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発明の名称 圧延工場における圧延順序決定方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平10−5831
公開日 平成10年(1998)1月13日
出願番号 特願平8−159959
出願日 平成8年(1996)6月20日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】潮谷 奈津夫
発明者 北條 成人 / 関根 宏
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 圧延工場における圧延すべき材料の圧延順序を、前記材料が冷片のみと熱片のみとそして熱片・冷片混合とに区別するデータ種別判定処理と、前記判定処理によって区別された種別毎に適切な手法を選択し、各々の評価関数によって圧延順序を決定する圧延順序最適化処理とによって決定することを特徴とする、圧延工場における圧延順序決定方法。
【請求項2】 前記データ種別判定処理の結果が冷片の場合には、隣接する材料間の属性の推移を数値に置き換え、さらに材料の絶対位置制約を数値化した評価関数を作成し、前記評価関数を最小化する圧延順序の探索を、圧延順序の一部を入れ換える局所探索法を適用し行って、圧延順序を決定する、前記圧延順序最適化処理を行う、請求項1記載の方法。
【請求項3】 前記データ種別判定処理の結果が熱片の場合には、隣接する材料間の属性の推移を数値に置き換え、さらに材料の絶対位置制約を数値化した評価関数を作成し、前記評価関数を最小化する圧延順序の探索を、大域的最適化の近似解法である遺伝的アルゴリズムまたはシミュレーテッド・アニーリング法を適用し行って、圧延順序を決定する、前記圧延順序最適化処理を行う、請求項1記載の方法。
【請求項4】前記データ種別判定処理の結果が熱片・冷片混合の場合には、隣接する材料間の属性の推移を数値に置き換え、さらに材料の絶対位置制約を数値化した評価関数を作成し、熱片と冷片との入り組み具合を数値に置き換えて評価し、評価値がしきい値以下の場合には、熱片と冷片とがある程度分離しているとみなし、熱片・冷片混合データを熱片と冷片とに分離し、前記評価関数を最小化する圧延順序の探索を、熱片に対しては、大域的最適化の近似解法である遺伝的アルゴリズムまたはシミュレーテッド・アニーリング法を適用し、そして、冷片に対しては、圧延順序の一部を入れ換える局所探索法を適用して行い、このようにして決定された圧延順序を連結し、全体のデータに対して再度圧延順序の一部を入れ換える局所探索法を適用して全体の圧延順序を決定し、評価値がしきい値以下の場合には、前記遺伝的アルゴリズムまたは前記シミュレーテッド・アニーリング法を適用し、圧延順序を決定する、前記圧延順序最適化処理を行う、請求項1記載の方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、圧延工場において、スラブ等の材料を熱間圧延して圧延製品を製造するに際し、圧延順序を適切に決定し、効率的な操業を行うための圧延順序の決定方法に関するものである。
【0002】
【従来技術】一般に圧延工場において、スラブ等の材料を熱間圧延する際には、材料の圧延順序を、その前後に隣接する圧延すべき材料の有する属性即ち製品寸法(厚さ、幅、長さ)、硬さ(鋼種)などの変化が小さくなるように定めることにより、安定した品質の製品を圧延することが可能になる。そこで、従来は、材料の圧延順序を、その属性の変化が最小になるように、操業者の経験により決定していた。
【0003】しかしながら、このような操業者の経験によって決定した、連続する材料の属性即ち相対位置制約のみを考慮した圧延順序では、材料の圧延位置に関する制約即ち絶対位置制約を満足させることができず、また、加熱炉の能力と圧延機の能力の整合性が考慮されておらず、必ずしも安定した品質の製品を低コストで製造することはできない。
