[发明专利]一种面向铝行业的锭型选择与合同组批的集成优化方法

说明书

本发明提供一种面向铝行业的锭型选择与合同组批的集成优化方法，涉及冶金自动控制技术领域。该方法首先获取铝企业历史生产合同数据以及与其匹配的备选锭型，并建立分类器；然后获取当前生产合同的产品规格参数信息，通过分类器确定与其匹配的备选锭型，进而确定当前生产合同与备选锭型之间的匹配关系；建立数学模型对锭型选择与合同组批集成决策问题通过决策变量进行定量化描述；确定初始组锭方案，构造最优组锭方案选择模型；求解最优组锭方案选择模型，获得优质组锭方案的最优组合，将优质组锭方案的最优组合转化为连铸工序的生产指令，下发到生产车间执行生产，实现铝企业锭型的选择与合同组批的集成优化。

技术领域

本发明涉及冶金自动控制技术领域，尤其涉及一种面向铝行业的锭型选择与合同组批的集成优化方法。

背景技术

铝行业生产流程一个突出的特点就是物质流在工艺过程中不断发生物理化学反应，在状态、性质和形状方面不断变化。铝合金由于自重较轻，同时具有优异的机械性能和物理性能，在很多应用场景能够取代钢铁材料。铝合金产品由纯铝块经过融化、添加合金成分制成合金液、铸造成型、切割、轧制、热处理和精加工逐步制造完成。因此，铝行业生产工序是典型的连续化生产过程，具体的生产过程为：

(1)电解铝液经抬包注入熔炼炉，根据客户需求添加各种化学元素改变其物理化学性质，以达到合同中各种合金成分的要求，而对于不同种合金类型，当它们之间成分相差很大时，需要对熔炼炉进行洗炉操作；

(2)完成配比的铝合金液随后再进入保温阶段，期间添加晶体粒化剂以细化晶粒提高合金硬度和韧性，并进行除气操作，改善铸造成型后铝合金内部结构；

(3)随后熔融态铝合金液由熔炼炉转入连铸机，由于受到铝锭规格多样性的影响，需要对结晶器的大小进行调整来改变模具的尺寸大小，然后，将熔融态铝合金液注入模具，浇铸成型，形成铝锭；

(4)连铸机生产出的铝锭具有大规格、批量化生产的特点，在进行轧制之前通常需要按照合同组批规则切割成子锭，接着子锭在热轧机上轧制成不同尺寸的铝板材。

除了生产流程长的特征外，现代铝行业的生产规模逐渐增大，产线布局呈现同工序多机组并行结构。铝行业生产设备的更新，不仅仅是连铸机铸造能力的提升，下游轧制设备的轧制能力也相应提高，目前客户合同所需的产品趋向于多品种、小批量、多规格等特点。而传统的生产方式是一个铝锭生产一种产品，剩余材料一部分存放仓库作为半成品备用，另外一部分回炉重铸。半成品部分的材料会占用库存，造成库存压力，而回炉重铸为该部分材料增加了生产成本。由于铝锭大型化的趋势与合同小批量之间的矛盾，作为半成品存储在仓库的部分材料总量增加尤为明显。为了削弱这种矛盾带来的影响，并且响应供需关系的变化，提高企业生产效率，需要对锭型选择和合同组批进行合理地生产设计。

为了制定锭型选择与合同组批的集成决策，铝行业需要决策选取备选锭型库中的何种锭型作为标准锭型满足合同需求，同时组批方式改进为：一块标准铝锭可以组批一种或多种合同产品。对于每个铝锭的组批决策称为组锭方案，完成客户合同所使用的组锭方案集合，称为组批方案。

当前，为解决锭型选择与合同组批的集成优化问题，企业通常采用依赖计划员主观经验的人工排产方法：该方法通常是通过计划员对各机组的产能和库存情况定性分析后，先按经验估计法将合同与锭型进行匹配。由于实际生产中涉及大量的数据，需要考虑多而复杂的生产工艺因素，采用这种人工排产存在以下问题：

(1)人工排产中计划员带有主观性，计划员会根据以往经验水平对所有合同进行排序，制定出一个可行性方案，会导致结果不稳定；

(2)人工排产是一个串行决策，计划员会利用串行序贯策略选择与合同匹配的锭型，从优化角度而言这种串行序贯策略存在极大短视性，每次合同与锭型进行匹配只考虑了当前的优化性能，导致前面材料利用率高，后面的合同很难匹配到锭型上，利用率极低；