鞍鋼鐵水計(jì)算機(jī)輔助調(diào)度系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

（1．清華大學(xué)工業(yè)工程系，北京100084；2．上海大學(xué)；3．東北大學(xué)；4．鞍鋼集團(tuán)新鋼鐵有限責(zé)任公司） ［摘 要］為了改變鞍鋼鐵水調(diào)度管理的落后狀況，滿足鞍鋼全面信息化的要求，在對(duì)鐵水調(diào)度管理現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期調(diào)研的基礎(chǔ)上，采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和信息化方法，開(kāi)發(fā)了鞍鋼鐵水計(jì)算機(jī)輔助調(diào)度系統(tǒng)。該系統(tǒng)的成功應(yīng)用，大大提高了工作效率，并可實(shí)現(xiàn)成本的降低。 ［關(guān)鍵詞］鐵水調(diào)度；信息化；計(jì)算機(jī)輔助調(diào)度系統(tǒng) 0 前言 鐵水調(diào)度是協(xié)調(diào)煉鐵廠和煉鋼廠生產(chǎn)組織的核心內(nèi)容，合理高效地進(jìn)行鐵水調(diào)度分配是生產(chǎn)得以順利進(jìn)行的有力保證。鐵水調(diào)度工作因其工作強(qiáng)度異常大，所需掌控信息量繁多，業(yè)務(wù)流程復(fù)雜、生產(chǎn)波動(dòng)性大等原因，一直是許多鋼廠信息化工作的難點(diǎn)。目前圍繞鐵水調(diào)度問(wèn)題進(jìn)行的學(xué)術(shù)研究及實(shí)踐應(yīng)用，一般集中在鐵水運(yùn)輸路徑優(yōu)化等局部流程改善的問(wèn)題上，能夠?qū)﹁F水調(diào)度全流程進(jìn)行管理改善的卻不是很多。其中，國(guó)內(nèi)寶鋼在此方面取得了一定的應(yīng)用，如寶鋼實(shí)施了電腦化鐵水管理作業(yè)系統(tǒng)，在采用DGPS衛(wèi)星復(fù)合導(dǎo)航定位等技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)車(chē)和鐵罐車(chē)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)跟蹤，并建立了各生產(chǎn)單元聯(lián)網(wǎng)的鐵水管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了鐵水管理的信息化。 由于不同的鋼鐵企業(yè)具有不同的流程特點(diǎn)，所采用的鐵水管理信息化的模式和方法也不盡相同。鑒于此，本文在對(duì)鐵水調(diào)度管理現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期調(diào)研的基礎(chǔ)上，采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和信息化方法，開(kāi)發(fā)了鞍鋼鐵水計(jì)算機(jī)輔助調(diào)度系統(tǒng)。旨在改變鞍鋼鐵水調(diào)度管理的落后現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)信息化的鞍鋼鐵水調(diào)度管理，并為其他同類(lèi)鋼廠的鐵水調(diào)度信息化提供參考。 1 鐵水調(diào)度現(xiàn)場(chǎng)概要 鞍鋼煉鐵廠共有11座高爐，煉鋼廠包括一、二、三煉鋼，共6個(gè)轉(zhuǎn)爐，這11座高爐通過(guò)鐵水罐車(chē)和機(jī)車(chē)向三個(gè)煉鋼廠供應(yīng)鐵水，負(fù)責(zé)鐵水調(diào)度的部門(mén)是鑄運(yùn)車(chē)間。鐵水調(diào)度的工作內(nèi)容主要包括制定鐵水分配方案，對(duì)機(jī)車(chē)和鐵水罐車(chē)進(jìn)行運(yùn)輸調(diào)度，工作流程包括從高爐出鐵直至鐵水運(yùn)往煉鋼廠翻完罐，空罐被運(yùn)回高爐等待出鐵水為止的全過(guò)程。