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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10−71411
公開日 平成10年(1998)3月17日
出願番号 特願平9−30495
出願日 平成9年(1997)2月14日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】潮谷 奈津夫 (外1名)
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、前記材料の有する属性に基づいて、圧延荷重の大きい材料と圧延荷重の小さい材料とに振り分け分別する圧延データ振り分け処理と、評価関数によって圧延荷重の大きい材料の圧延順序を決定する第1圧延順序最適化処理と、前記第1圧延順序最適化処理によって得られた圧延順序に対して、連続圧延本数制約を満足するように、圧延荷重の小さい材料を充当する連続圧延本数制約充足処理と、そして、評価関数によって圧延荷重の小さい材料の圧延順序を決定する第2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】 前記第1圧延順序最適化処理によって得られた圧延順序に対して、圧延ロール表面荒れの進行を数値に置き換えた評価関数を作成し、得られた評価関数が、ロール表面荒れの限界に相当する上限値を超える材料の直前に、前記圧延データ振り分け処理によって分別された圧延荷重の小さい材料から、ロール表面荒れの緩和に必要な最低限の本数以上の材料を充当する前記圧延本数充足処理を行う、請求項1に記載の圧延順序決定方法。
【請求項3】 前記第1圧延順序最適化処理によって得られた圧延順序に対して、圧延ロール表面荒れの進行を数値に置き換えた評価関数を作成し、得られた評価関数が、ロール表面荒れの限界に相当する上限値を超える材料の直前に、前記圧延データ振り分け処理によって分別された圧延荷重の小さい材料から、ロール表面荒れの緩和に必要な最低限の本数以上の材料を充当する際に、全充当箇所の総充当本数を除いた残りの本数及び属性が、次ステップの第2圧延順序最適化処理に必要かつ十分な範囲に収まるように配分し、さらに各充当箇所の充当本数の配分比について、各充当箇所直前までのロール表面荒れ度合いを表す前記評価関数の大きさの比に対応させた前記圧延本数充足処理を行う、請求項1に記載の圧延順序決定方法。
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、安定した品質の製品を製造し、且つ、圧延コストを低減することができる圧延順序の決定方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】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って、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、材料の有する属性の変化が最小になるように、操業者の経験によって決定していた。
【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的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的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、材料の絶対的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】なお絶対的位置制約とは、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。また相対的位置制約とは、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。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、圧延ロールの表面は、材料を圧延する際の摩擦仕事によって摩耗し、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、このような、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る製品の品質が悪化する。図1は、圧延の進行とロールの表面荒れの進行との関係を示すグラフであって、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。
【0007】圧延能率およびロール原単位を向上させ、圧延コストを低減させるためには、圧延ロールの交換周期をできるだけ延長することが望ましい。
【0008】そこで、上述した圧延ロールの表面荒れに注目して調べたところ、圧延ロールの表面荒れは、圧延荷重の大きい場合に特に発生しやすく、具体的には板厚の薄い材料や硬い材料を圧延する場合に顕著に発生し、一方、圧延荷重の小さい材料を圧延する場合には、表面荒れの発生が多少緩和されることがわかった。
【0009】従って、圧延荷重の大きい材料と圧延荷重の小さい材料とを交互に圧延すれば、表面荒れの進行を防止することができる。一方、圧延ロットを集約する観点からは、段取りの容易さや圧延能率などの理由により、同じ属性の材料をまとめて圧延する方が好ましい。
【0010】材料の圧延順序を決定するに際し、上述した相反する2つの制約を同時に満足させることは難しく、両者はトレードオフの関係にあるといえる。
【0011】そこで実際の操業においては、上述した2つの制約を、共にある程度まで満足させるため、次のように圧延順序を定めている。即ち、表面荒れが限界に達するまでは、圧延ロット集約を優先させ、圧延荷重の大きい材料をまとめて圧延する。その際、表面荒れの限界に相当する連続圧延本数の上限を定め、上限本数まで圧延した後に、圧延荷重の小さい材料を圧延して表面荒れの発生を緩和する。次いで、再び圧延荷重の大きい材料を圧延する。このような順序を繰り返して材料を圧延することにより、上述した2つの制約を共に満足させ、且つ、ロールの交換周期を延ばすことが可能になる。
【0012】図2は、ロールの表面荒れを抑制する圧延の進行を示すグラフである。図2を図1と比較すれば明らかなように、ロールの表面荒れが限界に達する前に圧延荷重の小さい材料を圧延することによって、表面荒れの発生を緩和することができる。
【0013】このような圧延順序の制約条件は、材料の集団に対して適用されるものであり、先行技術のような、材料の相対位置制約でも、また、材料の絶対位置制約でも表現することはできない。従って、先行技術によっては、圧延ロールの交換周期を延ばすことができない。
【0014】従って、この発明の目的は、上述した問題を解決し、安定した品質の製品の製造を可能にすると共に、圧延ロールの交換周期を延ばして圧延コストの低減を図ることができる、圧延工場における材料の熱間圧延順序の決定方法を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明は、圧延工場における圧延すべき材料の圧延順序を、前記材料の有する属性に基づいて、圧延荷重の大きい材料と圧延荷重の小さい材料とに振り分け分別する圧延データ振り分け処理と、評価関数によって圧延荷重の大きい材料の圧延順序を決定する第1圧延順序最適化処理と、前記第1圧延順序最適化処理によって得られた圧延順序に対して、連続圧延本数制約を満足するように、圧延荷重の小さい材料を充当する連続圧延本数制約充足処理と、そして、評価関数によって圧延荷重の小さい材料の圧延順序を決定する第2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。
