编者按：

随着物联网、云计算、移动互联网、大数据、人工智能等新技术的飞速发展，以及IT与OT技术的进一步融合，工业制造、城市交通、电力能源、农业等各大行业领域的智慧化发展已成为必然趋势。推进各领域向智慧化发展是一项复杂而庞大的系统工程，既需要单一技术与装备的突破应用，还需要系统化的集成创新。智慧系统解决方案是推广普及智能化技术的关键手段，是促进各行业智能化水平提升的核心。

为深化智慧产业发展，进一步提升智慧产业各领域系统解决方案应用水平，现由中国自动化学会、智能制造推进合作创新联盟、工业控制系统信息安全产业联盟、边缘计算产业联盟、中国仪器仪表行业协会主办，控制网（www.kongzhi.net）＆《自动化博览》承办的2020智慧系统解决方案征集活动已正式启动，面向全行业公开征集智慧系统解决方案。本刊特开设智慧系统解决方案专栏，刊发其中优秀的解决方案以飨读者。

河钢乐亭项目是河钢集团贯彻落实中央关于钢铁企业退城重大搬迁决策部署、以产能置换方式推动集团沿海钢铁产业布局、促进产业结构调整、实现产品结构升级的重要工程项目。在整个钢铁行业产能过剩、同质化竞争日趋激烈的大背景下，河钢乐亭从项目启动开始，便围绕如何提高企业的有效供给、创新生产组织模式和服务模式、培育竞争新优势，真正促进企业产品及产业升级等目标，从管理、工艺、设备、信息自动化体系支撑等全方位入手，展开顶层规划设计，建设覆盖铁、钢、轧的绿色化、智能化、品牌化的新一代长流程钢厂。

结合《中国制造2025》以及《国家智能制造标准体系建设指南》的要求与建议，在信息自动化体系支撑方面，借鉴业内同行及河钢自身有益经验，充分发挥与产线基建同步建设实施的资源优势，对生产全要素进行总动员，覆盖产销一体化、全流程质量管理、供应链、物流、能源、设备、财务、成本、人力等各方管理需求，构筑纵向贯通、横向集成、协同联动的完整智能制造体系。本文为河钢乐亭铁钢区智能调度设计方案，重点为充分利用信息技术手段以及优化模型算法，以铁钢区动态调度系统为中心，深度集成铁运、铁前MES、钢区MES、自动化天车、铁钢包管理、钢区二级等系统，使铁钢调度执行过程智能化、可视化，生产状态实时感知、对生产异常进行预测预警，为调度决策提供准确信息，进而实现铁区高炉出铁、钢区各工序生产作业的高效协同，实现企业铁钢产能平衡，满足河钢乐亭绿色化、智能化建设目标，为未来河钢乐亭品牌化奠定基础。该项目预计于2020年5月投入运行。

1 项目创新点

（1）冶金长流程智能化解决方案：从单工序或局部区域的模型化、精细化拓展到全流程的智能化，覆盖产品制造全流程；

（2）铁钢区生产管控柔性衔接：突破以往铁、钢独立作业模式，将铁区按库存生产以及钢后按订单生产组织模式进行柔性衔接，支撑铁钢绿色化经济生产；

（3）异构系统集成程度高：以铁钢区动态调度系统为中心，统筹铁运物流及生产等系统，统一各系统间接口模式，进行异构系统数据集成；

（4）新一代智能化技术应用：包括业内先进的多目标优化模型算法、图像AI识别技术、铁钢包/天车定位及RFID跟踪技术的集成应用。

2 项目方案

钢铁行业为典型的长流程生产制造型行业，包括了炼铁、炼钢、轧钢（热轧、冷轧）等主要生产过程。按照各生产过程的特点，业内通用的生产管理模式为炼铁区域进行面向库存的生产、钢后区域进行面向订单的生产，从一定程度上讲，企业对铁区、钢区的生产管理是相对独立的，前后生产节奏衔接不够紧密，铁水运输以及下游生产组织的效率极大地依赖于公司级生产调度人员的经验，易造成铁水温降过大或钢区生产无法按计划准确执行等情况；另一方面，钢区生产组织相对复杂，冶炼过程属于“黑箱”系统，无法精准感知控制生产节奏，亟需通过智能化手段进行事前生产预测及事后的生产调整，以满足新一代冶金长流程生产企业精细化管理的更高要求。因此，河钢乐亭在整体智能化产线设计中，特别针对铁钢区生产调度管理进行了深入研究，设计方案如下：

（1）整体功能设计

河钢乐亭铁钢区智能调度，为跨生产区域的公司级全流程冶炼作业计划指挥管理系统，属行业首创，是河钢乐亭产销一体化管理中的重要组成部分，向上承接产销一体化-计划系统下发的浇次计划以及产销一体化-订单设计下发的钢区质量设计，向下指导从铁水预处理、转炉、精炼、到连铸等钢区全流程生产作业。

