鞍钢铁水计算机辅助调度系统的开发与应用

（1．清华大学工业工程系，北京100084；2．上海大学；3．东北大学；4．鞍钢集团新钢铁有限责任公司） ［摘 要］为了改变鞍钢铁水调度管理的落后状况，满足鞍钢全面信息化的要求，在对铁水调度管理现场长期调研的基础上，采用先进的设计理念和信息化方法，开发了鞍钢铁水计算机辅助调度系统。该系统的成功应用，大大提高了工作效率，并可实现成本的降低。 ［关键词］铁水调度；信息化；计算机辅助调度系统 0 前言 铁水调度是协调炼铁厂和炼钢厂生产组织的核心内容，合理高效地进行铁水调度分配是生产得以顺利进行的有力保证。铁水调度工作因其工作强度异常大，所需掌控信息量繁多，业务流程复杂、生产波动性大等原因，一直是许多钢厂信息化工作的难点。目前围绕铁水调度问题进行的学术研究及实践应用，一般集中在铁水运输路径优化等局部流程改善的问题上，能够对铁水调度全流程进行管理改善的却不是很多。其中，国内宝钢在此方面取得了一定的应用，如宝钢实施了电脑化铁水管理作业系统，在采用DGPS卫星复合导航定位等技术的基础上，实现对机车和铁罐车动态实时跟踪，并建立了各生产单元联网的铁水管理计算机系统，实现了铁水管理的信息化。 由于不同的钢铁企业具有不同的流程特点，所采用的铁水管理信息化的模式和方法也不尽相同。鉴于此，本文在对铁水调度管理现场长期调研的基础上，采用先进的设计理念和信息化方法，开发了鞍钢铁水计算机辅助调度系统。旨在改变鞍钢铁水调度管理的落后现状，实现信息化的鞍钢铁水调度管理，并为其他同类钢厂的铁水调度信息化提供参考。 1 铁水调度现场概要 鞍钢炼铁厂共有11座高炉，炼钢厂包括一、二、三炼钢，共6个转炉，这11座高炉通过铁水罐车和机车向三个炼钢厂供应铁水，负责铁水调度的部门是铸运车间。铁水调度的工作内容主要包括制定铁水分配方案，对机车和铁水罐车进行运输调度，工作流程包括从高炉出铁直至铁水运往炼钢厂翻完罐，空罐被运回高炉等待出铁水为止的全过程。原来铁水调度人员采用电话、人工进行信息传递和借助“木块实物模拟摆放”图进行铁水和车辆的调度管理，落后的手工管理方式已经严重制约了生产的顺利进行。 图₁ 是铁水分配的简化流程图，图2是铁水罐周转流程图，即铁水的运输过程，这两个流程构成了一个完整的铁水调度过程。 2 辅助调度系统的设计 鞍钢目前具备在厂区内实现网络通信的条件，并取得了相应部门领导对该项目的支持，员工也普遍具有迅速掌握新系统的能力。但是暂且不具备采用DGPS卫星复合导航定位等装备对机车和铁罐车的运行情况进行跟踪定位的条件，因此也不具备实现生产信息完全自动采集的条件。鉴于上上述情况，本系统首先采用计算机网络通信技术，在铸运车间和11座高炉之间建立局域网，并通过炼铁厂内部网与其他相关部门连接。系统还采用数据库技术、Client／Server体系结构和科学的计算方法，实现了实际生产数据的传输和现场情况的实时管理，并能够对调度决策提供辅助支持。 3 辅助调度系统的主要功能 3．1 信息管理 铁水调度涉及部门广、信息传递量大，不仅容易造成信息传递延误、失真，而且部门间难以协调、权责不易明确。信息系统的设计充分考虑了这些因素，不仅针对不同部门的客户采用了不同特点的信息界面，而且通过时间追踪、语音提示、界面突出显示等功能的设计，既保证了信息传递的及时准确，又达到了便于部门间信息传递反馈、明晰权责的效果。系统管理的主要信息内容如下： （1）高炉出铁信息。包括出铁的开始时间、结束时间、罐号、罐重、估铁成分、生铁成分、铁口方向、主副道出铁罐数、瓦斯工姓名、是否丢铁、丢铁原因描述以及高炉出现其他问题的原因等信息。 （2）需求计划信息。包括总调度室下达的计划指令信息，各个钢厂的月需求和日需求计划以及高炉和转炉的定、维修计划等。 （3）调度方案信息。包括总铁次、日铁次、配罐时间、分配去向及罐数、机车号、送达时间、翻罐时间等。 （4）系统初始条件信息。为提高信息系统的柔性，使系统适应鞍钢现场情况的变化，系统设计了对其他模块初始条件的设定功能。包括对工作人员姓名、部门名称、铁路道号和各种信息有效范围等的初始设置。 3．2 辅助调度决策 铁水调度人员为了使铁水调配方案合理化，保证生产活动的顺利进行，所需处理和掌控的信息量过于庞大，并且零乱无序，非常不利于进行调度决策。