[发明专利]一种基于启发式算法簇的炼钢连铸动态调度方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金工艺技术领域，尤其涉及一种处理炼钢连铸生产时间偏差的动态调度方法和系统。

背景技术

炼钢-连铸生产过程是衔接炼铁和轧钢的中间环节，从物流的角度看，这是离散和连续相混杂的大型高温作业过程，在钢铁生产全流程中具有举足轻重的地位。作为钢铁这一典型流程工业生产过程优化调度的核心内容，炼钢-连铸生产调度的实施对提高钢铁企业生产效率、减少能源和物质消耗、提升产品品质和降低生产成本等都具有极其重要的意义。同时，炼钢-连铸生产调度问题又是一类复杂的优化问题，具有规模大、约束复杂、目标函数非线性、随机事件和动态扰动繁多，以及对算法实时性要求高等显著特征，因而，研究炼钢-连铸生产调度问题具有理论和应用的双重价值。

炼钢-连铸生产调度问题可分为静态调度、动态调度和重调度三类，这三类子问题的已知条件、研究方法和结论各不相同，复杂程度也渐次递进。静态调度问题是以客户合同数据或ERP下达的短期计划为输入条件，根据工艺限制条件进行组炉次和组浇次，生成炉次计划和浇次计划，并以炉次为最小计划单位，确定以何种顺序，在何时、何种设备上安排钢水从转炉至连铸机各个工序的时刻表。动态调度和重调度均以静态计划的实际执行情况，以及生产环境中的动态事件为输入条件，采用各种优化计算方法，对静态计划进行实时调整并滚动编制，减少计划的累积时间误差，克服由于多种动态扰动导致原调度方案无法继续执行的困境，针对不同的动态事件做出及时、正确和优化的响应，使炼钢-连铸生产能有序、顺畅地进行。

目前，国内外学者和工程技术人员对炼钢-连铸生产调度问题这一课题的研究极为重视。文献(Vieira G E,Herrmann J W,Lin E.Rescheduling manufacturing systems:a framework of strategies,policies,and methods.Journal of Scheduling,2003,6(1):39～62.)总结了生产环境中可能出现的动态事件，大致可以分为四类：时间偏差，工件的到达时刻和加工处理时间均具有随机性，可能提前或滞后，如铁水到达时刻和转炉出钢时刻延迟；设备故障，指在生产过程中某台设备突然发生故障，在修复之前不能继续使用，必须原来安排在该设备上的操作指派其他设备；质量事件，指钢水合金成分等质量指标达不到合同要求，需要通过回炉或改钢等手段处置不合格钢水；合同事件，指合同的临时变更，如加急或取消合同等，此时需要结合变更后的合同进行重调度，重新编制计划方案。文献(Tang L X,Liu W X,Liu J Y.A neural network model and algorithm for the hybrid flow shop scheduling problem in a dynamic environment.Journal of Intelligent Manufacturing2005,16(3):361～370.)对动态事件的分类也有类似的描述，并应用神经网络方法对动态环境下的混流生产车间作业调度问题进行了研究。本发明主要针对第一类动态事件(时间偏差)展开。文献(朱子勇.基于规则的特钢行业生产调度方法研究与软件开发[D].大连:大连交通大学，2006:31～32.)提出了钢铁企业生产调度问题的描述和基于规则的分阶段生产调度模型，总结了特钢企业中生产调度的一些规则，具体到炼钢-连铸环节中，主要是指炼钢厂的按成分冶炼规则，这样的规则描述太过笼统，不适应动态环境中对动态事件的调度要求。文献(王闯，刘青，王彬，等.特殊钢厂炼钢-连铸调度模型[J].北京科技大学学报，2013,35(3):371～378.)针对特殊钢厂的炼钢-连铸调度问题，建立了多目标调度模型，并给出了基于规则的动态调度策略以及具体的时间调整方法，但这些规则仅仅针对转炉出钢时刻延迟一种动态事件，对其他多个工序可能出现的多种时间偏差类事件不起作用。已申请的专利(公开号“CN101520656A”，一种炼钢连铸生产在线多模式时间优化调度方法)针对微调度即计划时间优化这一问题，提出了一种炼钢连铸生产过程扰动情况出现后的在线多模式时间优化调度方法，按照连铸工序和非连铸工序作业时间是否同时进行调整的情况具体细分为六种模式，可以实现灵活、优化的在线调度，但是所有这些模式下的调度方案均需要求解非线性模型得到(或求解经转换后的线性模型得到)，往往数学处理复杂，运算时间较长，特别是当问题规模变大，并且该类动态扰动频繁发生时，就难以满足调度实时性要求了。

发明内容