[發(fā)明專利]一種煉鋼—連鑄爐次批量計劃自動編制方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810011659.1
• 申請日: 2008-06-04
• 公開（公告）號: CN101303588A
• 公開（公告）日: 2008-11-12
• 發(fā)明（設計）人: 唐立新;汪恭書
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司
• 代理人: 朱光林

1.一種煉鋼-連鑄爐次批量計劃自動編制方法，其特征在于依賴于鋼鐵企業(yè)的計算機分級控制系統(tǒng)硬件平臺，包括以下步驟：?

(1)數據采集，包括以下三類數據：?

1)計劃生產產品數據?

該類數據包括的具體信息如下：材料號，合同號，出鋼記號，板坯重量，板坯厚度，板坯寬度，板坯長度，軋制寬度，軋制厚度，硬度組代碼，板坯去向，熱鋼卷去向，材料組別，流向代碼，精煉路徑代碼，燙輥材標記，交貨日期，集批代碼，廠內交貨日期，按周交貨標志，合同拖期標記，出口標記，合同性質代碼；?

2)生產工藝約束數據?

包括以下小類：板坯寬展側壓、出鋼記號以優(yōu)充次、無委托板坯規(guī)格、調寬規(guī)則，其中板坯寬展側壓的具體信息包括：硬度組上限、硬度組下限、厚度上限、厚度下限、寬度上限、寬度下限、寬展量上限、寬展量下限、側壓量上限、側壓量下限；出鋼記號以優(yōu)充次的具體信息包括：優(yōu)出鋼記號、次出鋼記號、以優(yōu)充次順序碼；無委托板坯規(guī)格信息包括：出鋼記號、板坯寬度上限、板坯寬度下限；調寬規(guī)則的具體信息包括：從寬到窄幅度，從寬到窄次數，從窄到寬幅度，從窄到寬次數；?

3)生產管理需求數據?

包括：流向碼、目標量、目標量上限、目標量下限；?

(2)模型構造?

在滿足生產工藝約束和管理要求的條件下，以提高生產效率，降低生產成本，保證準時交貨，減少庫存積壓為目標，采用運籌學手段，構造爐次批量計劃問題的數學模型，數學模型描述如下：?

s.t.?

x_ij≤x_ii????i，j∈N???????????????????????????????(3)?

其中，決策變量：?

x_ii：決定生產一個與板坯i的鋼級寬度相對應的爐次時，取值為1，否則為0；?

x_ij：將板坯j合并到板坯i所在爐次進行批量生產時，取值為1，否則為0；?

Y_i：板坯i對應的爐次中剩余鋼水量；λ₁，λ₂，λ₃分別對應于三個不同目標項的權重；?

模型參數：?

q_i：板坯i對應的爐次中單位重量無委托板坯引起的庫存費用；?

h_j：板坯j的優(yōu)先級系數；?

c_ij：將板坯j合并到板坯i對應的爐次生產時，由于鋼級屬性差異導致的煉鋼附加費用；?

g_j：合同板坯j的重量；?

T：一轉爐鋼水的冶煉容量，N合同板坯數；?

與連鑄機自身運行相關的工藝約束，描述如下：?

其中，d_j^r為合同板坯j的軋制寬度，d_j^p為合同板坯j的允許的最大測壓量，σ為連鑄機運行過程中允許的調寬幅度，D^max(D^min)為連鑄機的最大(小)工藝設定寬度，合同板坯j在連鑄工序中允許的澆鑄寬度組則為{d_j^min，d_j^min+σ，…，d_j^min}，d_j^max(d_j^min)為板坯j的最大(最小)允許澆鑄寬度，合并到同一個爐次內的所有合同板坯的最小允許澆鑄寬度的最大值w_i^min和最大允許澆鑄寬度的最小值w_i^max，式中B為一個足夠大的正數；?

在與生產管理需求相關的約束，描述如下：?

其中，F為熱軋下游工序各機組的集合，稱為流向，L_chr和U_chr分別為煉鋼車間在一個工作日內總產能的下限和上限，L_RH和U_RH分別為煉鋼車間內工序-RH精煉在一個工作日內總產能的上限和下限，L_pre和U_pre分別為熱軋機組對燙輥材需求量的下限和上限，L_f和U_f分別為熱軋下游工序各機組物料需求量的下限和上限，q_i^RH為標識合同板坯i對應的爐次是否經RH精煉工序的二元常量，q_j^pre為標識合同板坯j是否為燙輥材的二元常量，q_j^f標識合同板坯j是否經下游機組f的二元常量；?

