數(shù)量稱為種群規(guī)模。步驟3：計(jì)算每個(gè)的適應(yīng)度。一般用適應(yīng)度函數(shù)值來評(píng)價(jià)遺傳算法中一個(gè)（解）的代步驟等；否則返回步驟3。參數(shù)算子遺傳算法中需要用到的運(yùn)行參數(shù)主要有交叉概率Pc、變異概率Pm、群體大小M等，下面有效迭代過程。所以，Pc一般設(shè)置初始值0.04-0.99之間。Pm過大，就有可能破壞掉很多優(yōu)良，同時(shí)因?yàn)橐恍┎槐匾牟僮魇沟M(jìn)程緩慢；若取值太小，則變異操作產(chǎn)生新的能力和抑制早熟現(xiàn)象的能力就會(huì)較差。所以，Pm初始設(shè)置為0.0001-0.1。MM表示初始化可行解的個(gè)數(shù)，對(duì)遺傳算法能否較好的進(jìn)行迭代優(yōu)化過M較小時(shí)，可提高遺傳算法的迭代優(yōu)化速度，但降低了群體的多樣性，降所以，M合理的初始范圍為2-100?！?-4爐次計(jì)劃的遺遺傳編碼影響該算法運(yùn)行效率的關(guān)鍵步驟[35]&，673、4號(hào)合同安排在第一個(gè)爐次中，1該向量作為遺傳算法的，&的個(gè)數(shù)即表示安排的爐次數(shù)，每?jī)蓚€(gè)&之間的數(shù)字組合即表示該爐次所包含的訂單，最后的&后面數(shù)字組合即表示沒有安排生產(chǎn)的訂單（若為空則表示全適應(yīng)度函數(shù)FitxfxFitxfx Fit(x)cmaxf( f(x) 0 0公式(3.16)中cmax為fx)的最大值估計(jì)。若目標(biāo)函數(shù)為最 Fit(x)f(x) f(x) 0 0公式(3.17)cmin中為f(x)的最小值估計(jì)。此方法是對(duì)上法的改進(jìn)，稱為“臨界點(diǎn)構(gòu)造法”，但Fit(f(x)) 1cf(

