（控制理论与控制工程专业论文）高炉生产物料管理系统的设计与开发.pdf

i ，7 。 1】l-，7； 1j_一 口pl 一 ，? b yx i n gg u i f e n g s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f e s s o r z h e n gx i u p i n g p r o f e s s o rc h a it i a n y o u n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j u n e2 0 0 8 p l -_i i j j 屯7 i、， 1-11 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 ：c 己 恧。 学位论文作者签名：邓桂凤 日期： 2 0 d f - 2 5 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年口一年口一年半口两年口 学位论文作者签名：邢才童阋 签字日期： 加。了6 z 3 - 导师签名： 签字日期： i i p u p 飞 ， 协 _ 0 气 东北大学硕士论文摘要 高炉生产物料管理系统的设计与开发 摘要 高炉炼铁为后续工序炼钢提供及时的、优质的铁水，因此钢铁产品的质量和成本很 大程度上要受铁水质量和成本的制约。高炉冶炼是一个连续而复杂的物理化学过程，如 何在保证铁水质量的前提下降低铁水的成本成为钢铁行业的研究热点。高炉生产物料管 理系统以高炉的优化配料和高炉上料槽原料的物料调度为核心。进而研究资源优化与物 料调度的协同关系，对于铁区降低生产成本与高效运行具有重要意义。 本文以天津钢铁股份有限公司3 2 0 0 m 3 高炉生产实际为背景，对高炉生产物料管理进 行了深入研究，并设计与开发了高炉生产物料管理系统软件。主要内容如下： ( 1 ) 分析了高炉炼铁生产工艺流程和与高炉生产物料的进出流程，对高炉生产物料 管理进行了研究，提出了高炉生产物料管理系统的总体架构；并针对入炉料作了基于线 性规划的优化配料方法的研究，以及对高炉上料槽的原料调度应用启发式规则进行仿真 编制出上料槽原料调度计划。系统使配料资源优化与物料调度得到有效集成。 ( 2 ) 设计了高炉生产物料管理系统的软件：包括总体结构、功能，并详细地设计了 物料管理软件所包括的高炉物料基础数据管理、高炉优化配料、高炉上料槽供料系统、 高炉物料接收发出统计管理功能模块，以及数据库和界面等。 ( 3 ) 结合高炉炼铁的特点，利用微软公司的n e tf r a m e w o r k 平台下的w i n d o w s f o r m s ( c # ) 技术以及m i c r o s o f i 公司的s q ls e r v e r 2 0 0 0 数据库平台，开发了基于c s 结构模 式的高炉生产物料管理软件。 ( 4 ) 高炉生产物料管理软件进行了验证，结果表明：高炉优化配料节省了成本，并 且原料调度比较合理，软件具有一定的通用性和可扩展性。 关键词：高炉；物料管理；优化配料；供料系统；线性规划 i i i 硕士论文摘要 i v ， ， o 尹奄岭 ，。oi l a r g ee x t e n t b l a s tf u r n a c es m e l t i n gi sac o n t i n u o u sa n dc o m p l e xp h y s i c a la n dc h e m i c a l p r o c e s s h o wt or e d u c et h ec o s to fp i gi r o nu n d e ri t sq u a l i t yr e q u i r e m e n t sh a sb e c o m ei r o n a n ds t e e li n d u s t r y sr e s e a r c hf o c u s t h ec o r eo fm a t e r i a lm a n a g e m e n t s y s t e mf o rb l a s tf u m a c e p r o d u c t i o na r eo p t i m i z a t i o no ft h ei n g r e d i e n t so ft h eb l a s tf u r n a c ea n dt h er a wm a t e r i a l p r o d u c t i o ns c h e d u l i n go fb l a s tf u r n a c e su pf e e dc h u t e s t h es y n e r g i cr e l a