一种基于目标导引的炼钢－连铸生产物流仿真优化方法技术

本发明专利技术提出了一种基于目标导引的炼钢－连铸生产物流的仿真优化方法。该方法以满足连铸机的连续浇铸为目标，通过目标的导向作用，引导物流对象在生产流程网络中的仿真演化运行，借助全局与局部目标、规则和信息的有机集成，从而实现仿真过程在他组织牵引和约束下的自组织演化，得到满足现实目标和约束条件的仿真优化结果，同时模型可以表达并反映生产过程中的各生产工序环节的作业时间的随机特性，进行仿真结果的评价。本方法能够用于优化炼钢－连铸的生产流程设计，以及辅助优化生产运行，实现对生产流程合理性的分析，进行生产作业计划的制定和辅助生产调度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种钢铁冶金生产流程的物流仿真优化方法，特别是一种基于目标导引的炼钢-连铸生产物流仿真优化方法，以进行炼钢-连铸生产流程优化设计以及生产作 业计划制定和辅助生产调度，属于信息

技术介绍
炼钢-连铸是现代钢铁生产的核心。炼钢_连铸生产过程的运行效率和生产组织 对整个钢铁制造流程的生产运行控制起关键作用。从炼钢到连铸，对流程式生产而言，是从 间断到连续的过程；况且对于连铸机，每开启一次机器还需要设备调整时间和调整费用。因 此为了提高炼钢-连铸过程的生产率和成材率，在生产过程中，应尽可能保证连铸机的连 续浇注。 生产流程布局的合理性和生产运作的合理优化是生产有序高效的重要保证，通过 生产流程中主物流在各工序工位间运行的静态与动态关系来表征。生产作业计划与调度是 炼钢-连铸生产管理的核心，炼钢-连铸生产作业计划是在满足铸机连续浇铸前提下，以炉 次为最小计划单位，安排各工序作业顺序，制定各作业的执行设备以及在该设备上的执行 起止时刻，而调度是生产作业计划实施的保障和调节手段。由于炼钢-连铸生产系统是一 个多目标、多层次、非线性、动态有序的复杂系统，其生产计划与调度是具有不确定性的NP 难题，因此，寻求生产物流优化、辅助炼钢_连铸生产作业计划制定与调度优化的手段具有 重要意义。 目前已经公开的与炼钢-连铸生产物流相关的专利，如CN1591337A(—种基于 计算机的连铸物流的仿真系统)对连铸机生产进行仿真，包括物流在回转台、大包、中间 包、流、结晶器等设备的运行过程，并考虑铸机节点布局对生产流程的影响，但该系统只对 单独的连铸生产环节进行分析，没有考虑整个炼钢-连铸生产过程；CN1564170A(流程行 业优化排产动态调度的组态平台方法)通过组态建立流程行业的虚拟生产仿真模型，并 利用计划排产和动态调度算法模型库进行动态链接，将订单合同转化为生产合同，进行动 态调度，提供了针对不同物流布局建模的仿真工具，但是对仿真结果缺乏必要的分析手 段，在炼钢-连铸混合流程行业中应用受到限制；CN1556487A(—种钢铁生产的递阶协调 计划调度方法)中系统由上位计算机和下位计算机组成，上位计算机用于整体目标优化， 并向下位计算机下达优化目标，下位计算机表示生产工序，优化各自的生产计划；该方法 通过上、下位计算机的联系实现了生产的整体目标与工序局部目标之间的联系，并对局部 生产计划进行优化，但该方法在整体目标和局部目标之间联系单一，缺少相互演化机制； CN101093552A( —种通过计算机辅助指导炼钢、连铸供钢节奏的调度模型)对计划上线炉 次，计算每罐的计划开浇时间，然后由开浇时间计算每罐紧前工序作业时间，该方法为生产提供了辅助调度的工具，但其工序处理时间和运输时间为确定值，作业时间缺少调整，容易 导致作业计划的冲突。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种基于目标导引的炼钢_连铸生产物流仿真优化方法，通过该方法可以进行炼钢_连铸生产流程优化设计以及生产作业计划制定和辅助生产调度。 本专利技术的技术方案是这样实现的 —种基于目标导引的炼钢-连铸生产物流仿真优化方法，其步骤为 ( — )仿真对象建模； ( 二 )仿真模型参数初始化； (三)仿真模型运行； (四)仿真评价。 仿真对象建模采用面向对象的组件方法构建生产物流仿真运行的仿真对象模型， 仿真对象模型包括工位、连接线与生产物流。首先根据规划设计或生产实际流程构建由工 序的工位与连接线组成的静态网络模型，各工序工位之间按照现实可能的流程和物流运行 关系确定连接线，新建的静态网络模型能够保存为设定的模型文件格式，读取已有模型文 件，则可快速建立静态网络模型；网络模型中连接线也表达了物流在工位之间迁移的运输 关系，物流在工序工位上的作业时间以及运输时间取值由各种概率分布或生产统计的分布 规律描述。