編者按：

隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)、云計算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數據、人工智能等新技術(shù)的飛速發(fā)展，以及IT與OT技術(shù)的進(jìn)一步融合，工業(yè)制造、城市交通、電力能源、農業(yè)等各大行業(yè)領(lǐng)域的智慧化發(fā)展已成為必然趨勢。推進(jìn)各領(lǐng)域向智慧化發(fā)展是一項復雜而龐大的系統工程，既需要單一技術(shù)與裝備的突破應用，還需要系統化的集成創(chuàng )新。智慧系統解決方案是推廣普及智能化技術(shù)的關(guān)鍵手段，是促進(jìn)各行業(yè)智能化水平提升的核心。

為深化智慧產(chǎn)業(yè)發(fā)展，進(jìn)一步提升智慧產(chǎn)業(yè)各領(lǐng)域系統解決方案應用水平，現由中國自動(dòng)化學(xué)會(huì )、智能制造推進(jìn)合作創(chuàng )新聯(lián)盟、工業(yè)控制系統信息安全產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、邊緣計算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、中國儀器儀表行業(yè)協(xié)會(huì )主辦，控制網(wǎng)（fcfhome.com）＆《自動(dòng)化博覽》承辦的2020智慧系統解決方案征集活動(dòng)已正式啟動(dòng)，面向全行業(yè)公開(kāi)征集智慧系統解決方案。本刊特開(kāi)設智慧系統解決方案專(zhuān)欄，刊發(fā)其中優(yōu)秀的解決方案以饗讀者。

河鋼樂(lè )亭項目是河鋼集團貫徹落實(shí)中央關(guān)于鋼鐵企業(yè)退城重大搬遷決策部署、以產(chǎn)能置換方式推動(dòng)集團沿海鋼鐵產(chǎn)業(yè)布局、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結構調整、實(shí)現產(chǎn)品結構升級的重要工程項目。在整個(gè)鋼鐵行業(yè)產(chǎn)能過(guò)剩、同質(zhì)化競爭日趨激烈的大背景下，河鋼樂(lè )亭從項目啟動(dòng)開(kāi)始，便圍繞如何提高企業(yè)的有效供給、創(chuàng )新生產(chǎn)組織模式和服務(wù)模式、培育競爭新優(yōu)勢，真正促進(jìn)企業(yè)產(chǎn)品及產(chǎn)業(yè)升級等目標，從管理、工藝、設備、信息自動(dòng)化體系支撐等全方位入手，展開(kāi)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(cháng)流程鋼廠(chǎng)。

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(dòng)化體系支撐方面，借鑒業(yè)內同行及河鋼自身有益經(jīng)驗，充分發(fā)揮與產(chǎn)線(xiàn)基建同步建設實(shí)施的資源優(yōu)勢，對生產(chǎn)全要素進(jìn)行總動(dòng)員，覆蓋產(chǎn)銷(xiāo)一體化、全流程質(zhì)量管理、供應鏈、物流、能源、設備、財務(wù)、成本、人力等各方管理需求，構筑縱向貫通、橫向集成、協(xié)同聯(lián)動(dòng)的完整智能制造體系。本文為河鋼樂(lè )亭鐵鋼區智能調度設計方案，重點(diǎn)為充分利用信息技術(shù)手段以及優(yōu)化模型算法，以鐵鋼區動(dòng)態(tài)調度系統為中心，深度集成鐵運、鐵前MES、鋼區MES、自動(dòng)化天車(chē)、鐵鋼包管理、鋼區二級等系統，使鐵鋼調度執行過(guò)程智能化、可視化，生產(chǎn)狀態(tài)實(shí)時(shí)感知、對生產(chǎn)異常進(jìn)行預測預警，為調度決策提供準確信息，進(jìn)而實(shí)現鐵區高爐出鐵、鋼區各工序生產(chǎn)作業(yè)的高效協(xié)同，實(shí)現企業(yè)鐵鋼產(chǎn)能平衡，滿(mǎn)足河鋼樂(lè )亭綠色化、智能化建設目標，為未來(lái)河鋼樂(lè )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(chuàng )新點(diǎn)

（1）冶金長(cháng)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(chǎn)品制造全流程；

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

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

（4）新一代智能化技術(shù)應用：包括業(yè)內先進(jìn)的多目標優(yōu)化模型算法、圖像AI識別技術(shù)、鐵鋼包/天車(chē)定位及RFID跟蹤技術(shù)的集成應用。

2 項目方案

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

（1）整體功能設計

河鋼樂(lè )亭鐵鋼區智能調度，為跨生產(chǎn)區域的公司級全流程冶煉作業(yè)計劃指揮管理系統，屬行業(yè)首創(chuàng )，是河鋼樂(lè )亭產(chǎn)銷(xiāo)一體化管理中的重要組成部分，向上承接產(chǎn)銷(xiāo)一體化-計劃系統下發(fā)的澆次計劃以及產(chǎn)銷(xiāo)一體化-訂單設計下發(fā)的鋼區質(zhì)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(chǎn)作業(yè)。

主要功能包括：鋼區生產(chǎn)作業(yè)動(dòng)態(tài)排程、溫度預測、天車(chē)實(shí)時(shí)調度、鋼包調度、鐵水調撥。通過(guò)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(chǎn)過(guò)程，在滿(mǎn)足工藝和物流管理需求的基礎上，達到生產(chǎn)序列和生產(chǎn)截止期的最佳匹配，削減運輸緩沖時(shí)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(yè)效率、提升鋼包的出鋼質(zhì)量，保障生產(chǎn)穩定性。鐵鋼區動(dòng)態(tài)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(chuàng )建下發(fā)、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(dòng)態(tài)調整、調度及監控。

（2）系統集成及關(guān)鍵技術(shù)

