炼铁生产管理系统的开发与实践

王福新 王莹(天津市大象信息系统有限公司，天津 300384)

炼铁生产管理系统的开发与实践

王福新 王莹(天津市大象信息系统有限公司，天津 300384)

介绍了天铁炼铁生产管理系统开发的情况，该系统采用ERP、MeS、PcS三层之间的数据集成，实现了炼铁生产物料跟踪，生产计划和配料管理及动态调整。提高了炼铁生产效率和铁水质量，降低了原、燃料消耗，达到炼铁生产管控一体化与生产过程优化。

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1 引言

钢铁企业铁区原材料与能源消耗占企业总成本70%以上,为了减少钢铁料及能源消耗,降低生产成本,我们为天津天铁集团开发了炼铁生产管理系统项目，重点对铁区各高炉物流进行跟踪管理与控制。项目实施后保证了炼铁生产稳定,提高了了铁水质量,节约了原材料与能源消耗，降低了生产成本。

2 系统的主要功能

2.1 物流管理

对用于生产的各种物资的领用、消耗及库存物资的统计、查询等功能。生产物资管理主要包括：各种原料、燃料和各种辅料，水、电、汽、油等能源。

物流管理主要包括物资领用、入库、在各工位的消耗、贮存跟踪等。

2.2 生产计划管理

2.2.1 接收ERP系统下达的生产计划

接收来自公司ERP系统下达的月生产计划，月生产经营计划包括：生产作业计划（月计划—计划指标、升级指标；日产定额—计划指标、升级指标）、主要经济指标（计划指标、升级指标）、原燃料及运力平衡计划、外发产品计划、钢坯带钢销售合同品种与规格计划。

2.2.1 炼铁厂月生产计划制定

（1）炼铁厂每月生产计划由炼铁厂技术科制订，综合考虑各高炉利用系数，接收下达的生产计划（生产订单）分解到各个高炉（车间），确保公司炼铁计划（考核计划、增产计划）的完成。高炉考核时，除利用系数外的其它主要经济技术指标的考核要求相同，风温为主要作业参数，风温升高100℃,产量增加3%，主要考核风温。

（2）5个高炉利用系数用η1、η2、η3、η4、η5表示，日历作业日用d表示，公司下达的总产量计划用P表示，各高炉的容积为V1=700、V2=700、V3=600、V4= 700、V5=600。平衡关系如下：

炼铁厂每月通过反复调整ηi、并用Pi=ηiVid反推算的方法分配各高炉生产任务。

（3）炼铁厂生产计划主要参数由公司生产计划读取，排产时不考虑非计划休风。各高炉的利用系数确定后，由系统自动编排各高炉（车间）的生产计划。公司下达的月生产计划P分解到各个高炉后的高炉月作业计划为：

2.2.3 日作业计划

各个高炉的日作业计划为：

公司下达的生产计划分为考核指标、奋斗指标，两个指标的分解方式相同。由此可得到的炼铁厂生产计划。作为生产计划附件的原燃料条件，可接收原燃料管理系统信息或由人工录入[1]。

2.2.4 炼铁各高炉日作业计划的动态调整

由于计划产量与实际完成的产量会有一定的出入，为此必须对日作业计划进行动态调整。

以1#高炉的考核计划为例，用P1表示1#高炉的本月生产计划总量，用d表示本月日历作业天数、用i表示日期、用P1i表示1#高炉第i日考核计划（可用P1i′表示第i日奋斗目标）、Q1i表示本月第i日完成的产量，则当日作业计划等于本月计划量减本月已完成量，再除以剩余日历作业天数。可用下式表示：

式中：当i=1时，Q10=0

每天的作业计划可分解如下：

2.3 生产管理

2.3.1 生产过程实时监控

将每个高炉的重要生产工艺数据都以动态画面图象加以显示，便于现场操作者进行科学操作，生产指挥者进行合理调度对原料场、烧结生产设备、生产过程进行协调，当出现影响高炉生产的设备故障时，及时采取调度措施。