c0,cf(x) Fit(f(x)) 1cf(

c0,cf(x) Fit(x)Exp[PijXijOjYj(1Xij)Sigi i1j j i1競(jìng)爭(zhēng)選擇策略選擇（Selection）又稱或繁殖（Reproduction），選擇算子保證了遺傳算法在運(yùn)行過程中“適 適應(yīng)度為f，則被選擇的機(jī)會(huì)為P 1最優(yōu)保存法就是在迭代過程中把群體中適應(yīng)度值最高的不進(jìn)行交叉變異操作而直接到行選擇，記錄下被選中的數(shù)量N；再利用最佳保存法將上一代的最佳直接下來。為了保持群體總體規(guī)模不變，需要從產(chǎn)生的新群體中淘汰N個(gè)適應(yīng)度較低的，再將用適應(yīng)度比例法選中交叉操作交叉（Crossover）又稱重組（bination）或配對(duì)（Breeding，是按一定的交叉概率隨機(jī)選擇兩個(gè)，并按某種方式相互交換其對(duì)應(yīng)部分，從而產(chǎn)生兩個(gè)新的的操作過程。交叉操作周期交叉等。二進(jìn)制和十進(jìn)制編碼的遺傳算法通常采用單點(diǎn)交叉（3.1所示）和多點(diǎn)交叉方式。3.1Table3.1SimplepointAB于某一個(gè)爐次，按照上述方法編碼的，傳統(tǒng)的兩個(gè)之間交叉操作在此不能適用，但由于每個(gè)都有“&”符號(hào)進(jìn)行分段，所以本算法擬用不同段之間的“自交叉”進(jìn)行交叉操作。即對(duì)內(nèi)的每一個(gè)，在交叉概率內(nèi)與隨機(jī)選擇的同組內(nèi)不同爐的（包步驟1：選擇某個(gè)欲進(jìn)行交叉操作的，如某34&12&57&6，選中第一爐3號(hào)合同步驟3：隨機(jī)選擇不同爐（包括未安排生產(chǎn)的）的某一合同作為候選交叉對(duì)象，假設(shè)選中第二爐的2號(hào)合同作為交叉對(duì)象：34&12&57&6；作，該變成：24&13&57&6，否則返回步驟1。依次對(duì)每個(gè)進(jìn)行交叉操作。變異操作所謂變異運(yùn)算，是指依據(jù)變異概率Pm將中的某些值用其它值來替換，從而形成一個(gè)新的。遺傳算法迭代過程中的變異運(yùn)算是產(chǎn)生新的輔助方法，它決定了遺傳算法的局部局搜索和局部搜索。變異算子的設(shè)計(jì)包括兩方面的內(nèi)容：確定變異的位置和進(jìn)行值替換。步驟1：在變異概率內(nèi)選定欲變異的（包括未安排生產(chǎn)計(jì)劃的），如34&12& 4&1 2&5 7&6；步驟3：判斷變異后是否仍然成同爐的條件（總重量沒有超過爐容量，如果是則“變異”到“變異目的地”，4&12&57&63，否則，返回步驟1。依次對(duì)每個(gè)進(jìn)行變異操作。參數(shù)算子的選擇與處在進(jìn)化過程中，fitmaxfitmin的接近程度反映了整個(gè)群體的集中程度，二者越接近，遺傳算法越 集中，其中參數(shù)0bb越接近于0，該式就越容易滿足，從而越容易判斷為“集中”。fitave與fitmax的接近程度則反映了 越集中。當(dāng)fitavea時(shí)，認(rèn) 參數(shù)0.5a1a越接近于0.5fitavea p fitav a,fitmi Pc

1p

fitmifitma

fit

ma

fit

ma

其他p fitav a,fitmi Pm

1p

fitmifitma

fit

ma

fit

ma

度和不斷產(chǎn)生新的整體推進(jìn)迭代過程的效率。同時(shí)，對(duì)Pc和Pm的調(diào)整作用于整個(gè)群體，而不交叉遺傳算法”，具體求解過程如圖3.2所示?！?-5澆次計(jì)劃的遺NYNY 3.2Fig.3.2Flowchartofgenetic數(shù)過中間包；度分組，再根據(jù)中包計(jì)算每組需要澆注的最少澆次，得到最小澆次數(shù)后再繼續(xù)該組進(jìn)行遺傳算法§3-6實(shí)驗(yàn)實(shí)對(duì)鋼鐵企業(yè)計(jì)劃編制憑經(jīng)驗(yàn)手工編制的2009-08-01至2009-08-02這兩天內(nèi)的合同重新編制生步驟1：準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：查詢2009-08-01至2009-08-02期間的合同安排生產(chǎn)，如圖3.3生產(chǎn)合同F(xiàn)ig.3.3Thequeryofproduction2：參數(shù)的輸入：為體現(xiàn)數(shù)據(jù)對(duì)比的真實(shí)性，排除其他外界因素干擾，特安排兩種排產(chǎn)求解方法采用相同參數(shù)，設(shè)置種群大小為50，迭代次數(shù)為100，以及初始化各個(gè)懲罰系數(shù)，具體如下圖3.4所3.4Fig.3.4Theinputof3：按文獻(xiàn)方法生成爐次計(jì)劃：為體現(xiàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比，特代碼實(shí)現(xiàn)了文獻(xiàn)（38）中的算法。點(diǎn)擊“文獻(xiàn)方法生成爐次計(jì)劃”按鈕，生成結(jié)果如圖3.5所示：Fig.3.5TheplanningofconverterbythewayfromFig.3.6Theplanningofcasterbythewayfrom 圖3.7 Fig.3.7TheplanningofconverterbythisFig.3.8Theplanningofcasterbythis數(shù)據(jù)對(duì)比與分析Table3.2 omparisonoftheplanningof72Table3.3 omparisonoftheplanningof66654