【0004】このような問題を解決するために種々研究がなされており、例えば、特開平6−304619号公報(以下、先行技術という)には、材料の絶対位置制約と材料の相対位置制約とを満足する圧延順序と、加熱炉の能力に整合性のある加熱炉への装入順序とを組合わせたスケジュールにより材料を圧延する、圧延工場の物流スケジューリング装置が開示されている。
【0005】なお、絶対位置制約とは、注目する材料の圧延順位そのものに関する制約であり、例えば何番目以降は圧延可能という制約である。また相対位置制約とは、注目する材料とその前後に隣接する材料との間における属性の変化に関する制約であり、例えば板厚の変化が何mm以内という制約である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述した先行技術には、次のような問題がある。圧延材料として使用される中間製品のスラブは、圧延の上流工程である製鋼工程において製造される。従って、圧延工場においては、基本的に、上流の製鋼工程から直送されてくる高温の熱片スラブを使用して圧延が行われる。このような熱片スラブを使用して圧延することにより、材料の再加熱コストを削減することができ、また仕掛在庫量を削減することができる。
【0007】製造ロットに余剰が生じた場合には、製鋼工程において製造されたスラブを仕掛在庫として保存しておく。下流の圧延工程における圧延処理能力が、上流の製鋼工程における製鋼能力を上回る場合には、圧延材料として熱片スラブだけではなく、仕掛在庫として保存されている冷片スラブも使用して圧延し、製鋼工程における能力の限界によって、圧延能率が低下することがないようにしている。従って、圧延工場における圧延材料として、熱片スラブおよび冷片スラブの2種類のスラブが使用されている。
【0008】材料を圧延するためには、研削した圧延ロールを使用するが、圧延ロールは、材料を圧延する際の摩擦仕事によりロール表面が摩耗し、且つ、ロール表面に対する圧延荷重の集中によって、ロールに表面荒れが発生し、ロールの摩耗および表面荒れが限界を超えると、このようなロールによって圧延された製品の品質が悪化する。従って、圧延ロールの摩耗および表面荒れが限界を超え、製品品質が悪化する前に、ロール交換を行う必要がある。
【0009】ロール交換から次のロール交換までの間の1つの圧延ロールによる圧延単位をサイクルと呼び、1サイクルにおいて、数十本から百数十本の材料を圧延する。このような1サイクルに圧延される材料には、熱片スラブのみの場合と、冷片スラブのみの場合と、熱片および冷片スラブの場合とがある。
【0010】スラブのほとんどは、連続鋳造機によって製造される。従って、連続鋳造機の設備上の制約から、製造されるスラブは、広幅のものから次第に狭幅のものに移行する。その結果、製鋼工程から圧延工程に搬入されてくる熱片スラブは、広幅のものから狭幅のものに順に並べられている。熱間圧延において、スラブ幅と製品幅とは大体比例するので、圧延される製品も広幅のものから狭幅のものに、幅の広い順に並ぶことになる。しかしながら、需要家が注文する製品には、その厚さと幅との間に比例関係はないので、圧延された製品の厚さについては、必ずしも厚い方から薄い方に順に並んではいない。
【0011】1サイクルにおける圧延順序の決定作業は、冷片スラブと熱片スラブとで異なる。即ち、図1に圧延順序決定作業のフロー図で示すように、冷片スラブについては、圧延順序の予備的な決定を工程管理部署が実施し、その最終的な決定を操業管理部署が行う。一方、熱片スラブについては、工程管理部署において、製品幅を大→小の順に並べ替えるのみで、操業管理部署が全面的に圧延順序を決定する。即ち、冷片スラブの場合には、事前にある程度並べ替えが行われているのに対し、熱片スラブの場合には、製品幅を大→小の順に並べ替えることのみが行われた状態で、操業管理部署が圧延順序の最終決定を行う。
