【技术实现步骤摘要】
基于两阶段优化的钢厂中厚板智能二维组板方法及装置
[0001]本专利技术涉及冶金机械及自动组合优化
，特别是指一种基于两阶段优化的钢厂中厚板智能二维组板方法及装置。
技术介绍
[0002]在大多数情况下，钢厂板坯设计生产组合方式通常依赖于操作员的经验和知识，而非企业所需的高质量、高智能生产计划和优化方案，从而，由于订单子板的不同性质、加工参数的随机性以及余材的剩余问题会对钢铁企业带来一些挑战。首先，钢铁材料的大规模个性化定制时代逐步来临，下游用户对个性化服务的要求逐步加强。对于传统中厚板组板规划，某些工厂依然存在着主要依靠人工经验来编排组板规划的现象，效率低下且编排水平不稳，而且传统的组板优化问题一般只涉及到一维方向的排列组合，使得母板余材有较多剩余，材料利用不充分、组合方式单一等问题出现。
技术实现思路
[0003]本专利技术提供了一种基于两阶段优化的钢厂中厚板智能二维组板方法及装置。所述技术方案如下：
[0004]一方面，提供了一种基于两阶段优化的钢厂中厚板智能二维组板方法，包括：
[0005]S1、获取用户订单子板参数及库区板坯断面参数，并定义决策变量和辅助中间变量，所述决策变量包括母板板坯互选关系变量g
kv
、子板母板互选关系变量h
ik
、母板长度变量pl
k
、母板宽度变量pw
k
、子板空间位置关系变量al
ij
和bl
ij
；
[0006]S2、基于定义的所...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于两阶段优化的钢厂中厚板智能二维组板方法，其特征在于，所述方法包括：S1、获取用户订单子板参数及库区板坯断面参数，并定义决策变量和辅助中间变量，所述决策变量包括母板板坯互选关系变量g
kv
、子板母板互选关系变量h
ik
、母板长度变量pl
k
、母板宽度变量pw
k
、子板空间位置关系变量al
ij
和bl
ij
；S2、基于定义的所述决策变量和辅助中间变量，以母板和总订单子板间面积差值、板坯断面与母板间面积差值所构成的余材浪费最小化为多优化目标，构建优化模型；S3、采用改进的遗传算法对构建的优化模型进行第一阶段求解，求解出子板、母板及板坯间最佳组合方式下的g
kv
、h
ik
及pl
k
、pw
k
；S4、基于求解出的所述g
kv
、h
ik
及pl
k
、pw
k
，将原问题转化为某母板区域内的二维装箱问题，使用大规模整数规划求解器进行第二阶段优化求解，求解出表示子板在所选母板上的空间位置关系的al
ij
和bl
ij
。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1，具体包括：获取所述用户订单子板参数，包括：订单子板数量n，同属订单集合内的两互不相同子板i，j，订单子板i的长度l
i
、宽度w
i
；获取所述库区板坯断面参数，包括：板坯数量d，板坯断面规格v所对应的长度、宽度为sl
v
，sw
v
，板坯宽度方向的展宽比为M＝1.4；将决策变量定义为：构建过渡母板，将现有订单子板先在母板上进行组板；pl
k
、pw
k
代表母板k的长度和宽度，共m个母板，均为实数变量；若第k块母板选择板坯断面规格v，则g
kv
＝1，否则g
kv
＝0；若第i块订单子板选择母板k，则h
ik
＝1，否则h
ik
＝0；建立一笛卡尔坐标系，坐标系的坐标轴分别对应母板k的长宽，坐标系的原点对应某母板的左下角，每个订单子板i的左下角坐标用(x，y)表示，则有：(x
i
，y
i
)表示订单子板i在待组母板的左下角坐标；(x
j
，y
j
)为和i同处于某母板k下的订单子板j的左下角坐标，x
i
、x
j
、y
i
、y
j
均为实数变量；若第i块订单子板位于第j块订单子板空间位置的左方，且二者位于同一块母板内，则al
ij
＝1，否则al
ij
＝0；若第i块订单子板位于第j块订单子板空间位置的下方，且二者位于同一块母板内，则bl
ij
＝1，否则bl
ij
＝0；将辅助中间变量定义为：若第k块母板被使用，则辅助中间变量z
k
＝1，否则z
k
＝0；若第v块板坯断面被使用，则辅助中间变量y
v
＝1，否则y
v
＝0。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，以母板子板间余材最小化为所述优化模型的第一优化目标函数，表达式如下：所述第一优化目标函数表示母板面积和总定单子板面积差值最小；以母板板坯断面间余材最小化为所述优化模型的第二优化目标函数，表达式如下：
所述第二优化目标函数表示板坯断面面积乘以展宽比和对应母板面积的差值最小。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述S3，具体包括：设置算法初始参数；设置g
kv
、h
ik
不同组合关系为初始种群集合，用0
‑
1编码对种群进行编码，之后进行种群初始化，得到子代种群，将子代种群和父代种群进行合并，生成规模为原来2倍大小的种群；设置适应度函数进行种群评估，使得子板在母板上排布的空间利用率最大；设置所述第一阶段的约束，包括：1)约定母板的尺寸上界，拟定板坯断面的展宽比为1.4，则pl
k
、pw
k
均需小于所选择断面的长度、乘以展宽比后的宽度，表示为如下公式的约束：2)规定每种母板只能选择一种板坯断面规格，表示为如下公式的约束：3)被展宽的板坯断面与所设计的母板在体积关系上是相等的，假设两者厚度一致，则体积关系转化为面积关系，表示为如下公式的约束：(pw
k
·
pl
k
‑
1.4sw
v
·
sl
v
)
·
g
kv
＝0,k＝1,...,m,v＝1,...,d4)需确定每块子板有且仅有一块板坯进行装载以满足实际设计需求，表示为如下公式的所述约束：h
ik
≤z
k
，i∈n,k∈m设置种群的交叉及变异，使得子板、母板及板坯间有更多的组合可能性，之后，比较新生种群和上一代种群的适应度函数，选择适应度函数较高的染色体作为下一代种群直至收敛，找到最优解，所述最优解包括g
kv
、h
ik
及pl
k
、pw
k
。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述S4，具体包括：设置所述第二阶段的目标函数，为每个母板减去其所选所有子板面积加和值，设置所述第二阶段的约束，包括：1)为确保两块子板互不重叠，引入惩罚值极大的M来约束空间位置关系，使得每一块子板在空间内互不冲突，表示为如下公式的约束：2)为保证装在同一板坯内的子板之间空间位置关系互不冲突，设定惩罚函数，使得属于同一集合的不同子板i，j在空间中不会相交或重叠，保证了空间上的可行性，表示为如下
公式的约束：3)为保证两块子板之间只能有一种空间位置关系，需要对决定位置关系的决策变量al
ij
和bl
ij
做出约束，两块子板若属于同一块板坯，其空间位置关系只能在上下左右中选择某两种，表示为如下公式的约束：al
ij
+al
ji
+bl
ij
+bl
ji
≥h
ik
+h
jk
‑
1，i，j∈n，k∈m，i≠j使用大规模整数规划求解器进行第二阶段优化求解，求解出表示子板在所选母板上的空间位置关系的al
ij
和bl
ij
。6.一种基于两阶段优化的钢厂中厚板智能二维...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭功状，张博钰，张学军，张勇军，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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