摘  要：介绍了基于组织性能预报技术的中厚板定制化生产管理系统的结构和功能。通过建立中厚板客户订单数据库和相关中厚板标准和技术条件数据库，并基于组织性能预报技术，对客户订单数据进行分类和分析。大宗订单可直接进入生产排产程序，多品种小批量订单则先采用组织性能预报系统软件进行预计算，以确定其相容性和可行性，并采用动态规划法进行拼板，实现中厚板的定制化生产。

关键词：中厚板；定制化生产；组织性能预报；数据库

 l  前言

    近年来，市场对中厚板的需求越来越倾向于多品种、多规格、小批量化，生产厂家有时会接到半张甚至1／4张板的订单或同一规格但要求具有不同性能指标的订单。对于这些特殊要求，以目前大规模的生产模式是难以解决的。这种个性化市场取向，要求钢板生产厂家必须具有快速反应和柔性化的生产能力。基于此，“大规模定制”生产模式这一概念作为新一代钢铁产品生产工艺重新受到钢铁企业的高度重视。这种生产模式是解决市场个性化与生产共性化矛盾的极佳途径，它产生于现代信息技术的背景下，是国际制造业发展的趋势。其基本概念是，存生产规程的制定过程中，既考虑用户对产品的个性化要求，同时又结合了现场共性化的生产特点。

    本文在已有中厚板生产过程组织性能预报系统基础上，建立了中厚板客户订单数据库和相关中厚板标准和技术条件数据库。基于组织性能预报技术，对客户订单数据进行分类和分析，大宗订单可直接进入生产排产程序，而多品种小批量订单则先采用组织性能预报软件进行预计算，以确定其相容性和可行性，并采用动态规划法进行拼板，实现了中厚板的定制化生产。

2    基于组织性能预报技术的中厚板定制化生产管理系统的设计

一般热轧生产线的控制系统分管理级、生产控制级、过程控制级和基础自动化级4个层次。管理级负责全厂或区域的生产管理，并负责协调区域内各车间生产调度；生产控制级负责各种生产计划的接收、处理和下达，各库的管理、物料跟踪、质量监视、实际数据收集等工作；过程控制级(L₂级)负责各生产工段内的过程监视和控制，区域内的跟踪、优化控制；设备控制级(L₁级)即基础自动化级，负责各设备的闭环及开环控制。在每一级中又可划分为几个子系统，或在不同岗位分别设置不同的计算机系统。

本文建立的“基于组织性能预报技术的中厚板定制化生产管理系统”属于生产控制级，分为前台客户应用和后台管理员应用两部分。后台管理员应用部分主要是面向信息处理中心的工作人员，提供一个对客户中厚板订单进行管理的平台。该系统整体流程见图1，模块化结构见图2。通过本平台，管理人员可以方便地查看客户订单信息。在订单化学成分相同(或相容)的前提下，对客户订单进行优化与分类，采用中厚板组织性能预测及控制技术对每个订单进行预计算，调整工艺参数而获得所需的力学性能，建立相应的工艺参数数据库，再利用动态规划法编制程序将订单归并拼板，并在此基础上建立产品生产方案数据库。该系统数据库基于Microsoft SQLServer2000建立，操作界面在Visual Basic 6．0环境下实现。

2．1  前台功能

    本管理系统的前台是一个基于互联网络的开发平台。在前台登陆界面验证注册编号及密码后，进入前台客户应用界面。前台可实现以下主要功能：

    (1)相关标准的查询：包括GB712—2000(船体结构钢)、GB713—1997(锅炉用钢板)、GB714—2000(桥梁用结构钢)、GB3273—1989(汽车大梁用热轧钢板)、GB6654—1 996(压力容器用钢板)等；

    (2)中厚板规格查询：查询可生产船板、锅炉板、压力容器板、大梁中板、桥梁厚板等的相关信息，包括执行标准、牌号、尺寸规格等；

    (3)网上下订单：将客户对钢种、化学成分、力学性能、交货状态、规格、数量、交货期等具体要求保存入库，形成订单数据库。

2．2后台功能

2．2．1信息查询模块

    客户信息主要包括注册编号、公司全称、地址、电话、法人代表、营业执照注册号、税号、银行账号、公司邮箱等，客户订单中钢板信息主要包括注册编号、钢种、牌号、长度、长度正(负)偏差、宽度、宽度正(负)偏差、厚度、厚度正(负)偏差、数量、交货期、交货状态、屈服强度、抗拉强度以及主要化学成分等。该模块主要完成以注册编号或牌号为索引，对钢板信息的查询功能，以及信息的浏览查看、增加、删除、修改、保存等功能。

