一种基于多工厂间炼钢-连铸生产钢坯过程的优化调度方法技术

本发明专利技术涉及一种基于多工厂间炼钢‑连铸生产钢坯过程的优化调度方法，属于冶金制造生产过程智能优化调度技术领域。本发明专利技术通过确定不同钢坯在多个钢厂炼钢一连铸生产钢坯过程的调度模型和优化目标，并采用混合果蝇优化算法的优化调度方法对目标进行优化；其中，调度模型根据不同钢坯在不同钢厂机器上的加工时间来建立，优化的目标为最小化最大完工时间。本发明专利技术可在较短的时间内找到各个工厂的生产方案，避免各个工厂资源的浪费，最小化各个工厂的最大完工时间Cmax(π)，从而可降低工厂的生产成本，提高工厂的生产效率。

An Optimal Scheduling Method for Billet Production Process Based on Multi-plant Steelmaking-Continuous Casting

The invention relates to an optimal scheduling method for billet production process based on multi-plant steelmaking and continuous casting, and belongs to the technical field of intelligent optimal scheduling for metallurgical manufacturing process. The invention determines the scheduling model and optimization objectives of different billets in the process of steelmaking-continuous casting production in multiple steel plants, and optimizes the objectives by using the optimization scheduling method of hybrid Drosophila optimization algorithm, in which the scheduling model is established according to the processing time of different billets in different steel plants, and the optimization goal is to minimize the maximum completion time. The invention can find the production plan of each factory in a relatively short time, avoid the waste of resources of each factory, minimize the maximum completion time Cmax (pi) of each factory, thereby reducing the production cost of the factory and improving the production efficiency of the factory.

【技术实现步骤摘要】
一种基于多工厂间炼钢-连铸生产钢坯过程的优化调度方法
本专利技术涉及一种基于多工厂间炼钢-连铸生产钢坯过程的优化调度方法，属于冶金制造生产过程智能优化调度