河鋼樂(lè )亭鐵鋼區智能調度設計方案，以產(chǎn)銷(xiāo)一體化-鐵鋼動(dòng)態(tài)調度系統為核心，通過(guò)與煉鐵MES、鐵運系統、煉鋼MES、鐵鋼包管理、自動(dòng)化天車(chē)系統、鋼區二級系統的深度集成，進(jìn)行鐵鋼區調度聯(lián)合作業(yè)協(xié)同管理，對高爐、鐵包、運輸機車(chē)、天車(chē)、鋼包、轉爐等作業(yè)實(shí)體，以及出鐵過(guò)程、運輸過(guò)程、吊運過(guò)程、冶煉過(guò)程等作業(yè)活動(dòng)進(jìn)行統籌監控、管理，充分考慮實(shí)體與過(guò)程的狀態(tài)變更，充分考慮鐵鋼水運輸過(guò)程溫降、包的運輸及吊運路徑選擇、前后生產(chǎn)工序作業(yè)銜接等關(guān)鍵因子，采用多目標尋優(yōu)智能算法進(jìn)行系統建模，使整個(gè)鐵鋼調度執行過(guò)程數字化、智能化，動(dòng)態(tài)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(chǎn)計劃、出鐵實(shí)績(jì)及質(zhì)量信息，供鐵鋼區調度進(jìn)行合理的鐵水分配及爐次訂單匹配。鐵運采用機車(chē)位置跟蹤、微機聯(lián)鎖等技術(shù)完成包架、機組運輸動(dòng)態(tài)管理，執行鐵鋼區調度系統分鐵計劃，為鐵包運輸選擇最優(yōu)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(chǎn)計劃，并與鋼區二級共同完成鋼區生產(chǎn)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(tài)及維護、包齡及履歷管理?；诙ㄎ缓万炞C傳感設備，進(jìn)行鋼包的識別以及天車(chē)和鋼包車(chē)的實(shí)時(shí)跟蹤。通過(guò)紅外攝像和AI圖像識別技術(shù)應用，對生產(chǎn)狀態(tài)的鋼包進(jìn)行360度檢測，實(shí)時(shí)掌握鋼包內襯侵蝕狀態(tài)，進(jìn)行維修預警，防止漏鋼事故，提升鋼包智能選用及生產(chǎn)安全性保障。同時(shí)，通過(guò)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(tài)信息。自動(dòng)化天車(chē)系統主要完成鐵包的吊運以及鋼包的吊運管理，應用天車(chē)吊包的掛鉤識別輔助技術(shù)及天車(chē)導航系統應用，確保作業(yè)安全可控，保障工序間生產(chǎn)銜接高效協(xié)同。

（3）業(yè)務(wù)功能實(shí)現

實(shí)際執行中，根據產(chǎn)銷(xiāo)一體化下發(fā)的鋼區澆次序列，鋼區動(dòng)態(tài)調度生成鋼區爐次生產(chǎn)訂單，借助系統排程模型算法得出該澆次每爐在每個(gè)工序的開(kāi)始生產(chǎn)和結束生產(chǎn)時(shí)間，進(jìn)而推出鋼區生產(chǎn)所需鐵水需求量。當鋼區生產(chǎn)所需鐵水需求量與高爐出鐵計劃的出鐵量曲線(xiàn)不平衡時(shí)，鐵區動(dòng)態(tài)調度及時(shí)給予調整反饋。正常情況下，鐵區動(dòng)態(tài)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(kāi)始生產(chǎn)、結束生產(chǎn)時(shí)間、計劃到達出鐵口時(shí)間、出鐵口等信息。同時(shí)，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(tài)及流轉情況，給出合理的配包實(shí)績(jì)。之后，鐵區調度再根據出鐵實(shí)績(jì)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(dòng)態(tài)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(shí)接收天車(chē)系統的返回鐵包放置信息，進(jìn)而完成對鐵包使用情況、狀態(tài)的跟蹤與履歷管理。鋼區動(dòng)態(tài)調度根據澆次計劃生成的爐次生產(chǎn)計劃，包括了預處理、轉爐、精煉、連鑄等各個(gè)生產(chǎn)工序的生產(chǎn)計劃及時(shí)間序列，以圖形化方式展示，明確了各生產(chǎn)工藝路徑及生產(chǎn)設備，并同步給鋼包管理、自動(dòng)化天車(chē)、鋼區二級等系統，按照爐次計劃共同組織完成鋼區生產(chǎn)聯(lián)動(dòng)作業(yè)。通過(guò)二級實(shí)際反饋上傳的工序生產(chǎn)狀態(tài)，鋼區動(dòng)態(tài)調度對爐次計劃進(jìn)行執行過(guò)程的監控管理，當計劃執行出現時(shí)間、設備或人為調整導致的偏差時(shí)，系統實(shí)時(shí)對爐次計劃進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新；根據生產(chǎn)鋼水的質(zhì)量判定信息，鋼區動(dòng)態(tài)調度可以進(jìn)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(chǎn)計劃信息，滿(mǎn)足調度人員對鋼區生產(chǎn)節奏的動(dòng)態(tài)管理，滿(mǎn)足公司對于全流程按單進(jìn)行生產(chǎn)、質(zhì)量管理的需要。在生產(chǎn)過(guò)程發(fā)生異常后，如資源、時(shí)間發(fā)生沖突或存在斷澆可能時(shí)，系統會(huì )提供預警，輔助調度人員進(jìn)行作業(yè)調整，適應煉鋼區域復雜多變的生產(chǎn)管理要求，同時(shí)滿(mǎn)足下游軋鋼區域的物料需求計劃。

鐵區調度畫(huà)面

鋼區調度畫(huà)面

摘自《自動(dòng)化博覽》2020年4月刊