Введение к работе
Актуальность темы. Планирование загрузки листопрокатных станов является важной задачей, от решения которой зависит качество и себестоимость прокатанного металла. Эта задача относится к числу сложных, так как при создании месячного плана загрузки, который формируется из набора заказов потребителей, состоящий из различных сортаментов прокатываемого металла и марок сталей, необходимо учесть различные требования технологии нагрева и прокатки. Задача усложняется тем, что при этом приходится обрабатывать большие массивы информации. Так, например, количество слябов, которое при формировании месячного плана следует упорядочить и разбить на кампании, может доходить до 20000 штук и более. В этих условиях выполнить все требования технологии нагрева и прокатки всех слябов довольно сложно. Поэтому при планировании необходимо сокращать затраты, возникающие при нарушении требований. Обычно при планировании загрузки станов горячей прокатки полосы специалисты используют локальные правила, полученные формализацией требований технологических инструкций, и стараются минимизировать только количество нарушений и перевалок между компаниями. При разработке плана применяют программное обеспечение, имитирующее действия специалиста. Оценить эффективность созданного плана можно только после его реализации на прокатном стане. Проблеме автоматического календарного планирования при помощи математических алгоритмов посвящены работы А. А. Столяра, C. Halang, I. Refanidis, I. Valahavas. В них рассматриваются общие проблемы поиска решений задач календарного планирования и не приводится универсального способа для оценки эффективности предложенных планов в условиях реального производства.
Таким образом, в настоящее время отсутствуют количественные критерии эффективности создаваемого плана загрузки, а также методы и алгоритмы обработки информации в системе оптимизации планов загрузки, которые позволили бы улучшить результаты планирования, получаемые специалистами.
Из вышеизложенного следует, что разработка критерия
эффективности планов, метода и алгоритмов обработки информации для системы оптимизации планов загрузки станов горячей прокатки полосы является актуальной научно-технической задачей.
Объект исследования: система оптимизации загрузки стана горячей прокатки.
Предмет исследования: критерии оптимизации, методы и алгоритмы обработки информации в системе оптимизации плана загрузки стана горячей прокатки.
Целью диссертационной работы является повышение
производительности работы стана горячей прокатки и обеспечение технологических требований прокатного производства.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие основные задачи:
- анализ существующих методов и средств планирования загрузки
станов прокатного производства;
- разработка критерия оптимизации на основе статистического
анализа нарушений, приводящих к появлению дефектов проката;
- разработка метода и алгоритмов оптимизации загрузки стана горячей
прокатки, основанного на эволюционных алгоритмах;
- разработка структурно-функциональной организации системы
оптимизации плана загрузки стана горячей прокатки.
Методы исследований. Для решения поставленных задач в работе
использованы основные положения теории систем и системного анализа,
технологические инструкции планирования загрузки стана горячего проката,
применяемые на стане горячей прокатки «Стан 2000», метод статистической
обработки информации, теория эволюционных алгоритмов. Статистическая
обработка данных, полученных в ПАО «Северсталь», использовалась в
методе оценки влияния нарушений на качество проката. Достоверность
полученных результатов подтверждена путем сравнения с
экспериментальными данными.
Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту:
-
Предложен критерий системной оценки влияния нарушений технологических процессов при производстве проката на появление разного рода дефектов. Критерий основан на статистической обработке данных. Он позволяет определить влияние каждого нарушения технологии на эффективность плана загрузки стана.
-
Предложен метод оптимизации загрузки стана горячей прокатки, отличающийся использованием эволюционных алгоритмов принятия решений учитывающий комплексную оценку эффективности плана загрузки на основе обобщенного критерия оптимизации.
-
Предложены алгоритмы обработки информации которые, адаптированы для выбора оптимального плана загрузки стана горячей прокатки, позволяющие выполнить требования к технологическим процессам при планировании загрузки в процессе оптимизации.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
Разработана процедура формирования критерия оптимизации плана загрузки стана горячей прокатки на основе статистического исследования.
Разработано программное обеспечение системы оптимизации планирования загрузки стана горячей прокатки, позволяющее моделировать процесс загрузки стана горячей прокатки оптимизировать план загрузки при помощи эвристических алгоритмов и визуализировать процесс оптимизации.
Предоставлены рекомендации по использованию разработанного программного обеспечения.
Реализация результатов работы. Разработанная система оптимизации плана загрузки горячего стана прошла апробацию в условиях листопрокатного цеха №2 Череповецкого металлургического комбината (ЧерМК) ПАО «Северсталь».
Опытно-промышленные испытания показали, что затраты на горячую прокатку можно сократить на 5,4 % по сравнению с затратами, которые получены при реализации планов загрузки стана горячей прокатки, разработанных традиционными средствами.
Результаты исследований переданы для использования в ЧерМК ПАО «Северсталь».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на 5-й международной научно-технической конференции «Автоматизация и энергосбережение машиностроительного и металлургического производств, технология и надежность машин, приборов и оборудования» (Вологда, 2009), в Межвузовской конференции молодых ученых (Череповец, 2010). Результаты работы обсуждены на 5-й Международной научно-технической конференции «Информатизация процессов формирования открытых систем на основе САПР, АСНИ, СУБД и систем искусственного интеллекта» «ИНФОС-2009» 26—27 июня 2009 г г. Вологда. Основные положения работы доложены и обсуждались на производственных совещаниях в июле 2007г. Разработанные алгоритмы легли в основу других работ, положения которых были доложены на научно-практических конференциях молодых специалистов [90, 91, 92] в 2013, 2014 и 2015 гг.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, в т.ч. 3 статьи опубликованы в рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения и списка литературы, включающего 110 наименований. Работа содержит 189 страниц, 50 рисунков, 24 таблицы.