2．2．2标准查询模块

    将与中厚板相关的国标、企标以及技术条件等以电子文档的格式载入界面，形成标准数据库，管理员可通过界面从数据库中读取数据并以表格形式查看、修改标准数据库中数据。

2．2．3订单筛分模块

    对客户订单需求与标准数据库数据作逻辑比较，将订单分成标准订单与非标准订单2类。针对标准订单，进一步以订单中数量为依据区分大宗标准订单与小批量拼板生产订单。大宗订单直接进入预计算，小批量订单则进入预计算以及拼板生产。

2．2．4预计算及拼板模块

    预计算及拼板模块主要包括：参数的录入与调整、调用计算程序、结果区显示、拼板以及最终将工艺参数保存人库。

录人参数主要包括板坯参数与工艺参数。板坯参数包括板坯长度、宽度、厚度以及化学成分。工艺参数包括加热温度、开轧温度、终轧温度、冷却模式、总压下量；以及道次数、各道次压下率、各道次前滑值、轧辊直径、轧辊转速、各道次间隔时间、冷却速率、冷却时间等。运用shell函数调用Fortran程序计算。结果显示区以图或表的格式显示以下内容：

    (1)轧制：轧制温度场、再结晶、轧件速度变化、变形力学参数、轧件厚度变化、终轧尺寸；

    (2)冷却：相变分数、最终晶粒尺寸以及最终力学性能。

    调整工艺参数，直到计算性能与订单所需性能的偏差在允许范围内时，保存工艺参数入库，因Fortran的输入输出文件为．dat文件，故需完成文本中数据向SQI。数据库的转换。通过预计算的订单，大宗货单直接排产，而小批量订单则借助背包问题建模，利用动态规划法，以各订单中船板数量之和趋近于转炉容量的原则将订单归并拼板，进人生产线排产。

2．3数据库设计

    该系统中共包含4个数据库：

    (1)订单数据库：用于存储客户个人及其所需中厚板的信息，比如：中厚板的尺寸规格、钢种、所需数量、力学性能等，为满足客户的个性化需求提供数据源；

(2)标准数据库：用于存储与中厚板相关的国标、企标以及技术要求等，为规范、筛选客户订单提供理论依据；

(3)工艺参数数据库：用于存储优化后的板坯参数与工艺参数，即使计算性能与客户要求力学性能之差在允许范围之内的工艺参数，为实际生产参数的调整提供指导；

    (4)生产方案数据库：基于上述数据库，与实际生产过程相结合，存储中厚板从客户需求到最终成品产生以及运输至客户终端所涉及的全部数据。

3  应用示例

3．1  民用船板的定制化生产

中厚板生产中，可以通过控制轧制和控制冷却的手段，以化学成分相同的钢坯，生产出力学性能不同的产品。对于不同客户的订单，如其对化学成分的要求均可以满足，且其对性能的不同要求也能够通过开轧温度、待温及道次间隔时间、终轧温度、冷却速率、冷却时间等轧制工艺参数的控制，实现按相同成分钢坯生产不同力学性能的产品，通过组织性能预报系统模块的预计算来分别确定各自的轧制工艺，在排产中用同一炉次的钢坯来生产。这将有效地缓解订单一生产以及转炉一连铸一热轧之间的矛盾。

如对于来自客户A和客户B不同力学性能要求的民用船板订单，从化学成分要求考虑，均可采用如表1所示的成分生产。通过采用基于组织性能预报技术的定制化生产管理系统，可分别生产出满足客户A要求的屈服强度390MPa、抗拉强度510MPa和客户B要求的屈服强度430MPa、抗拉强度550MPa的钢板。该应用过程如图4所示。

3．2  拼板应用

    本系统利用背包问题建模，采用动态规划法，将小批量订单拼凑生产。如对于化学成分和性能要求相同、客户所需的钢板宽度和长度不同的小批量订单，可把用户的订货分解、组合，将小批量订货组成较大批量生产，在一块钢板中包含几个用户的订货。从而减少轧制生产中的冗余浪费，减少连铸坯规格，提高生产效率和效益。定制生产中拼板方案如图3所示。

4  结语

    基于组织性能预报技术，建立了中厚板定制化生产管理系统，包括前台和后台两部分。后台有订单数据库、标准数据库、工艺参数数据库以及经计算后建议的生产方案数据库。该系统可对客户订单数据库进行分类与优化，大宗订单预计算后直接排产，多品种多规格小批量订单进行预计算并采用动态规划法拼板模块计算，设计生产路线，初步实现定制化生产。该管理系统在一定程度上缓解了热轧生产现场的共性化与客户需求的个性化之间的矛盾，有助于提升企业的核心竞争力。