人机交互调整金属冶炼连铸调度计划.pdf

2018年 10月上 世界有色金属13 冶金冶炼 MetaIIurgicaI smeIting 人机交互调整金属冶炼连铸调度计划 张晓宇，李 莹 （兰州城市学院， 甘肃 兰州 7 3 0 0 0 0 ） 摘 要 金属的冶炼是将金属原矿石熔融， 还原成一定纯度的金属锭、 坯、 模等。 金属冶炼连铸计划是制造执行系统的 重要组成部分， 起到承上启下的连接作用。 针对金属冶炼连铸系统的计划提出人机交互的方式进行调整， 通过研究金属 冶炼连铸生产系统， 利用人机交互调整为图形化并对其有效模式进行调整， 最后进行实验观察调整效果使计划得以实 现。 经过调整达到提高生产效率、 保证计划规范性的目的。 关键词 人机交互 ； 金属冶炼 ； 生产调度计划 中图分类号 G 6 4 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 2 - 5 0 6 5（2 0 1 8 ） 1 9 - 0 0 1 3 - 2 Adjustment of metal smelting continuous casting scheduling with human-machine interaction ZHANG Xiao-yu,LI Ying L a n z h o u C i t y C o l l e g e , L a n z h o u 7 3 0 0 0 0 , C h i n a Abstract Me t a l s me l t i n g i s t o me l t me t a l o r e a n d r e d u c e i t t o a c e r t a i n p u r i t y o f i n g o t s , b i l l e t s , mo l d s a n d s o o n . Me t a l s me l t i n g a n d c o n t i n u o u s c a s t i n g p l a n i s a n i mp o r t a n t p a r t o f ma n u f a c t u r i n g e x e c u t i o n s y s t e m, w h i c h p l a y s a c o n n e c t i n g r o l e b e t w e e n t h e p r e c e d i n g a n d t h e f o l l o w i n g . T h e ma n - ma c h i n e i n t e r a c t i o n mo d e i s p r o p o s e d t o a d j u s t t h e p l a n o f t h e me t a l s me l t i n g a n d c o n t i n u o u s c a s t i n g s y s t e m. T h e p l a n i s r e a l i z e d b y s t u d y i n g t h e me t a l s me l t i n g a n d c o n t i n u o u s c a s t i n g p r o d u c t i o n s y s t e m a n d a d j u s t i n g i t s e f f e c t i v e mo d e w i t h t h e h e l p o f ma n - ma c h i n e i n t e r a c t i o n . A f t e r a d j u s t me n t , t h e p u r p o s e o f i mp r o v i n g p r o d u c t i o n e f f i c i e n c y a n d e n s u r i n g p l a n n i n g s t a n d a r d i z a t i o n i s a c h i e v e d . Keywords h u ma n - ma c h i n e i n t e r a c t i o n ; me t a l s me l t i n g ; p r o d u c t i o n s c h e d u l i n g p l a n 1 金属冶炼连铸的生产调度系统 金属冶炼连铸生产的流程， 首先将金属冶炼成液态， 再 进行如图1的一系列操作。 图1 金属冶炼连铸操作流程图 而生产调度系统是协调整个系统的， 接收上一级的生产 计划指令， 计算得出执行区域的生产作业计划， 并下发到下 一级形成实施指令 [1]。 传统的生产调度归结为按炉次为单位 进行划分， 通过人工调度的方式来进行， 从效果上来讲， 生 产效率偏低， 而且要花费大量的人力资源， 在生产中出现特 殊情况时不能及时研究出应对方案， 产生出大量残次品， 既 浪费资源也增加了危险系数。 解决这类问题也研究出用编制 自动化的方式进行生产调度， 但因为生产环境的多变导致该 技术没有最大程度的发挥它的作用。 1.1 生产调度的图形化展示 人机交互是研究人、 计算机以及它们相互影响的技术。 从 人为调度模式转变成计算机界面控制的形式， 人机交互技术 实现了利用计算机实现人类思想的功能在生产过程中， 计算 机解决了人类精力有限、 速度慢等身体因素限制的问题。 将计 算机中金属冶炼调度计划转换成图形来展示， 炼钢连铸生产 计划可以利用GANTT图的形式加以展现。 GANTT图以时间 为横轴， 以各个处理设备为纵轴， 直观地反映出计划在各工序 的处理设备间的执行情况。 需要特殊注意的控制点包括 连 铸机拉坯速度控制、 结晶器振动频率控制、 定长切割控制。 先 将生产调度的过程在街面上图形化展现如图2所示。 图2 GANTT界面流程图 采用GANTT图的形式直观的展现金属冶炼连铸的整 个生产计划，比起传统的只能采用数据表格的形式更加便 捷。