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。采用本发明专利技术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，此外使用本发明专利技术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，本发明专利技术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。
Method and system for automatically preparing batch schedule of steelmaking continuous casting furnace
Method and system for automatically making steelmaking and continuous casting furnace batch plan, belongs to the field of information technology, which comprises the following steps: (a) data acquisition; (two) model; (three) optimization solution; (four) the results of evaluation; (five) human-computer interaction; (six) issued. Each index of each index is better than the heat batch plan result obtained by the invention of the model and the algorithm of the field manual planning pattern of furnace batch planning results, in addition to the use of the invention of the automatic planning method of the planning time (about 5 minutes) the planning time is far less than the manual planning pattern (about 2-3 an hour). Therefore, the automatic planning method of the invention improves the scientific nature of the traditional manual planning pattern, improve the level and quality of planning, to solve the problem of low efficiency in the manual planning pattern, a scientific and effective method for iron and steel enterprises for computer integrated manufacturing system online furnace batch planning.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钢铁生产工艺及自动化
，涉及到运筹学建模和智能优化算法，特别 涉及到一种炼钢一连铸炉次批量计划自动编制方法及系统。
技术介绍
钢铁生产从铁矿石原料投入到钢材产品的产出，需要经过一系列的处理阶段。按照生产 流程的工艺特点，可以将其生产划分为以下几个区域铁区、钢区、热轧区、冷轧区。其中， 钢区涉及的生产工序主要为炼钢、精炼、连铸、模铸等，其产出的半成品一板坯(或钢锭)是 各种最终钢材产品的原材料。因此，钢区涉及的工序往往成为钢铁生产流程中的关键工序。 在钢区，连铸代替模铸是钢铁生产工艺史上一次重大的飞跃，同模铸生产相比，连铸生产可 以降低能耗、提高生产效率以及改进产品质量。当前，连铸比(连铸产量与连铸模铸总产量的 比率)已经成为衡量一个钢铁企业生产水平的重要标准。因此，国内外许多钢铁企业都致力于 发展连铸工艺，提高连铸比。例如日本、德国、和美国的连铸比都已超过80%，有的已接 近100%。我国连铸比也在快速增长，1970年至1980年，连铸比从2.1%发展到6.2%，至1990 年，发展到22.4%,到2001年，发展到92.0%。 2003年，我国连铸比达到95.3%左右。连铸 新工艺出现以后，由于其高温连续运行的特点，在生产管理上往往把炼钢、精炼、连铸看成 一个整体单元来考虑，简称炼钢一连铸。炼钢一连铸的主要生产过程是接受鱼雷车从铁区高 炉端送来的铁水，与废钢一起投入转炉(或电弧炉)中，经吹氧并除去杂质，转化成钢水；然 后倒入钢包由台车和吊机送到精炼炉进行精炼，达到客户需求的钢级质量；接着再由台车和 吊机运送到连铸机的回转台上，钢水倒入中间包经结晶器和二冷区固化、冷却、拉流、切割 成各种规格的板坯。当前，炼钢一连铸的生产工艺在各大型钢铁企业中得到了长足的发展。但是在改进生产 工艺的同时，而与之配套的炼钢一连铸的生产管理的优化控制研究与开发却不能同步发展。 因而迫切需要对炼钢一连铸的生产管理的优化控制方法进行研究，以便有效地发挥炼钢一连 铸的作用。炉次批量计划属于炼钢一连铸生产阶段的生产批量计划，也叫合炉炼钢，是解决 钢铁企业产品"批量小、规格多、品种多、产量大"问题的有效方案。炉次批量计划的制定 需要按照客户需求产品的具体参数包括钢级成分、轧制宽度、宽展侧压量、炼钢工序申请欠 量、交货期及类别、出口标志、集批标志，考虑炼钢一连铸生产工艺特点及约束包括转炉生 产的批量特性、连铸机的调宽规则、炉流平衡、炉流浇宽比，进一步考虑炼钢一连铸生产工 序间的衔接顺畅和炼钢一连铸后续工序的物流平衡，对客户需求的产品进行合理的规格设计和有效组合，形成以炉次为单位的批量组合，用以指导和控制炼钢—连铸生产，进而使炼钢 一连铸的产能得到充分的发挥。