在滿足生產(chǎn)工藝的前提下，能安排的客戶合同編入生產(chǎn)計(jì)劃，減少無委材量，減少中間產(chǎn)均澆次有效生產(chǎn)噸數(shù)分別增長(zhǎng)30.3%，25.1%，大大提高了生產(chǎn)設(shè)備的使用效率；11.3%65個(gè)，大大提高了噸鋼生產(chǎn)第四章基于MES的煉鋼生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)§4-1項(xiàng)目應(yīng)用企業(yè)該項(xiàng)目應(yīng)用企業(yè)是重點(diǎn)大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)之一，目前已達(dá)到400萬噸鋼的生產(chǎn)能力。鋼區(qū)分為轉(zhuǎn)精煉區(qū)域：2座45t鋼包精煉爐；連鑄區(qū)域：機(jī)流方坯連鑄機(jī)臺(tái)、機(jī)流方坯連鑄機(jī)臺(tái)、 流板坯連鑄機(jī)1臺(tái)。主要技術(shù)和設(shè)備為國(guó)內(nèi)制造。為了發(fā)揮設(shè)備能塵系統(tǒng)基礎(chǔ)自動(dòng)化控制。煉鋼廠主要工藝布局如下圖4.1所示：鐵 混200T*3LF4.1Fig.4.1Flowchartofsteel精煉爐系統(tǒng)包括1＃、2＃精煉爐設(shè)備，其PLC設(shè)備均采用 煉爐上位機(jī)操作站采用PROFIBUSDP通信協(xié)議與PLC設(shè)備進(jìn)行通訊，組態(tài) WinCC4.02；2＃精煉爐上位機(jī)操作站采用MPI通信協(xié)議與PLC設(shè)備進(jìn)行通訊，組態(tài)目前生產(chǎn)計(jì)劃的編制工作主要根據(jù)用戶合同訂單和市場(chǎng)評(píng)經(jīng)驗(yàn)人工手動(dòng)完成，不僅工作量CIMS三層架構(gòu)的角度來看：縱向方面，MES、PCS層尚未實(shí)現(xiàn)有效集成，無法建立底層實(shí)時(shí)框架，同時(shí)，MES、ERP層也處于相對(duì)獨(dú)立狀態(tài)，MES無法為上層ERP提供所需數(shù)§4-2MES下信息流通與共享的要求，對(duì)于煉鋼—連鑄生產(chǎn)調(diào)度系MES系統(tǒng)最后能夠覆蓋煉鋼廠生產(chǎn)全過程的合同處理、計(jì)劃編制、質(zhì)量管理、爐次、成品管理、成本核算、綜合查詢和統(tǒng)計(jì)分析等功能，并與CIMS中銷售管理、xml，excel§4-3MES管理、質(zhì)量管理、基礎(chǔ)信息管理、爐次、成本核算和綜合查詢等方面的功能。如圖4.2所示，生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)功能模塊以及與外部系統(tǒng)間存在以下關(guān)聯(lián)：訂單數(shù) 生產(chǎn)數(shù)煉鋼區(qū)數(shù)據(jù)煉鋼區(qū)數(shù)據(jù)需 需生產(chǎn)指 生產(chǎn)實(shí)績(jī)質(zhì)檢要 鋼水成4.2MESFig.4.2FunctionchartofMES作業(yè)計(jì)劃產(chǎn)工序。同時(shí)將該作業(yè)計(jì)劃傳送給生產(chǎn)總調(diào)度組織生產(chǎn)。并能實(shí)時(shí)、生產(chǎn)計(jì)劃的完成情況。同時(shí),能再現(xiàn)以前生產(chǎn)計(jì)劃的執(zhí)行情況。作業(yè)計(jì)劃模塊類圖如圖4.3所示：質(zhì)量管理生產(chǎn)計(jì)劃生成后，MESERP質(zhì)量管理系統(tǒng)。ERP質(zhì)量管理系統(tǒng)可根據(jù)積累的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，制定工藝與管理標(biāo)準(zhǔn)改進(jìn)計(jì)劃，以材MES質(zhì)量管理模塊。同時(shí)質(zhì)量管理系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品的檢化驗(yàn)記錄與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行核對(duì)做出質(zhì)量判定，將判定的結(jié)果傳送給煉鋼MES系統(tǒng)，完成對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的標(biāo)注與?；A(chǔ)信息管理如圖4.4所示：4.3Fig.4.3Classdiagramofscheduling標(biāo)質(zhì)量數(shù)標(biāo)質(zhì)量數(shù)倉(cāng)庫(kù)數(shù)產(chǎn)品結(jié)工屬物物物物Fig.4.4Structureofbasedinformation生產(chǎn)進(jìn)程管理與爐次通過煉鋼、爐外精煉、連鑄自動(dòng)化系統(tǒng)或通過少量的操作終端數(shù)據(jù)錄入，收集工藝過程物料管理綜合查詢成品管理生產(chǎn)、入庫(kù)到銷售的全程質(zhì)量，每一批產(chǎn)品都標(biāo)有唯一的批號(hào)識(shí)別，提高動(dòng)態(tài)、真實(shí)的庫(kù)存管理成本核算工費(fèi)用及用等?！?-4

