[发明专利]一种钢铁企业原料取料设备的优化作业控制方法

说明书

技术领域

本发明属于钢铁原料生产物流技术领域，具体涉及一种钢铁企业原料取料设备的优化作业控制方法。 

背景技术

钢铁企业的日常生产活动中需要消耗大量的散状原料如铁矿石、煤、石灰石等，这些原料以料堆的形式露天存放在原料场中。如图1所示，原料场包括数个狭长的原料存放场地（称作料条），每个料条配有专属取料设备（通常为有轨取料机）可对存储在其内的原料料堆进行取料作业。每个原料料堆通常占用其所在料条中很长的一段场地（各料堆宽度均与料条宽度基本相同，料堆长度则各不相同），因此在执行取料作业时不仅需要决策取料作业针对的料堆及其作业次序，而且需要确定是从原料料堆的左端点还是右端点开始作业。 

当高炉、烧结等生产车间下达需求指令时，原料管理部门负责控制取料设备将原料从原料场取出后运送到上述生产车间。受限于原料工艺流程及设备要求，每个原料的取料作业必须与其相应生产单位的接收作业同步进行，不能中断。同时，由于钢铁生产过程的特殊性，对各个原料到达其生产车间的时间有严格的时限要求。因此，取料设备的作业控制是否合理将直接影响后续炼铁等生产过程的正常进行与否。 

原料取料设备作业控制的核心任务是为已下达的各个原料需求指令分配其作业设备，并为各个取料设备决策其所执行的各个取料作业任务的作业顺序和开工时间。需要注意的是,原料取料作业有严格的时限要求（最早开工时间与最晚完工时间均有严格限制），并且与各生产车间的接收作业之间需要协调调度。同时，由于新的原料需求指令下达时，旧的原料需求指令也会做出适当的调整，因此各个取料设备的作业控制方案均需重新计算，实时更新。 

目前，我国大型钢铁厂对取料设备的作业控制仍处于人工协调阶段，虽然操作人员分配经验丰富，但受到料场原料品种多、数量大、需求指令不稳定等因素的限制，人工协调不免会出现不合理作业的现象，使得取料设备的有效作业利用率低，造成能源及资源的浪费，甚至导致生产事故的发生。因此，需要提出一个有效的取料设备作业控制方法，在已有的条件下，保证取料作业连续正常，节约能耗，扩大生产效益。 

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种钢铁企业原料取料设备的优化作业控制方法，以达到节约能耗、保证取料作业以及后续钢铁生产过程连续正常、扩大生产效益的目的。 

一种钢铁企业原料取料设备的优化作业控制方法，包括以下步骤： 

步骤1：确定原料场存储状态数据、取料设备作业现状数据和需求指令信息，具体包括：各原料在原料场的存储位置、各原料在原料场的存储量、取料设备作业状态、取料设备所在 位置、待作业的原料需求指令以及最新原料需求指令，上述原料需求指令包括待作业原料批号、待作业原料的需求量、需求生产车间、各个待作业原料的开工允许时间和各个待作业原料的完工截止时间； 

步骤2：以取料作业过程的工艺限制和时限为约束条件，采用建立数学模型的方式描述取料设备优化作业控制过程； 

所述的数学模型，建立过程如下： 

步骤2-1：设置数学模型的参数： 

设定执行原料i的取料作业的取料设备集合为K_i，使用取料设备k执行其取料作业的原料集合为I_k；K为所有取料设备的集合，I为所有原料的集合；对于生产车间w所需求的原料集合为I_w；每个I_w中的全部原料到达对应生产车间的次序为r_ij，若原料i紧接着原料j到达同一生产车间，r_ij取值为1，否则为0；； 

步骤2-2：根据取料设备控制方案设置数学模型的决策变量： 

设定表达取料设备分配关系的0-1决策变量xki： 

即当x_ki=1时，表示使用取料设备k对原料i进行取料作业，当x_ki=0时，表示未使用取料设备k对原料i进行取料； 

设定表达取料设备控制方案的0-1决策变量y_ij： 

即当y_ij=1时，表示原料j紧接着原料i被执行取料作业，且均使用了同一作业设备，否则y_ij=0； 

设定表达取料设备取料作业方向的0-1决策变量z_ki： 

即当z_ki=1时，表示设备k从原料i的左端点开始对其进行取料作业，z_ki=0表示设备k从原料i的右端点开始对其进行取料作业；