技术介绍
随着科技的进步和市场竞争的日益激烈，钢铁工业向着高效、低成本和稳定生产的方向发展。生产调度在钢厂的高效稳定生产过程中扮演着重要角色是现代化钢铁生产管理系统的核心功能。炼钢一连铸区段在钢铁生产过程中占有重要地位。钢坯生产调度的目标就是通过设计合理的生产调度计划，充分利用现有的设备资源，减少过程等待时间并消除生产过程的作业冲突，从而实现连铸机最大连浇从而获取最大的经济效益。钢厂炼钢一连铸生产钢坯过程主要包括冶炼、二次冶金精炼和连铸三道工序。生产钢种主要有常规钢和品种钢，因此在生产不同的钢种时需要采用不同的精炼设备，使得钢厂具有多条工艺路线。此外，不同的连铸机生产不同钢种时，对应的中间包所能生产的最大炉次数也不相同，因此特殊钢厂炼钢一连铸生产钢坯过程具有设备多、模式多、路线多的特点，致使调度过程制约条件众多。对于多个钢厂炼钢—连铸生产过程的调度问题属于NP问题，其求解难度随问题规模的增大呈指数增长，因此在理论研究和实际应用上均具有很高的研究价值。钢坯加工以批量生产模式为主。不同规格的钢坯对生产工艺的要求不同，而各个钢厂炼钢机器的加工能力不同，使得不同钢厂炼钢一连铸生产钢坯过程中各个阶段的加工时间不同。因而，钢坯加工顺序会对批量生产钢坯的总完工时间造成较大的影响。合理的加工顺序和分配方案，可以让不同钢厂的资源实现合理利用。最终，缩短其总的生产时间，进而可以实现多个钢铁炼钢—连铸生产钢坯效益的最大化。本专利技术根据钢坯在多个钢厂炼钢一连铸生产钢坯的实际生产过程建立排序模型，并设计一种混合果蝇优化算法。该算法可以在较短时间内得到多个钢厂炼钢一连铸生产钢坯的调度方案，并求得该调度问题的近似最优解。从而，为多个钢厂炼钢一连铸生产钢坯提供实际的方案指导，降低生产成本，最终，提高多个钢厂的经济效益。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对多个钢厂炼钢一连铸生产钢坯过程调度问题，提出一种混合果蝇优化算法的优化调度方法，以实现多个钢厂炼钢资源的合理利用，节约其生产成本进而提高生产效益。本专利技术的技术方案是：一种基于多工厂间炼钢-连铸生产钢坯过程的优化调度方法，通过确定不同钢坯在多个钢厂炼钢一连铸生产钢坯过程的调度模型和优化目标，并采用混合果蝇优化算法的优化调度方法对目标进行优化；其中，调度模型根据不同钢坯在不同钢厂机器上的加工时间来建立，优化的目标为最小化最大完工时间Cmax(π)k＝1,2,···F,i＝1,2,···,nk,j＝1,2,···,m式中，F表示有F个炼钢工厂，k表示具体的某一个工厂，n表示需要加工完成的钢坯总数，nk表示工厂k中需要待加工完成的钢坯总数，i表示待加工完成钢坯在排序中位置，j表示工厂中某一台机器，m表示每个工厂中总的机器数；π＝{π(1),π(2),···,π(n)}表示待加工完成钢坯总排序，π(n)为总排序中第n个位置上需要加工完成的钢坯，待加工完成钢坯总排序π经过工厂分配规则以后生成各工厂中待加工完成钢坯排序πk，πk(i)表示在工厂k中待加工完成钢坯排序中第i个位置上待加工完成钢坯，πk＝{πk(1),πk(2),···,πk(nk)}表示工厂k中待加工完成钢坯的排序；表示在工厂k中待加工完成钢坯πk(i)在机器j上的开始加工时刻，表示在工厂k中待加工完成钢坯πk(i)在机器j上的加工时间并且大于0，表示在工厂k中待加工完成钢坯πk(i)在机器j上的加工时间，表示工厂k在机器m上所有待加工完成钢坯πk(nk)总加工完成时间；所述混合果蝇优化算法的优化调度方法具体为：Step1、初始化：设置种群规模popsize，最大迭代次数maxgen，果蝇群体位置范围LR∈[0,5]和果蝇的单次飞行范围FR∈[-5,5],随机初始化果蝇位置(xa,ya)xa＝rand(LR)ya＝rand(LR)Step2、嗅觉和视觉搜索：果蝇个体利用嗅觉和视觉搜寻食物的过程为算法的更新过程，赋予果蝇个体单次飞行的距离FR∈[-5,5],则果蝇个体i的位置更新公式如下：xi＝xa+rand(FR)yi＝ya+rand(FR)由于混合果蝇优化算法是基于连续实数域，而待加工钢坯分配到不同炼钢厂加工的调度过程属于离散优化，因此采用LOV规则建立果蝇位置与待加工钢坯排序之间的一一映射关系，进而实现从实数编码向待加工钢坯排序离散编码的转换，通过果蝇在连续实数域位置的变换，从而改变待加工完成的钢坯排序，通过不断的搜索更新找到最优排序，进而最小化最大完工时间Cmax(π)；Step3、基于Insert的局部搜索：对种群中的最优果蝇个体进行Insert，如果局部搜索得到的个体优于当前个体则将其替换，并将其保留到种群中；否则，保留当前个体不变；Step4、终止条件：设定终止条件为最大迭代次数maxgen，则输出“最优个体”；否则转至步骤Step2，反复迭代，直至满足终止条件为止。本专利技术的有益效果是：本专利技术提出一种基于多个钢厂炼钢一连铸生产钢坯过程的调度模型和优化目标，并通过混合果蝇优化算法的迭代更新对待加工完成的钢坯排序进行优化，最终，可在较短的时间内找到各个工厂的生产方案，避免各个工厂资源的浪费，最小化各个工厂的最大完工时间Cmax(π)，从而可降低工厂的生产成本，提高工厂的生产效率。附图说明图1为本专利技术的整体设计流程图；图2为本专利技术的整体算法流程图；图3为本专利技术的基本“Insert”领域变化示意图；具体实施方式实施例1：如图1-3所示，一种基于多工厂间炼钢-连铸生产钢坯过程的优化调度方法，通过确定不同钢坯在多个钢厂炼钢一连铸生产钢坯过程的调度模型和优化目标，并采用混合果蝇优化算法的优化调度方法对目标进行优化；其中，调度模型根据不同钢坯在不同钢厂机器上的加工时间来建立，优化的目标为最小化最大完工时间Cmax(π)k＝1,2,···F,i＝1,2,···,nk,j＝1,2,···,m式中，F表示有F个炼钢工厂，k表示具体的某一个工厂，n表示需要加工完成的钢坯总数，nk表示工厂k中需要待加工完成的钢坯总数，i表示待加工完成钢坯在排序中位置，j表示工厂中某一台机器，m表示每个工厂中总的机器数；π＝{π(1),π(2),···,π(n)}表示待加工完成钢坯总排序，π(n)为总排序中第n个位置上需要加工完成的钢坯，待加工完成钢坯总排序π经过工厂分配规则以后生成各工厂中待加工完成钢坯排序πk，πk(i)表示在工厂k中待加工完成钢坯排序中第i个位置上待加工完成钢坯，πk＝{πk(1),πk(2),···,πk(nk)}表示工厂k中待加工完成钢坯的排序；表示在工厂k中待加工完成钢坯πk(i)在机器j上的开始加工时刻，表示在工厂k中待加工完成钢坯πk(i)在机器j上的加工时间并且大于0，表示在工厂k中待加工完成钢坯πk(i)在机器j上的加工时间，表示工厂k在机器m上所有待加工完成钢坯πk(nk)总加工完成时间；所述混合果蝇优化算法的优化调度方法具体为：Step1、初始化：设置种群规模popsize，最大迭代次数maxgen，果蝇群体位置范围LR∈[0,5]和果蝇的单次飞行范围FR∈[本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多工厂间炼钢‑连铸生产钢坯过程的优化调度方法，其特征在于：通过确定不同钢坯在多个钢厂炼钢一连铸生产钢坯过程的调度模型和优化目标，并采用混合果蝇优化算法的优化调度方法对目标进行优化；其中，调度模型根据不同钢坯在不同钢厂机器上的加工时间来建立，优化的目标为最小化最大完工时间Cmax(π)