(3)優(yōu)化求解

通過分析所構造數學模型的特征，提出一類基于近似動態(tài)規(guī)劃和局域搜索相混合的智能優(yōu)化算法，用于求解爐次批量計劃問題，以快速自動編制出切實可行且優(yōu)化生產過程的爐次批量計劃；優(yōu)化求解步驟如下：

1)按照板坯的鋼級將所有的板坯N分成多個板坯子集N₁，N₂，...，N_S；

2)對于每個子集N_s內的板坯，1≤s≤S，采用一個基于近似動態(tài)規(guī)劃的優(yōu)化算法將它們組合到不同的爐次內，已經被組合的板坯，將它們從子集N_s中刪除，并將相應的爐次保存到一個解池中；未被組合的剩余板坯仍保留在子集N_s內；

3)針對解池中爐次內的板坯和各子集內的剩余板坯，采用基于插入和交換移動的局域搜索策略對解進行改進，局域搜索的目標為罰函數，即式(14)，此處的插入和交換鄰域僅針對具有相同鋼級的板坯，即c_ij＝0進行；

4)如果所有的子集都為空集，轉步驟10)，否則，轉步驟5)；

5)檢查煉鋼車間的總產能和RH精煉的產能的上下限約束是否滿足，即檢查式(10-11)是否成立，如果成立，轉步驟7)；否則，轉步驟6)；

6)在滿足以優(yōu)充次的條件下，即c_ij≠∞，將多個非空板坯子集合并形成新的板坯子集，對合并后的板坯子集，采用類似步驟2)的操作獲得多個新的候選爐次，針對候選爐次和解池內的爐次，采用基于插入和交換移動的局域搜索策略對約束罰函數式(15)進行改進，

7)在不違背產能約束的前提下，即保證不等式(10-11)成立，采用類似步驟6)的操作，對罰函數式(15)進行改進；

8)檢查不等式(10-11)是否成立，如果成立，轉步驟10)，否則，轉步驟9)；

9)針對解池中爐次內的每板坯和所有未選擇的板坯，采用基于插入和交換移動的局域搜索策略對解進行改進，局域搜索的目標為目標函數(1)和罰函數式(14)之和，此處的插入和交換鄰域針對所有滿足c_ij≠∞的板坯進行；

10)停止；

其中步驟2)中所述的基于近似動態(tài)規(guī)劃的優(yōu)化算法包括以下子步驟：

2.1)對于具有相同鋼級的板坯子集N_s內的板坯，按照?和p_j非降序排列；?

2.2)根據步驟2.1)中的序列構建有向圖?其中頂點子集為?弧集為?i＜j，?弧的權重為?

2.3)在有向圖?上尋找從頂點0到達頂點ns的最短路徑，可采用基于遞歸公式為?的動態(tài)規(guī)劃獲得；

2.4)基于有向圖?所得到的最短路徑轉化為多個爐次，令(0，j1，j2，...，jh，ns)為最短路徑，包含h+1條弧，對于任意一條弧(ji，ji+1)，如果?則將從第ji+1塊到第ji+1塊板坯組合到一個爐次，當它們的總重量不足爐次重量時，用無委托板坯填充；否則，放棄選擇第ji+1到第ji+1的所有板坯；

如步驟3)中所述的基于交換移動的局域搜索策略包括以下詳細子步驟：

4.1)創(chuàng)建一個新解池，記為當前最好解池，將解池中的內容復制到當前最好解池；

4.2)按序選取解池中的爐次，按序選取爐次中的板坯，記為i；

4.3)選取所有與板坯i鋼級相同但不包含在解池內的板坯子集N_s(i)；

4.4)如果N_s(i)為空，轉步驟4.7)；否則，轉步驟4.5)；

4.5)按序選擇N_s(i)中的板坯，記為j；

4.6)創(chuàng)建一個臨時解池，將解池中的內容復制到臨時解池，將臨時解池中的板坯i移出并將板坯j移入，檢查臨時解池的可行性包括式(4-9)，如果成立，且由臨時解池計算出的目標值式(1)中的?小于由當前最好解池計算出的目標值，則將臨時解池的內容復制給當前最好解池，將j從N_s(i)中移除；

4.7)如果N_s(i)不為空，轉步驟4.5)選取N_s(i)中下一個板坯；否則，轉步驟4.2)選取下一個板坯直至解池中的板坯都被選取；

如步驟3)中所述的基于插入移動的局域搜索策略和基于交換移動的局域搜索策略類似，區(qū)別在于步驟4.6)，插入移動不需移出板坯i；

如步驟6)中所述的基于插入和交換移動的局域搜索策略和步驟3)中的局域搜索策略類似，區(qū)別在于目標值的計算和插入和交換的對象，步驟6)針對的是爐次而不是板坯；

如步驟9)中所述的基于插入和交換移動的局域搜索策略和步驟3)中的局域搜索策略類似，區(qū)別在于目標值的計算和插入和交換的對象范圍，步驟3)要求c_ij＝0而步驟9)要求c_ij≠∞；

(4)結果評價

通過對自動編制出的爐次批量計劃的結果數據進行顯示，給計劃編制人員提供一種對計劃結果進行分析和評價的方式，為實現人機交互提供方向指導；?

(5)人機交互

當計劃編制人員通過結果評價的數據顯示模塊進行經驗分析后，如果認為自動編制方法獲得的計劃在各項指標方面能夠滿足當前的生產工藝要求，并且均衡優(yōu)化了各項生產目標，則可以將其下發(fā)執(zhí)行；否則，則進行相應的人機交互調整；

(6)下發(fā)執(zhí)行

將爐次批量計劃的數據信息從本地計算機系統(tǒng)傳遞給鋼區(qū)生產管理計算機，就可以獲得一個用于指導生產實施的爐次批量計劃，進而可將其下發(fā)給生產實時控制計算機執(zhí)行生產。?