[发明专利]基于SPEA2算法的锻造电阻炉生产优化方法

说明书

本发明公开了基于SPEA2算法的电阻炉生产优化方法，分析锻造过程能量的流动特性，根据热传导理论，结合加热炉技术性能指标、炉衬材料参数、材料的热物理性质，建立基于电阻炉能量平衡的电阻炉耗能模型。在电阻炉工作四个阶段和耗能模型的基础上，提出电阻炉单机生产计划过程中能源消耗成本、时间最小化、炉容差最小的优化模型。利用基于SPEA2算法对生产过程模型进行优化，分别得到时间最少优化对应的高效模式，能耗最少优化对应的节能模式，多目标同时优化对应的综合模式，决策人员可根据实际情况做出选择。该方法使企业不增加额外资本投入的情况下，制定生产计划，实现不同模式的生产，决策人员可根据实际情况做出选择，实现经济效益和环境保护。

技术领域

本发明涉及生产优化领域，具体涉及一种基于SPEA2算法的电阻炉生产优化方法。

背景技术

锻造是机械制造基础工艺之一，锻造行业在机械制造行业占据重要位置，是一个能源消耗密集的产业。由生态环境政策与能源成本等原因，锻造行业和研究人员正在努力寻找降低能源消耗的方法。

降低锻造过程的电阻炉能耗是解决这些问题和加强制造商竞争的有效途径。目前，优化电阻炉能耗主要集中在以下两个方面。一方面，从电阻炉本身出发，节能研究主要集中在设备升级改造、气体循环或余热回收利用、热处理工艺的改进和优化操作等方面。另一方面，电阻炉结合流行的人工智能算法构建能量模型用于精准控制或优化生产计划。不增加成本的情况下，利用人工智能算法降低锻造过程的电阻炉能耗，被认为是最经济的选择。在众多算法中，SPEA2具有分布均匀性好、收敛精度高，收敛速度快等特点，被认为是求解该类问题的较优选择。

发明内容

本申请通过一种基于SPEA2算法的电阻炉生产优化方法，以解决解决电阻炉生产过程中的能耗最小化、时间最短和容量差最小技术问题。

为解决上述技术问题，本申请采用以下技术方案予以实现：

一种基于SPEA2算法的电阻炉生产优化方法，包括如下步骤：

步骤一分析锻造过程能量的流动特性，根据热传导理论，结合加热炉技术性能指标、炉衬材料参数、材料的热物理性质，建立基于电阻炉能量平衡的电阻炉耗能模型。

步骤1.1分析锻造过程能量的流动

进行并将其分为待机阶段、炉体升温阶段、保温阶段和冷却阶段。

步骤1.2求解炉墙温度曲线

通过流过电阻炉外墙表面Γ的热流密度q^*从电阻炉内部(傅里叶定律)和外部空气介质(牛顿定律)两个方面确定边界条件：

λ:导热系数；h₁：电阻炉内部表面的传热系数；h₂:电阻炉外部表面的传热系数；τ:时间；T_wall1:电阻炉内部壁面的表面平均温度；T_wall2：电阻炉与空气接触侧壁面的表面平均温度；T_air：远离壁面的空气温度；T_inp：电阻炉内部温度。q₁(τ)^*：τ时间穿过电阻炉内部壁面的热流密度。q₂(τ)^*：τ时间穿过电阻炉外部壁面的热流密度。其中：T_wall1和T_wall2参数由温控系统的热电阻传感器采集。

对内壁和外壁以辐射和对流方式传递热量的传热系数公式由边界条件得出：

根据傅里叶定律，求解出通过炉墙厚度为dx的单元薄层，温度差为dT的热流密度q_wall为：