煉鋼軋管工序智能聯(lián)動生產(chǎn)管理的方法研究

吳宏佳，李玉柱，丁黎輝

（天津鋼管制造有限公司，天津 300301）

隨著制造強國進程的不斷推進，天津鋼管制造有限公司（簡稱天津鋼管）邁向智能制造的步伐也在不斷加快。為落實“中國制造2025”規(guī)劃，依據(jù)“以制造智能化技術(shù)為關(guān)鍵，在優(yōu)勢行業(yè)開展智能制造模式應(yīng)用，提升企業(yè)智能制造技術(shù)水平”的發(fā)展思路，實現(xiàn)做精做強鋼管主業(yè)的發(fā)展目標，需要打造堅實的專業(yè)化、智能化的制造模式，全面提升公司的競爭力，實現(xiàn)面向鋼管產(chǎn)品全生命周期管理，以提質(zhì)增效、高效協(xié)同為中心，逐步實現(xiàn)現(xiàn)場管理可視化，制造過程控制數(shù)字化、智能化［1-6］。

智能制造是基于新一代信息技術(shù)，貫穿設(shè)計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動各個環(huán)節(jié)，具有信息深度自感知、智慧優(yōu)化自決策、精準控制自執(zhí)行等功能的先進制造過程、系統(tǒng)與模式的總稱。智能制造可有效縮短產(chǎn)品研制周期、降低運營成本、提高生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低資源能源消耗。這就是智能制造的核心技術(shù)、管理要求、主要功能和經(jīng)濟目標，實現(xiàn)智能制造對于天津鋼管轉(zhuǎn)型升級和持續(xù)發(fā)展具有重要作用。如何做好關(guān)鍵制造環(huán)節(jié)智能化，是智能制造首先要研究和解決的技術(shù)問題。

鋼管企業(yè)的生產(chǎn)組織首先是根據(jù)銷售合同需求進行生產(chǎn)計劃編制，然后按照編制好的生產(chǎn)計劃下達生產(chǎn)任務(wù)，按照生產(chǎn)任務(wù)組織現(xiàn)場生產(chǎn)。生產(chǎn)計劃編制的第一步是接收銷售提報合同，在鋼管產(chǎn)品規(guī)范和冶金規(guī)范的支持下，對銷售提報的合同進行質(zhì)量設(shè)計和產(chǎn)品設(shè)計。質(zhì)量設(shè)計是設(shè)計合同的加工工藝途徑及合同產(chǎn)品從材料準備、生產(chǎn)、檢驗、發(fā)貨、出廠等全過程的工藝控制參數(shù)、質(zhì)量控制參數(shù)、檢化驗要求等作業(yè)指令，而產(chǎn)品設(shè)計是設(shè)計合同生產(chǎn)加工途徑中各工序的投入物料規(guī)格、質(zhì)量，并根據(jù)各工序的投料原則計算合同的工序欠量（即該工序需要加工生產(chǎn)的需求量），銷售提報的合同經(jīng)過質(zhì)量設(shè)計和產(chǎn)品設(shè)計后生成生產(chǎn)訂單。生產(chǎn)計劃編制的第二步是由生產(chǎn)訂單轉(zhuǎn)化為工序排產(chǎn)訂單，工序排產(chǎn)訂單講明了生產(chǎn)什么產(chǎn)品，生產(chǎn)多少數(shù)量，何時開始生產(chǎn)，生產(chǎn)順序，如何生產(chǎn)以及在哪些工序取樣，檢驗判定等信息。

煉管、軋制、熱處理、管加工是鋼管生產(chǎn)流程中四大關(guān)鍵工序，前工序的產(chǎn)出是后工序的投料，各工序之間不僅存在物流和資源平衡問題，同時還存在時間平衡問題。考慮這些工序排序的約束，鋼管生產(chǎn)的工序排產(chǎn)以軋管工序為核心，用軋管訂單的管坯需求前推包含電爐、連鑄的煉鋼排產(chǎn)計劃，用軋管產(chǎn)出的半成品后推熱處理和管加工的排產(chǎn)計劃，使前后工序從生產(chǎn)計劃到生產(chǎn)執(zhí)行保持聯(lián)動，計劃同步、物流匹配，以解決上道工序與下道工序之間的生產(chǎn)矛盾。以煉鋼到軋管工序間的聯(lián)動為例，說明鋼管企業(yè)的前后工序是如何實現(xiàn)智能聯(lián)動生產(chǎn)管理的。