另一方面，生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的實(shí)時(shí)是保證生產(chǎn)設(shè)備正常運(yùn)行與及時(shí)、正確的應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)突況的關(guān)鍵。建立一個(gè)穩(wěn)定、實(shí)用并且易于操作的系統(tǒng)，是MES框架下首先考慮的問題。礎(chǔ)的，以組態(tài)發(fā)布實(shí)時(shí)（InTouch組態(tài)實(shí)現(xiàn)）為保證的生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的技術(shù)解決框架。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)僅依靠傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)不能完全解決，因?yàn)殛P(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)難以滿足頻繁的大量所需速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)RTDB（Real-TimeDatabase）是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)分支，它適用于處理不斷更新合的產(chǎn)物，一方面，它利用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)來解決實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的、分析處理問題，同時(shí)利用實(shí)時(shí)和一個(gè)歷史模塊組成，最上層通過應(yīng)用接口實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用程序的[43]。這個(gè)結(jié)構(gòu)適合大部分實(shí)時(shí)數(shù)應(yīng)用接口磁模應(yīng)用接口磁模高緩實(shí)模磁模磁模接口接口接口接口高速緩存實(shí)現(xiàn)了RTDB實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的及時(shí)性，因此RTDB中都有高速緩存，如上圖所示，通過接口，高速緩存的數(shù)據(jù)得到不斷的更新，而當(dāng)上層讀位號(hào)的時(shí)候，RTDB通過返回緩存的值通常RTDB的讀寫操作是通過RTDB接口來實(shí)現(xiàn)的，該是針對(duì)國(guó)內(nèi)外各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)DCS、PLCIOServerIOClient客戶IOServerRTDBIOClient，并把IOClient發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫(kù)。Hisaver有著極其廣泛的應(yīng)用前景。國(guó)外對(duì)RTDB的研究非常關(guān)注，尤其是、英國(guó)、德國(guó)、瑞典等國(guó)起步較早，典型的有Wonderware公司的IndustrialSQLServer，OSIsoft公司的PI(PlantInformationSystem)，以及HiPAC、ZipRTDBMS等系統(tǒng)[43]。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)選型制實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，是Wonderware整個(gè)工業(yè)平臺(tái)的歷史記錄數(shù)據(jù)庫(kù)。以高分辨率直接從大量的產(chǎn)及配置數(shù)據(jù)集成在一起。InSQLServer充分利用 時(shí)生產(chǎn)可使用Wonderware工具或數(shù)以百計(jì)的前端包，來監(jiān)視、分析及報(bào)告其生產(chǎn)過程[44]。本系統(tǒng)選擇了InSQLServer8.0作為MES實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)。InSQLServer8.0的功能描述如4.6所InSQLInSQLServerSQLInSQLDBSI/OSQL4.6InSQLServer8.0組態(tài)InTouch實(shí)時(shí)系統(tǒng)設(shè)InTouch是Wonderware公司開發(fā)的世界上第一個(gè)集成的、基于組件的工業(yè)自動(dòng)化組態(tài)。