冃前，学术界针对炉次批量计划问题这一课题的研究极为重视。如文献(Dorn J， Shams R., "Scheduling high-grade steelmaking", IEEE Expert, 1996, 11(1): 28-35)针对炼钢—连铸生产的短 期计划问题(其中包含炉次批量计划问题)提出了一个专家系统；文献(Box RE, Herbe D G., "A scheduling model for LTV Steel's Cleveland works' twin strand continuous slab caster", Interfaces, 1988, 18(1): 42-56)研究了美国LTV钢铁公司两流连铸机的短期计划问题，分析了影响计划编 制治理的各种因素，提出了一个启发式算法；文献(Chang S Y, Chang M R, Hong Y S， "A lot grouping algorithm for a continuous slab caster in an integrated steel mill", Production Planning & Control, 2000, 11: 363-368)研究了一类浇次批量计划的列生成算法，问题的特征是考虑组合到 一个浇次的炉次在宽度、碳元素、锰元素差异约束，首先建立该问题整数规划模型，等价转 换为Gilmore and Gomery的经典切割问题的列生成模型，釆用常规的列生成算法和取整启发 式求解。而目前现场中炉次批量计划编制主要是通过计划员的手动操作来实现的，这种计划 手动编制模式对计划编制人员的依赖较严重，不能自动完成计划编制，并且还需要由熟悉生 产工艺的生产计划人员耗费2 —3个小时的工作才能最终完成。由于实际生产中涉及到的产品 数目巨大，目前这种手动计划模式难以保证在有限的时间内编制出较优的生产计划，难以实 现炼钢一连铸生产的优化实施。已申请的专利(公开号"CN1885328"， 一种炼钢一连铸中间 包批量计划方法和系统)主要实现了以炉次为输入形成连铸机上中间包生产的批量组合；而本 专利技术主要实现以合同板坯为输入形成炼钢一连铸生产中的最小生产批量单位一炉次；本专利技术 系统的输出可以做为专利(公开号"CN1885328")系统的输入。
技术实现思路
针对现有炉次批量计划编制技术的不足之处，本专利技术提供一种执行于计算机的炉次批量 计划自动编制方法，该方法根据客户需求的钢材产品的特性，考虑炼钢一连铸生产中的工艺 约束，通过运筹学建模手段，构建描述炉次批量计划问题的数学模型，提出一类近似动态规 划和局域搜索的混合智能优化算法获取模型的优化解，并将其转化为优化生产的炉次批量计 划，进而下发给炼钢一连铸生产车间的控制系统用以指导和安排生产实施，从而达到降低生 产成本，提高生产效率，保证准时交货，减少库存积压的目的。本专利技术的炼钢一连铸炉次批量计划自动编制方法依赖于钢铁企业的计算机分级控制系统 硬件平台，由基于数学模型和混合智能优化算法的系统实现。其硬件平台核心由钢铁企业分级控制的各级计算机及相关设备组成，主要包括钢区生产 管理计算机、生产实时控制计算机、炼钢过程控制计算机、精炼过程控制计算机、连铸过程控制计算机、以及基础自动化级的DCS/PLC，硬件平台的详细结构如图l所示。钢区生产管 理计算机制定中短期的生产计划，并下发给生产实时控制计算机；生产实时控制计算机接收 钢区生产管理计算机的命令，进行实时在线调度和决策支持，同时分别接收炼钢过程控制计 算机、精炼过程控制计算机和连铸过程控制计算机的反馈信息对生产物流及设备运行状态进 行跟踪；炼钢过程控制计算机、精炼过程控制计算机和连铸过程控制计算机分别通过与钢区 生产管理计算机和生产实时控制计算机的接口，制定过程控制模型，向基础自动化级的 DCS/PLC下达生产指令，并且在线采集质量数据；基础自动化级的DCS/PLC实现生产过程 的速度、位置、流量控制和生产顺序控制，并检测现场状态。本专利技术的炉次批量计划自动编制软件既可以运行于钢铁企业的钢区生产管理计算机上， 也可以运行于独立的炉次批量计划自动编制计算机上，该软件通过与钢区生产管理计算机进 行数据通讯，釆集计划编制所需的输入数据，并通过以数学模型和混合智能优化算法为核心 的求解器获得优化的炉次批量计划，进而将计划结果反馈给钢区管理计算机并下发执行。本专利技术的炼钢一连铸炉次批量计划自本文档来自技高网...
【技术保护点】
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： ｍｉｎλ↓［１］＊ｑ↓［ｉ］Ｙ↓［ｉ］＋λ↓［２］＊＊ｈ↓［ｊ］（１－ｘ↓［ｉｊ］）＋λ↓［３］＊＊ｃ↓［ｉｊ］ｘ↓［ｉｊ］ （１） ｓ．ｔ． ＊ｘ↓［ｉｊ］≤１ ｊ∈Ｎ （２） ｘ↓［ｉｊ］≤ｘ↓［ｉｉ］ ｉ，ｊ∈Ｎ （３） ＊ｇ↓［ｊ］ｘ↓［ｉｊ］＋Ｙ↓［ｉ］＝ｘ↓［ｉｉ］Ｔ ｉ∈Ｎ （４） 其中，决策变量： ｘ↓［ｉｉ］：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； ｘ↓［ｉｊ］：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； Ｙ↓［ｉ］：板坯ｉ对应的炉次中剩余钢水量；λ↓［１］，λ↓［２］，λ↓［３］分别对应于三个不同目标项的权重； 模型参数： ｑ↓［ｉ］：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； ｈ↓［ｊ］：板坯ｊ的优先级系数； ｃ↓［ｉｊ］：将板坯ｊ合并到板坯ｉ对应的...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：唐立新，汪恭书，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]
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