t i o n s h i po fr e s o u r c e o p t i m i z a t i o na n ds c h e d u l i n go fm a t e r i a li sr e s e a r c h e d t h es y s t e mh a sg r e a ts i g n i f i c a n c ef o r r e d u c i n gt h ec o s to fi r o na r e aa n de n h a n c i n go p e r a t i o n a le f f i c i e n c y i nt h i st h e s i s ，t h em a t e r i a lm a n a g e m e n tf o rb l a s tf u r n a c ep r o d u c t i o ni r o n m a k i n gp r o c e s s w a sr e s e a r c h e d am a t e r i a lm a n a g e m e n ts y s t e m ss o f t w a r eo fb l a s tf u m a c ep r o d u c t i o nh a d b e e nd e s i g n e da n dd e v e l o p e du n d e rt h eb a c k g r o u n do ft h e3 2 0 0 m 3b l a s tf u r n a c ei nt i a n j i n i r o na n ds t e e lc o l t d t h ep r i m a r yc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： t h eb l a s tf u r n a c ep r o d u c t i o n p r o c e s sa n dm a t e r i a lp r o c e s sw e r ea n a l y z e d ，a n dt h e m a t e r i a lm a n a g e m e n tf o rb l a s tf u r n a c ep r o d u c t i o nw a ss t u d i e d t h eo v e r a l lf r a m e w o r ko f m a t e r i a lm a n a g e m e n tf o rb l a s tf u r n a c ep r o d u c t i o nw a sp u tf o r w a r d t h eo p t i m i z a t i o no ft h e i n g r e d i e n t so ft h eb l a s tf u r n a c ew a sb a s e do nt h el i n e a rp r o g r a m m i n go p t i m i z a t i o nm e t h o d ， a n dt h es c h e d u l i n go ft h er a wm a t e r i a ls i m u l a t e dap l a n n e dd i s p a t c ho fr a wm a t e r i a l t i o no n h e u r i s t i cr u l e s t h es y s t e mi n t e g r a t e dr e s o u r c eo p t i m i z a t i o na n dm a t e r i a ls c h e d u l i n ge f f e c t i v e t h em a t e r i a lm a n a g e m e n tf o rb l a s tf u m a c ep r o d u c t i o ns o f t w a r eh a db e e nd e s i g n e da n d d e v e l o p e di n c l u d e st h eo v e r a l ls t r u c t u r ea n df u n c t i o n a tt h es a m et i m em a t e r i a lb a s i so fd a t a m a n a g e m e n tf o rb l a s tf u m a c e ，o p t i m i z a t i o ni n g r e d i e n t sf o rb l a s tf u r n a c e ，f e e d i