它具有世界領(lǐng)先的便于高效、快捷地配置用戶的HMI（人機(jī)接口界面）和面象的圖形開發(fā)環(huán)境，Inouch現(xiàn)場(chǎng)LC數(shù)據(jù)是通過標(biāo)記名來實(shí)現(xiàn)的，標(biāo)記名分為變量和外部I/O變量，區(qū)別是后—OerrL通訊。/OSereonderware,NetDDE、Suin和O等協(xié)，在慮協(xié)繁的前完外備的，高4546。本系統(tǒng)整合InSQLServer實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)及InTouch實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)和關(guān)鍵工藝的組態(tài)畫面訊均由這臺(tái)ApplicationServer來實(shí)現(xiàn)。它繼承了原有架構(gòu)強(qiáng)大的設(shè)備連接能力，利用傳統(tǒng)的I/OServer和新一代的DAS服務(wù)，可以連接到成百上千的控制系統(tǒng)和設(shè)備，并地集成到ApplicationServer中，用戶程用戶程IE瀏覽ApplicationInTouchInSQL服務(wù)InTouchApplicationInTouchInSQL服務(wù)InTouchInTouch現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)圖4.7InSQL+InTouch+Application架構(gòu)區(qū)域不同PLC系統(tǒng)中約5000點(diǎn)生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)收集和關(guān)鍵工藝畫面的Web發(fā)布，操作員通過畫面便可相應(yīng)設(shè)備運(yùn)行情況。搭建了過程控制與生產(chǎn)管理之間信息集成平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了煉鋼生產(chǎn)過程在煉鋼廠工控網(wǎng)絡(luò)改造與實(shí)時(shí)方同時(shí)，實(shí)時(shí)是MES框架下的重要功能模塊，數(shù)據(jù)的自動(dòng)不僅可以徹底拋棄手工記錄、人工統(tǒng)計(jì)等工作方式，把崗位操作工從繁雜工記錄模式中解脫出來，而且對(duì)促進(jìn)ERP/MES/PCS三層框架下數(shù)據(jù)流與信息流的共享與暢通起到積極的作用。SA/CA公司ApplicationServer服務(wù)器數(shù)據(jù)。組態(tài)WEB服務(wù)器提供組態(tài)畫面在IE上發(fā)布服務(wù)；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) 據(jù)服務(wù)器WonderwareInSQLServer上，如在編制連鑄工藝監(jiān)督記錄時(shí),根據(jù)爐號(hào)實(shí)現(xiàn)各流拉速、結(jié)晶鋼種時(shí)溫度鋼種時(shí)溫度拉溫度，溫差1#,2#,3#工圖4.8數(shù)據(jù)自動(dòng)Fig.4.8Flowchartofautomaticdata第五章煉鋼生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的實(shí)§5-1J2EE技術(shù)體系開發(fā)完成，具有高效穩(wěn)定、安全可靠、良好的可移植性和跨平臺(tái)性等Struts框架與MVC模式的實(shí)現(xiàn)能，如圖5.1所示。模?？刂瓶刂?方法調(diào) 事Fig.5.1RelationshipsandfunctionsofMVC下面就本系統(tǒng)“轉(zhuǎn)爐工藝監(jiān)督”模塊的實(shí)現(xiàn)具體介紹 部分手動(dòng)錄入，并現(xiàn)操作者在個(gè)限范圍對(duì)“工藝監(jiān)督記錄表”的增、刪、改、查等功能。在JavaebconAcon類，封裝同一業(yè)務(wù)邏輯內(nèi)的一系列操作方法（method屬性區(qū)分各個(gè)方法，節(jié)省了類的數(shù)目，同時(shí)使用DispatchAction類時(shí)，在Struts的配置文件（Struts-config.xml）進(jìn)行配置中，需要設(shè)置 name="zlscsjForm"scope="request"<forwardname="search"<forwardname="update"<forwardname="insert"<forwardname="delete"WebActionServletActionServletStruts文件中的配置信息，并根據(jù)文件中的各模塊配置來初始化相應(yīng)的配置對(duì)象，當(dāng)用戶的請(qǐng)求督“查詢”功能描述Struts的具體工作流程：Struts的配置文件中查找匹配該請(qǐng)求（zlscsj.do）的<action>子元素，如果不存在，則返回zlscsjFormzlscsjForm對(duì)象中，并將zlscsjForm對(duì)象放入Scope屬性指定的范圍內(nèi)；對(duì)象，則表單驗(yàn)證成功。