【0016】請求項2に記載の発明は、前記第1圧延順序最適化処理によって得られた圧延順序に対して、圧延ロール表面荒れの進行を数値に置き換えた評価関数を作成し、得られた評価関数が、ロール表面荒れの限界に相当する上限値を超える材料の直前に、前記圧延データ振り分け処理によって分別された圧延荷重の小さい材料から、ロール表面荒れの緩和に必要な最低限の本数以上の材料を充当する前記圧延本数制約充足処理を行うことに特徴を有するものである。
【0017】請求項3に記載の発明は、前記第1圧延順序最適化処理によって得られた圧延順序に対して、圧延ロール表面荒れの進行を数値に置き換えた評価関数を作成し、得られた評価関数が、ロール表面荒れの限界に相当する上限値を超える材料の直前に、前記圧延データ振り分け処理によって分別された圧延荷重の小さい材料から、ロール表面荒れの緩和に必要な最低限の本数以上の材料を充当する際に、全充当箇所の総充当本数を除いた残りの本数及び属性が、次ステップの第2圧延順序最適化処理に必要かつ十分な範囲に収まるように配分し、さらに各充当箇所の充当本数の配分比について、各充当箇所直前までのロール表面荒れ度合いを表す前記評価関数の大きさの比に対応させた前記圧延本数充足処理を行うことに特徴を有するものである。
【0018】
【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、連続圧延本数に制限のある圧延荷重の大きい材料と、連続圧延本数に制限のない圧延荷重の小さい材料とに、材料のデータを振り分けて分別する、圧延データ振り分け処理を行う。
【0019】次いで、分別されたデータのうち、圧延荷重の大きい材料について、隣接する材料間の属性の推移を数値に置き換え、さらに材料の絶対的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を探索する、第1圧延順序最適化処理を行う。
【0020】圧延順序探索の手法としては、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、また、局所的最適化の近似解法である局所探索法などを使用する。探索結果は、隣接する材料間の制約及び材料の絶対的位置制約を満足したものである。
【0021】次いで、第1圧延順序最適化処理によって得られた圧延順序に対して、連続圧延本数制約を満足するように、ロール表面荒れの進行を数値に置き換えた評価関数を作成し、得られた評価関数がロール表面荒れの限界に相当する上限値を超える材料の直前に、前述した圧延データ振り分け処理によって分別された圧延荷重の小さい材料から、ロール表面荒れの緩和に必要な最低限の本数以上の材料を充当する。
【0022】その際に、全充当箇所の総充当本数を除いた残りの本数および属性が、次のステップの第2圧延順序最適化処理のために必要且つ十分な範囲に収まるように配分し、更に、各充当箇所の充当本数の配分比について、各充当箇所直前までのロール表面割れ度合いを表す上記評価関数の大きさの比に対応させた連続圧延本数充足処理を行う。この結果、ロール表面荒れを緩和する圧延順序が得られる。
【0023】次いで、連続圧延本数制約充足処理で使用されなかった圧延荷重の小さい材料について、まず、製品幅の狭い方から広い方に順に並び替えて、隣接する材料間の属性の推移を数値に置き換えた評価関数を作成し、得られた評価関数を最小化する圧延順序を探索する、第2圧延順序最適化処理を行う。なお、圧延順序探索の手法は、第1圧延順序最適化処理と同じである。
【0024】上述した圧延データ振り分け処理、第1圧延順序最適化処理、連続圧延本数充足処理および第2圧延順序最適化処理によって、圧延順序が決定される。
【0025】図3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を示すフローチャートであり、図4は、一般的な圧延サイクルを示すグラフである。なお、ロール交換から次のロール交換まで、ある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。
【0026】サイクルは、圧延条件が安定するまでに圧延する型決材と、サイクルの主要な圧延である構成材とからなっている。型決材には、圧延荷重の小さい材料が使用される。通常、型決材は、その幅の狭い方から幅の広い方に向かって順次圧延される。構成材には、圧延荷重の大きい材料と圧延荷重の小さい材料の両方が使用される。通常、構成材は、その幅の広い方から幅の狭い方に向かって順次圧延される。なお、型決材に使用される圧延荷重の小さい材料は、構成材でロールの表面荒れを緩和するために使用される圧延荷重の小さい材料と同じ属性を有している。
【0027】圧延順序の決定は、次の3段階に分けることができる。
(1)構成材:隣接する材料の属性変化及び材料の絶対位置制約で表現できる制約を満足するような圧延順序の決定段階。
(2)構成材:前項で得られた圧延順序の部分スケジュールを初期データとして、連続圧延本数の制約を満足するような圧延順序の決定段階。
(3)型決材:隣接する材料の属性変化及び材料の絶対位置制約で表現できる制約を満足するような圧延順序の決定段階。
【0028】
【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3を参照しながら、第1〜第6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段階に分離するためのデータ入力処理に相当し、第2ステップは、上記構成材と型決材とを単純に分別する処理に相当する。第3ステップは上記(1)段階に相当し、第4ステップは上記(2)段階に相当し、第5ステップは上記(3)段階にそれぞれ相当する。また、第6ステップは、第2〜第5ステップの処理結果を出力するための処理に相当する。
【0029】第1ステップ:データ入力処理であって、圧延すべき材料の有する属性データ即ち製品寸法(厚さ、幅、長さ)、硬さ(鋼種)などを入力する。
【0030】第2ステップ:圧延データの振り分け処理であって、材料の属性データに従って、圧延荷重の大きい材料と圧延荷重の小さい材料とに分別する。そして、圧延荷重の大きい材料と圧延荷重の小さい材料とを、それぞれ、製品幅の広い方から狭い方に順に並び替える。
【0031】第3ステップ:第1圧延順序最適化処理であって、構成材を対象とし、隣接する材料の属性変化及び材料の絶対位置制約で表現できる制約を満足する圧延順序を探索する。探索の手法としては、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、さらに局所的最適化の近似解法である局所探索法などを使用する。
【0032】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。
【0033】