2.3.2 生产设备运行状况监测

系统提供高炉、热风炉、煤气清洗、水渣处理生产线上设备管理功能，为生产计划的动态编制提供实时依据。同时，在线跟踪各个主要设备运转状况和生产进程，确保作业计划得以执行，一旦出现了设备故障实时动态调整。

2.3.3 生产节奏管理

将生产过程划分成工作节点，然后对每个节点之间的工作时间进行统计、管理，保证高炉均衡生产、稳定顺行，不产生异常现象[4]。

2.3.4 生产实绩收集及生产统计

采用实时数据库在线收集和回报前工序为高炉生产的备料情况以及本工序各高炉生产情况、原料消耗情况，主要包括：原料场到各用户的物料输送量；混匀矿产量；在库量；烧结矿产量；在库量；输送到高炉的烧结矿量；焦炭输送量；每座铁水产量统计；每座高炉能源消耗数据统计等。

2.4 配料计算

按铁水的碱度标准，烧结矿和焦煤的品位、成分，以及配料规范进行配料计算，包括高炉的年、月、日配料比计算与料批变更计算等。

2.5 工艺与质量规范管理

2.5.1 工艺规范管理

建立炼铁所需原燃料标准、产出各种产品标准、工序各节点工艺规程与技术要求，并下达到各个作业现场。

2.5.2 检验规范管理

检验规范主要包括炼铁工序各节点需检验物料取制样要求、检化验规范、质量判定标准和检化验数据等进行管理。

2.5.3 铁水质量管理

系统在线收集入炉原燃料质量检验信息和出炉铁水、铁渣、煤气等质量检验信息并与检验规范比较对照，实现入炉烧结矿、焦炭等原燃料质量与出炉铁水质量在线跟踪判定与追溯管理。

2.6 成本核算

系统根据高炉工序的产出，主要包括：铁水、铁渣、焦丁、高炉煤气、返矿等产量以及工序消耗，主要包括：烧结矿、块矿石、各种合金矿等原辅料消耗和焦炭、喷吹煤、煤气、氧气、水电等能源消耗，在线计算工序作业成本。同时系统通过对能源消耗的分摊，固定资产折旧的分摊，人工费用、管理费用的分摊支持标准成本核算。

成本核算可以动态地了解高炉的作业成本。高炉成本核算中物流数据直接从生产线PCS层中读取，备件消耗数据从ERP系统读取，人工与制造费用通过分摊方式录入到系统。高炉成本核算与生产统计关联图如图1所示。

成本报表管理系统可自定义报表格式，打印财务所需的各种分析报表。

可按炼铁工序的生产实际对烧结矿、块矿石、各种合金矿硅石等原辅料消耗和焦炭、喷吹煤、煤气、氧气、水电等能源消耗和各种产品：铁水、铁渣、煤气等的产出进行统计核算并生成所需报表。

2.7 产成品管理

主要对铁水进行管理，从高炉出铁开始直到铁水送炼钢混铁炉或铸铁库、铁渣库为止。

产成品管理主要解决炼铁和炼钢的生产匹配问题，因此须管理下列信息：铁罐车的使用状态和位置、铁水量；铁水的状态；铸铁库信息；铁渣罐的数量、状态、位置；铁渣库存信息。

系统接收从炼铁化验室送来渣、铁成分数据；从高炉主控室送来铁水温度、鱼雷罐车号、受铁开始时间、受铁终了时间、罐车皮重、装重、液位等数据，用来计算平均出铁速度、炉内渣、铁存量和混铁炉液位等。

见图1。

2.8 生产数据分析

系统在收集、储存、处理大量生产数据的基础上，实现了以下统计、对比、分析功能。

2.8.1 经济技术指标比对分析

通过对过程控制层3 000余个生产数据的自动采集、存储、整理，统计计算、分析，以统计报表的形式加以体现，自动生成各种类型的日报、旬报、月报、季度报表、年报等。同时利用本系统的数据与其他钢铁企业生产技术经济指标系统的数据进行分析比对，找出存在的差距，便于改进和提高。