否則表單驗(yàn)證失敗，ActionServlet將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給Input屬性指定的頁面；前端控制器將控制權(quán)轉(zhuǎn)交給<action>元素Type屬性指定的com.das.technicData.Struts.ZlscsjActionZlscsjAction類對(duì)象不存在，則創(chuàng)建該類對(duì)象。并根據(jù)zlscsj.do?method=search選擇執(zhí)行ZlscsjAction類封裝的search()方法；此時(shí)，ZlscsjAction類的search()方法中進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯處理，并返回一個(gè)ActionForward對(duì)象。控制權(quán)被交回ActionServlet，ActionServlet將返回的map.findForward("search")對(duì)象與<action>元素戶都瀏覽器顯示結(jié)果。完成了轉(zhuǎn)爐監(jiān)督記錄的“查詢”功能。該具體過程如下圖5.2所示：模FormJavaSearch()1:HTTP5:HTTP視Struts-Fig.5.3Monitoringrecordsqueryof1#BOFAjax(AsynchronousJavaScriptandXML)是由JesseJamesGarrett，中文意思是異步的JavaScriptXML。它并不是一門新的語言，而是幾項(xiàng)技術(shù)按一定的方式組合在一起，在共同的協(xié)作JavaScript、XHTML、CSS、DOM、XML、XSTLXMLHttpeAabbAax實(shí)現(xiàn)了Ax的b應(yīng)用的異步交互模式，也就是當(dāng)客戶端發(fā)送請(qǐng)求后不需要等待服務(wù)器響應(yīng)完畢，此時(shí)用戶仍然可以進(jìn)行其它的操作任務(wù)，如b表單操作，而瀏覽器也會(huì)繼續(xù)對(duì)用戶與頁面的其它交互所以Web服務(wù)器的處理時(shí)間大大減少了[49]DWR（DirectWebRemoting）是一個(gè)開源的類庫(kù)，可以實(shí)現(xiàn)Ajax技術(shù)。它可以允許在瀏覽器里的DWRAjaxJavaJavaScript代碼，給用戶的體驗(yàn)就如同傳統(tǒng)Java函數(shù)調(diào)用返回值，實(shí)現(xiàn)界面的局部刷新功能。但是，在異步模式下，下面，以“精煉爐工藝監(jiān)督實(shí)時(shí)”為例，介紹Ajax技術(shù)和DWR框架在本系統(tǒng)中的應(yīng)用精煉爐（LF爐）LF爐生產(chǎn)情況的實(shí)時(shí)監(jiān)督與基本數(shù)據(jù)的記錄。由于本系統(tǒng)連接到站成分、出站成分、成品成分等。當(dāng)工藝監(jiān)督人輸入“爐號(hào)”后，AjaxDWR框架實(shí)現(xiàn)的局部刷新功能便異步返回該爐質(zhì)檢數(shù)據(jù)并及時(shí)顯示在JSP頁面中。關(guān)鍵步驟如下：前端頁面“爐號(hào)”控件觸發(fā)onblur=lhchange(this)，并將自己當(dāng)作參數(shù)調(diào)用JavaScriptfunctionlhchange(element){varlhvalue=varpatrn^([0-9]{1})(\-)([0-9]{5})$正則表達(dá)式驗(yàn)證爐號(hào)格式if(!patrn.exec(lhvalue)){}k:function(data){if(data!=null){}}DWR通過配置文件（dwr.xml）配置JavaScript方法中句柄（CfFromSql）與JavaBean類<createcreator="new"<paramname="class"檢數(shù)據(jù)庫(kù)，返回該爐的質(zhì)檢成分（該返回值為L(zhǎng)ist(Map)的類型。DWR框架與Ajax技術(shù)完成精煉爐工藝監(jiān)督實(shí)時(shí)的過程如圖5.4所示