n gs y s t e mf o r b l a s tf u r n a c e su pf e e dc h u t e sa n dr e c e i v i n ga n dt r a n s p o r tm a t e r i a lm a n a g e m e n tf o rb l a s t f a m a c eh a d b e e nd e t a i l e d l yd e s i g n e d ，a sw e l la sd a t a b a s ea n di n t e r f a c e c o m b i n i n g 谢t i ls q ls e r v e r 2 0 0 0i n n e tf r a m e w o r kp l a t f o r m ，m a t e r i a lm a n a g e m e n t f o rb l a s tf u m a c ep r o d u c t i o ns o f t w a r ew a sb a s e do nt h ec sm o d ef o ri r o n m a k i n gp r o c e s s i n g w a sd e v e l o p e d t h er e s u l ts h o w st h a t ：b l a s tf u r n a c e i n g r e d i e n t so p t i m i z ec o s t i s s a v e d ，a n dt h e s c h e d u l i n go fr a wm a t e r i a li sr e a s o n a b l e s o f t w a r ei su n i v e r s a la n ds c a l a b i l i t y k e y w o r d s ： b l a s tf u r n a c e ；m a t e r i a lm a n a g e m e n t ；o p t i m i z a t i o no fi n g r e d i e n t s ；f e e d i n g s y s t e m ；l i n e a rp r o g r a m m i n g v 一 北大学硕士学位论文 a b s t r a c t v i 一 。吩 + * 公 ， 1 o 东北大学硕士学位论文 目 录 目录 独创性声明i 摘要i i i 6 l l j i s t r a c t v 第l 章绪论1 1 1 课题背景1 1 2 物料管理系统的研究现状2 1 3 高炉生产物料管理系统4 l - 3 1 生产物料管理系统与物料管理系统的关系4 1 3 2 高炉生产物料管理系统简介5 1 4 课题来源及研究意义5 1 4 1 课题来源5 1 4 2 研究意义5 1 5 本文的主要工作5 第2 章高炉生产物料管理过程描述- 7 2 1 高炉炼铁生产工艺流程7 2 1 1 典型高炉生产工艺流程7 2 1 2 高炉生产的物料进出流程9 2 2 高炉生产物料管理系统的总体目标9 2 3 高炉生产物料管理系统的特点和难点1 0 2 4 本章小结1 1 第3 章高炉生产物料管理系统的结构研究13 3 1 高炉生产物料管理系统的总体解决方案1 3 3 2 高炉优化配料的计算模型1 4 3 2 1 高炉优化配料模型的基本介绍1 4 3 2 2 物料平衡和热平衡2 2 3 2 3 高炉优化配料的专家知识库2 7 v i i 东北大学硕士学位论文目 录 3 2 4 高炉优化配料计算的原理和方法2 8 3 3 高炉上料槽供料系统方法研究31 3 3 1 高炉上料槽供料系统与高炉上料系统3 1 3 3 2 高炉多个原料槽供料3 3 3 4 高炉优化配料与供料系统的集成3 6 3 5 本章小结3 9 第4 章高炉生产物料管理系统的系统设计4 1 4 1 高炉生产物料管理系统与生产管理系统其他组成部分的关系4 1 4 2 高炉生产物料管理的功能模块设计4 l 4 3 高炉生产物料管理系统软件设计4 2 4 3 1 高炉生产物料管理系统体系结构4 2 4 3 2 高炉生产物料管理软件的设计规范4 4 4 3 3 高炉生产物料管理软件目标4 4 4 4 高炉生产物料管理系统软件的界面设计4 5 4 4 1 界面设计原则4 5 4 4 2 软件界面简述4 6 4 5 高炉生产物料管理系统数据库设计4 7 4 6 本章小结4 8 第5 章高炉生产物料管理系统软件开发与仿真实验验证4 9 5 1 高炉生产物料管理软件的开发工具。