2.8.2 配料方式对成本影响分析

通过配料管理模块实时对即将入炉的各种原辅料化学成分、酸碱度以及当前炉内情况、在线分析吨铁成本最低的配料方式，同时分析出铁量最高的配料方式，指导现场配料操作，投入使用后可大幅度降低生铁成本，提高生铁质量。

2.8.3 高炉炉温对铁水成分、出铁量的影响分析

通过高炉炉温对冶炼过程影响、对铁水成分影响、出铁量影响的分析，可优化冶炼操作规程，使现场操作人员更好地控制高炉的温度。同时根据所查询到的炉温数据，分析高炉生产具体情况，及时通过优化操作提高生产率，减少焦炭消耗，提高铁水的质量和产量。

2.8.4 成本分析

通过成本管理模块，实时对各高炉可控成本项，如：原料实际消耗、各高炉燃料实际消耗、各高炉设备材料的消耗、各高炉人工费用等，进行在线跟踪核算、分析和考核。使生产管理人员和现场操作者更好更准确地控制生产制造费用，降低作业成本。

3 系统集成

系统遵循TCP/IP、XML通讯协议和数据交互规范，实现了采用ERP、MES与PCS三层之间的数据集成。

采用InSQL实时数据库和工业以太网建立了现场工艺数据集成平台，完成生产过程数据的收集、高效压缩和安全存储。通过关系数据库调用存储在实时数据库中的信息；需要人工录入的信息直接存入关系数据库。生产过程数据集成平台为实现生产过程管理奠定了基础。

开发了与各种光谱仪、荧光分析仪等钢铁化学成分分析设备、材力试验机等钢材力学性能检测设备及焦炭、煤的性能分析设备等数十种质量检测设备的接口软件，实现了从原燃辅料、半成品、副产品到产成品的质量检验数据自动采集。从而为产品质量在线跟踪判定分析奠定了基础。

4 炼铁生产管理系统应用效果

系统自入运行两年多来，实现了某公司5座高炉炼铁生产计划的一级管理和生产作业计划的动态调整，并对炼铁生产工艺过程进行管理，提高了生产作业率和生产效率，生铁产量提高了3%。实现炼铁工序生产过程控制，生产工艺稳定，节约了能耗，综合焦比平均下降10 kg/t，提高了铁水的质量和炼铁工序的经济效益。

5 结束语

针对炼铁工序物料消耗、能源消耗高的特点，开发了高炉优化配料与铁区物流跟踪管理与控制，明显降低钢铁料与焦炭消耗。通过生产计划管理与动态调整，保证了炼铁工序高效稳定生产。通过对炼铁工序质量控制，提高了铁水质量。该炼铁生产管理系统的实施对钢铁企业节能降耗起到重要作用。

[1]陈秋双，齐向彤，涂奉生.JOB SHOP投入控制与调度问题[J].系统工程学报，1997，12（2）：49-56.

[2]陈秋双，徐国清，涂奉生.可行批调度及其遗传算法[J].系统工程理论与实践，2000，20（5）：70-75.

[3]尚文利，范玉顺.成批生产计划调度的集成建模与优化[J].计算机集成制造系统，2005，11（12）：1663-1667.

[4]金峰，吴澄.大规模生产调度问题的研究现状与展望[J].计算机集成制造系统，2006,12（2）：161-168.

Development and Practice of Production Management System of Iron-making Subsidiary

Wang Fuxin,Wang Ying

The paper introduces the development of production management system of Tiantie Iron-making Subsidiary,which achieved material tracking,production planning,blending management and dynamic adjustment with the data integration of ERP,MeS and PcS layers.Both production efficiency and hot metal quality were improved,and raw material and fuel consumption was reduced.Management and control integration and production process optimization of Iron-making Subsidiary were achieved.

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（收稿 2011－03－04责编崔建华）