【0012】このように異なる初期状態の集合に対しては、それぞれ適切な探索の方法がある。すなわち、熱片スラブは、製品厚と製品幅の制約を同時に満足させる圧延順序を決定し直す必要があるために、順序の一部を入れ換えるような局所的な探索では不十分であり、より大域的な探索が必要であると考えられる。一方、冷片スラブは、製品厚と製品幅の制約を考慮し、事前にある程度並べ替えが行われているので、順序の一部を入れ換える局所的な探索で十分であり、大域的な探索は冗長であり不必要であると考えられる。
【0013】このような熱片スラブおよび冷片スラブに対し、同じ圧延順序探索方法を適用すると、局所的な探索を適用しても、また、大域的な探索を適用しても、熱片スラブおよび冷片スラブのどちらか一方の処理時間が長くなる可能性があり、適正な処理とはいえない。
【0014】先行技術によっては、上述したような異なる初期状態の集合に対し、各々最適な手法を選択することはできず、従って、圧延順序を適切に決定し、操業効率を高めることはできない。
【0015】従って、この発明の目的は、上述した問題を解決し、圧延工場における圧延すべき材料の圧延順序を、材料が冷片のみの場合と熱片のみの場合とそして熱片・冷片混合の場合とに区別し、各々の初期状態に対し最も適切な手法を選択し、その圧延順序を適切に決定して操業効率を高めることができる圧延順序決定方法を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】この発明の圧延順序決定方法は、圧延工場における圧延すべき材料の圧延順序を、前記材料が冷片のみと熱片のみとそして熱片・冷片混合とに区別するデータ種別判定処理と、前記判定処理によって区別された種別毎に適切な手法を選択し、各々の評価関数によって圧延順序を決定する圧延順序最適化処理とによって決定することに特徴を有するものである。
【0017】データ種別判定処理の結果が冷片の場合には、上記圧延順序最適化処理を、隣接する材料間の属性の推移を数値に置き換え、更に材料の絶対位置制約を数値化した評価関数を作成し、評価関数を最小化する圧延順序の探索を、圧延順序の一部を入れ換える局所探索法を適用し行って圧延順序を決定することにより行う。
【0018】前記データ種別判定処理の結果が熱片の場合には、上記圧延順序最適化処理を、隣接する材料間の属性の推移を数値に置き換え、更に材料の絶対位置制約を数値化した評価関数を作成し、評価関数を最小化する圧延順序の探索を、大域的最適化の近似解法である遺伝的アルゴリズムまたはシミュレーテッド・アニーリング法を適用し行って圧延順序を決定することにより行う。
【0019】前記データ種別判定処理の結果が熱片・冷片混合の場合には、上記圧延順序最適化処理を、隣接する材料間の属性の推移を数値に置き換え、更に材料の絶対位置制約を数値化した評価関数を作成し、熱片と冷片との入り組み具合を数値に置き換えて評価し、評価値がしきい値以下の場合には、熱片と冷片とがある程度分離しているとみなし、熱片・冷片混合データを熱片と冷片とに分離し、評価関数を最小化する圧延順序の探索を、熱片に対しては、大域的最適化の近似解法である遺伝的アルゴリズムまたはシミュレーテッド・アニーリング法を適用し、そして、冷片に対しては、圧延順序の一部を入れ換える局所探索法を適用して行い、このようにして決定された圧延順序を連結し、全体のデータに対して再度圧延順序の一部を入れ換える局所探索法を適用して全体の圧延順序を決定し、評価値がしきい値以下の場合には、前記遺伝的アルゴリズムまたは前記シミュレーテッド・アニーリング法を適用し圧延順序を決定することにより行う。
【0020】
【発明の実施の形態】この発明においては、圧延工場における材料の熱間圧延順序を、次のようにして決定する。先ず、圧延すべき材料の属性に基づいて、冷片のみのデータと、熱片のみのデータと、熱片・冷片混合のデータとに区別するデータ種別判定処理を行う。
【0021】次いで、データ種別判定処理によって区別されたデータを入力として、隣接する材料間の属性の推移を数値に置き換え、さらに材料の絶対位置制約を数値化した評価関数を作成し、上記評価関数を最小化する圧延順序を探索する、圧延順序最適化処理を行う。