4 9 5 1 1 n e t 开发平台4 9 5 1 2 软件的开发语言5 0 5 1 3 软件数据库5 0 5 2 高炉生产物料管理软件的开发和实现5 1 5 2 1w i n d o w sf o r m 程序设计步骤5 1 5 2 2 具体实现部分简介5 3 5 3 软件的运行环境与软件的实验验证5 9 5 3 1 系统运行环境5 9 ， 、 0 r 6 2 展望6 9 参考文献7 1 致谢7 5 附表j 7 6 i x 东北大学硕士学位论文 目录 x 争 0 1 t 弋 一 ， 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 课题背景 钢铁行业是我国国民经济的支柱产业之一，为国民经济的发展做出了积极的贡献。 改革开放以来，特别是近1 0 年来，我国钢铁工业发生了历史性变化，在生产技术、装 备结构、产品结构、企业组织结构等方面取得了一定成绩，形成了较为完整的生产体系， 进入了世界产钢大国的行列，但在某些方面与发达国家相比还有不小的差距，面临着严 峻的挑战。特别是加入w t o 以后，对钢铁工业发展的体制创新、技术创新、管理创新 等提出了新的挑战。钢铁行业作为我国有着数十年历史的传统产业，如何赶上时代潮流， 如何搭上信息化的快车，在新的世纪里续写辉煌，让这棵老树发出新枝，并由此枝繁叶 茂，开花结果是摆在我们面前的一个急需解决的问题。 ， 在当今的信息化时代，信息技术所促使的经济全球化的到来必将进一步推动社会信 息化的步伐【1 3 】。伴随着我国加入世贸组织，企业对整个采购、生产、管理、销售、服 务流程都提出了更高的要求，国内企业将面临以下几大难题：第一，如何提高生产力； 第二，如何提高管理效率：第三，如何提高市场竞争力；第四，如何同国际规范化、标 准化的管理模式接轨；第五，如何提高服务水平及响应速度。所以人们开始将目光投向 内部生产管理，重新重视钢铁集成制造系统内在结构体系。国内外学者逐渐意识到，“企 业资源计划制造执行系统过程控制系统( e r p m e s p c s ) ”三层结构符合现代企业生产 管理结构“扁平化”的思想【4 巧】，与五层结构相比更易于集成和实现【6 】，是集成制造系统 的未来发展趋势。制造执行系统m e s 是面向过程的生产活动与经营活动桥梁和纽带， 是现代集成制造系统的关键。 物料管理是企业生产经营活动中一项最基本的不可或缺的活动，是一种系统地计 划、协调和控制企业各部门的活动，以求最经济、最有效的向企业各部门保质保量地提 供物料。物料管理其目的在于协调企业内部各职能部门之间的关系，从整个企业的角度 控制物料“流”，做到供应好、周转快、消耗低、费用省，取得好的经济效益，以保证 企业生产顺利进行。物料管理是任何一个企业提高其管理水平必不可少的一环。物料管 理是企业生产管理的基础，它的管理水平是反映企业生产技术和经营管理水平的重要标 志，加强物料管理直接关系到企业的生产经营成果，决定企业的经济效益。因此，利用 先进的管理理论和信息技术进行有效的物料管理是很有必要的。 钢铁行业是一个国家经济发展的标志。随着科学与技术的进步，钢铁生产得到了巨 大发展，同时市场竞争越来越激烈，竞争推动着社会发展，同时给企业带来严峻的考验。 国际市场上单纯的价格竞争转变为在产品品种( p r o d u c t ) ，交货时间( t i m e ) 、产品质量 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 ( q u a l i t y ) 、产品成本( c o s t ) 和售后服务( s e r v i c e ) 方面的竞争，物料管理是钢铁企业提高 核心竞争力永恒的主题，对企业的生存和发展至关重要。随着我国市场经济的迅速发展 和全球经济一体化时代的到来，钢铁行业普遍面临着利润空间越来越小、用户要求越来 越高的严峻挑战。为了确保企业的持续长足发展，必随着企业产品种类越来越多和相应 的生产组织模式的多样化，物料管理工作的任务也越来越繁重。采用现代化的、符合企 业需求的集成物料管理系统已经成为企业誓待解决的重要课题。炼铁处在钢铁生产的中 间环节，作用是非常重要的，铁水的成本和质量影响着钢铁产品的成本和质量，因此物 料管理也显的非常重要。 1 2 物料管理系统的研究现状 在日益艰难的国际竞争环境下，要想在竞争中获胜，我们的钢铁企业必须苦练内功、 通过信息化提高企业生产效率、提高产品出口竞争力，利用有限的资金投入，对企业进 行产品结构优化，实现高质量、低能耗、低成本的生产，这就要求生产在向高速化、连 续化、自动化发展的同时，必须实现实时高效率的生产管理。 生产管理是企业最基础的管理工作。只有把生产真正搞好了，能够安全、均衡地生 产出优质、低耗、适销对路的产品，才有基础去讲企业的效益发展和贡献。