[發(fā)明專利]一種高速工具鋼熱連軋工序智能排產(chǎn)與報(bào)料系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011367008.3
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112508375A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳金香;王高邁;孫彥廣
• 申請（專利權(quán)）人: 冶金自動化研究設(shè)計(jì)院
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q30/06;G06F30/20;G06F16/215;G06Q50/04
• 代理公司: 北京華誼知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11207
• 代理人: 劉月娥

1.一種高速工具鋼熱連軋工序智能排產(chǎn)與報(bào)料系統(tǒng)，其特征在于，包括訂單解析與處理模塊、原料匹配與報(bào)料模塊和換輥優(yōu)化與智能排產(chǎn)模塊三個模塊；該三個模塊之間的關(guān)系呈現(xiàn)串聯(lián)關(guān)系，即訂單解析與處理模塊以銷售訂單作為輸入，并將分析與計(jì)算的結(jié)果傳遞給原料匹配與報(bào)料模塊，作為其輸入；原料匹配與報(bào)料模塊通過篩選和分析，輸出原料充足或來料及時的訂單數(shù)據(jù)，傳遞給換輥優(yōu)化與排產(chǎn)模塊，作為其輸入；換輥優(yōu)化與智能排產(chǎn)模塊，采用智能優(yōu)化算法，優(yōu)化換輥次數(shù)，并將最終結(jié)果輸出，作為最終的熱連軋工序的排產(chǎn)計(jì)劃；該系統(tǒng)的硬件部分包括高性能和高存儲容量的工業(yè)控制用計(jì)算機(jī)1臺和服務(wù)器1臺，計(jì)算機(jī)需內(nèi)存2G以上，采用Win10操作系統(tǒng)且具備Python開發(fā)環(huán)境；訂單解析與處理模塊、原料匹配與報(bào)料模塊和換輥優(yōu)化與智能排產(chǎn)模塊均裝在計(jì)算機(jī)上；

訂單解析與處理模塊

訂單解析與處理模塊的主要功能是采集訂單與庫存信息、清洗數(shù)據(jù)，并對訂單進(jìn)行初步解析與分類，并將訂單中的成品規(guī)格換算為生產(chǎn)規(guī)格參數(shù)；

訂單解析與處理模塊的具體內(nèi)容主要包括銷售訂單數(shù)據(jù)的接收、清洗、解析與分類、生產(chǎn)參數(shù)運(yùn)算內(nèi)容；

數(shù)據(jù)接收：使用pandas和xlrd等的方法接收銷售訂單數(shù)據(jù)、庫存數(shù)據(jù)和規(guī)則庫數(shù)據(jù)等Excel格式文件，或使用cx_Oracle等的方法直接導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)；

數(shù)據(jù)清洗：剔除或適當(dāng)修正空白值以及錯誤值，將因客戶書寫習(xí)慣的不同和命名標(biāo)準(zhǔn)造成的差異進(jìn)行規(guī)范化；

訂單初步解析與分類：通過分析訂單的物料名稱與規(guī)格范圍，確定其軋機(jī)成材工藝路線，然后結(jié)合關(guān)鍵字進(jìn)行模板匹配，依次判定訂單是否為異型鋼材、鋼絲盤絲等特殊材料，是否走扒皮或退火等工藝路線；

生產(chǎn)參數(shù)運(yùn)算：針對異型材、鋼絲、方扁帶鋼、扒皮軋輥坯等特殊軋件在銷售訂單之中標(biāo)注的產(chǎn)品規(guī)格，則根據(jù)公式或者參考表格推算，如異型材需要將長乘寬乘高的最終規(guī)格格式，轉(zhuǎn)換成熱軋之后的直徑格式；扒皮材料則需要將成品規(guī)格按照規(guī)則加量，得到一個較粗的軋制規(guī)格；

原料匹配與報(bào)料模塊

原料匹配與報(bào)料模塊的主要功能是根據(jù)訂單中每個客戶的具體產(chǎn)品規(guī)格要求，根據(jù)其生產(chǎn)工藝路徑，自動匹配對應(yīng)的坯料類型，查找坯料庫存中是否有料，若有坯料，安排此訂單的排產(chǎn)日期，若缺料，則按交貨日期進(jìn)行上報(bào)，保證開工前來料；