【0022】圧延順序の探索は、上記分別されたデータ毎にこれに対応する適切な手法を選択する。即ち、冷片のみのデータに対しては、圧延順序の一部を入れ換える局所探索法などを適用し、冷片の圧延順序を決定する。
【0023】熱片のみのデータに対しては、大域的最適化の近似解法である遺伝的アルゴリズムやシミュレーテッド・アニーリング法などを適用し、熱片の圧延順序を決定する。
【0024】そして、熱片・冷片混合のデータに対しては、熱片と冷片との入り組み具合を数値に置き換えて評価し、評価値がしきい値以下の場合には、熱片と冷片とがある程度分離しているとみなして、熱片・冷片混合データを、熱片データと冷片データとに分離し、それぞれ上記冷片処理手段または上記熱片処理手段とを適用し、部分的な圧延順序を決定する。
【0025】このようにして決定した圧延順序を連結し、全体のデータに対して、再度上記冷片処理手段を適用し、全体の圧延順序を決定する。評価値がしきい値以下の場合には、全体のデータに対して上記熱片処理手段を適用し、全体の圧延順序を決定する。
【0026】図2は、この発明の方法による、圧延工場の操業スケジューリングシステムの処理を示すフローチャートであり、図3は、熱片・冷片混合サイクルを示す図である。スラブの種別による、データの初期状態の特徴は、以下の通りである。
【0027】(1)冷片スラブ:工程管理部署において、予備的な並べ替えがある程度まで行われているので、圧延順序の一部を入れ換える局所的な探索で十分であり、大域的な探索は冗長であり不必要である。
【0028】(2)熱片スラブ:工程管理部署において、スラブ幅が広いものから狭いものに順に並べられている。熱間圧延においては、スラブ幅と製品幅とは大体比例するので、製品幅の大きい順に並んでいることになる。しかしながら、需要家が注文する製品の厚さと幅との間には比例関係がないので、圧延された製品の厚さについては、必ずしも厚い方から薄い方に順に並んではいない。一方、前後に隣接する材料の属性の変化を小さくすることにより安定した品質の製品が製造可能になる。即ち、初期状態では安定した品質の製品を製造することが困難であり、製品厚と製品幅との制約を同時に満足させる圧延順序を決定し直す必要がある。従って、圧延順序の一部を入れ換えるような局所的な探索では不十分であり、より大域的な探索が必要である。
【0029】(3)熱片・冷片混合スラブ:基本的には上記(1)、(2)を組み合わせただけであるので、冷片スラブが連続した部分と熱片スラブが連続した部分とに集合を分割して部分的な圧延順序決定を行い、これを最終的に連結すればよい。しかし現実には図3に示すように両者が入り組んでいる場合もあるので、熱片スラブと冷片スラブとの混合の度合を評価し、適用する探索の手法を選択する。
【0030】
【実施例】次に、この発明の圧延順序決定方法の一実施例を、図1を参照しながら、第1〜第7ステップの各ステップ毎に説明する。なお、第1ステップは、上記3種類のデータへの分別のためのデータ入力処理に相当し、第2ステップは、上記3種類のデータへの分別処理に相当する。第3ステップは、上記(1)〜(3)に共通して使用する評価関数の作成処理に相当し、第4ステップは、上記(1)に相当し、第5ステップは、上記(2)に相当し、第6ステップは、上記(3)に相当する。また、第7ステップは、第4〜第6ステップの処理結果を出力する処理に相当する。
【0031】第1ステップ:データ入力処理であって、圧延すべき材料の属性データ即ち製品寸法(厚さ、幅、長さ)、硬さ(鋼種)、熱片・冷片の種別などを入力する。
【0032】第2ステップ:データ種別判定処理であって、属性データを参照して熱片スラブと冷片スラブとを区別する。
【0033】第3ステップ:圧延順序最適化処理であって、データ種別を参照し、隣接する材料の属性変化などを満足する圧延順序を探索する。隣接する材料の属性変化の度合の評価のために、下記(1) 式によって評価関数E1を求める。なお、材料の絶対位置制約については先行技術と同様の数値化が可能であるので、下記(1) 式によって求められるE1と結合すればよい。