1 由軋管排產(chǎn)計劃倒推煉鋼排產(chǎn)計劃

生產(chǎn)制造管理部門接收銷售提報的合同在產(chǎn)品規(guī)范和冶金規(guī)范支撐下進行成分、理化、公差、探傷、加工、水壓等交付標準和內(nèi)控要求的質(zhì)量設(shè)計并生成生產(chǎn)訂單，對生產(chǎn)訂單進行下發(fā)確認，生成軋管工序排產(chǎn)訂單。軋管工序排產(chǎn)訂單不僅包括軋制長度、軋制標準、機組生產(chǎn)線、可選鋼種等軋管層屬性，同時也包括煉鋼標準、坯料來源、坯分類、鑄坯定尺長度等煉鋼層屬性。對軋管工序訂單進行產(chǎn)品設(shè)計，根據(jù)合同的成品規(guī)格、訂貨長度、公差要求計算鑄坯長度、倍尺數(shù)、斷面直徑、鑄坯需求噸數(shù)等信息，生成管坯需求計劃是軋管工序排產(chǎn)的重要內(nèi)容［7-8］。

根據(jù)企業(yè)的生產(chǎn)特點，管坯來源包括自產(chǎn)管坯和外購管坯兩種模式。自產(chǎn)管坯將合同訂貨量轉(zhuǎn)換為煉鋼生產(chǎn)需求，目前很多時候1 個訂單的煉鋼需求量不到1 爐。之后按煉鋼、連鑄的工藝要求，編制形成連鑄組批澆次計劃，供煉鋼生產(chǎn)線按照作業(yè)計劃組織后續(xù)生產(chǎn)。外購管坯根據(jù)質(zhì)量設(shè)計結(jié)果的管坯尺寸規(guī)格、鋼種等信息進行管坯外購申請。當前，按訂單生產(chǎn)，多品種、小批量生產(chǎn)是鋼鐵行業(yè)的發(fā)展趨勢，為了減少庫存、節(jié)約成本，最有效的運作策略是組批生產(chǎn)，不同的軋管訂單按照管坯來源是自產(chǎn)還是外購、管坯分類是鍛坯還是鑄坯以及鋼種、斷面直徑、單倍坯長度等約束條件進行歸并組合成一個煉鋼工序訂單。歸并組合的限制條件是煉鋼、鑄造、鍛造等制程不一致不能合并生成管坯需求，監(jiān)制工序點不一致不能合并生成管坯需求。

煉鋼工序訂單與軋管工序訂單之間的關(guān)系是：一個煉鋼工序訂單對應(yīng)一個管坯需求計劃，一個管坯需求計劃對應(yīng)一個或者多個軋管工序訂單產(chǎn)生的管坯需求。通過把軋管工序訂單的管坯需求轉(zhuǎn)化為煉鋼工序訂單，并建立了這二者的關(guān)聯(lián)關(guān)系，協(xié)調(diào)銜接了前后工序排產(chǎn)訂單，保障了生產(chǎn)穩(wěn)定高效。

煉鋼、軋管工序聯(lián)動生產(chǎn)管理流程如圖1 所示。

圖1 煉鋼、軋管工序聯(lián)動生產(chǎn)管理流程

1.1 煉鋼工序排產(chǎn)待冶煉噸數(shù)的計算

煉鋼工序排產(chǎn)待冶煉噸數(shù)的計算步驟如下：

（1） 計算管坯需求噸數(shù)。按照管坯斷面相同，鋼種相同，鋼種索引碼的熔煉成分有交集可以連澆生產(chǎn)的原則，合并在一個生產(chǎn)周期內(nèi)的軋管訂單層管坯需求噸數(shù)。

（2） 計算煉鋼訂單冶煉噸數(shù)。對上一步計算得到的需求的管坯質(zhì)量，轉(zhuǎn)換成倍尺鑄坯支數(shù)且對支數(shù)進行圓整，并計算理論質(zhì)量，就是該煉鋼工序訂單排產(chǎn)需要冶煉生產(chǎn)的噸數(shù)。

（3） 管坯利庫噸數(shù)。管坯利庫噸數(shù)最大值=管坯需求噸數(shù)－組澆在途噸數(shù)。為了更好地消化余材、降低庫存，實現(xiàn)物料與生產(chǎn)合同關(guān)系的優(yōu)化匹配，協(xié)調(diào)上下工序間物流平衡，需要在計劃下發(fā)前首先進行管坯利庫，用凈需求量下發(fā)計劃。對于沒有對應(yīng)作業(yè)計劃的管坯進行利庫管理，管坯可利庫滿足的要素是鋼種、管坯斷面、工序標準、定尺長度相同，并且對于要求監(jiān)制的合同，必須按合同要求決定能否利庫。