当生产物流在由工位、连接线组成的静态网络中运行时，则仿真对象模型成为仿 真对象动态网络模型。 仿真模型初始化包括仿真的物流对象初始化、仿真目标初始化、对象模型参数初 始化和仿真评价指标初始化；仿真的物流对象初始化根据流程规划设计或生产批量计划， 建立仿真运行过程中包括钢种、钢号和铸坯宽度在内的物流对象值，用于确定物流的物理 属性；仿真目标初始化确定物流在铸机上的全局目标，包括浇次计划、铸机开浇时刻以及节 奏控制信息，以保证铸机连续浇铸；对象模型初始化设定物流的工序工位加工时间和运输 时间，时间取值根据应用的不同，分别由各种概率分布或生产统计的分布规律描述；仿真评 价指标初始化设定仿真评价指标初始值。 仿真模型运行过程以工位、连接线和生产物流组成的动态网络模型为基础，以满足连铸机连续浇铸为全局目标，通过物流在全局目标和全局规则的牵引作用下，考虑局部目标要求和全局信息及局部信息条件，在局部规则作用下进行物流的迁移和工位、连接线状态的更新，从而实现目标导引下的自组织仿真。 仿真模型运行的具体步骤为 1、仿真模型预处理 按物流逆流程方向倒推计算，将铸机连续浇铸全局目标分解为物流在铸机前各工 序上作业时间局部目标； 2、在每个仿真时钟推进时间步长内，沿流程方向运行物流仿真 ①读取仿真模型和物流对象的状态信息，确定当前时刻的局部信息和全局信息； ②由全局信息与局部信息决定物流演化的局部规则，并由局部规则和局部信息决 定物流在工位和连接线上的迁移目标； ③用并行演化方式进行物流信息、工位和连接线状态信息的更新； 存储物流、工位和连接线状态信息。 将连铸机连续浇铸作为全局目标，与连铸机生产节奏相关的信息作为全局信息， 对全局目标的控制原则作为全局规则；物流在各生产工序上的作业时间控制作为局部目 标，各工序工位、连接线以及物流在某一仿真时刻的状态信息为局部信息，现实生产组织与 生产调度的原则和规则作为局部规则，局部规则是仿真演化过程中工位以及连接线状态变 化的依据；全局目标和全局信息共同决定全局规则的选择，并结合局部信息确定局部规则 的选择；在仿真过程中，通过物流在全局目标和规则的牵引作用下、考虑局部目标的要求和 全局信息及局部信息条件，在局部规则作用下进行物流的迁移和工位、连接线状态的更新， 从而获得局部信息，将各局部信息综合获得全局信息，基于新的全局信息来更新全局目标， 然后在新的全局信息和全局目标作用进行下一时刻的仿真运行，从而实现目标导引下的自 组织仿真。 局部规则包括择路规则、物流单元规则和作业属性规则；择路规则用于确定物流 离开工位或连接线时，迁移目标的选择；物流单元规则用于确定多条连接线进入同一工位 时，连接线物流选择规则首先确定物流的工艺路径是否经过该工序，然后根据局部运行情 况、局部目标以及全局信息来从规则库中确定物流的优先级，优先级高者被选择接收；作业 属性规则用于确定物流从当前工位或连接线离开时，前后工位_连接线或连接线_工位之 间的作业状态以及作业时间属性的修改。 仿真评价对仿真模型运行过程进行评估，通过仿真评价参数和仿真过程可视化表 达实现。仿真评价参数由生产运行评价指标和生产组织评价指标构成，生产运行评价指标 由平均队长、平均排队等待时间、设备平均利用率和物流准时值构成，生产组织评价指标由 工序平均通过时间、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于目标导引的炼钢－连铸生产物流仿真优化方法，其特征在于：该方法步骤为：（一）仿真对象建模采用面向对象的组件方法构建生产物流仿真运行的仿真对象模型：仿真对象模型包括工位、连接线与生产物流；构建由工序的工位与连接线组成的静态网络模型，各工序工位按照现实可能的流程和物流运行关系确定连接线，物流在工序工位上的作业时间以及运输时间取值由分布规律描述；（二）仿真模型参数初始化仿真模型参数初始化包括仿真的物流对象初始化、仿真目标初始化、对象模型参数初始化和仿真评价指标初始化；（三）仿真模型运行在仿真过程中，以连铸机连续浇铸的生产目标作为全局目标，模型演化过程是通过物流在全局目标和全局规则的牵引作用下、考虑局部目标的要求和全局信息及局部信息条件，在局部规则作用下进行物流的迁移，同时进行工位和连接线状态的更新，从而实现目标导引下的自组织仿真；（四）仿真评价对仿真模型运行过程进行可视化表达，输出仿真结果并通过仿真评价参数对仿真结果进行评价。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑忠，高小强，陈开，何腊梅，刘怡，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]