[发明专利]一种考虑回火与余热热处理的锻造节能调度方法

权利要求书

1.一种考虑回火与余热热处理的锻造节能调度方法，其特征在于，包括：

步骤1：分析锻造生产各阶段，确定加工信息及锻件温度冷却曲线；

分析锻造生产中加热、锻压和热处理阶段三个阶段，根据各阶段的工艺要求，确定重要加工参数与约束；加热阶段有加热炉容量、始锻温度、加热时间、保温时间，锻压阶段有锻压时间、终锻温度，热处理阶段有淬火温度、淬火时间、回火温度、回火时间；当锻件从加热炉中取出时，锻件就会开始降温冷却，为获取锻件的冷却曲线，结合二维温度场方程，分别对锻件的对流散热与辐射散热进行计算求解，并通过锻造模拟软件校核；

步骤2：针对所采用的节能策略建立相关数学模型，并确定调度流程；

在加热阶段与锻压阶段之间，为了让锻件尽可能少的散失热量，在锻压机空闲之前，锻件需要在炉中等待，相关约束模型为：

ta_p，m＝Ts_p，2，m'-T_p，1，m (1)

Tfp_p，m＝Tfp_p，m+ta_p，m (2)

为降低过长的额外保温时间，采用加热炉空间节约策略，即根据工件的出炉时间，从而控制工件的入炉时间，为加热炉节约部分容量，有利于避免某些工件由于加热炉的容量问题而产生后延的情况，相关数学模型为：

Ts_p，1，m＝T_p，1，m-Tfp_p，m-Tf_p，m (3)

Tfp_p，m+Tf_p，m

当工件在锻压阶段由于温度不足而发生回炉回火操作时，事先完成的调度计划就会发生变化；此时正在工作的锻压机变成空闲状态，采用回炉重调度策略，即首先判断工件在加热结束后的时间是否小于其下一阶段所选锻压机的开始加工时间，若是，则计算锻压机在锻件加热之后到目前时刻存在的空闲时段并判断是否可以利用空闲时段加工锻件，相关的数学模型为：

Hline_p(TC_p)＝HE_p (4)

Span_m＝T_p，s，m-Ts_p'，s，m (6)

由于热处理方式为锻件锻压完成后直接缓存并最后统一正火，此时会损耗大量锻后残余能量；采用余热热处理策略，即在锻压结束后直接进行淬火，此时需要判断锻件温度是否满足淬火要求，根据锻件当前温度进行空冷或回炉升温以达到淬火温度要求，其数学模型为：

Tout_p＝F_p，3，m-F_p，1，m′ (8)

Hnow_p＝Hline_p(Tout_p) (9)

步骤3：结合节能调度策略与生产约束建立节能调度数学模型；

首先，以锻件的累计加工时间为基准，建立最大完工时间的数学模型，包括工件的加工时间、等待时间、运输时间与不确定因素时间，数学模型为：

T_max＝max(T_p) (12)

T_p，s＝Tw_p，s+t_p，s，m+Tr_p，s+Tu_p，s (14)

Tu_p，s＝α·t_p，s，m+β·Tw_p，s+γTr_p，s (15)

其中，所述不确定因素时间包含锻压回火时间与余热热处理前的升温或冷却时间，数学模型为：

Hline_p(T_hht)＝HHT_p (18)

Tco_p＝FC_p·(T_hht-Tout_p) (19)

其次，建立以工时为单位的能耗数学模型，包含机器工作能耗、机器等待能耗与不确定因素能耗，不确定因素能耗结合上述不确定时间来计算，数学模型为：

EM_m＝E_mr+E_mw (21)

EU_s＝t_p，s，f·E_fh+Tw_p，s·E_fp (22)

步骤4：结合数学模型建立多目标函数；

结合锻造生产中的多样化调度需求，建立以最大完工时间、生产能耗为目标的多目标函数：

各个符号的技术含义如下：

p：工件的编号；

s：机器的编号；

m：工序的编号；

工件p的回火系数；

T_p，s，m：工件p的第s道工序在机器m上的加工完成时间；

T_p，1，m：工件p的第1道工序在机器m上的加工完成时间；

F_p，s，m：工件p的第s道工序所选机器m已完成加工的累积加工时间；

FB_p，s：工件p在第s道工序中的回炉升温决策变量；

FB_p，2：工件p在第2道工序中的回炉升温决策变量

FB_p，3：工件p在第3道工序中的回炉升温决策变量

FC_p：工件空冷决策变量；

T_p：工件p的总加工时长；

T_p，s：工件p在第s道工序的加工时长；

Tu_p，s：工件p在第s道工序中的不确定因素时长；

t_p，s，m：工件p的第s道工序在机器m上的加工时间；

Tr_p，s：工件p在加工第s道工序前的运输时间；

Tf_p，m：机器m在加热工件p的时间(特指加热炉加热阶段)；

Tfp_p，m：机器m在对于工件p的保温时间(特指加热炉保温阶段)

Ts_p，s，m：工件p的第s道工序在机器m上的开始加工时间；

Tw_p，s：工件p在进行第s道工序前的等待时间；

ta_p，m：工件p在机器m上的额外时间；

Tmw_m：机器m的空闲时间；

T_max：最大完工时间；

T_hht：工件的冷却到淬火温度所需时间；

Tout_p：工件p的出炉时间；

Tco_p：工件p在需要冷却的时间；

Etotal：生产总能耗；

EM_m：机器m的能耗；

EU_s：工序s中的不确定因素能耗；

E_mr：机器m的工作能耗；

E_mw：机器m的待机能耗；

E_Tr：运输设备能耗；

HS_p：工件p的始锻温度；

HE_p：工件p的终锻温度；

HHT_p：工件p所需淬火温度；

Hline_p：工件p随单位时间变化的温度曲线矩阵；

Hnow_p：工件p的当前温度；

α，β，γ：可变系数。