[发明专利]基于目标导引元胞自动机模型的炼钢连铸生产调度方法及系统

摘要

本发明公开了一种基于目标导引元胞自动机模型的炼钢连铸生产调度方法及系统，控制器与外部数据库连接，获取连浇生产计划；建立调度过程的元胞自动机模型；初始化；获取实时局部信息和实时全局信息；动态地确定运行演化规则，更新格点状态及所有炉次的实际达到时刻，实际开始加工时刻和实际结束加工时刻，当结果方案满足连浇要求，将结果输出。本发明以炼钢连铸生产流程网络的加工设备作为元胞空间网络格点、以生产动态调度规则作为生产物质流运行演化规则，以连铸机连浇作为目标导引，实时获取目标和节点状态信息以动态确定局域演化规则，完成模型自组织演化，实现了基于元胞自动机模型的生产调度方案制定和生产扰动下的调度方案调整。

主权项

1.一种基于目标导引元胞自动机模型的炼钢连铸生产调度方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，控制器与外部数据库连接，获取连浇生产计划，所述连浇生产计划中包括连铸机上生产浇次的预定开浇时间和各浇次内的炉次浇铸顺序，还从外部数据库中获取设备的实时状态、各工序设备的生产实绩信息、连铸工序上的连浇计划生产实绩信息；S2，建立调度过程的元胞自动机模型，将生产铁素物质流的炉次表示为模型的运动粒子，将工序设备抽象为元胞空间网络格点，将现实设备间的运输线表示为格点间的有向连线，将设备的实时状态表示为格点状态，将各设备相邻的前后工序可达设备集合表示为元胞邻域，将车间调度规则表示为模型演化规则，将动态生产环境下的调度规则确定模式表示为规则决策元，将各工序设备的生产实绩信息表示为模型演化过程的局部信息，将连铸工序上的连浇计划生产实绩信息表示为模型演化过程的全局信息，将炉次在各工序上的计划加工开始、计划加工结束时刻表示为模型演化过程的局部操作目标，将连浇计划中各浇次的计划开浇时间表示为模型演化过程的全局运行目标；定义元胞空间H、元胞状态S、元胞邻域N和演化规则R；引入实时信息I^τ、实时目标O^τ和规则决策元P，建立元胞自动机模型CA_scc，用集合的语言描述为：CA_scc＝{H，S，N，R，I^τ，O^τ，P}表示元胞自动机模型CA_scc由元胞空间H、元胞状态5、元胞邻域N和演化规则R、实时信息I^τ、实时目标O^τ和规则决策元P几个要素构成，其中，H：H＝{D，L}，       (1)D＝{c_j，k|j∈{1，2，...，M}，k∈{1，2，...，K_j}}    (2)s：N：R：R＝{R_p，R_t，R_r，R_d}       (8)式(1)、(2)、(3)表示元胞空间由格点集D和格点间连线集L构成；式(4)、(5)表示元胞状态集由各格点的实时状态组成，且各格点的实时状态由四类实时属性构成，表征格点c_j，k的当前工作状态，表征当前工作状态的持续时间并以此判断事件是否发生，表征当前时刻等待格点c_j，k作业的炉次集合，表征当前时刻正在格点c_j，k上作业的炉次任务标号；式(6)、(7)表示单个格点的邻域是由相邻工序内的可达格点构成的集合；式(8)表示模型演化规则由设计的四类规则构成，包括任务优先级规则，作业时间规则，择路规则，扰动处理规则；I^τ：O^τ：P：P＝relation(R，I^τ，O^τ)      (15)式(9)表示模型每步演化过程中的实时信息，是实时全局信息和实时局部信息的集合；式(10)表示实时全局信息指连浇计划执行的实时情况，是由浇次在连铸工序的实际开浇时间构成；式(11)表示实时局部信息由炉次物流加工实绩信息(炉次在各工序上的实际开始和结束时刻)构成；式(12)表示模型实时目标是实时全局运行目标和局部操作目标的集合；式(13)表示实时全局运行目标是在连浇生产计划中浇次在连铸工序上的计划开浇时刻；式(14)表示实时局部操作目标为炉次在各工序上的计划开始和计划结束时刻；式(15)表示规则决策元由演化规则与实时生产信息和实时生产目标的映射关系构成；其中，涉及到的符号及含义对应如下：其中，j、j₁、j₀均代表工序编号，他们的取值范围都是{1，2，...，M}，用于表示在{1，2，...，M}内互不相等的两个值；S3，初始化，由连浇生产计划确定各浇次的计划开浇时间生成初始生产调度计划，并由此确定各炉次i在各工序j上的目标开始加工时刻和目标结束加工时刻由设备状态信息和生产实绩信息初始化格点与运动粒子状态；S4，获取实时局部信息和实时全局信息，判断各浇次的实际开浇时间是否等于全局运行目标，如果达成，则执行步骤S5，如果没有达成，则更新全局目标和局部目标，执行步骤S5；S5，规则决策元根据实时信息和目标，从规则库内动态地确定演化规则，以固定的时间步长Δτ进行演化，更新格点状态及所有炉次的实际达到时刻，实际开始加工时刻和实际结束加工时刻，当所有炉次完成加工时，判断连铸工序上的同一浇次内炉次是否满足连浇要求，当满足连浇要求，则将结果传输给炼钢‑连铸生产运行控制系统或本地数据库，控制系统按照所述演化结果实现对连浇生产计划中的所有炉次在各工序上的设备选择和加工时间决策的有效生产运行控制；而本地数据库则存储调度策略及流程分析结果并传输给调度员，可用于实际调度；当不满足连浇要求，则返回执行步骤S3。