现代钢铁企 业是一个规模庞大、组织严密、技术复杂、专业化和协作化程度较高的生产系统，它的 生产管理是一项设计范围较广、工作难度较大、相互关联的系统工程：又因为钢铁工业 属流程生产，是连续的、流程化的，所以它要采用不同的自动化技术和工艺控制技术， 而且在生产调度、中间仓库运用乃至按合同组织生产方面都需要不同的技术，同一类型 的钢铁企业由于地理、人文等原因也有很大的不同，所以钢铁企业生产管理的信息化是 一个任务艰巨、困难重重的过程，只有认真分析自己的实际需求，研究自己的特点，不 照搬其他企业的现成模式，才能解决实际问题，满足本企业的需要。 钢铁企业的物料管理在生产管理中占有重要的地位。由于生产制造通常需要品种、 规格繁多的原材料和配套件，为了保证生产过程的连续、均衡，保质保量地即时供应各 类物料就显得十分重要。同时，加强物料管理也是减少流动资金占用、改善企业各项技 术经济指标的重要环节。物料管理与企业各部门的关系极为密切。首先，物料供应的数 量取决于企业生产计划安排，物料供应的品种、规格和型号源自技术部门。物料的使用 方式，尤其是对自制品的管理方式与企业的生产组织方式融为一体，这部分的物料管理 通常由生产部门来完成。同时，物料的库存控制与财务部门的自己管理和供应部门的采 购计划、产成品的库存与销售部门的经销状况均有紧密联系。因此，物料管理是一项涉 及制造业各个部门的综合性管理。 西方工业发达国家对物料管理一贯十分重视。早期的物料管理重点是加强对库存的 控制。其主要手段是确定采购时的最佳订购量( 即经济批量) ，从而使库存成本最小。 2 ， 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 但是，随着现代制造技术的推广使用和生产规模的不断扩大，物料供应与生产的关系越 来越密切。科学技术的迅速发展，尤其是计算机技术的日新月异，使制造业中新的生产 组织方式不断产生，从而导致了物料管理的重大变革。从上个世纪六十年代起，相继出 现了许多新的物料管理模式。具有代表性的有【7 - l o 】： ( 1 ) m r p ( m a t e r i a lr e q u i r e m e n tp l a n ) 虽1 物料需求计划。m r p 是在解决订货点法的缺 陷的基础上发展起来的，也称为基本的m r p 。订货点法的不足是没有按照各种物料真 正需求用的时间来确定订货日期，因此造成较多的库存积压。为了解决这个问题，6 0 年代中期，i b m 公司的约瑟夫奥列基提出把各种物料分为独立需求( 需求量由企业外 部决定) 和相关需求( 由产品零件分解出的物料需求量) ，并按时间段来确定不同时期 的物料需求，产生了物料管理的新方法。独立需求的订货计划根据销售合同或市场预测 信息，由主生产计划( m p s ，m a s t e r p r o d u c t i o ns c h e d u l i n g ) 确定，而大量的相关需求物料 的订货计划是通过m p s 展开产品结构，根据各个物料的从属关系确定的。 ( 2 ) m r p i i ( m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c ep l a n n i n 曲即制造资源计划。m r p i i 是一种以计划 管理为主导的现代生产管理模式，主要适用于各种批量的离散型生产和流水线生产管 理。m r p i i 是八十年代初人们在闭环m r p 的基础上发展起来的。m r p i i 是要有一效地 利用各种制造资源，实现更广泛的管理信息集成，从而实现控制库存，降低制造成本， 实现企业管理的整体优化，m r p i i 实质上不仅是一种物料管理方式，也是一种现代生产 管理模式，它已将物料管理与生产管理融为一体。 ( 3 ) j i t ( j u s t i n t i m e ) 虽p 准时制生产。j i t 是一种以各种物料的零库存为目标的管理模 式。传统的生产方式和管理思想总是利用在制品( w i p ，w o r ki np r o c e s s ) 库存作为生产过 程的缓冲，一旦某个环节发生故障，可以利用库存来维持生产系统的正常运作，但这样 实质上是掩盖了矛盾和问题。j i t 要求生产系统的在制品库存为零，这样就使管理者在 事前对生产经营过程中可能出现的故障进行预防和控制，从而大大提高了企业管理水 平。j i t 系统的运行流程图如下图1 1 所示。由m p s 生成c r p ( c a p a c i t yr e q u i r e m e n t p l a n n i n g ，能力需求计划) 与m r p ，同时生成各种计算与说明的例外信息。计划员根据 这些信息调整由m r p 生成的j i t 生产线的装配计划，下达计划任务。根据w i p 库存信 息，系统自动生成各工序的“拉出表”，分配物料到生产线，由“拉出表”不断传递工序间 的需求信息。最后由完工物品反冲物料消耗及生产成本。 