一种基于粗糙集规则挖掘的炼钢-连铸作业计划重排方法技术

本发明专利技术公开了一种基于粗糙集规则挖掘的炼钢‑连铸作业计划重排方法，主要包括以下步骤：1）基于现场工艺拓扑图和工艺规则，采用并行倒推算法根据浇次计划编制炼钢生产作业计划；2）采用粗糙集上、下近似集算法，从决策表中挖掘“触发干扰‑工况条件‑操作序列”形式的专家规则，并存储成决策树格式；3）根据现场干扰及工况匹配规则，依据规则实现计划重排；4）若基于规则调整的计划不优化，可人工通过界面手动调整，基于存储的人工调整结果重新优化计划重排规则形成优良规则库；5）将调整后的计划以甘特图的形式展示给调度人员，并提供鼠标界面调整功能。本发明专利技术确保炼钢‑连铸生产过程紧凑、有序运行，降低了生产运营成本，提高了生产效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于粗糙集规则挖掘的炼钢-连铸作业计划重排方法
本专利技术属于炼钢生产过程智能调度
，具体涉及一种基于粗糙集规则挖掘的炼钢生产过程作业计划在扰动下的重排方法。
技术介绍
炼钢生产过程中，铁水、钢水及废钢通过容器在各工序间流转，从铁水进入炼钢车间到钢水注入连铸机，整个过程需要经过多道工序，每道工序有多个设备，编制基于炼钢工艺拓扑图的作业计划是保证炼钢过程正常运转的基础。但现场工艺复杂、任务多、扰动频发，编制好的以炉次为单位的作业计划需要频繁调整，因此，合理的计划编排及扰动下的计划重排是炼钢过程紧凑、有序运行的重要保证，对炼钢过程节能降耗、节约生产运营成本、提高生产效益和企业竞争能力具有重要意义。目前我国大多数炼钢-连铸生产过程的管理技术和信息化水平明显滞后于发达经济体的相关行业水平，没有形成实际可行的的扰动下计划重排方法和系统。
技术实现思路
为解决炼钢-连铸生产过程扰动下原定计划无法顺利执行的问题，本专利技术的目的在于提供一种能够降低生产故障率、减轻调度人员负担、提高生产效率及实现生产过程节能减排，在不同扰动下能快速有效的实现炼钢作业计划重排的炼钢-连铸生产过程智能调度方法。为实现上述目的，图1为本专利技术方案框架图，本专利技术技术方案主要包括以下内容：根据组炉组浇结果，采用倒推算法实现炼钢作业计划静态编排，采用倒推+顺推的方法实现订单插入、删除、浇次和炉次交换等扰动下任务的重排，采用粗糙集挖掘专家规则并在线优化，基于规则实现设备故障、维修计划插入、工位更换和某生产环节大延时等异常情况下的计划重排，从而实现炼钢-连铸生产过程的智能调度，该调度方法主要包括以下步骤：1)组炉组浇：所述组炉是基于铁包的铁水容量，将ERP系统下发的由销售订单生成的生产订单分解、组合成炉次的过程，所述组浇是将所组炉次排成一个序列，序列中的炉次数由中间包决定，而炉次序列的时间安排以及序列内各炉次顺序由连铸机使用情况和订单交货期分别决定；2)并行倒推编排静态作业计划：所述作业计划编排是安排浇次中各炉次在连铸机上的开始、结束时间，并根据浇次计划安排各炉次任务的工艺生产路径并计算各炉次在铁水预处理、转炉、精炼炉、连铸机等生产设备的开始和结束时间，所述并行倒推算法是一种由炼钢最末一道工序（连铸）开始，根据钢种生产工艺路径依次计算计划炉次在紧前工序某设备的开始和结束时间，主要包括如下工艺规则：a、紧前工序具有多设备时的工位优化选择规则，b、连铸机不断浇的约束规则，c、倒推出现冲突时的各连铸机浇次开浇时间的调整规则；3）倒推+顺推实现订单插入、删除计划变更时的任务重排：所述倒推+顺推是一种作业计划重排方法，实际生产过程中经常出现浇次和浇次内炉次的紧急订单插入及有库存订单的删除，以及浇次和炉次生产时间顺序的交换等扰动，扰动发生时需要对原作业计划进行重排，重排时考虑到有些炉次部分工序已经生产完成，不能直接采用并行倒推算法进行统一计算，需要将当前炉次分为已经生产炉次+正在生产炉次+未生产炉次，保留已生产炉次计划，对正在生产炉次采用由前工序推到后工序的顺推算法，基于顺推结果的最早可用时间对未生产的炉次由末道工序开始进行倒推计算；4）粗糙集挖掘专家规则：所述粗糙集是一种规则挖掘算法，该算法首先将操作记录写成“触发干扰+条件属性+决策属性”的决策表形式，然后采用重要度相对算法及分辨矩阵对条件属性进行约减，采用上下近似集方法提取规则形成专家规则库，主要包括以下内容：a、所述决策表是一种知识表示方法，决策表以干扰为重排的触发条件，将某一或某一系列操作发生时的工况作为条件属性，将操作序列做决策属性，b、所述相对重要度算法是根据对决策属性的分类所做贡献的重要程度对条件属性进行约减的一种算法，c、所述分辨矩阵认为当决策属性发生变化时，引起该变化的条件属性越少则该条件属性对于决策表的影响越大的思路形成一个三角矩阵，采用分辨函数或者启发式算法对矩阵进行约减，求取核属性及最终的约简属性组合,d、所述上下近似集方法可以求解决策发生的充分条件、决策不发生的充分条件以及决策可能发生也可能不发生的条件，从而形成“干扰+条件+决策”形式的规则，e、所述专家规则是指现场专家实施某操作时所依据的现场工况及状态；5）基于规则的计划重排：当生产现场出现设备故障、计划变更、加入设备维修计划、原计划炉次在某工序的生产工位需要更换及某一环节出现大延迟时，需要综合所挖掘规则和顺推、倒推算法对当前计划进行重排；6）专家规则优化：当扰动发生时，根据当前规则进行的计划重排不能保证是最优方案，需要提供一个专家修正途径，然后记录专家修正过程及结果，对比规则重排结果和专家修正结果对原规则进行优化改进；7）将调整后的计划以甘特图的形式展示给调度人员，并提供手动调整功能。本专利技术所采用的技术方案具有以下有益效果：1、本专利技术依据炼钢现场的工艺约束条件采用并行倒推算法编制炼钢-连铸生产作业计划，给炼钢过程提供一个有序生产的参考依据；2、本专利技术采用粗糙集挖掘专家重排经验并在线优化，能根据现场实际对作业计划做出实时调整，实现炼钢过程有序、紧凑运行，克服了人工根据现场情况不断调整作业计划的弊端；3、本专利技术所采用方法在保证计划有序进行的同时，能最大限度的加快生产节奏，对生产操作人员给予积极的帮助和约束，能节约生产成本、降低能耗、提高钢企的生产效率。附图说明图1为本专利技术的炼钢-连铸作业计划重调度方法整体框架图；图2为本专利技术的作业计划静态编排工艺网络拓扑图；图3为粗糙集规则挖掘算法结果界面；图4为本专利技术的炼钢生产过程作业计划排程结果甘特图。具体实施方式下面结合附图进一步说明本专利技术的具体实施方式。图2为作业计划静态编排工艺网络拓扑图，作业计划静态编排包括以下步骤：1）获取生产工艺规则，所述生产工艺规则包括钢种工艺路径，不同钢种在各工序的生产时间，相邻工序各工位之间的运输时间矩阵，各工序无故障设备数及工序长度，各设备维修计划，相邻工序各工位之间的路径连接关系等，2）逆工艺路径的并行倒推算法，图2共四道工序，脱硫（DS）--转炉（BOF）--精炼（LF）--连铸（CC），并行倒推算法基于组炉组浇所得中间包计划（表1）,逆工艺路径计算所有炉次任务在各工序工位的开始、结束时间，具体计算步骤如下：a、读取数据库获得生产批量计划、钢种工艺路径字典、设备生产时间、工位运输时间矩阵等工艺规则，并获取末道工序LastProcess，同时赋值当前工序ProcessNow=LastProcess，b、根据中间包计划推算所有炉次在ProcessNow的开始、结束时间并存入TempTask矩阵，c、根据当前工序ProcessNow找出下一道生产工序NextProcess，即紧前工序，d、从TempTask矩阵中找出所有经过NextProcess的炉次任务存放在InterVal矩阵中，同时从TempTask中删除这些炉次任务，e、依次计算InterVal矩阵中每一炉次在NextProcess所有工位上的开始、结束时间，f、将InterVal矩阵中的所有炉次按时间排序，按顺序依次找出每个炉次（炉次i）在NextProcess所有工位上的开始、结束时间形成PositionTask矩阵，g、判断炉次i在ProcessNow所处工位和NextProcess之间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.作业计划静态编排，基于现场设备拓扑图和工艺路径等工艺规则，采用并行倒推算法根据浇次计划编制炼钢生产作业计划，主要包括以下步骤：a、按照生产工序、工位关系及工序设备数等工艺参数构建炼钢‑连铸流程工艺拓扑图b、获取钢种工艺生产路径、钢种在不同设备的生产时间、各工序不同工位之间的运输时间矩阵和各工序无故障设备数等现场工艺规则c、采用一种基于炼钢‑连铸流程工艺拓扑图的逆工艺路径方向时间并行倒推算法，计算各炉次任务在各工序的开始、结束时间d、基于设备优化选择规则确定每个炉次在各工序的具体生产工位，若炉次之间出现时间冲突，调整冲突炉次所在浇次的开始时间重新计算。

