[发明专利]一种高速工具钢热连轧工序智能排产与报料系统

权利要求书

1.一种高速工具钢热连轧工序智能排产与报料系统，其特征在于，包括订单解析与处理模块、原料匹配与报料模块和换辊优化与智能排产模块三个模块；该三个模块之间的关系呈现串联关系，即订单解析与处理模块以销售订单作为输入，并将分析与计算的结果传递给原料匹配与报料模块，作为其输入；原料匹配与报料模块通过筛选和分析，输出原料充足或来料及时的订单数据，传递给换辊优化与排产模块，作为其输入；换辊优化与智能排产模块，采用智能优化算法，优化换辊次数，并将最终结果输出，作为最终的热连轧工序的排产计划；该系统的硬件部分包括高性能和高存储容量的工业控制用计算机1台和服务器1台，计算机需内存2G以上，采用Win10操作系统且具备Python开发环境；订单解析与处理模块、原料匹配与报料模块和换辊优化与智能排产模块均装在计算机上；

订单解析与处理模块

订单解析与处理模块的主要功能是采集订单与库存信息、清洗数据，并对订单进行初步解析与分类，并将订单中的成品规格换算为生产规格参数；

订单解析与处理模块的具体内容主要包括销售订单数据的接收、清洗、解析与分类、生产参数运算内容；

数据接收：使用pandas和xlrd等的方法接收销售订单数据、库存数据和规则库数据等Excel格式文件，或使用cx_Oracle等的方法直接导入数据库数据；

数据清洗：剔除或适当修正空白值以及错误值，将因客户书写习惯的不同和命名标准造成的差异进行规范化；

订单初步解析与分类：通过分析订单的物料名称与规格范围，确定其轧机成材工艺路线，然后结合关键字进行模板匹配，依次判定订单是否为异型钢材、钢丝盘丝等特殊材料，是否走扒皮或退火等工艺路线；

生产参数运算：针对异型材、钢丝、方扁带钢、扒皮轧辊坯等特殊轧件在销售订单之中标注的产品规格，则根据公式或者参考表格推算，如异型材需要将长乘宽乘高的最终规格格式，转换成热轧之后的直径格式；扒皮材料则需要将成品规格按照规则加量，得到一个较粗的轧制规格；

原料匹配与报料模块

原料匹配与报料模块的主要功能是根据订单中每个客户的具体产品规格要求，根据其生产工艺路径，自动匹配对应的坯料类型，查找坯料库存中是否有料，若有坯料，安排此订单的排产日期，若缺料，则按交货日期进行上报，保证开工前来料；

原料匹配与报料模块主要包括客户产品规格信息的识别与分类，基于自然语言处理的文本分类，工艺路径规则，自动坯料匹配，判断仓库中的坯料是否满足订单要求，以及排产与报料；

采用一万条以上的订单作为训练样本集，将订单中客户要求信息进行结巴分词、特征提取，选用Text-CNN模型，分别以钢材锭型和方坯状态做标签训练模型；钢材锭型匹配和方坯状态匹配，使用文本分类模型对订单之中的客户要求进行分类，得到钢锭型号和方坯状态；并设置人工核验与补充功能；对原料库存进行搜索与匹配，确定是否有料；对缺料订单进行按期坯料上报；

换辊优化与智能排产模块

换辊优化与排产模块的主要功能有两项，一个是在保证交货期的前提下，优化热连轧轧机的换辊次数，从而实现换辊成本最低和逾期程度最小的目标；另一个功能是实现临时插订单或减订单；

换辊优化与排产模块内容包括：轧辊更换顺序进行编码，考虑换辊成本和订单逾期程度最少的优化目标函数构建，基于遗传算法的换辊次数优化算法以及热连轧排产与报料；

使用多目标遗传算法对排产顺序优化，以换辊成本最小和逾期程度最少做为约束条件，以编码后的生产轧辊轮换顺序做优化对象，随机生成数量为N的初始种群，迭代一定次数得到最优解；其中N为大于等于1的正整数。

①对生产中的轧辊更换顺序进行编码，如一次排产需更换轧辊套数为5，需要轮换10次，则其中一种顺序可编为“abcdeabcde”；

②建立优化模型的目标函数：

其中，α、β皆为调节系数，可根据设计者的经验调整，x₁表示换辊成本，x₂表示订单逾期程度；

③对步骤②中换辊成本x₁，与订单逾期程度x₂进行建模；

m表示一次完整生产中一种轧辊顺序对应的总换辊次数，n_i→j表示从第i套辊换至第j套辊所耗费成本；

s表示本次换辊顺序对应生产中的逾期订单的总数量，h_j表示第j个订单估算出的逾期天数，w_j表示订单对应客户的重要性，越高表示客户不允许逾期，为ω_j＝0则表示客户同意订单拖期生产；

④随机生成数量为N种的换辊顺序种类作为初始种群，进行交叉、变异等操作，每一代选取适应度评估良好的个体作为下一代的群体，迭代一百到五百代或直到得到最优解；以轧辊顺序最优解推导订单顺序；当得到订单顺序之后，从开工日期开始逐天安排订单，并记录到输出数据之中；

将上述三种模块用Python语言实现，并安装到高性能工业用计算机上，共计划人员做排产时应用，从而达到一键排产的目的。

2.根据权利要求1所述的高速工具钢热连轧工序智能排产与报料系统，其特征在于，订单解析与处理模块、原料匹配与报料模块和换辊优化与智能排产模块均用Python语言实现，并安装到高性能工业用计算机上，供计划人员做排产时应用，从而达到一键排产的目的。