N1:構成材(圧延荷重の大きい材料)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
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【0034】構成材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を最小化するような探索を行う。
【0035】第4ステップ:連続圧延本数制約充足処理であって、第3ステップで得られた構成材の圧延順序を初期データとして、材料の連続圧延本数制約を満足する圧延順序を作成する。ロールの表面荒れの度合の評価のために、下記(2) 式によって評価関数E2を求める。
【0036】

j:圧延順序のインデックス(j=1、2、・・・N1)
f:材料の板厚と硬さとに関連する評価値【0037】評価関数E2に対して、評価の上限値E2max を設定する。評価値fと評価の上限値E2max とは、E2>E2max となった時点が、ロールの表面荒れを考慮した連続圧延本数の上限に相当するように設定する。E2>E2max となった圧延順序jの直前j−1において、評価関数E2を0に初期化する。そして、圧延順序jから次のロールの表面荒れ上限まで処理を繰り返し、最終的に圧延荷重の大きい材料に対して、Nd個の分割点を得る。このとき、各分割点における最終評価値E21(1=1,・・・・Nd)も保存しておく。
【0038】各分割点の直後に、圧延荷重の小さい材料を挿入する。まず、各分割点に対する挿入本数を決定する。圧延荷重の小さい材料の本数N2に対して、後述する第5ステップで対象とする型決材に必要且つ十分な属性の材料を本数N3だけ抜き出し、残りを上記挿入用に使用する。
【0039】圧延荷重の小さい材料(N2−N3)本から、各分割点への挿入本数Nsm を下記 (3)式により求める。

但し、m :分割点のインデックス(m=1,・・・Nd)
int:整数化を示す。ただし、整数化の誤差を修正してNsm の総和が (N2−N3) になるように、N1 、NsNdを±1として調整する。
【0040】各分割点に、圧延荷重の小さい材料を挿入する。挿入する材料の選択の評価のために、下記(4) 式により評価関数E3m を求める。

但し、k:圧延荷重の小さい材料の圧延順序のインデックス(k=1,・・・Nsmk=0は分割点の圧延荷重の大きい材料)
Δt:隣接材料の板厚変化を表す量(変化比率:Δtk =(tk −tk-1)/tk-1
Δw:隣接材料の板幅変化を表す量(変化量:Δwk =wk −wk-1)Wt , Ww :各項の重み係数【0041】m=1として、圧延荷重の小さい材料から、評価関数E3m を最小化する材料を探索する。探索の手法は第3ステップと同様である。上記探索の終了後、mに1を加えて、mがNdより大になるまで、上記探索を繰り返す。
【0042】第5ステップ:第2圧延順序最適化処理であって、上記第4ステップで本数N3だけ抜き出した、型決材に必要且つ十分な属性の材料に対して、隣接する材料の属性変化及び材料の絶対位置制約で表現できる制約を満足する圧延順序を探索する。第3ステップと同様の処理であるが、型決材が幅の狭い方から幅の広い方に向かって圧延するので、評価関数E1の中の材料のインデックスiの1番目が最小製品幅の材料を選択する点のみが異なる。
【0043】第6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、材料の相対位置制約と絶対位置制約とを満足し、さらに連続圧延本数制約を満足するような、材料の最適な圧延順序を決定することができ、安定した品質の製品が製造されると共に、圧延ロールの交換周期を延ばして圧延コストの低減を図ることができる、工業上有用な効果がもたらされる。




 

 


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