炼钢-连铸生产智能调度的二层规划方法技术

本发明专利技术提供了一种炼钢-连铸生产智能调度的二层规划方法，具体是：结合炼钢-连铸生产调度的层次性特点，将求取生产批量计划和生产时间计划的问题描述为一种具有二层递阶结构的系统优化问题，进而在同一模型中同时研究两类计划，在设置优化目标和选取优化变量时对两类计划进行全局考量；所建立的炼钢-连铸生产智能调度的二层规划模型中，上层规划为浇次组合、排序和分配问题，下层规划为在浇次计划已知的前提下，寻求优化的生产时间计划问题。本发明专利技术避免了目前炼钢-连铸生产计划编制方式中存在的弊端，提高了计划的可执行性以及计划优化结果的真实性和实用性；将脱硫站和LF炉作为全厂生产调度中的缓冲环节，增强了计划的柔性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于信息
，涉及数学规划和智能优化算法，特别涉及一种。
技术介绍
炼钢-连铸生产过程是现代钢铁联合企业生产流程中的核心环节，在该生产过程中，来自高炉的铁水首先经转炉或电炉冶炼转化为高温钢水，然后经过精炼炉进行精炼以满足钢水的化学成分和温度要求，最后送到连铸机浇铸成不同规格的板坯或方坯。炼钢-连铸生产过程生产效率的提高对整个钢铁企业有重要影响，而制定合理的生产调度计划，是保证炼钢-连铸生产过程高效率运行的关键。从数学规划的角度看，炼钢-连铸生产过程是一个离散和连续相混杂的流程式生产过程，其生产调度问题具有离散性、随机性、多目标和多约束性等特点，是一典型的NP hard问题。正因为炼钢-连铸生产调度问题的重要性和复杂性，它已经引起了国内外学者的广泛关注。炼钢-连铸生产计划可以分为两类一类是生产批量计划，另一类是生产时间计划。生产批量计划是以客户合同数据为原始数据，根据工艺限制条件将不同的合同需求进行最佳组合而生成的，包括炉次计划和浇次计划。生产时间计划是在生产批量计划的基础上，以炉次为最小计划单位，在追求某一评价函数(如最小等待时间、最小提前拖期费用、 最小总流程时间)最佳的情况下的一类特殊的job-Shop排序问题，其最终结果是确定以何种顺序，在何时、何种设备上安排钢水从炼钢炉到连铸机的生产过程的各个工序。目前在该领域已公布的专利或已公开的专利申请，如“一种一体化的钢铁企业生产过程在线计划调度系统与方法O00310110345. 4) ”针对钢铁行业计划调度的特殊性， 实现一种在分布式网络环境下，多台计算机上，生产计划编制与下达、计划执行状态的监控、生产过程的实时调度为一体的软硬相结合的系统与方法。“一种钢铁生产的递阶协调计划调度方法O00310120845. 6) ”提供了一种可以同时考虑各生产子系统分目标和整个系统总目标的钢铁生产计划调度方法，它可以对不同生产子系统的生产能力进行协调，在对总体生产计划目标优化的基础上，同时兼顾各生产子系统分目标的优化。“一种炼钢连铸生产在线动态调度方法O00410009705. 6) ”提供一种依据生产过程的实绩和设备状态， 在线实时滚动编制调度计划的方法。“一种炼钢连铸生产在线多模式时间优化调度方法 0008102^928. X)”主要针对炼钢连铸生产计划在执行过程中，扰动发生时粗调度之后的各种时间调度问题，提供了一种炼钢连铸生产在线多模式时间优化调度方法。“基于混合智能优化算法的炼钢-连铸生产作业计划与实时调度优化方法与系统O01010100957. 5) ”提供了基于混合智能优化算法的炼钢-连铸生产作业计划与实时调度优化方法与系统。上述专利文献主要涉及生产批量计划或生产时间计划二者之一的编制方法和系统，而没有涉及到同时考虑生产批量计划和生产时间计划的问题。当前炼钢-连铸生产计划编制中存在不足之处，主要表现为以下几点(1)将原本密切关联的生产批量计划和生产时间计划二者割裂开来；(2)求取生产计划时，在优化目标的设置和优化变量的选取等方面缺乏全局性的考里；(3)分别求取生产批量计划和生产时间计划两类计划中的一种，不足以实施具体的生产过程，必须与其他的计划结果结合使用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对当前炼钢-连铸生产计划编制中存在的不足，提供了一种基于二层规划的炼钢-连铸生产智能调度方法，实现在同一数学模型中同时研究生产批量计划和生产时间计划等两类计划。