在我国大多数企业中，物料管理基本上局限于仓库管理，与生产、技术、销售等职 能部门沟通不够。制造企业中物料规格、种类繁多，而物料供应，库存管理中的大量工 作主要依靠手工完成，这必然导致工作效率低下，为了确保生产正常进行，往往加大库 存量，从而导致库存成本的增加。因此提高我国制造业的物料管理水平对于当前搞好国 有大中型企业，减少流动资金占用并加速其周转具有现实意义。但是，我国市场体系发 3 第1 章绪论 套件很难按时按量确保供应，j i t 的零库存原则就很难实施；在 运行成功的不多。 图1 1j i t 流程图 f i g 1 1j i tf l o wc h a r t 实践表明，这不仅由于国情不同，企业管理体制与环境不同，更重要的是企业经营者、 管理者对m r p i i 思想还不大了解，不了解它对于管理水平的提高，生产经营的柔性化及 。 提高企业经济效应所带来的巨大影响。因此，对基于我国现状的制造业物料管理系统进 行研究和探讨就显得十分迫切和需要。 1 3 高炉生产物料管理系统 1 3 1 生产物料管理系统与物料管理系统的关系 美国生产与库存管理协会( a p i c s ) 对物料管理的定义是“物料管理集中了支持物流 全过程的所有管理功能，从采购到生产物料、到全部在制品的计划与控制、到成品的入 库、发货和分销 【1 1 】。物料管理与企业各部门的关系极为密切。在制造业物料管理系统 中，输入的是企业的生产经营计划，输出为产品，系统的目标是在保证生产正常运行的 。 前提下尽量降低库存成本、控制物料消耗，提高经济效益。 物料这个概念对于多数企业来说，它有广义和狭义之分。狭义的物料就是指材料或 原料，而广义的物料包括与产品生产有关的所有的物品，如原材料、辅助用品、半成品、 成品等。 生产物料管理系统是物料管理系统的一部分却又不同于以往的物料管理，传统的物 料管理主要内容包括物料需求、物料采购和库存控制三大部分，生产物料管理确没有这 么细的划分，它强调物料与生产的联系，即怎么使用物料生产出更多更好的满足工艺要 求的低价格合格物品。 4 配料方案，在得到最优配比的前提下对各种入炉原料的调度进行优化，以优化的配料方 案指导原料的调度，寻求两者最优的配料方案，充分利用现有的原料以及为管理者购买 原料提供建议。在此过程中本着不影响高炉正常生产的基础上使运送原料的皮带起停次 数最少，达到原料的合理调度。 1 4 课题来源及研究意义 1 4 1 课题来源 在现代钢铁联合企业中，随着高炉的大型化，原料场开始规范化大型化，对高炉的 入炉料均需通过皮带从原料场以及烧结厂等运输到高炉上料槽再进行下一步的生产。 我国典型的生铁制造成本分析表明，主要原材料占生铁制造成本的6 0 左右。铁水 成本的高低，在很大程度上取决于含铁原料和焦炭的成本。而含铁原料的情况又决定了 入炉焦比的高低，这也就说明，含铁原料即高炉炉料结构是制约高炉生铁成本的主要因 素，因此各学术研究单位和企业单位对高炉的优化配料越来越重视。 本课题的来源为，东北大学和天津理工大学以及天津钢铁有限公司( 天钢) 合作的 “钢铁企业铁区生产综合资源优化技术 课题的子课题，本文以天津钢铁有限公司的 3 2 0 0 m 3 的高炉为背景，以高炉优化配料以及高炉上料槽调度为主要研究点对高炉物料管 理系统进行了研究。 1 4 2 研究意义 在信息化的刺激下炼铁技术日益进步，以及随着高炉的大型化，原料场的现代化都 使高炉生产物料管理越来越重要，从静态的高炉优化配料到动态的原料实时调度之间的 一体化显得尤为重要，即配料优化的工艺实现。由配料优化方案来指挥原料的计划调度。 本文从工程的角度，为高炉炼铁生产提供了一个管控一体化的模式，以及为后续的 动态调整提供基础。 1 5 本文的主要工作 本文根据流程工业过程自动化系统的特点对高炉炼铁生产现状，高炉生产物料管理 所存在的问题以及要求和目标，系统地进行了分析与研究，主要工作如下： ( 1 ) 对国内外的物料管理系统的现状进行了综述，并对高炉生产物料管理系统的课 题背景、来源以及课题的研究意义进行了陈述。 - 5 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 ( 2 ) 分析了高炉炼铁生产工艺流程以及高炉物料进出流程，在此基础上对高炉生产 物料管理系统的总体目标以及存在的特点和难点进行了系统的分析。 ( 3 ) 根据一二章的内容首先提出了高炉物料管理系统的总体解决方案，并对其中的 关键技术即高炉优化配料和高炉上料槽供料系统中的皮带调度的原理以及方法做了全 面的分析和研究。 ( 4 ) 设计了高炉生产物料管理系统软件：包括总体结构、功能、数据库和界面等， 并详细地设计了高炉生产物料管理系统的各个功能模块。 ( 5 ) 结合高炉炼铁生产工艺的特点，利用微软公司的n e tf r a m e w o r k 平台下的 w i n d o w s 窗体以及m i c r o s o f t 公司的s q ls e r v e r 2 0 0 0 数据库平台，开发了基于c s 结构 模式的高炉生产物料管理软件。 ( 6 ) 高炉生产物料管理软件进行了验证，结果表明：高炉生产物料管理软件安全稳 定运行；具有一定的通用性和可扩展性，为高炉管理生产一体化提供了一种崭新的途径 和方法。 。6 东北大 第2 章高炉生产物料管理过程描述 2 1 高炉炼铁生产工艺流程 自高炉炼铁技术发明以来，就淘汰了原始古老的炼铁方法( 例如地坑法) ，炼铁生 产获得巨大发展，炼铁技术不断进步。至今，世界上绝大多数炼铁厂一直沿用高炉冶炼 工艺，虽然现代技术研究了直接炼铁、熔融还原等冶炼新工艺，但还不能取代它【1 2 】。 高炉炼铁生产的特点是长期连续生产、机械化自动化程度高、生产规模大型化以及 处于钢铁联合企业的中间环节。炼铁是通过冶炼铁矿石，从中得到金属铁的过程。高炉 炼铁为后续工序炼钢提供及时的、优质的铁水，后续工序的产品质量和操作等都受前道 工序来料的影响。 2 1 1 典型高炉生产工艺流程 高炉炼铁是用还原剂( 焦炭、煤等) 在高温下将铁矿石或含铁原料还原成液态生铁 的过程。现代大型高炉车间生产工艺流程见图2 1 ，包括主体和辅助系统【l 3 1 。 高炉本体是冶炼生铁的主体设备，它是由耐火材料砌筑的竖立式圆筒形炉体，最外 层是出钢板制成的炉壳，交炉壳和耐火材料之间有冷却设备。 要完成高炉炼铁生产，除高炉本体外，还必须有其它附属系统的配合，它们是： ( 1 ) 原料供应系统：包括贮矿槽、贮焦槽、称量与筛分等一系列设备，主要任务是 及时、准确、稳定地将合格原料送入高炉。 ( 2 ) 送风系统：包括鼓风机、热风炉及一系列管道和阀门等，主要任务是连续可靠 地供给高炉冶炼所需热风。 ( 3 ) 煤气除尘系统：包括煤气管道、重力除尘器、洗涤塔、文氏管、脱水器等，主 要任务是回收高炉煤气，使其含尘量降至l o m g m 3 以下，以满足用户对煤气质量的要求。 ( 4 ) 渣铁处理系统；包括出铁场、开铁1 3 机、堵渣口机、炉前吊车、铁水罐车及水 冲渣设备等。主要任务是及时处理高炉排放出的渣、铁，保证高炉生产正常进行。 ( 5 ) 喷吹燃料系统：包括原煤的储存、运输、煤粉的制备、收集及煤粉喷吹等系统， 主要任务是均匀稳定地向高炉喷吹大量煤粉，以煤代焦，降低焦炭消耗。 7 东北大学硕士学位论文 第2 章高炉生产物料管理过程描述 焦炭 球团矿，块矿，辅助原料 图2 1 典型高炉炼铁工艺流程及其主要设备示意框图 f i g 2 1b l a s tf u r n a c e st y p i c a lp r o c e s sa n de q u i p m e n ti n d i c a t e dd i a g r a m 8 一 女 o 2 2 ，从鼓风机来的冷风经热风炉后，形成热风从高炉风口鼓入，随着焦炭燃烧，产生热 煤气流由下而上运动，而炉料然则由上而下运动，互相接触，进行热交换，逐步还原， 最后到炉子下部，还原成生铁，同时形成炉渣。积聚在炉缸的铁水和炉渣分别由出铁口 和出渣口放出【14 1 。 赡炉 烧蟪辘 i 广石娃瑾 蕉妒 锅炉 加热妒 童 念一 嘉 攥 气 蛲结仓 謦- i 向| i 固胃 帮少乡? 气 膏涨压 箍风机 ； 雌 石与j l 骤摹尊仓 - _ _ 哥 “ ! 喳必 话 _ 阳 _，一 l l “ 刖圆 l 热风网 匾翮f ni 婴气穗 鱼 - _ 象 蓄 整 蘑i ! _ 誊嗣l fu 焉 豳豳_ 幽 l l 墓 图2 2 高炉主体工艺流程不惫图 f i g 2 2s k e t c ho ft h em a i nb l a s tf u r n a c ep r o c e s s 在现代钢铁联合企业中大型高炉的入炉炉料一矿石、燃料和溶剂均是通过皮带从烧 结厂、焦炭厂以及原料场运输过来的，其中球团矿、天然块矿和溶剂等是从原料场运输 而来的，且是经过同一个路径模式运输的。 2 2 高炉生产物料管理系统的总体目标 在日益艰难的国际竞争环境下，要想在竞争中获胜，我们的钢铁企业必须苦练内功、 通过信息化提高企业生产效率、提高产品出口竞争力，利用有限的资金投入，对企业进 行产品结构优化，实现高质量、低能耗、低成本的生产，这就要求生产在向高速化、连 续化、自动化发展的同时，必须实现实时高效率的生产管理。钢铁企业的物料管理在生 产管理中占有重要的地位。美国生产与库存管理协会( a p i c s ) 对物料管理的定义是“物 料管理集中了支持物流全过程的所有管理功能，从采购到生产物料、到全部在制品的计 划与控制、到成品的入库、发货和分销”。物料管理与企业各部门的关系极为密切。在 9 东北大学硕士学位论文第2 章高炉生产物料管理过程描述 制造业物料管理系统中，输入的是企业的生产经营计划，输出为产品，系统目标是在保 证生产正常运行的前提下尽量降低库存成本、控制物料消耗，提高经济效益。 