主要功能包括：钢区生产作业动态排程、温度预测、天车实时调度、钢包调度、铁水调拨。通过特定工艺参数、牌号以及工艺路径的数据设定，管理从铁水需求、转炉、精炼到浇铸和钢包管理的一系列生产过程，在满足工艺和物流管理需求的基础上，达到生产序列和生产截止期的最佳匹配，削减运输缓冲时间，有效减少铁水温降，保障铁水预处理高效脱硫，提升钢区冶炼作业效率、提升钢包的出钢质量，保障生产稳定性。铁钢区动态调度系统在铁区的管理范围包括高炉出铁到炼钢铁水预处理，主要功能包括分铁计划、铸铁计划以及钢区缓冲包计划的创建下发、铁水调度管理。钢区的管理范围包括钢区炉次计划编制、钢包调度管理、钢区炉次计划动态调整、调度及监控。

（2）系统集成及关键技术

河钢乐亭铁钢区智能调度设计方案，以产销一体化-铁钢动态调度系统为核心，通过与炼铁MES、铁运系统、炼钢MES、铁钢包管理、自动化天车系统、钢区二级系统的深度集成，进行铁钢区调度联合作业协同管理，对高炉、铁包、运输机车、天车、钢包、转炉等作业实体，以及出铁过程、运输过程、吊运过程、冶炼过程等作业活动进行统筹监控、管理，充分考虑实体与过程的状态变更，充分考虑铁钢水运输过程温降、包的运输及吊运路径选择、前后生产工序作业衔接等关键因子，采用多目标寻优智能算法进行系统建模，使整个铁钢调度执行过程数字化、智能化，动态可调。

其中，炼铁MES主要与铁钢区调度系统交互高炉铁水生产计划、出铁实绩及质量信息，供铁钢区调度进行合理的铁水分配及炉次订单匹配。铁运采用机车位置跟踪、微机联锁等技术完成包架、机组运输动态管理，执行铁钢区调度系统分铁计划，为铁包运输选择最优路径计算，提高铁包周转效率。炼钢MES主要接收铁钢区调度系统根据浇次计划推导计算的钢区各工序生产计划，并与钢区二级共同完成钢区生产情况跟踪。铁钢包管理主要功能包括铁包、钢包的识别及定位、钢包热成像监测、钢包内衬状态及维护、包龄及履历管理。基于定位和验证传感设备，进行钢包的识别以及天车和钢包车的实时跟踪。通过红外摄像和AI图像识别技术应用，对生产状态的钢包进行360度检测，实时掌握钢包内衬侵蚀状态，进行维修预警，防止漏钢事故，提升钢包智能选用及生产安全性保障。同时，通过对铁、钢包使用履历的管理，向铁钢区调度系统提供铁包、钢包的可用列表情况与使用状态信息。自动化天车系统主要完成铁包的吊运以及钢包的吊运管理，应用天车吊包的挂钩识别辅助技术及天车导航系统应用，确保作业安全可控，保障工序间生产衔接高效协同。

（3）业务功能实现

实际执行中，根据产销一体化下发的钢区浇次序列，钢区动态调度生成钢区炉次生产订单，借助系统排程模型算法得出该浇次每炉在每个工序的开始生产和结束生产时间，进而推出钢区生产所需铁水需求量。当钢区生产所需铁水需求量与高炉出铁计划的出铁量曲线不平衡时，铁区动态调度及时给予调整反馈。正常情况下，铁区动态调度参考铁前MES系统的高炉出铁计划，计算该浇次每炉在铁水预处理工序的开始生产、结束生产时间、计划到达出铁口时间、出铁口等信息。同时，铁区调度向铁运系统提出空包需求计划，铁运系统根据铁包状态及流转情况，给出合理的配包实绩。之后，铁区调度再根据出铁实绩与钢区铁水需求计划指定铁水重包去向。钢区接铁完成后，铁区动态调度接收铁包管理系统给出的空包返回信息，将其中可用包列入可用空包列表，同时接收天车系统的返回铁包放置信息，进而完成对铁包使用情况、状态的跟踪与履历管理。钢区动态调度根据浇次计划生成的炉次生产计划，包括了预处理、转炉、精炼、连铸等各个生产工序的生产计划及时间序列，以图形化方式展示，明确了各生产工艺路径及生产设备，并同步给钢包管理、自动化天车、钢区二级等系统，按照炉次计划共同组织完成钢区生产联动作业。通过二级实际反馈上传的工序生产状态，钢区动态调度对炉次计划进行执行过程的监控管理，当计划执行出现时间、设备或人为调整导致的偏差时，系统实时对炉次计划进行动态更新；根据生产钢水的质量判定信息，钢区动态调度可以进行快速的炉次换单，并重新计算当前炉次计划及后续炉次计划的生产计划信息，满足调度人员对钢区生产节奏的动态管理，满足公司对于全流程按单进行生产、质量管理的需要。在生产过程发生异常后，如资源、时间发生冲突或存在断浇可能时，系统会提供预警，辅助调度人员进行作业调整，适应炼钢区域复杂多变的生产管理要求，同时满足下游轧钢区域的物料需求计划。

铁区调度画面

钢区调度画面

摘自《自动化博览》2020年4月刊