MES高级计划排程APS之炼钢调度TPS解决方案.doc

MES高级计划排程APS之炼钢调度TPS解决方案MES高级计划排程APS之炼钢调度TPS解决方案SteelmakingSchedulingTPSSolutioninBaosightMES-APS上海宝信软件股份有限公司周维魏震摘要针对钢铁生产中的炼钢调度问题提出了集方案化模型,自动化跟踪和预报智能化炼钢事件分析和决策推荐,集成化事务支持及图形化平台交互的五1宝信MES高级计划排程APS概述宝信软件在多年钢铁MES系统研发和实施经验积累下,形成了覆盖钢铁生产全产线,全业务,全流程的MES合一解决方案架构?即宝信MEs高级计划排程APs中系统架构,即宝信制造执行系统BM2,如图1所示.炼钢调度TPS解决方案.该方案专为炼钢调度问题量身定制.基本形成了炼钢调度用户实施日常调度管理的系统交互方式和人机协作模式,它不仅促进了炼钢调度管理水平的提高,而且也提高了整体MES系统在炼钢调度领域的功能性,有效性和竞争力.关键词APSTPS炼钢调度Abstract:Aimatthecharacteristicsoftheproblemofschedulinginsteelmakingproduction,Itisputforwardthatfive-in?-onesolutionarchitecturewhichhavemulti-schememodel,automatedtrackingandforecast,intellectualizedsteel?-makingeventanalysisandthepolicy-makingrecommendation,compositeaffairsupport,graphics网【J【:J【J,.一管理1f设备管删1仓唯管理llj冈需.,.一图1宝信BM2系统架构图plainteractionmode.NamelyBaosightMESadvanced其中,处于MES管理优化层的高级计划排程APS部productionsupportAPSinsteelmakingscheduling分,是宝信在研发和工程实践经验基础上,吸收高校的研solution.Thissolutionhascustommadeespeciallyfo,究成果提炼而得.它倾向于对管理生产更有效,更智能的steelmakingschedulingproblem.isentireandislinked辅助决策支持能力的提高,特别是一些人工方式无法高效,together,highlyeffectivecooperation.It砌,0rJth日t快速,优化地完成的业务方面.而并不涉及到BM2系统所r口c”v.出口n口n一,z日cc.Pr口伽有业务模块及产线,它目前主要面向应用广,功能比较典patternforsteelmakingschedulingusertoimplementdaily型,能够进行产品化设计和实施的重点业务.主要包括三个方面:OPS合同计划排程,IPS一体化作业计划,TPSczg”MgPnn.,zprD,z.m括f1,炼钢调度.关于宝信APs的内容参见文献1.ofsteelmakingschedulingmanagement,butalsoimprovestheoverallMESsysteminthefieldofsteelmakingscheduling2TPS的业务定位functionality,effectivenessandcompetitiveness.2.1TPS要解决的问题Keywords:APS;TPS;steelmakinga,ldschPduling对炼钢生产过程进行管理和控制,具有实时性,连续2010年第9期信息技术5标准化http:/www.itscesien49性(动态性)的特征,因此对炼钢生产过程的管理和控制也称为炼钢调度.实施炼钢调度的人员通过软件系统(MES系统)和联系工具,实肘监控炼钢生产进程,并实施调度管理.作为MES系统来讲,主要对以下业务需求进行支持:(1)制定炼钢调度计划,包括编制和调整两方面;(2)查看炼钢调度计划信息细节;(3)买日寸监控实际运行状况;(4)支持调度决策的制定;(5)辅助调度事务的完成.总体来说,TPS所要解决的是针对炼钢调度核心的业务功能需求,设计和实现恰当的模型和工具,简化系统操作,提高工作效率,探索并形成直观,高效,互补的人机协作模式.2.2TPS解决方案与BM2的关系首先,TPS不是炼钢MES系统的全部,它只是宝信BM2系统中的一部分;其次,TPS并不解决所有炼钢调度相关的业务,只针炼钢调度的核心业务,设计提供平台化的决策支持;第三,TPS不是替代人的软件或方法,它是面向调度用户的工具集;第四,在宝信BM2系统中没有TPS,系统可以正常动作,TPS的设计是为了从系统角度更好地支持对炼钢调度生产的管理.3炼钢调度TPS解决方案3.1整体设计理念及总体结构作为宝信APS解决方案中的一部分,TPS解决方案的提出,也是宝信多年钢铁MES系统设计和实施,在炼钢连铸生产调度方面工程经验积累的结果.