原來(lái)鐵水調(diào)度人員采用電話、人工進(jìn)行信息傳遞和借助“木塊實(shí)物模擬擺放”圖進(jìn)行鐵水和車(chē)輛的調(diào)度管理，落后的手工管理方式已經(jīng)嚴(yán)重制約了生產(chǎn)的順利進(jìn)行。 圖₁ 是鐵水分配的簡(jiǎn)化流程圖，圖2是鐵水罐周轉(zhuǎn)流程圖，即鐵水的運(yùn)輸過(guò)程，這兩個(gè)流程構(gòu)成了一個(gè)完整的鐵水調(diào)度過(guò)程。 2 輔助調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 鞍鋼目前具備在廠區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信的條件，并取得了相應(yīng)部門(mén)領(lǐng)導(dǎo)對(duì)該項(xiàng)目的支持，員工也普遍具有迅速掌握新系統(tǒng)的能力。但是暫且不具備采用DGPS衛(wèi)星復(fù)合導(dǎo)航定位等裝備對(duì)機(jī)車(chē)和鐵罐車(chē)的運(yùn)行情況進(jìn)行跟蹤定位的條件，因此也不具備實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)信息完全自動(dòng)采集的條件。鑒于上上述情況，本系統(tǒng)首先采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，在鑄運(yùn)車(chē)間和11座高爐之間建立局域網(wǎng)，并通過(guò)煉鐵廠內(nèi)部網(wǎng)與其他相關(guān)部門(mén)連接。系統(tǒng)還采用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、Client／Server體系結(jié)構(gòu)和科學(xué)的計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)了實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)的傳輸和現(xiàn)場(chǎng)情況的實(shí)時(shí)管理，并能夠?qū)φ{(diào)度決策提供輔助支持。 3 輔助調(diào)度系統(tǒng)的主要功能 3．1 信息管理 鐵水調(diào)度涉及部門(mén)廣、信息傳遞量大，不僅容易造成信息傳遞延誤、失真，而且部門(mén)間難以協(xié)調(diào)、權(quán)責(zé)不易明確。信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)充分考慮了這些因素，不僅針對(duì)不同部門(mén)的客戶采用了不同特點(diǎn)的信息界面，而且通過(guò)時(shí)間追蹤、語(yǔ)音提示、界面突出顯示等功能的設(shè)計(jì)，既保證了信息傳遞的及時(shí)準(zhǔn)確，又達(dá)到了便于部門(mén)間信息傳遞反饋、明晰權(quán)責(zé)的效果。系統(tǒng)管理的主要信息內(nèi)容如下： （1）高爐出鐵信息。包括出鐵的開(kāi)始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、罐號(hào)、罐重、估鐵成分、生鐵成分、鐵口方向、主副道出鐵罐數(shù)、瓦斯工姓名、是否丟鐵、丟鐵原因描述以及高爐出現(xiàn)其他問(wèn)題的原因等信息。 （2）需求計(jì)劃信息。包括總調(diào)度室下達(dá)的計(jì)劃指令信息，各個(gè)鋼廠的月需求和日需求計(jì)劃以及高爐和轉(zhuǎn)爐的定、維修計(jì)劃等。 （3）調(diào)度方案信息。包括總鐵次、日鐵次、配罐時(shí)間、分配去向及罐數(shù)、機(jī)車(chē)號(hào)、送達(dá)時(shí)間、翻罐時(shí)間等。 （4）系統(tǒng)初始條件信息。為提高信息系統(tǒng)的柔性，使系統(tǒng)適應(yīng)鞍鋼現(xiàn)場(chǎng)情況的變化，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了對(duì)其他模塊初始條件的設(shè)定功能。包括對(duì)工作人員姓名、部門(mén)名稱、鐵路道號(hào)和各種信息有效范圍等的初始設(shè)置。 3．