異步返

Fig.5.4FlowchartofDWRframeworkachievingajax圖5.5精煉爐工藝監(jiān)督實(shí)時(shí)結(jié)Fig.5.5TheResultsofreal-timedataacquisitionforrefiningfurnace§5-2模塊設(shè)Struts框架實(shí)現(xiàn)的控制轉(zhuǎn)發(fā)功能：頁面請(qǐng)求“productPlan.do?method=search”，Struts配置文件(Struts-config.xml)pathActionProPlanAction.java回一個(gè)ActionForward對(duì)象與<action>元素中的<forward>子元素進(jìn)行匹配，并將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給指定的JSP頁Fig.5.6Interfaceoforderlaunch()方法，模型收集參數(shù)并開始執(zhí)行，最后將執(zhí)行結(jié)果異步返回給ProductPlan.jsp實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示與頁面的局部刷新。如下圖5.7所示。排的合同的即時(shí)顯示功能，如下圖5.8所示。Fig.5.8Manualadjustmentofproduction高競(jìng)爭(zhēng)力有積極的推動(dòng)作用，同時(shí)，生產(chǎn)計(jì)劃動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互功能，對(duì)客戶訂單的變更做§5-3該系統(tǒng)于2009年5月投入使用，目前系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。對(duì)提高企業(yè)的生產(chǎn)能力、產(chǎn)品質(zhì)量、減少庫(kù)提高對(duì)客戶訂單響應(yīng)能力及交貨的及時(shí)性。傳統(tǒng)的人工排產(chǎn)效率低下，對(duì)合同的變更無法做到及時(shí)響應(yīng)，往往造成資源浪費(fèi)或延期交貨的現(xiàn)象，而該系統(tǒng)的運(yùn)行能避免這些問題，一旦用戶訂單或；在MES框架下，InSQL實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和InTouch實(shí)時(shí)的使用實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)收集和與ERP/MES/PCS三層結(jié)構(gòu)下信息流，數(shù)據(jù)流的暢通與共享，積極的促進(jìn)了企業(yè)的信息化建設(shè)道§6-1建設(shè)ERP/MES/PCS三層結(jié)構(gòu)的CIMS，提升鋼鐵企業(yè)竟?fàn)幜统掷m(xù)發(fā)展的動(dòng)力是世界鋼鐵業(yè)普MESMES的煉鋼連鑄生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)，提高了企業(yè)對(duì)決策的執(zhí)行能力，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)信息與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在CIMS三層架構(gòu)下的流通與共享；同時(shí)，煉鋼連鑄生產(chǎn)計(jì)劃的編制問題是整個(gè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)的問題，本論MES理論，結(jié)合鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際特點(diǎn)和企業(yè)信息化中存在的問題，提出基于生產(chǎn)計(jì)劃的編制問題是整個(gè)煉鋼連鑄生產(chǎn)調(diào)度問題的重點(diǎn)與難點(diǎn)問題，在詳細(xì)介紹了煉鋼MES框架下信息流，數(shù)據(jù)流的特點(diǎn)提出選型，InTouch系統(tǒng)設(shè)計(jì)，煉鋼廠工控網(wǎng)絡(luò)改造與實(shí)時(shí)方案等。以J2EE為開發(fā)平臺(tái)，融合MVC、Struts、Ajax、DWR等技術(shù)框架，編碼實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)。并根據(jù)系生產(chǎn)過程與ERP/MES/PCS三層結(jié)構(gòu)下信息流，數(shù)據(jù)流的暢通與共享?！?