（4） 待冶煉噸數(shù)的計算。待冶煉噸數(shù)=煉鋼訂單冶煉噸數(shù)－組澆在途噸數(shù)－管坯利庫噸數(shù)，這個噸數(shù)就是煉鋼工序訂單排產(chǎn)時需要下發(fā)生產(chǎn)的噸數(shù)。

1.2 澆次計劃計算

澆次計劃的計算用到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如下：連鑄生產(chǎn)線鑄機的最大流數(shù)、是否更換中間包的換包方式、開澆切頭損失、中包鑄余、連鑄生產(chǎn)線一個澆次允許的最大爐數(shù)。

計算步驟如下：

（1） 計算一個澆次的頭尾損失。澆次頭部損失=連鑄生產(chǎn)線鑄機的最大流數(shù)×切頭噸數(shù)；尾部損失=中間包留余。

（2） 計算一個澆次最多可以冶煉的噸數(shù)。澆次可冶煉的最大噸數(shù)=連鑄生產(chǎn)線一個澆次允許的最大爐數(shù)×電爐設(shè)備最大出鋼量上限－澆次頭尾損失。

（3） 本澆次工序排產(chǎn)訂單冶煉噸數(shù)。澆次排產(chǎn)訂單冶煉噸數(shù)=MIN（澆次可冶煉的最大噸數(shù)，待冶煉噸數(shù)）。

（4） 計算本澆次排產(chǎn)訂單冶煉爐數(shù)。［（澆次排產(chǎn)訂單冶煉噸數(shù)＋澆次頭尾損失）÷出鋼上限］取整，［（澆次排產(chǎn)訂單冶煉噸數(shù)＋澆次頭尾損失）÷出鋼下限］取整，取這2 個整數(shù)之間最小的整數(shù)為本澆次排產(chǎn)訂單冶煉爐數(shù)。

2 由煉鋼生產(chǎn)實績觸發(fā)軋管排產(chǎn)訂單下發(fā)

2.1 生成軋管裝爐計劃虛表記錄

由軋管工序排產(chǎn)訂單推算出管坯需求，生成煉鋼工序排產(chǎn)訂單，由煉鋼工序排產(chǎn)訂單通過使用1.2 節(jié)的計算方法編制煉鋼澆次計劃，為了保證供應(yīng)給軋管的坯料順暢，不同鋼種不同斷面的管坯提前準備時間雖然要求稍微有所不同，但一般需要在軋管開軋前5 h 準備好坯料，提前24 h 電爐煉鋼，所以煉鋼的澆次作業(yè)計劃安排要充分考慮軋管的生產(chǎn)作業(yè)計劃時間。

煉鋼澆次計劃編制完成后確認下發(fā)，同時生成軋管工序排產(chǎn)訂單向下對應(yīng)的軋管裝爐計劃虛表，此時，記錄的是已經(jīng)排了澆次計劃的連鑄計劃數(shù)據(jù)，寫軋管裝爐計劃虛表數(shù)據(jù)用到了虛擬材料技術(shù)。只有軋管裝爐計劃虛表有數(shù)據(jù)，軋管工序排產(chǎn)訂單才可以下發(fā)。提前寫虛表使物流銜接緊密，體現(xiàn)了為后工序服務(wù)的思想理念，盡可能節(jié)約能源，降低成本，縮短生產(chǎn)周期。

2.2 生成軋管裝爐計劃實表記錄

煉鋼澆次計劃下發(fā)之后，生成電爐爐次計劃，開始執(zhí)行煉鋼生產(chǎn)實績，按照冶金規(guī)范制程要求的工序，經(jīng)過電爐、LF 鋼包精煉爐、VD 真空脫氣爐、RH 真空循環(huán)脫氣爐、連鑄機、連鑄切割等生產(chǎn)工序后進入管坯表面質(zhì)量檢驗、管坯精整下線入庫、管坯判定等生產(chǎn)實績工序。根據(jù)煉鋼生產(chǎn)實績對作業(yè)計劃狀態(tài)進行跟蹤處理，對管坯生產(chǎn)信息進行跟蹤。