2 輔助調(diào)度決策 鐵水調(diào)度人員為了使鐵水調(diào)配方案合理化，保證生產(chǎn)活動(dòng)的順利進(jìn)行，所需處理和掌控的信息量過(guò)于龐大，并且零亂無(wú)序，非常不利于進(jìn)行調(diào)度決策。因此，該模塊針對(duì)調(diào)度分配流程不同階段的決策需求，一方面提取決策相關(guān)信息，轉(zhuǎn)化成表格、圖形等各種有效方式集中顯示；另一方面根據(jù)決策目標(biāo)和各種約束條件，給出決策范圍，列舉可供選擇的決策方案。主要內(nèi)容如下： （1）設(shè)施的可用狀態(tài)顯示。鐵水調(diào)度人員在進(jìn)行調(diào)配鐵水時(shí)，高爐、轉(zhuǎn)爐等設(shè)施的可用狀態(tài)是必不可少的考慮因素。因此系統(tǒng)不僅將設(shè)施狀態(tài)描述信息轉(zhuǎn)化成數(shù)字信息，以作為可執(zhí)行的決策約束條件；同時(shí)還將狀態(tài)信息轉(zhuǎn)化為圖形信息，以不同形狀和顏色區(qū)別顯示各高爐和轉(zhuǎn)爐的檢、維修狀態(tài)及正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，使各種設(shè)施實(shí)時(shí)可用狀態(tài)一目了然。 （2）鐵水供求狀況匯總。分別按照出鐵水的高爐號(hào)和接收鐵水的轉(zhuǎn)爐號(hào)對(duì)本班次內(nèi)鐵水已分配情況實(shí)時(shí)匯總，并集中顯示。 （3）預(yù)分配方案的估算。在總結(jié)鐵水已分配狀況的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)根據(jù)高爐出鐵量約束、煉鋼廠需求量約束、總調(diào)度室的計(jì)劃指令約束和設(shè)施狀態(tài)約束，在保證鐵水均衡供應(yīng)的決策目標(biāo)下，給出各需求單位預(yù)分配鐵水罐數(shù)的合理范圍，并列舉可供選擇的調(diào)度分配方案。據(jù)此，調(diào)度人員將根據(jù)豐富的經(jīng)驗(yàn)以及對(duì)其他因素（如惡劣天氣，意外事故等）的綜合考慮，參考備選方案并做出調(diào)度決策。 3．3鐵水調(diào)度管理 系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)能夠顯示全部調(diào)度現(xiàn)場(chǎng)信息的圖形界面，標(biāo)明煉鐵廠、鋼廠、鑄鐵廠、調(diào)車(chē)廠以及小用戶等相關(guān)部門(mén)，采用不同的顏色和形狀區(qū)分了小罐、大罐、試驗(yàn)罐、壞罐和渣罐等調(diào)度過(guò)程中使用的全部鐵水罐類(lèi)型，以及這幾種罐處于“重罐”、“空罐”、“半罐”的不同狀態(tài)，并清晰地標(biāo)明了所使用的各條道號(hào)。該界面上設(shè)置了20項(xiàng)菜單命令，除了基本的“保存”、“后退”、“退出”等命令，還包含對(duì)鐵水罐和機(jī)車(chē)的類(lèi)別改變、位置的移動(dòng)、刪除等操作。 鐵水調(diào)度管理模塊能夠?qū)崿F(xiàn)從高爐出鐵水、鐵水分配及鐵水運(yùn)送、鐵水罐檢驗(yàn)等鐵水調(diào)度全流程的實(shí)時(shí)管理。具體如下： （1）初始信息顯示。該模塊能夠自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)采集的初始信息，并轉(zhuǎn)化成圖形界面信息，包括出鐵罐數(shù)、罐的類(lèi)別、殘鐵罐罐號(hào)、鐵水罐位置，所在道號(hào)等現(xiàn)場(chǎng)信息全部清晰地顯示在該界面上。 （2）鐵水分配。在輔助調(diào)度模塊支持下，鐵水調(diào)度人員確定了各鋼廠、鑄鐵廠、小用戶等需求單位的分配罐數(shù)后，只需將被分配的鐵水罐圖形拖向相應(yīng)的分配單位圖像標(biāo)識(shí)，此分配方案即被保存并傳達(dá)給各用戶、高爐和調(diào)車(chē)廠。 （3）鐵水運(yùn)輸。