其本身也是在不断进化和升级中,文献2已列宝信TPS进行了论述,事隔五年,宝信TPS已进行了升级,其整体设计的指导思想从2006年的模型算法角度,已逐步转变为针列炼钢调度的核心业务需求构建智能化,平台化决策支持型解决方案,于通过设计恰当的模型算法,交互工具和操作方式,形成炼钢调度事务流程人机协作模式,直观,便捷,高效,整体提升BM2系统在炼钢调度领域的系统有效性,功能性和支持力度.宝信炼钢调度TPS解决方案如图2所示.3.2炼钢调度计划模型TPS的炼钢调度计划模型是方案化的,也就是提供多种炼钢调度计划排产方式,满足不同的排产需要.炼钢调度计划排产,是一个学术成果较多,应用较多的领域,而50堡墨垫兰塑垄!竺!塑鼢:辩帮舜暮甓蒜n图2宝倍炼钢调度TPS解决方案总体结构且不断有新的算法和方法涌现出来.文献3将炼钢调度系统分为静态调度和动态调度两个方面,静态调度主要解决炼钢调度计划的编制,动态调度主要解决炼钢调度计划的动态跟踪和调整;文献4提出了基于两阶段的炼钢调度计划排产算法;文献5提出了基于专家系统的炼钢调度计划排产方法;文献6提出了基于案例的炼钢动态调度方法等等.可以说这部分是学术研究的一个热点.宝信不仅有自己的炼钢调度计划排产模型,而且还根据实践经验的总结,技术的研发及学术成果的吸收等进行模型的升级.以下介绍升级后的模型提供的功能方案:方案1:保持现有调度计划不变的情况下,根据浇铸顺计划编制炼钢调度计划,印滚动编制;方案2:在现有调度计划可变的情况下,根据浇铸顺计划编制炼钢调度计划;方案3:对现有调度计划进行时间优化调整;方案4:对现有调度计划进行时间和路径的综合优化调整.主要功能特征包括:(1)各编制和调整的功能方案都会考虑当前的生产状态,对已生产和正在生产的部分保持不变,对未生产的部分依功能特征进行处理,即支持连续式动态的调度;(2)支持双联法炼钢,即炼钢的转炉生产有两道工序,第一道脱碳,第二道脱磷;(3)支持共享子设备,包括共享台车,共享天车,共享处理位等;(4)支持路径的指定;(5)支持设定设备上的定修日寸间段或故障日寸间段,也可设定设备的可使用性.3.3炼钢动态跟踪预报炼钢调度问题的难点和重点不仅对其炼钢计划本身的D”uJl”“L)”r”“,”f”“(,r复杂性(如多设备,多路径,并行机等方面),而且对实际情况的跟踪,反馈及应对决策上也同样重要.那/厶,对炼钢生产的动态跟踪及预报就会帮助调度人员及时地对炼钢生产过程进行监控和指挥.TPS提供自动化的炼钢动态跟踪和预报功能,一方面,跟踪所有生产实绩(生产实绩是指生产过程实际发生的,由采集节点上传的绩效数据或状态数据)的发生,及日寸将情况通过人机界面反映给调度人员;另一方面,TPS提供炼钢事件的提前预报功能,它包括:(1)对即将生产开始的炼钢事件进行预报;(2)对即将生产结束的炼钢事件进行预报;(3)对特殊的炼钢事件进行预报,如预报转炉处理过程中的吹炼结束,冶炼开始,连铸台钢包到达等用户关心的事件.TPS将跟踪和预报功能向用户提供自动化的实现,相关信息会反映在炼钢调度计划平台上,便于用户直观了解.另一方面,对于跟踪到的生产实绩,会进一步处理.3.4炼钢事件分析决策在炼钢动态跟踪预报基础上,智能化的炼钢事件分析决策会对生产实绩进行分析,并给出推荐的决策策略.这主要使用了基于专家决策案例化的两级案例推理技术.因为宝信有多年钢铁MES系统工程背景,对炼钢调度的业务有较深理解和经验的积累,对炼钢调度所发生的具体业务内容和此领域专家的通行做法都比较了解,将这些专家经验分析总结后进行案例化,分别维护于属性类别案例库,分组量化案例库,决策支持案例库和决策匹配案例库中,这就形成了炼钢调度的两级案例推理方案.基于专家决策案例化的两级案例推理技术是宝信软件在炼铁调度领域的项目实践中所研发的,而在炼钢调度TPS方案中,根据炼钢的自身特征,建立了专属于炼钢领域的两级推理案例库,实现了炼钢事件的智能分析和决策推荐.3.5炼钢调度事务支持炼钢调度事务主要是指从MEs系统角度能够提供给用户的,针对炼钢调度计划进行修改或处理的功能性事务,主要包括:时间调整;路径调整;时间与路径同时调整;增加,减少精炼路径;制造命令调整,也称为改钢,或钢种更换等;增加,取消炼钢调度计划.炼钢调度事务的集成化支持是与前面提到的智能化炼钢事件分析决策部分紧密相连的,智能化的分析决策会根据推荐的具体策略关联到具体的炼钢调度事务,用户可在查看炼钢事件分析和决策推荐结果后直接执行调度事务,同时,用户的操作也会通过案例自学习的方式进行记录和积累.对炼钢调度事务支持的集成化不只包括与智能化分析决策方案的密切关联,还包括与方案化炼钢调度计划模型,图形化炼钢调度计划平台的集成.首先,在模型部分对调度事务中的时间,路径方面的调整,增加新的调度计划等内容进行支持,方案化的模型是为了支持不同功能需求的调度事务(调整和编制)而设计的,此部分的调度事务有着较高的发生率,占据了用户大量的时间,模型可节约调度人员系统操作的时间,提高准确性,并有一定程度的优化性.