-2作業(yè)計(jì)劃與動(dòng)態(tài)調(diào)度是鋼鐵企業(yè)MES內(nèi)容和，在煉鋼連鑄生產(chǎn)工藝中,由于工藝路徑MES理論指導(dǎo)下開發(fā)的生產(chǎn)調(diào)煉鋼和連鑄是兩個(gè)連續(xù)的生產(chǎn)過程，但本編制的兩階段模型聯(lián)系還不夠緊密，未達(dá)到一體如何更好的利用這些較成優(yōu)化算法求解生產(chǎn)計(jì)劃編制模型是今后研究和算法改進(jìn)的重點(diǎn)。 龐新富,,.煉鋼連鑄動(dòng)態(tài)調(diào)度方法及其應(yīng)用[J].石油化工高等學(xué)校學(xué) ,,.一種求解連鑄生產(chǎn)調(diào)度問題的非線性遺傳算法[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng) 寧樹實(shí),,.基于準(zhǔn)時(shí)制思想的煉鋼—連鑄生產(chǎn)動(dòng)態(tài)調(diào)度算法[J].信息與控 J.Neuwirth.AproductionschedulingsystematthestahllineGMBH[J].InternationalConferenceOnComputerizedProductionControlinSteelPlant,2006,11(6):342-350Oaraif.TheIntegratedProductionPlanningandSchedulingSysteminKashimaSteelXUANH,TANGLX.SchedulingahybridflowshopwithbatchproductionatthelastKUMARV,KUMARS,TIWARIMK.Auction-basedapproachtoresolvetheschedulingprobleminthesteelmakingprocess[J].InternationalJournalofProductionResearch,2006,44(8):1503-1522卓秋明.煉鋼連鑄熱軋生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[D].太原:太原理,,.連鑄—熱軋生產(chǎn)制定軋制單位的模型和算法[J].信息與控制李霄峰,,.煉鋼連鑄系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)度模型和啟發(fā)式調(diào)度算法[J].交通大學(xué)學(xué)柴天佑,,.基于三層結(jié)構(gòu)的流程工業(yè)現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)[J].控制工,,.鋼鐵企業(yè)MES中的計(jì)劃調(diào)度系統(tǒng)[J].冶金自動(dòng)化,2004,28(1):22-Nash,Mike.MES-APananceaforthePlantPain[J].ManufacturingComputerSolutions,2004,許文硯,華.面向MES的車間生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].電氣技術(shù)與自動(dòng)REYNOLDSAP,MCKEOWNGP.ConstructionofFactorySchedulesUsingReverse,.冷軋生產(chǎn)線機(jī)組作業(yè)計(jì)劃過程中的投料混合比算法[J].計(jì)算機(jī)集成制造系OKANOH,DAVENPORTAJ,TRUMBOM.MetalFinishingLineSchedulingintheSteelIndustryIBMJournalResearch&Development,2006,27(5):811-,王秀英,.基于變約束規(guī)劃模型的煉鋼連鑄動(dòng)態(tài)調(diào)度[J].控制理論與應(yīng)DREXLA,KMMSA.Lot-sizingandScheduling.SurveyandExtensions[J].EuropeanJournalOperationResearch,2004,99(2):221-235寧樹實(shí).煉鋼一連鑄一熱軋生產(chǎn)調(diào)度研究及應(yīng)用[D].大連:大連理工大學(xué)Park,HuaGyoo,Baik,JongMyung.ADeveloofObject-OrientedSimulatorforManufacturingExecutionSystems[J].Computers&IndustrialEngineering,2008,37(2):239-242,.管理信息系統(tǒng)原理與應(yīng)用[M].:人學(xué). parativeadvantagethrou