【技术特征摘要】
1.作业计划静态编排，基于现场设备拓扑图和工艺路径等工艺规则，采用并行倒推算法根据浇次计划编制炼钢生产作业计划，主要包括以下步骤：a、按照生产工序、工位关系及工序设备数等工艺参数构建炼钢-连铸流程工艺拓扑图b、获取钢种工艺生产路径、钢种在不同设备的生产时间、各工序不同工位之间的运输时间矩阵和各工序无故障设备数等现场工艺规则c、采用一种基于炼钢-连铸流程工艺拓扑图的逆工艺路径方向时间并行倒推算法，计算各炉次任务在各工序的开始、结束时间d、基于设备优化选择规则确定每个炉次在各工序的具体生产工位，若炉次之间出现时间冲突，调整冲突炉次所在浇次的开始时间重新计算。2.现场扰动分类，炼钢-连铸过程工艺复杂、生产工序、任务多，存在引起原计划不能顺利执行的各类干扰，按照引起计划调整的原因将干扰分为设备故障、计划变更、大延时等不同类型。3.规则挖掘，扰动发生时，需要根据专家规则进行计划重排，因此，需要从作业计划人工调整...

【专利技术属性】
技术研发人员：马天雨，全力，翁锐，
申请(专利权)人：湖南师范大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43