宽厚板智能组板系统开发及应用

魏和平

（山钢股份莱芜分公司 宽厚板事业部，山东 莱芜271104）

1　前　言

宽厚板MES系统是莱钢第一条全流程自动化管控的生产制造执行系统，其业务范围包括从生产订单接收、订单检查与确认、合同处理、组板、炼—轧作业计划编制、炼—轧各工序实绩管控、质检判定、成品入库发货，直至合同结案。MES系统功能设计的合理性和完善度将直接影响宽厚板线生产技术指标优劣。

在组板这一环节中，原来采取的人工组板方式不仅效率低，而且难以得到最优方案。为进一步提高宽厚板生产效率，降低生产成本，通过分析MES中人工组板工序及系统的工作机理，将人工组板经验描述成若干规则，设计出融合经验知识和规则的智能组板算法，开发出智能组板系统。

2　项目技术方案

根据目前生产运行过程中存在的问题和实际组板设计需求，本项目开发嵌入宽厚板MES系统数据库以下3个模块。

2.1　出钢材智能板坯设计模块

通过对未组板合同集和组板规则的计算组合，得到按优先级排序的候选板坯方案集，为组板人员提供并决策每一批合同最优组坯方案所需的基本数据和信息。组坯的最优方案，可实现出钢材组板金属收得率最大化，组板超投率（即组板带出品率）最小化。

2.2　余材钢板智能匹配组板模块

针对库存现货板，通过运行该模块得到可行的余材板转期货板匹配方案，为组板人员提供每块余材切割合同子板所需的基本数据和信息，实现最高利用率。该模块逻辑上可分为余材板库存和合同集读取与分组、合同规则集过滤、候选方案集生成、候选方案集排序质检及组板方案保存5个组件。

2.3　余材板坯智能匹配组板模块

针对库存余材坯，通过运行该模块和组板合同集的匹配计算，得到最优板坯匹配组板方案，提高余材板坯的利用率和计算效率。

3　系统设计与开发

厚板智能组板的软件架构如图1所示。

图1　智能组板系统整体架构

智能组板系统以C/S架构客户端访问形式，为用户提供组板参数配置、合同和余材选择、组板结果比较、查看以及组板进程启动停止等功能。系统依托于MES系统合同、余材和基准表等数据，独立于MES系统之外，实现开发、调试不影响现有系统正常运行、使用的目标。

3.1　连铸出钢材智能板坯设计软件开发

连铸出钢材智能板坯设计模块包括订单选择与读取、分组、订单板坯匹配、组板布局、板坯推算及最优板坯方案输出6个模块。组板完成后，符合组板约束条件的组板板坯提交厚板MES系统，安排连铸生产，不符合的记录组板履历报告原因，软件架构如图2所示。

图2　连铸出钢材智能组板架构

该系统模块独立于宽厚板MES系统，通过数据接口从厚板轧线MES数据库读取合同、组板基准表数据实时值，用于最优组板方案的推理，生成的最优组板方案数据计算结果存储到智能组板数据库中，通过数据接口存储到宽厚板MES系统数据库中，为设计者提供决策每一批合同最优组坯方案所需的基本数据和信息。

连铸出钢材智能板坯设计算法流程为：根据内部钢种（与牌号对应）、订货厚度、宽度对合同分类；根据合同子集情况，采用并行策略组板；坯长、成材率计算、组板约束条件校验；校验通过的板坯放入智能组板板坯集。

3.2　余材钢板、余材板坯智能匹配软件开发

余材钢板、板坯智能组板模块功能覆盖余材钢板、板坯组板范围，包括余材钢板、板坯订单选择与读取；余材钢板、板坯订单分组；订单余材钢板、板坯匹配；组板布局；钢板、板坯推算及最优组板方案输出6个模块。组板完成后，符合组板约束条件的组板余材钢板、板坯提交厚板MES系统，安排生产，不符合的记录组板履历报告原因。

该系统模块独立于宽厚板MES系统，通过数据接口从厚板轧线MES数据库读取合同、余材钢板（板坯）和组板基准表数据实时值，用于最优组板方案的推理、生成以及钢板、大板（或大板、板坯）数据计算，推理、生成的最优组板方案，钢板、大板（或大板、板坯）数据计算结果存储到智能组板数据库中，通过数据接口存储到宽厚板MES系统数据库中。余材板坯、余材钢板智能匹配软件架构与出钢材智能组板架构相似，不再赘述。

3.3　建立与宽厚板轧线MES系统的通讯

系统建立宽厚板轧线MES数据库接口，可读取宽厚板参与智能组板的合同信息；读取宽厚板参与智能组板的余材板坯、余材钢板信息；读取宽厚板组板影响因素基准信息，保证组板结果与MES组板规则，计算结果一致性；保存系统组板后得到的钢板、大板、钢板位置、板坯数据；保存系统组板后的合同数据、余材板坯、余材钢板状态；保存系统组板后虚拟板坯号、制造命令流水号。

4　结语

2017年7月该系统正式上线运行，2017年7—12月智能组板总重量达到了373 685 t，智能组板占厚板组板比例达到56.35%，成材率达到92.4%，较2017年前6个月组板成材率提高了0.46%，且智能组板使用比例不断增加，12月份智能组板占比达到了82.2%，效率也明显提高。厚板智能组板系统实现了合同与余材信息选择、智能板坯设计、虚拟板坯合同优化匹配等组板设计功能，为设计者提供了决策每一批合同最优组板方案所需的基本数据和信息，为实现组板方案快速搜索和全局优化提供了重要根据。