本专利技术解决其技术问题采用以下的技术方案本专利技术提供的，具体是结合炼钢-连铸生产调度的层次性特点，将求取生产批量计划和生产时间计划的问题描述为一种具有二层递阶结构的系统优化问题，进而在同一模型中同时研究两类计划，在设置优化目标和选取优化变量时对两类计划进行全局考量；所建立的炼钢-连铸生产智能调度的二层规划模型中，上层规划为浇次组合、排序和分配问题，下层规划为在浇次计划已知的前提下，寻求优化的生产时间计划问题。本专利技术提供的上述，其步骤包括一、炼钢-连铸生产智能调度的二层规划模型建立结合炼钢厂生产调度问题的层次性特点，建立炼钢-连铸生产智能调度的二层规划模型(以下简称“二层规划模型”)，其中，上层规划为浇次组合、排序和分配问题，下层规划为在浇次计划已知的前提下，寻求优化的生产时间计划问题。二、模型求解本专利技术基于传统求解二层规划的智能优化算法的思路，结合炼钢-连铸生产智能调度问题的特点，设计了合适、独特的求解算法二层规划模型的上、下层问题各由一个遗传算法求解；上层规划问题首先做出决策，给出一组各浇次的连铸机设备分配和浇铸顺序方案；然后下层规划以该组中的每一个方案为基础，调用“时间并行倒推算法”，并经由遗传优化计算，求出使下层目标最优的生产时间计划；接着，下层规划将当前最优的生产时间计划中的部分结果，即各炉次在连铸机上的开始时刻和结束时刻反馈至上层，上层规划再根据其目标调整浇次计划方案。上述过程持续进行，直至求出最优的上层目标时终止。最后， 将上、下两层的优化方案合并，作为最优的生产计划。三、调度实施根据二层规划模型输出的生产批量计划和生产时间计划，进行具体的生产调度。本专利技术的二层规划模型的基本假设为1.浇次和每个浇次中的炉次信息已知，但浇次组合、排序和分配情况未知；2.为了符合现代炼钢-连铸工厂的实际，将问题描述的起点从转炉(或电炉)的开始冶炼时刻前移至铁水进厂时刻，并且铁水进厂后将首先经过脱硫站进行脱硫处理；3.同一浇次中的所有炉次的工艺处理路线相同，并且在相同工序上的处理时间相等；4.吊车和钢包车等运输工具的能力充足，运输环节不作为主要工序考虑，但运输时间计入总物流时间；5.脱硫站和LF炉除了作为主要工序之外，还是炼钢-连铸工厂中的缓冲环节，必要时铁水/钢水可以在这两处等待。本专利技术的二层规划模型的目标函数为1.在保证连浇约束和满足生产工艺约束的前提下，使完成所有浇次计划所耗费的连铸机生产成本最低；2.使每一炉次中的板坯因提前或延期生产而发生的惩罚费用最低；3.为提高计划的真实性和实用性，使调度计划中的铁水进厂时刻与铁水实际进厂节奏尽量相符，即使二者之间的偏差最小；4.为保证钢水温降最小和物流时间最短，使钢水在所有可等待工序上的总等待时本专利技术的二层规划模型的优化变量为1.各浇次在连铸机上的分配和浇铸顺序；2.各浇次的开浇时刻，各浇次中的各炉次在除连铸机之外的其他工序上的开工时本专利技术的二层规划模型为权利要求1.一种，其特征在于该方法是结合炼钢-连铸生产调度的层次性特点，将求取生产批量计划和生产时间计划的问题描述为一种具有二层递阶结构的系统优化问题，进而在同一模型中同时研究两类计划，在设置优化目标和选取优化变量时对两类计划进行全局考量；所建立的炼钢-连铸生产智能调度的二层规划模型中，上层规划为浇次组合、排序和分配问题，下层规划为在浇次计划已知的前提下，寻求优化的生产时间计划问题。2.根据权利要求1所述的，其特征在于所述的炼钢-连铸生产智能调度的二层规划模型为3.根据权利要求2所述的，其特征在于所述二层规划模型分为上、下两层，上层问题的目标函数fu用公式(Ia)表示，它由三项构成，其中第一项表示完成所有浇次计划所耗费的连铸机生产成本；第二项表示炉次中的板坯因提前生产而发生的惩罚费用，为单位时本文档来自技高网...

【技术保护点】
变量时对两类计划进行全局考量；所建立的炼钢－连铸生产智能调度的二层规划模型中，上层规划为浇次组合、排序和分配问题，下层规划为在浇次计划已知的前提下，寻求优化的生产时间计划问题。１．一种炼钢－连铸生产智能调度的二层规划方法，其特征在于该方法是：结合炼钢－连铸生产调度的层次性特点，将求取生产批量计划和生产时间计划的问题描述为一种具有二层递阶结构的系统优化问题，进而在同一模型中同时研究两类计划，在设置优化目标和选取优化

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曾亮，叶理德，邵远敬，
申请(专利权)人：中冶南方工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：83