而对于增删精炼路径和制造命令调整等,则完全由用户自主决定,模型无法完成这类事务,此图形化的计划平台提供了支持此类事务的最好选择.3.6炼钢调度计划平台对炼钢调度计划进行图形化的呈现和提供图形化的编辑操作是一种较好的方式,这方面的学术成果和应用案例也很多,而对于TPS图形化的炼钢调度计划平台来说当然也包括了这些功能.不仅如此,炼钢调度计划平台是作为宝信TPS解决方案的一部分设计的,它与TPS的其他部分密切关联,它既承担着向用户呈现所有需要的信息,还要接收用户的全部操作指令,更实现了mPs其他各部分与用户的密切协作,直观衔接.炼钢调度计划平台本身的主要功能内容包括:(1)以Gantt图形式采呈现炼钢调度计划;2OlO年第9期信息技术5标准化http:/www.its,cesi.crt(2)通过鼠标拖放直接编辑炼钢调度计划;(3)炼钢设备状态管理;(4)中间包状态管理,包括中包合并,中包分割;(5)计划交换,包括已排入计划间,已排入与未排八计划间的交换;(6)计划与实绩的匹配;(7)回炉状态管理;(8)界面项配置管理器.炼钢调度计划平台对TPS解决方案其他部分的支持:(1)提供方案化炼钢调度计划模型的功能人口和参数设定;(2)提供自动化炼钢动态跟踪预报的图形提示和文本消息;(3)提供智能化炼钢事件分析决策的图形实绩响应,事件分析结果展示;(4)提供集成化炼钢调度事务支持的活动交互面板.借助于炼钢调度计划平台,TPS解决方案中的其他部分适当地与用户进行交互,用户与TPS整体上形成了一个全面,便捷,高效,直观的系统操作场景,最大程度地发挥MES系统对实际生产业务的管理支持作用.这也是TPS解决方案的目标.3.7调度用户与TPS的协作过程为了更加明确,详细地说明TPS解决方案在实际工程列炼钢生产作用方式,以下用一个序列图来模拟说明TPS解决方案的功能使用场景,见图3:匝匦孥匦匦嘲制州r-l1c=】圳矗岖川站刑R_11=>功删J一盐扭一!一蛾报1,j地1IT>衰川推删i返川推:计断重复.TPS的各部分分工协作,紧密相连,整体上形成了炼钢调度人员与MES系统在管理炼钢生产过程的人机协作模式,此过程中,系统完成了复杂,费时且无需太多人工干预的功能,而在必要的情况下,人的主观决策也被正确的制定和实施,从而达到更好地管理生产过程的系统设计目标.4结语宝信TPS解决方案,形成了集方案化模型,自动化跟踪和预报,智能化炼钢事件分析和决策推荐,集成化事务支持和图形化平台交互的五合一解决方案架构,方案完整实用,功能丰富且可扩展,提高了对炼钢生产管理的系统支持力,从而使MES系统更高效,更直观,更实用,更智能,进而整体提高了MES系统在此领域的系统功能性,有效性和竞争力.图魏震,何浩然.MES炼钢动态调度系统的研究与应用C.IEEE.WCICA2006.DalianChina:IEEE,2006:7166-7170.庞新富,俞胜平,刘伟,等.炼钢连铸动态智能调度系统的研究与开发J.控制工程,2005,12(6):553556.刘光航,李铁克.炼钢一连铸生产调度模型及启发式算法J.系统工程,2002,20(6):44-48.孙福权,唐立新,郑秉霖.炼钢一连铸生产调度专家系统J.冶金自动化,1998(6):31-33.常春光,汪定伟,胡琨元,等.基于两级CBR的钢铁企业动态调度系统研究J.控制与决策,2004,19(10):11O91112.NeronE,BaptistebP,GuptaJND.Solvinghybridflowshopproblemusingenergeticreasoningandglobal0perati0nsJ.0mega,2001(29):501511.HarjUnkOSkiI,GrOSSmannIE.AdeCOmPOSitiOnapproaChfOrtheSCheduIingofasteeIPIan参考文献Dr.ductionJ_C.mputersandChemicalEngineering,1魏震.宝信制造业执行系统BM2中的高级计划排程J】.自动2001(25):16471660.化仪表,2008,29(2):3134.(收稿日期:2010-0520)零米冰尜米米拳米永术米永拳米永冰米永术米球术米承宰米冰案米承书米米拳米零球米奉黎米米术米永咪米永(i-接第48页)信息服务.又由于价值链中各个角色承担的责任不一样,就必然需要一个核心企业提供一套完整,切实的电子商务协同平台及解决方案,同样也是此价值链的核心竞争力的体现及价值核心所在.需要实现上面所述的电子商务协同,首先必须是建立在完整的企业电子商务平台之上,采用EDI技术等手段整合企业上下游资源,实行信息的共享和业务的一系列链接,企业与供应商,合作伙伴之间紧密的整合可以建立灵活高效的业务运营模式,并能够伴随客户需求做出及日寸反馈.企业无论是于无法预测的供求变化,还是对