因此，该模块针对调度分配流程不同阶段的决策需求，一方面提取决策相关信息，转化成表格、图形等各种有效方式集中显示；另一方面根据决策目标和各种约束条件，给出决策范围，列举可供选择的决策方案。主要内容如下： （1）设施的可用状态显示。铁水调度人员在进行调配铁水时，高炉、转炉等设施的可用状态是必不可少的考虑因素。因此系统不仅将设施状态描述信息转化成数字信息，以作为可执行的决策约束条件；同时还将状态信息转化为图形信息，以不同形状和颜色区别显示各高炉和转炉的检、维修状态及正常运转状态，使各种设施实时可用状态一目了然。 （2）铁水供求状况汇总。分别按照出铁水的高炉号和接收铁水的转炉号对本班次内铁水已分配情况实时汇总，并集中显示。 （3）预分配方案的估算。在总结铁水已分配状况的基础上，系统根据高炉出铁量约束、炼钢厂需求量约束、总调度室的计划指令约束和设施状态约束，在保证铁水均衡供应的决策目标下，给出各需求单位预分配铁水罐数的合理范围，并列举可供选择的调度分配方案。据此，调度人员将根据丰富的经验以及对其他因素（如恶劣天气，意外事故等）的综合考虑，参考备选方案并做出调度决策。 3．3铁水调度管理 系统设计了一个能够显示全部调度现场信息的图形界面，标明炼铁厂、钢厂、铸铁厂、调车厂以及小用户等相关部门，采用不同的颜色和形状区分了小罐、大罐、试验罐、坏罐和渣罐等调度过程中使用的全部铁水罐类型，以及这几种罐处于“重罐”、“空罐”、“半罐”的不同状态，并清晰地标明了所使用的各条道号。该界面上设置了20项菜单命令，除了基本的“保存”、“后退”、“退出”等命令，还包含对铁水罐和机车的类别改变、位置的移动、删除等操作。 铁水调度管理模块能够实现从高炉出铁水、铁水分配及铁水运送、铁水罐检验等铁水调度全流程的实时管理。具体如下： （1）初始信息显示。该模块能够自动识别系统采集的初始信息，并转化成图形界面信息，包括出铁罐数、罐的类别、残铁罐罐号、铁水罐位置，所在道号等现场信息全部清晰地显示在该界面上。 （2）铁水分配。在辅助调度模块支持下，铁水调度人员确定了各钢厂、铸铁厂、小用户等需求单位的分配罐数后，只需将被分配的铁水罐图形拖向相应的分配单位图像标识，此分配方案即被保存并传达给各用户、高炉和调车厂。 （3）铁水运输。由于无法自动采集现场车辆信息，在将调度指令下达给调车厂后，铁水调度人员根据现场传来的实时信息，对图形界面进行相应调整，以保证与现场信息的同步性。该模块设计充分考虑了现场的各种情况，因此，该图形界面能够完整地显示铁水运输的全过程，包括铁水运往钢厂、在钢厂翻罐、运至铸铁厂验罐等过程，在该界面中均有显示。据此，铁水调度人员能够实现对现场各部分情况的实时掌控及对整个调度流程的调度管理。 3．4 统计查询 该模块除了具备基本的统计查询功能外，还针对铁水调度信息量大、数据类型复杂、难以集中显示等特点，设计了针对多用户的查询和显示方式，用户操作简单，使用方便。 4 辅助调度系统应用效果分析 系统的成功应用大大提高了工作效率，增强了信息传递的及时性和准确性，尤其将铁水调度人员从繁琐的事务性劳动中解脱出来，实现了人与计算机之间的最佳分工，使铁水调度工作真正成为智力性和创造性的劳动。并且在工作人员熟练掌握系统操作的基础上，可以减少铁水调度人员的数量，从而为劳动成本的节约提供了可能。 本文通过对系统应用前后铁水调度人员工作时间构成分析来说明系统的应用效果。为研究方便，将其工作时间分为事务性工作时间、智力性工作时间和工作间歇时间。经过长期的研究、测量后，得出系统实施前后工作时间的构成比较，见表1。 5结论和建议 该课题从现场调研工作开始，历时一年的时间完成，得到了鞍钢验收专家组的充分肯定。此次项目的完成结束了30多年的落后管理方式，是铁水调度管理信息化进程上迈出的第1步。在今后的工作中，建议从以下几个方面展开工作： （1）管理体制的进一步完善。增强部门间的相互协调，可减少信息化工作的难度，信息化会取得更好的效果。 （2）监控系统的实施。如能像宝钢一样，实现对机车和铁水罐车的实时动态监控，对于铁水调度管理系统的信息化完善是一个重大举措。 （3）优化模型的嵌入。在以上两点逐步完善的情况下，系统中嵌入合适的优化模型，将实现铁水调度的高度智能化。