[发明专利]基于目标导引元胞自动机模型的炼钢连铸生产调度方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于目标导引元胞自动机模型的炼钢连铸生产调度方法及系统，控制器与外部数据库连接，获取连浇生产计划；建立调度过程的元胞自动机模型；初始化；获取实时局部信息和实时全局信息；动态地确定运行演化规则，更新格点状态及所有炉次的实际达到时刻，实际开始加工时刻和实际结束加工时刻，当结果方案满足连浇要求，将结果输出。本发明以炼钢连铸生产流程网络的加工设备作为元胞空间网络格点、以生产动态调度规则作为生产物质流运行演化规则，以连铸机连浇作为目标导引，实时获取目标和节点状态信息以动态确定局域演化规则，完成模型自组织演化，实现了基于元胞自动机模型的生产调度方案制定和生产扰动下的调度方案调整。

技术领域

本发明涉及冶金控制技术领域，具体涉及一种基于目标导引元胞自动机模型的炼钢连铸生产调度方法及系统。

背景技术

生产调度是追求某些目标最优下的生产资源按生产进程的分配过程，合理、有效的生产调度能够促进生产的有序、稳定和高效。炼钢连铸生产调度是生产资源约束下的生产调度计划排程及实施、计划动态调整强耦合下的多阶段、动态调度问题。调度计划排程及实施的可行性要求，导致炼钢连铸调度问题的不确定性NP难题更为复杂，寻求复杂炼钢连铸调度问题的有效控制方法具有重要的现实意义。

近年来，针对炼钢连铸调度问题的相关研究主要分别关注于计划排程与扰动下的动态调度问题领域。但在实际生产中，炼钢连铸计划排程研究是以连浇目标为导向进行计划排程优化，难以考虑现实生产的铁水资源供给约束等条件，进而导致经过算法优化的调度方案往往因为铁水资源的工艺现实与预期估计出现的偏差，而使得调度方案难以满足调度的实时性和可实施性要求；同时，由于炼钢连铸生产过程中频繁出现的不确定性和扰动，因此只有依赖于频繁的动态调度来保证生产。

建模方法是沿物流对象的加工顺序进行生产过程动态模拟的方法，由于可方便考虑现实不确定因素的影响，实现对系统性能、调度策略等的分析和优化，而成为研究生产调度问题的新途径。但现有建模过程参数的随机性影响会带来结果的非可控性，这样，在进行炼钢连铸调度时会出现不满足连铸工序连浇生产要求的状况。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种基于目标导引元胞自动机模型的炼钢连铸生产调度方法及系统，该方法能够实现生产调度方案制定和生产扰动下的调度方案调整。

为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种基于目标导引元胞自动机的炼钢连铸生产调度方法，其包括如下步骤：

S1，控制器与外部数据库连接(钢厂的MES数据库或者本地数据库)，获取连浇生产计划，所述连浇生产计划中包括连铸机上生产浇次的预定开浇时间和各浇次内的炉次浇铸顺序，还从外部数据库(钢厂的MES数据库或者本地数据库)中获取设备的实时状态、各工序设备的生产实绩信息、连铸工序上的连浇计划生产实绩信息；

S2，建立调度过程的元胞自动机模型，将生产铁素物质流的炉次表示为模型的运动粒子，将工序设备抽象为元胞空间网络格点，将现实设备间的运输线表示为格点间的有向连线，将设备的实时状态表示为格点状态，将各设备相邻的前后工序可达设备集合表示为元胞邻域，将车间调度规则表示为模型演化规则，将动态生产环境下的调度规则确定模式表示为规则决策元，将各工序设备的生产实绩信息表示为模型演化过程的局部信息，将连铸工序上的连浇计划生产实绩信息表示为模型演化过程的全局信息，将炉次在各工序上的计划加工开始、计划加工结束时刻表示为模型演化过程的局部操作目标，将连浇计划中各浇次的计划开浇时间表示为模型演化过程的全局运行目标；

定义元胞空间H、元胞状态S、元胞邻域N和演化规则R；引入实时信息I^τ、实时目标O^τ和规则决策元P，建立元胞自动机模型CA_scc，用集合的语言描述为：