原料匹配與報(bào)料模塊主要包括客戶產(chǎn)品規(guī)格信息的識別與分類，基于自然語言處理的文本分類，工藝路徑規(guī)則，自動坯料匹配，判斷倉庫中的坯料是否滿足訂單要求，以及排產(chǎn)與報(bào)料；

采用一萬條以上的訂單作為訓(xùn)練樣本集，將訂單中客戶要求信息進(jìn)行結(jié)巴分詞、特征提取，選用Text-CNN模型，分別以鋼材錠型和方坯狀態(tài)做標(biāo)簽訓(xùn)練模型；鋼材錠型匹配和方坯狀態(tài)匹配，使用文本分類模型對訂單之中的客戶要求進(jìn)行分類，得到鋼錠型號和方坯狀態(tài)；并設(shè)置人工核驗(yàn)與補(bǔ)充功能；對原料庫存進(jìn)行搜索與匹配，確定是否有料；對缺料訂單進(jìn)行按期坯料上報(bào)；

換輥優(yōu)化與智能排產(chǎn)模塊

換輥優(yōu)化與排產(chǎn)模塊的主要功能有兩項(xiàng)，一個是在保證交貨期的前提下，優(yōu)化熱連軋軋機(jī)的換輥次數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)換輥成本最低和逾期程度最小的目標(biāo)；另一個功能是實(shí)現(xiàn)臨時插訂單或減訂單；

換輥優(yōu)化與排產(chǎn)模塊內(nèi)容包括：軋輥更換順序進(jìn)行編碼，考慮換輥成本和訂單逾期程度最少的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)構(gòu)建，基于遺傳算法的換輥次數(shù)優(yōu)化算法以及熱連軋排產(chǎn)與報(bào)料；

使用多目標(biāo)遺傳算法對排產(chǎn)順序優(yōu)化，以換輥成本最小和逾期程度最少做為約束條件，以編碼后的生產(chǎn)軋輥輪換順序做優(yōu)化對象，隨機(jī)生成數(shù)量為N的初始種群，迭代一定次數(shù)得到最優(yōu)解；其中N為大于等于1的正整數(shù)。

①對生產(chǎn)中的軋輥更換順序進(jìn)行編碼，如一次排產(chǎn)需更換軋輥套數(shù)為5，需要輪換10次，則其中一種順序可編為“abcdeabcde”；

②建立優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)：

其中，α、β皆為調(diào)節(jié)系數(shù)，可根據(jù)設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)調(diào)整，x₁表示換輥成本，x₂表示訂單逾期程度；

③對步驟②中換輥成本x₁，與訂單逾期程度x₂進(jìn)行建模；

m表示一次完整生產(chǎn)中一種軋輥順序?qū)?yīng)的總換輥次數(shù)，n_i→j表示從第i套輥換至第j套輥所耗費(fèi)成本；

s表示本次換輥順序?qū)?yīng)生產(chǎn)中的逾期訂單的總數(shù)量，h_j表示第j個訂單估算出的逾期天數(shù)，w_j表示訂單對應(yīng)客戶的重要性，越高表示客戶不允許逾期，為ω_j＝0則表示客戶同意訂單拖期生產(chǎn)；

④隨機(jī)生成數(shù)量為N種的換輥順序種類作為初始種群，進(jìn)行交叉、變異等操作，每一代選取適應(yīng)度評估良好的個體作為下一代的群體，迭代一百到五百代或直到得到最優(yōu)解；以軋輥順序最優(yōu)解推導(dǎo)訂單順序；當(dāng)?shù)玫接唵雾樞蛑螅瑥拈_工日期開始逐天安排訂單，并記錄到輸出數(shù)據(jù)之中；

將上述三種模塊用Python語言實(shí)現(xiàn)，并安裝到高性能工業(yè)用計(jì)算機(jī)上，共計(jì)劃人員做排產(chǎn)時應(yīng)用，從而達(dá)到一鍵排產(chǎn)的目的。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速工具鋼熱連軋工序智能排產(chǎn)與報(bào)料系統(tǒng)，其特征在于，訂單解析與處理模塊、原料匹配與報(bào)料模塊和換輥優(yōu)化與智能排產(chǎn)模塊均用Python語言實(shí)現(xiàn)，并安裝到高性能工業(yè)用計(jì)算機(jī)上，供計(jì)劃人員做排產(chǎn)時應(yīng)用，從而達(dá)到一鍵排產(chǎn)的目的。