【0034】

N:圧延順序決定対象の圧延材料の本数i:圧延順序のインデックス(i=2、3、・・・N1)
Δt:隣接材料の板厚変化を表す量(変化比率:Δti =(ti −ti-1)/ti-1
Δw:隣接材料の板幅変化を表す量(変化量:Δwi =wi −wi-1
Δh:隣接材料の硬さの変化を表す量(変化量:Δhi =hi −hi-1
t,w,h :各項の重み係数【0035】圧延材料は、幅の広い方から幅の狭い方に向かって圧延するので、i=1は最大製品幅の材料を割り当てる。評価関数E1を最小化する探索を行うが、具体的な手法は、データ種別によって、下記第4ステップ、第5ステップ、第6ステップに使い分ける。
【0036】第4ステップ:冷片処理では、データは初期状態においてある程度まで並べ替えが行われているので、改めて大域的な最適化手法を適用することは不必要である。そこで、局所的最適化の近似解法である局所探索法を適用して圧延順序を決定する。
【0037】第5ステップ:熱片処理では、データは、スラブ幅が広いものから狭いものに順に並べられている。熱間圧延においては、スラブ幅と製品幅とは大体比例するので、製品幅の大きい順に並んでいることになる。しかしながら、需要家が注文する製品の厚さと幅との間には比例関係がないので、圧延された製品の厚さについては、必ずしも厚い方から薄い方に順に並んではいない。一方、前後に隣接する材料の属性の変化を小さくすることにより安定した品質の製品が製造可能になる。即ち、初期状態では安定した品質の製品を製造することが困難であり、製品厚と製品幅との制約を同時に満足させる圧延順序を決定し直す必要がある。従って、圧延順序の一部を入れ換えるような局所的な探索では不十分であり、より大域的な探索が必要である。そこで、大域的最適化の近似解法である遺伝的アルゴリズムまたはシミュレーテッド・アニーリング法などを適用して圧延順序を決定する。
【0038】第6ステップ:熱片・冷片混合スラブでは、熱片と冷片との入り組み具合を評価して手法を選択する。混合の度合いを評価するために、下記(2) 式によって評価関数E2を求める。
【0039】

j:熱片・冷片の全体集合を製品幅で降順にソートした順序のインデックス(j=2、3・・・N)
p:1・・・順序jと順序j−1とのデータ種別が異なるとき0・・・順序jと順序j−1とのデータ種別が等しいいき【0040】評価関数E2に対して、評価のしきい値E2thを設定する。例えば、熱片の製品幅と冷片の製品幅とが全く異なる領域にある場合、E2=1/Nと非常に小さい値になる。また、E2は最大でN−1/Nというほぼ1の値になる。
【0041】E2≦E2thのときは、全体集合を熱片と冷片とに分離し、熱片に対しては第5ステップの熱片処理を適用し、冷片に対しては第4ステップの冷片処理を各々適用し、最終的に結果を連結する。連結した圧延順序は、多少の改良の余地を残していると予想されるので、その結果に対し、再度第4ステップの冷片処理を適用する。
【0042】E2>E2thのときは、部分的な最適化処理がそのまま全体としての最適化にはならない可能性が大きいので、全体集合を一つとして扱い、第5ステップの熱片処理を適用する。
【0043】第7ステップ:結果出力処理であって、最終的なサイクルの圧延順序及び評価関数の値などのデータを出力する。
【0044】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、圧延工場における圧延すべき材料の圧延順序を、材料が冷片のみの場合と熱片のみの場合とそして熱片・冷片混合の場合とに区別し、各々の初期状態に対し最も適切な手法を選択し、その圧延順序を適切に決定することができ、操業効率を高めることができる、工業上有用な効果がもたらされる。




 

 


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