軋管工序作業(yè)計劃是用虛擬計劃編制組合實際作業(yè)計劃編制來實現(xiàn)的，當上道工序煉鋼的生產(chǎn)實績產(chǎn)出物料管坯完成質(zhì)量判定時，自動將下道工序軋管的虛擬計劃轉(zhuǎn)為實際計劃。即當煉鋼管坯判定完成，用煉鋼排產(chǎn)訂單號與軋管排產(chǎn)訂單號的對應(yīng)關(guān)系生成對應(yīng)的軋管工序排產(chǎn)裝爐計劃實表，實表中是已經(jīng)判定并確認可以投入的上料支數(shù)和上料噸數(shù)。

3 訂單狀態(tài)

煉鋼澆次計劃下發(fā)后，該澆次計劃開始生產(chǎn)，則該煉鋼工序排產(chǎn)訂單已經(jīng)由計劃狀態(tài)變?yōu)樯a(chǎn)狀態(tài)，進入生產(chǎn)執(zhí)行階段。此時，對應(yīng)的軋管工序訂單是計劃狀態(tài)，該軋管訂單向下的裝爐計劃可以下發(fā)。同理，對于軋管工序排產(chǎn)訂單，軋管裝爐計劃下發(fā)后，該裝爐計劃開始軋制生產(chǎn)，軋管生產(chǎn)的第一道工序是管坯上料和鋸切，鋸切完成后意味著管坯已經(jīng)不能原樣退回管坯庫，軋管工序排產(chǎn)訂單下的裝爐計劃全部執(zhí)行到管坯上料鋸切完成，則該軋管工序排產(chǎn)訂單由計劃狀態(tài)進入軋管生產(chǎn)執(zhí)行中的狀態(tài)。

由軋管工序排產(chǎn)訂單倒推煉鋼工序排產(chǎn)訂單時，明確地給出了煉鋼訂單的投入量和產(chǎn)出量，在煉鋼生產(chǎn)實績過程中，由于兼具化學(xué)變化和物理變化，難免有意外情況發(fā)生，導(dǎo)致生產(chǎn)實績與訂單計劃不符。例如，煉鋼熔煉成分不符合要求，而考慮生產(chǎn)時間成本不能繼續(xù)冶煉該排產(chǎn)訂單時，生產(chǎn)廠調(diào)度人員就可依據(jù)實際生產(chǎn)情況調(diào)整作業(yè)計劃，依據(jù)規(guī)則來判斷是否斷澆。此時，煉鋼澆次計劃下發(fā)卻沒有全部執(zhí)行完成，但因為煉鋼澆次計劃下發(fā)后煉鋼訂單已經(jīng)進入生產(chǎn)狀態(tài)，軋管裝爐計劃虛表已經(jīng)寫入了裝爐計劃，對應(yīng)的軋管工序排產(chǎn)訂單已經(jīng)是下發(fā)狀態(tài)，可以通過補量處理來滿足軋管訂單的需求量，如果軋管工序訂單狀態(tài)關(guān)閉則不能補量，只能通過補增新的訂單處理。

當煉鋼訂單下的所有澆次計劃都進行了生產(chǎn)實績回報、沒有在途且全部判定，對應(yīng)的煉鋼訂單是“生產(chǎn)完畢”狀態(tài)。同樣，當軋管訂單下所有裝爐計劃都進行了生產(chǎn)實績回報、沒有在途且全部判定，對應(yīng)的軋管訂單是“生產(chǎn)完畢”狀態(tài)。當軋管訂單為“生產(chǎn)完畢”狀態(tài)則對應(yīng)的煉鋼訂單一定為關(guān)閉狀態(tài)，關(guān)閉狀態(tài)的訂單禁止補量操作。煉鋼訂單補量的處理辦法有2 種：一種是直接在原煉鋼訂單增加冶煉噸數(shù)，原管坯需求計劃號不變；另外一種辦法是通過拆分軋管訂單增加管坯需求噸數(shù)，此時放棄了原管坯需求計劃號。

4 應(yīng)用效果及結(jié)語

天津鋼管主業(yè)智能產(chǎn)銷管理項目全線貫通以來，運行穩(wěn)定。通過建立的煉鋼、軋管工序間智能聯(lián)動生產(chǎn)管理，加快了生產(chǎn)節(jié)奏，減少了物料在庫滯留時間，縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，實現(xiàn)了客戶交貨期最短化。綜合成材率提高，客戶響應(yīng)時間縮短。鋼管智能產(chǎn)銷管理全線貫通對于提升公司產(chǎn)品開發(fā)能力、生產(chǎn)經(jīng)營能力以及綜合競爭能力具有重要意義。煉鋼、軋管工序間智能聯(lián)動生產(chǎn)管理的建立，加快了物流運轉(zhuǎn)速度，縮減了倉庫使用，鋼管半成品庫存下降，減少了資金占壓。