物料管理与企业各部门的关系极为密切。首先，物料供应的数量取决于企业生产计 划安排；物料供应的品种、规格和型号源自技术部门。物料的使用方式，尤其是对自制 品的管理方式与企业的生产组织方式融为一体，这部分的物料管理通常由生产部门来完 成。同时，物料的库存控制与财务部门的自己管理和供应部门的采购计划、产成品的库 存与销售部门的经销状况均有紧密联系。因此，物料管理是一项涉及制造业各个部门的 综合性管理。 以往的物料管理的目标首先是不断料、待料，不会让生产线停工等待所需的物料； 第二不呆料、滞料，需要使用可以使用的物料购进来；第三就是不囤料、积料，物料购 入适时，贮存数量适量，以减少资金的积压。 结合高炉生产物料管理系统自己的特点，系统的直接目标和间接目标是： ( 1 ) 保证高炉炉料结构合理的基础上，降价成本； ( 2 ) 保证不断料、待料的前提下使皮带运输的效率更高，并尽量降低皮带的起停次 数： ( 3 ) 为m e s 的其它功能模块提供必要的基础数据。 2 3 高炉生产物料管理系统的特点和难点 在传统物料管理系统中，输入的是企业的生产经营计划，输出为产品，系统目标是 在保证生产正常运行的前提下尽量降低库存成本、控制物料消耗，提高经济效益。物料 管理主要内容包括物料需求、物料采购和库存控制三大部分，如图2 3 所示【1 5 1 。 库 生产 物料 物料存车间成品 经营 + 需求采购 管生产销售 计划 理 图2 3 物料管理关系图 f i g 2 3r e l a t i o n s h i po fm a t e r i a lm a n a g e m e n t ( 1 ) 物料需求。制造业的物料需求通常以物料需求计划体现，物料需求计划的制定 是以企业的生产经营计划为依据。通过产品结构分析，由一级部到二级部件再到零件的 层层分解而列出的产品结构组成表。对于复杂产品其产品结构组成表相当复杂，但对于 它是制定企业物料需求的基础，因此必须要求十分准确。产品结构组成表，物料需求定 额，产品的生产周期和生产计划安排为制定物料需求计划提供了基本依据。如果企业生 产多种产品，必须将同类物料合并，从而制定出综合的物料需求计划。 10 一0 k 一 东北大学硕士学位论文第2 章高炉生产物料管理过程描述 ( 2 ) 物料采购。物料采购计划是企业根据物料需求计划和库存情况，结合市场供应 状况而制定的。一般采购时要确定最优定购量( 即经济批量) ，按该定购批量进行采购 时可使库存成本最低，同时又能保证生产正常进行。 ( 3 ) 库存管理。在传统的物料管理模式中，库存管理一直是物料管理的重点。在推 行新的物料管理模式中，制定科学、合理的物料需求计划和采购计划为库存控制提供了 可靠的保证。但是，从物料验收、入库、保管、发放到使用都应进一步完善管理制度， 推行诸如a b c 物料分类管理，进一步提高库存管理水平。 从图2 3 中，我们可以看出物料管理是生产管理体系中的核心组成部分，起着非常 重要的作用，传统的观点认为物流对制造企业的生产是一种支持作用，被视为辅助的功 能部门。但是，由于现代企业的生产方式的转变，即从大批量生产转向精细的准时化生 产，这时的物料管理，包括采购和供应，都需要跟着转变运作模式，实行准时供应和准 时采购等。另一方面，顾客需求的瞬时化，要求企业能以最快的速度把产品送到用户的 手中，以提高企业的快速响应市场的能力。所有的这一切，都要求企业的物料管理系统 有和制造系统协调运作的能力，以提高整个企业供应链的敏捷性和适应性。因此，新模 式下的物料管理不仅要保证生产过程的连续性，还要在整个企业生产管理中发挥其关键 作用。 高炉生产物料管理是对一个高炉生产车间而言的，不是针对整个炼铁厂。因高炉不 存在库存问题所以在系统中不涉及到库存。以往的物料管理主要针对一个企业而做的， 具体到某一个生产环节而且指挥调度可以说是没有研究这一方面的。加上高炉本身又是 一个复杂体，高炉冶炼是一个连续而复杂的物理化学过程，这都给研究带来了难题。 2 4 本章小结 本章介绍了高炉炼铁生产工艺流程，以及高炉生产的物料流程。提出了高炉生产 物料管理系统的总体目标，并分析和总结了此系统有别有以往物料管理系统的特点和 存在的难点，为第三章提出总体解决方案做好基础。 士学位论文 第2 章高炉生产物料管理过程描述 - 1 2 一 o 东北大学硕士学位论文 第3 章高炉生产物料管理系统的结构研究 第3 章高炉生产物料管理系统的结构研究 3 1 高炉生产物料管理系统的总体解决方案 根据第一二章对问题和难点的描述，通过对某钢铁厂3 2 0 0 m 3 的高炉生产的实际考 查，本钢铁厂的原料场比较合理和现代化，是为大型高炉炼铁生产做准备的。经过分析 和实际调研，本论文的综合解决方案如图3 1 所示。 l - 一_