由于無(wú)法自動(dòng)采集現(xiàn)場(chǎng)車(chē)輛信息，在將調(diào)度指令下達(dá)給調(diào)車(chē)廠后，鐵水調(diào)度人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)傳來(lái)的實(shí)時(shí)信息，對(duì)圖形界面進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，以保證與現(xiàn)場(chǎng)信息的同步性。該模塊設(shè)計(jì)充分考慮了現(xiàn)場(chǎng)的各種情況，因此，該圖形界面能夠完整地顯示鐵水運(yùn)輸?shù)娜^(guò)程，包括鐵水運(yùn)往鋼廠、在鋼廠翻罐、運(yùn)至鑄鐵廠驗(yàn)罐等過(guò)程，在該界面中均有顯示。據(jù)此，鐵水調(diào)度人員能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各部分情況的實(shí)時(shí)掌控及對(duì)整個(gè)調(diào)度流程的調(diào)度管理。 3．4 統(tǒng)計(jì)查詢 該模塊除了具備基本的統(tǒng)計(jì)查詢功能外，還針對(duì)鐵水調(diào)度信息量大、數(shù)據(jù)類(lèi)型復(fù)雜、難以集中顯示等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了針對(duì)多用戶的查詢和顯示方式，用戶操作簡(jiǎn)單，使用方便。 4 輔助調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)用效果分析 系統(tǒng)的成功應(yīng)用大大提高了工作效率，增強(qiáng)了信息傳遞的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，尤其將鐵水調(diào)度人員從繁瑣的事務(wù)性勞動(dòng)中解脫出來(lái)，實(shí)現(xiàn)了人與計(jì)算機(jī)之間的最佳分工，使鐵水調(diào)度工作真正成為智力性和創(chuàng)造性的勞動(dòng)。并且在工作人員熟練掌握系統(tǒng)操作的基礎(chǔ)上，可以減少鐵水調(diào)度人員的數(shù)量，從而為勞動(dòng)成本的節(jié)約提供了可能。 本文通過(guò)對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用前后鐵水調(diào)度人員工作時(shí)間構(gòu)成分析來(lái)說(shuō)明系統(tǒng)的應(yīng)用效果。為研究方便，將其工作時(shí)間分為事務(wù)性工作時(shí)間、智力性工作時(shí)間和工作間歇時(shí)間。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究、測(cè)量后，得出系統(tǒng)實(shí)施前后工作時(shí)間的構(gòu)成比較，見(jiàn)表1。 5結(jié)論和建議 該課題從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研工作開(kāi)始，歷時(shí)一年的時(shí)間完成，得到了鞍鋼驗(yàn)收專家組的充分肯定。此次項(xiàng)目的完成結(jié)束了30多年的落后管理方式，是鐵水調(diào)度管理信息化進(jìn)程上邁出的第1步。在今后的工作中，建議從以下幾個(gè)方面展開(kāi)工作： （1）管理體制的進(jìn)一步完善。增強(qiáng)部門(mén)間的相互協(xié)調(diào)，可減少信息化工作的難度，信息化會(huì)取得更好的效果。 （2）監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)施。如能像寶鋼一樣，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)車(chē)和鐵水罐車(chē)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控，對(duì)于鐵水調(diào)度管理系統(tǒng)的信息化完善是一個(gè)重大舉措。 （3）優(yōu)化模型的嵌入。在以上兩點(diǎn)逐步完善的情況下，系統(tǒng)中嵌入合適的優(yōu)化模型，將實(shí)現(xiàn)鐵水調(diào)度的高度智能化。