[發明專利]基于分層有色Petri網(HCPN)的煉鐵系統物流能耗模型的建模方法

無效

• 申請號: 201210141114.9
• 申請日: 2012-05-09
• 公開（公告）號: CN102708243A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 王紅君;于水;岳有軍;劉榮
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術領域

本發明屬于鋼鐵能源系統中的物流能耗建模研究領域，特別涉及一種分層有色Petri網對鋼鐵制造系統物流能耗的建模方法。依據分層有色Petri網，使用優化建模工具建模煉鋼流程，清晰直觀地描述錯綜復雜的能源流程，?

背景技術

在當今世界，能源問題是世界關注的問題，同樣在我國能源問題也日益成為國家生活乃至全社會關注的焦點。工業企業，尤其是鋼鐵企業是能源消耗的大戶，成為節能降耗的重中之重。我國鋼鐵企業的節能工作也走過了從單體設備節能到工藝節能，再到系統整體節能的幾個階段。而貫穿這幾個節能階段的方法都是以對能源消耗的清晰建模為基礎。建模分析這樣一個大規模的，高度復雜的系統，基于模型的方法是極為重要的科學方法，可以對復雜的物流能耗流程系統進行建模，予以恰當的抽象，對其進行分析、優化、仿真驗證。?

煉鐵物流系統建模與分析是國內外學者研究的熱點問題，對物流和供應鏈系統建模的理論和方法很多，現有的對鋼鐵企業能源消耗過程的建模方法，主要集中在利用近代數學領域的方法建立反映生產過程中能源消耗規律不同角度的數學模型，主要有投入產出模型，回歸統計模型，數學規劃模型等方法。它們都有各自的優點，但都不能直觀地反映企業用能過程的多裝置、多過程、多工序的并行、串行、繞行、返流等結構特性，并且不易執行驗證。?

在建模方法中，Petri網作為一種建模方法，具有較強直觀性，且可以描述系統的動態、異步、并發等特征，而制造業企業內部的物流也是一個混合動態的過程，具有異步、并發等特征，故非常適合于用Petri網來描述。?

所以，Petri網已成為建模和分析制造系統的成熟工具，在制造流程建模和仿真中已經得到了大量的應用，但是對于鋼鐵制造系統這么復雜的建模，用基本Petri網對這些屬性進行描述時，會導致網絡模型規模的急劇增大，而給建模造成困難，同時，也會給局部模型的分析帶來困難。?

最近20年，傳統Petri網已擴展了顏色、時間和層次等概念，給許多建模提供了更方便的方法。?

發明內容

本發明的目的是針對以上提到的傳統Petri網對復雜煉鐵系統建模的不足，以及為了分析煉鐵系統流程特性，通過模型調整生產要素組合，進一步合理安排生產流程，調節生產參數和企業的余能回收利用，實現高能耗企業的節能降耗，提供一種基于分層有色Petri網的煉鐵系統物流能耗建模的方法。?

本發明提供的基于分層有色Petri網(HCPN)的煉鐵系統物流能耗模型的建模方法，其中運用了逐次分解法和部分描述法，來簡化龐大、復雜煉鐵系統的建模難度，清晰直觀地描述錯綜復雜的煉鐵系統能源流程，且有利于對每一子系統部分的詳細分析；再以轉爐煉鋼的生產周期為基準，把已建立好的煉鐵系統物流能耗Petri網模型離散化，再代入煉鐵系統Petri網的各物料及能量的加入和消耗量進行賦值計算仿真，分析流程特性，通過模型調整生產要素組合，進一步合理安排生產流程，然后將HCPN模型直接應用于實際的生產調度控制中，實現最佳物流能耗調度，實現高能耗企業的節能降耗；?

具體步驟如下：?

第1.按照逐次分解法，先把煉鐵系統建立一個粗略的主Petri網，其中包括了煉焦，準備燒結礦，高爐煉鐵三大部分；?

第2.再用部分描述法，對煉焦，準備燒結礦，高爐煉鐵每一大部分用Petri網進行建模；?

第3.把煉焦，準備燒結礦，高爐煉鐵工序用傳統Petri網分別建出的子系統模型，再掛到主Petri網中，建立更完整的Petri網模型；?

第4.其中，又對用傳統Petri網建出的準備燒結礦的子系統模型運用了逐次分解法，把已經過部分描述法用傳統Petri網建出的準備燒結礦的子系統模型中的燒結部分，又細化出了更詳細的子系統Petri網模型；?

第5.采集企業煉鐵系統采集的數據，根據數據建立煉鐵系統各生產環節物質能耗輸入輸出對應關系，把煉鐵系統各生產環節物質能耗的發生規則映射為分層有色Petri網遷移中的遷移關系式；再把預處理的數據代入已建好的煉鐵系統物流能耗Petri網模型運行和驗證；?

第6.其中按照第5步所述的方法，在對煉鐵系統物流能耗Petri網模型運行和驗證時，以轉爐煉鋼的生產周期為基準離散化煉鐵系統物流能耗模型，即以是煉鋼系統中的轉爐煉鋼的生產周期為標準，對連續的煉鐵系統相應的進行離散化，從而進行采樣再賦值，用離散化后的采樣數據來對所建的煉鐵系統物流能耗Petri網模型進行運行和驗證；?