【技术特征摘要】
1.一种基于多工厂间炼钢-连铸生产钢坯过程的优化调度方法，其特征在于：通过确定不同钢坯在多个钢厂炼钢一连铸生产钢坯过程的调度模型和优化目标，并采用混合果蝇优化算法的优化调度方法对目标进行优化；其中，调度模型根据不同钢坯在不同钢厂机器上的加工时间来建立，优化的目标为最小化最大完工时间Cmax(π)k＝1,2,…F,i＝1,2,…,nk,j＝1,2,…,m式中，F表示有F个炼钢工厂，k表示具体的某一个工厂，n表示需要加工完成的钢坯总数，nk表示工厂k中需要待加工完成的钢坯总数，i表示待加工完成钢坯在排序中位置，j表示工厂中某一台机器，m表示每个工厂中总的机器数；π＝{π(1),π(2),…,π(n)}表示待加工完成钢坯总排序，π(n)为总排序中第n个位置上需要加工完成的钢坯，待加工完成钢坯总排序π经过工厂分配规则以后生成各工厂中待加工完成钢坯排序πk，πk(i)表示在工厂k中待加工完成钢坯排序中第i个位置上待加工完成钢坯，πk＝{πk(1),πk(2),…,πk(nk)}表示工厂k中待加工完成钢坯的排序；表示在工厂k中待加工完成钢坯πk(i)在机器j上的开始加工时刻，表示在工厂k中待加工完成钢坯πk(i)在机器j上的加工时间并且大于0，表示在工厂k中待加工完成钢坯πk(i)在机器j上的加工时间，表示工厂k在机器m上所有待加工完成钢坯πk(...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱斌，黄元元，胡蓉，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53