将设备的内部工作放在Web界面上可以观察到整个生 产调度的流程， 但当流程出问题时只能及时发现不能解决， 所以对人机交互实施模式进行有效调整。 1.2 调整人机交互模式 炼钢连铸计划调整成为人机交互的模式是将图形话的 模式进行动态调整， 即让计划人员通过对人机界面图形元素 的操作来控制，达到修改计划的目的。由图2中可以看出， 调度计划大概分为时间调度和空间调度。 （下转15页） 收稿时间 2 0 1 8 - 0 9 作者简介 张晓宇， 男， 生于1 9 8 5 年， 甘肃临洮人， 硕士， 助教， 研究方向 用户体验、 人机交互。 万方数据 2018年 10月上 世界有色金属15 冶金冶炼 MetaIIurgicaI smeIting CO2占 的 百 分 数 [CO2/COCO2] （2η-1-UV） /1U （7） 电流效率 η1UV{0.50.5[CO2/COCO2]}-V （8） 又因为P净耗3331UV/ηkg/t-Al （9） 联立得 VηP 净耗 /333*{0.50.5[CO2/ COCO2〕 }-η （10） 并且借用这些方程式， 可以很好的计算出碳阳极净耗与 U、 V值之间的关系。当知道电解反应的碳阳极消耗量时， 可以进而求得反应的U、 V值。 2 降低碳阳极消耗途径与措施 2.1 提高阳极电流密度 由于我国现行的各种工业手段进行电解铝生产已知采 用的为低密度阳极密度， 这就导致我国的阳极净耗量以及生 成铝的量都不如国外的高。 并且由于氧化现象的存在， 以及 受碳阳极消耗的各种因素的影响， 这就导致更为大量的碳阳 极的消耗结果以及反应速率的明显降低。 因此要制定有效手 段来， 通过使用较高的阳极电流密度的措施， 来降低碳阳极 损耗度， 得到更多的反应后的铝制品。 2.2 优化阳极的设计 由于碳阳极的几何形状可以对电解反应的进行程度产 生较大的影响。 因此， 就需要对阳极碳块进行必要的优化设 计手段， 以保证在相同电流、 电压的前提下， 生成更多的铝 制品， 有效的降低碳阳极的损耗。 研究表明， 我国现行的铝 [1] 霍庆发.电解铝工业技术与装备[M].沈阳辽海出版社,2015. [2] 李庆义,于易如.阳极电解消耗与阳极性能的研究[A].第一届国际铝用 碳素技术会议论文集[C].2017,9.131-137. 电解槽使用规模开始逐渐加大， 但是这种大面积的电解槽会 导致产生的CO2气体的排除， 进而影响反应速率的降低。 以 此， 在设计中， 就提出了对碳阳极的优化设计步骤， 以便二 氧化碳有更好的排出。 2.3 加强阳极操作与维护 由于整个电解反应过程中,主要进行的反应则为电解碳 阳极， 因此， 这需要对碳阳极部位进行严格的操作与维护手 段， 才能保障电解反应的正常进行。 为了减少碳阳极的损耗， 可以进行的措施与手段有 对碳阳极进行加厚以及覆盖保护 膜的操作， 及时对电解后的碳阳极进行更换 ； 使用材料填满 碳块顶部的空隙， 避免使电解质与其反应。 平时也要多注意对 碳阳极操作过程的维护性， 注意保护每一项碳阳极可能出现 问题的环节， 真正落实提升电化学电解反应制铝的反应效率。 3 结语 针对冰晶石氧化铝熔体电解法制铝进行分析， 得出碳 阳极的消耗与阳极的质量以及形状设计都有关系， 因此有关 部门要积极的引进相应的设计型人才， 提升谈养殖的产品之 质量，降低碳阳极空气的渗透性，有效的降低反应的U、 V 值， 从而减少各种不利于反映进行的因素的产生， 提升我国 制铝业的更稳健发展。 （上接13页） 时间调度是指生产过程中某一步骤出现问题或由特殊 情况发生的时候， 可以通过人机交互控制生产的开始和结束 时间。 空间调度， 就是某些金属的冶炼过程与设备原本的操 作过程不符， 这时就可通过人机交互的方式进行控制， 将设 备位置进行交换或利用活塞控制液态金属的走向。 根据具体 工艺流程提出了几点具体的有效调整措施 在工序中对处理设备的变动计划， 在GANTT图上垂直 移动炼钢设备单元的位置， 或启动活塞运用， 而在金属冶炼 连铸工序上的起始时间不变 ； 在工序中对整个生产流程的变 动计划， 在GANTT图上水平移动整个计划， 将整个生产计 划延迟进行 ；在工序中对某个生产步骤处理时间的变动计 划， 在GANTT图上只对要调整的设备延长或缩短工作时间， 其后的流程水平衔接即可 ； 在工序中对某两个生产设备传递 时间的变动计划， 在GANTT图上对要调整的两个设备之间 的传递时间延长或缩短， 其后的工作流程进行水平平移。 2 金属冶炼连铸计划实现与实验验证 根据提出的有效模式，用C开发图形控制动态编辑 系统， 提供给工作人员一个具有交互性的调整生产调度计划 的工具， 调度人员可以通过鼠标移动相关元素， 精确的对计 划进行动态调整和控制。 除了可以调整调度计划以外， 最好 还具有保存计划、 删除计划等一系列实用功能。 为保证本文提出的人机交互调整金属冶炼连铸调度计 划的有效性，进行实验论证，实验论证采用相同处理设备， 相同原料进行论证实验。 为保证实验的严谨性， 采用传统调 度方法， 即人工调度的方式， 和自动化方式， 即为设备设定 固定的参数值的方式， 作为实验论证对比， 对生产效率进行 统计分析。 其实验论证结果曲线如图3所示。 图3 实验论证结果曲线 由图3曲线可以明显看出， 人工交互方法调整后的调度 计划在生产效率生远远高于传统方法和机械自动化的方法， 而且较为稳定。 实验证明该方法具有可行性和高效性， 即节 省了人力物力的开销，同时安全的保证了生产的质量和速 度， 产生显著地经济效益。 3 结语 作为金属冶炼制造执行系统的重要组成部分， 炼钢连铸 生产调度计划系统一直是工业工程领域研究的热门课题。 人 机交互调整的生产调度计划方法人与计算机的优点有效地结 合起来， 可以充分提高生产计划的效率， 当因复杂环境产生突 发情况时能够做到快速响应， 保证生产稳定安全的进行。 [1] 李玲,唐秋华,张利平.文化基因算法求解多工艺路线炼钢-连铸生产 调度问题[J].武汉科技大学学报,2017,40117-22. 万方数据