[發明專利]一種基于人工蜂群算法的煉鋼連鑄調度方法

有效

• 申請號: 201610348132.2
• 申請日: 2016-05-24
• 公開（公告）號: CN105785963B
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發明（設計）人: 王勇;劉飛
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418;G06N3/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 歐陽迪奇

本發明公開了一種基于人工蜂群算法(ABC)的煉鋼連鑄調度方法，該方法保留了ABC的框架(即包括雇傭蜂階段、觀察蜂階段和偵查蜂階段)，并結合JADE算法進行了改進。其中，雇傭蜂階段采用JADE的搜索策略對種群中的個體進行更新，并采用JADE的外部存檔機制來增加種群多樣性；觀察蜂階段，在ABC原有搜索策略的基礎上增加了對差解和當前種群所組成存檔的更新操作；偵查蜂階段采用ABC在該階段原有的搜索策略。該方法能夠在保證種群多樣性的前提下加快種群的收斂速度，在較短時間內可以產生理想的調度結果，從而實現了在煉鋼連鑄過程中節約工件等待時間、降低加工成本的目的。

技術領域

本發明屬于煉鋼連鑄過程中的作業調度領域，特別涉及一種基于人工蜂群算法的煉鋼連鑄調度方法。

背景技術

鋼鐵工業是許多其他諸如建筑、自動化等行業的基礎產業，在世界經濟中占有重要地位。煉鋼過程(Steelmaking Process)是指將含有固定配比化學成分的鐵在高溫環境下煉成鋼再凝固成鋼板的過程，它可以有效地幫助鋼鐵廠進行鋼板生產。煉鋼過程大致分為煉鐵、煉鋼連鑄、熱軋三個階段，其中，煉鋼連鑄階段在整個鋼鐵生產過程中起著承上啟下的作用，是煉鋼過程中的關鍵環節。它的具體步驟包括：首先，向熔爐中加入煉鋼的原材料鐵塊，經過煉制以及高溫下的初步提純得到熔融狀態的鐵，然后將其放入提純爐并添加一定的化學藥品進行進一步的提純冶煉得到融化狀態的鋼，最后連鑄階段將融化的鋼冷卻制造成固態的鋼板。

煉鋼連鑄調度問題可以看成是一個最后階段工件分組生產的混合流水車間調度問題，具體來說，是指在煉鋼連鑄生產的最后一個階段，工件以分組的形式按照提前設定的優先級順序進行連續鑄造。它具有以下特點：

(1)所有不同工件都要依次經過相同加工階段，即煉鋼、精煉、連鑄三個加工階段，每個階段對應的加工機器分別為轉換爐、提純爐和連鑄機；

(2)在每個生產加工階段都有多個并行的加工機器，每個階段的并行機器完全相同，且在加工生產的前兩個階段加工的基本單位是工件，每個工件可以在該階段的任意一臺機器上進行加工；

(3)加工的第三個階段以鑄件為單位進行加工，其中每個鑄件包含哪些工件以及每個鑄件在哪個連鑄機上進行加工都是提前設定的；

(4)在精煉和連鑄階段進行加工的工件，當沒有可用機器時必須要等待直到有可用機器，這會導致等待的工件溫度下降，并會產生對工件再次進行加熱的成本；

(5)第三個加工階段中，按序號分在同一組的工件將在同一個連鑄機上被連續鑄造，這些工件在執行過程中不允許被中斷或出現連鑄機空閑的情況。必要時，鑄件中的工件要拖后開始以保證同一個鑄件上的工件被連續處理，換句話說，要保證同一鑄件中上一個工件的完成時間是下一個工件的開始時間；

(6)工件在煉鋼和精煉階段的建立時間比較短，可以忽略不計，連鑄機上同一鑄件的不同工件之前不存在建立時間，但是一個新的鑄件的建立時間相對較長，這個時間要從工件的執行時間中分離出來；

(7)工件在兩個加工階段之間還存在一個傳送時間，但是由于容量巨大，中間運輸起重機的配置被忽略不計；

(8)所有工件的處理時間以及起重機之間的傳送時間是非負的、已知的、確定的；

(9)在某一時刻一個工件只能在一臺機器上執行，一臺機器也只能加工一個工件；

(10)一個鑄件應該在預定義的開始時間被執行，提前或者拖后執行分別會帶來庫存成本問題與延誤軋鋼問題。

圖1給出了煉鋼連鑄過程的工藝流程圖。

最終，煉鋼連鑄調度的目的就是將工件分配到機器設備上，并對煉鋼階段與精煉階段每個機器上的工件進行排序，同時確定每個工件在所有階段的開始時間與完成時間，從而實現對優化目標的優化。