[发明专利]一种炼钢—连铸炉次批量计划自动编制方法及系统

摘要

一种炼钢—连铸炉次批量计划自动编制方法及系统，属于信息技术领域，包括以下步骤：(一)数据采集；(二)模型构造；(三)优化求解；(四)结果评价；(五)人机交互；(六)下发执行。采用本发明数学模型和优化算法得出炉次批量计划结果的各项指标优于当前现场手动编制模式得出的炉次批量计划结果的各项指标，此外使用本发明自动编制方法进行计划编制的时间(约5分钟)要远远小于手动编制模式的计划编制时间(约2－3个小时)。因此，本发明自动编制方法改善了传统的手动编制模式的科学性，提高了计划编制水平和质量，解决了手动编制模式效率低下问题，为钢铁企业的计算机集成制造系统的在线炉次批量计划编制提供了一个有效的科学方法。

主权项

1、一种炼钢-连铸炉次批量计划自动编制方法，其特征在于依赖于钢铁企业的计算机分级控制系统硬件平台，包括以下步骤：(1)数据采集，包括以下三类数据：1)计划生产产品数据该类数据包括的具体信息如下：材料号，合同号，出钢记号，板坯重量，板坯厚度，板坯宽度，板坯长度，轧制宽度，轧制厚度，硬度组代码，板坯去向，热钢卷去向，材料组别，流向代码，精炼路径代码，烫辊材标记，交货日期，集批代码，厂内交货日期，按周交货标志，合同拖期标记，出口标记，合同性质代码；2)生产工艺约束数据包括以下小类：板坯宽展侧压、出钢记号以优充次、无委托板坯规格、调宽规则，其中板坯宽展侧压的具体信息包括：硬度组上限、硬度组下限、厚度上限、厚度下限、宽度上限、宽度下限、宽展量上限、宽展量下限、侧压量上限、侧压量下限；出钢记号以优充次的具体信息包括：优出钢记号、次出钢记号、以优充次顺序码；无委托板坯规格信息包括：出钢记号、板坯宽度上限、板坯宽度下限；调宽规则的具体信息包括：从宽到窄幅度，从宽到窄次数，从窄到宽幅度，从窄到宽次数；3)生产管理需求数据包括：流向码、目标量、目标量上限、目标量下限；(2)模型构造在满足生产工艺约束和管理要求的条件下，以提高生产效率，降低生产成本，保证准时交货，减少库存积压为目标，采用运筹学手段，构造炉次批量计划问题的数学模型，数学模型描述如下：$\min {\lambda }_1\underset{i\in N}{\Sigma }{q}_i{Y}_i+{\lambda }_2\underset{i\in N}{\Sigma }\underset{j\in N}{\Sigma }{h}_j(1-x_{\mathrm{ij}})+{\lambda }_3\underset{i\in N}{\Sigma }\underset{j\in N}{\Sigma }{c}_{\mathrm{ij}}{x}_{\mathrm{ij}}---\left(1\right)s.t.$ \underset{i\in N}{\Sigma }{x}_{\mathrm{ij}}\le 1j\in N\; (2)xij\le xii\; i，j\in N\; (3)$ \underset{j\in N}{\Sigma }{g}_j{x}_{\mathrm{ij}}+Y_i=x_{\mathrm{ii}}Ti\in N\; (4)其中，决策变量：xii：决定生产一个与板坯i的钢级宽度相对应的炉次时，取值为1，否则为0；xij：将板坯j合并到板坯i所在炉次进行批量生产时，取值为1，否则为0；Yi：板坯i对应的炉次中剩余钢水量；\lambda 1，\lambda 2，\lambda 3分别对应于三个不同目标项的权重；模型参数：qi：板坯i对应的炉次中单位重量无委托板坯引起的库存费用；hj：板坯j的优先级系数；cij：将板坯j合并到板坯i对应的炉次生产时，由于钢级属性差异导致的炼钢附加费用；gj：合同板坯j的重量；T：一转炉钢水的冶炼容量，N合同板坯数；与连铸机自身运行相关的工艺约束，描述如下：j\in N\; (5)j\in N\; (6)$ w_i^{\min }-d_j^{\min }\ge B(1-x_{\mathrm{ij}})i，j\in N\; (7)$ w_i^{\max }-d_j^{\max }\le B(x_{\mathrm{ij}}-1)i，j\in N\; (8)$ w_i^{\max }+\sigma \ge w_i^{\min }i\in N\; (9)其中，dj\; r为合同板坯j的轧制宽度，dj\; p为合同板坯j的允许的最大测压量，\sigma 为连铸机运行过程中允许的调宽幅度，Dmax(Dmin)为连铸机的最大(小)工艺设定宽度，合同板坯j在连铸工序中允许的浇铸宽度组则为\{dj\; min，dj\; min+\sigma ，...，dj\; min\}，dj\; max(dj\; min)为板坯j的最大(最小)允许浇铸宽度，合并到同一个炉次内的所有合同板坯的最小允许浇铸宽度的最大值wi\; min和最大允许浇铸宽度的最小值wi\; max，式中B为一个足够大的正数；在与生产管理需求相关的约束，描述如下：$ U_{\mathrm{chr}}\ge \underset{i\in N}{\Sigma }{x}_{\mathrm{ii}}\ge L_{\mathrm{chr}}---\left(10\right)$ U_{\mathrm{RH}}\ge \underset{i\in N}{\Sigma }{q}_i^{\mathrm{RH}}{x}_{\mathrm{ii}}\ge L_{\mathrm{RH}}---\left(11\right)$ U_{\mathrm{pre}}\ge \underset{i\in N}{\Sigma }\underset{j\in N}{\Sigma }{q}_j^{\mathrm{pre}}{g}_j{x}_{\mathrm{ij}}\ge L_{\mathrm{pre}}---\left(12\right)$ U_f\ge \underset{i\in N}{\Sigma }\underset{j\in N}{\Sigma }{q}_j^f{g}_j{x}_{\mathrm{ij}}\ge L_{f}f\in F\; (13)其中，F为热轧下游工序各机组的集合，称为流向，Lchr和Uchr分别为炼钢车间在一个工作日内总产能的下限和上限，LRH和URH分别为炼钢车间内工序-RH精炼在一个工作日内总产能的上限和下限，Lpre和Upre分别为热轧机组对烫辊材需求量的下限和上限，Lf和Uf分别为热轧下游工序各机组物料需求量的下限和上限，qi\; RH为标识合同板坯i对应的炉次是否经RH精炼工序的二元常量，qj\; pre为标识合同板坯j是否为烫辊材的二元常量，qj\; f标识合同板坯j是否经下游机组f的二元常量；(3)优化求解通过分析所构造数学模型的特征，提出一类基于近似动态规划和局域搜索相混合的智能优化算法，用于求解炉次批量计划问题，以快速自动编制出切实可行且优化生产过程的炉次批量计划；(4)结果评价通过对自动编制出的炉次批量计划的结果数据进行显示，给计划编制人员提供一种对计划结果进行分析和评价的方式，为实现人机交互提供方向指导；(5)人机交互当计划编制人员通过结果评价的数据显示模块进行经验分析后，如果认为自动编制方法获得的计划在各项指标方面能够满足当前的生产工艺要求，并且均衡优化了各项生产目标，则可以将其下发执行；否则，则进行相应的人机交互调整；(6)下发执行将炉次批量计划的数据信息从本地计算机系统传递给钢区生产管理计算机，就可以获得一个用于指导生产实施的炉次批量计划，进而可将其下发给生产实时控制计算机执行生产。$$$$$$$$$$