考虑钢水驻留时间期限的炼钢连铸生产调度方法技术

一种考虑钢水驻留时间期限的炼钢连铸生产调度方法，属于信息技术领域，涉及到数学模型构造和求解算法在调度方案编制中的应用。其特征是由模型构造模块、调度方案编制模块和数据库系统组成。在模型构造过程中，考虑了炼钢连铸生产工艺约束，特别是考虑了钢水驻留时间期限，通过对驻留时间期限内的钢水驻留时间给予正常惩罚、对超过期限部分给予较大的惩罚，来平衡各炉次的等待时间，以提高钢水节奏合格率。本发明专利技术解决了背景技术中存在的问题，采用提出的单亲遗传算法可以得到比现有各种调度方法更好的炼钢连铸生产作业计划，减少了在线调整次数，降低了能源与材料消耗，可应用于钢铁企业炼钢连铸生产调度系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种最后阶段为批生产的混合流水车间调度方法，特别是一种，属于信息

技术介绍
炼钢连铸是现代钢铁生产中的核心工序，整个生产过程对钢水的温度和时间都有极高的要求，典型的生产线一般有多台冶炼设备、精炼设备、浇铸设备以及相应的生产辅助设备，钢水一般要经过“冶炼-精炼-浇铸”这样三个大的工序铸造成坯。在炼钢连铸生产过程中，钢水驻留时间是从炼钢结束到连铸机开始浇钢所经过的时间。在钢水驻留过程中，其温降包括冶炼到精炼工序之间的运输和等待过程温降、精炼过程的总温降、精炼到连铸工序之间的运输和等待过程温降。钢水停留时间过长，则钢水浸泡大包时间延长，既增加耐火材料的消耗又影响钢水的质量，且必须通过提高出钢温度或重新升温以保证钢水满足浇注温度的要求，甚至可能造成连铸机的断流，带来更大的损失。如果钢水的驻留时间在其驻留期限以内，则称钢水节奏合格；钢水节奏合格率是衡量经济生产水平的一个重要指标。 在炼钢厂，一般由上一级生产计划系统确定浇次所包含的炉次顺序、浇次的计划开浇时间、浇次对应的连铸机及在连铸机上的浇注顺序，且要求每个浇次内的炉次连续浇注。炼钢连铸生产调度的任务是在炼钢连铸区域有限资源的约束下，根据连铸机的浇铸要求和后续热轧的物料需求，确定在何时、在何种设备上以何种顺序安排钢水从冶炼设备(转炉或电弧炉)到精炼设备的生产，并确定炉次在连铸机上的开工时间，最后形成炼钢连铸生产调度方案的Gantt图。 本专利技术所研究的炼钢连铸调度问题，可以描述为一种最后阶段为批生产的混和flowshop调度问题(HFS)，即要求连铸阶段每个浇次内的炉次严格连续浇注。HFS是一个包括设备指派与作业排序为一体的问题，比一般flowshop调度问题要复杂得多，即使是小规模问题其最优求解也比较困难，而较大规模问题最优求解几乎不可能，该调度问题已被证明是NP-难问题，因此探讨此类问题的快速可行近似算法是一个挑战性的研究课题。唐立新等人在《EuropeanJournal of Operational Research》(欧洲运筹学杂志)2000，120(2)423-435上撰文“Amathematical programming model for scheduling steelmaking-continuous casting production(炼钢连铸生产调度的数学规划模型)”，该文建立了基于准时制的非线性数学规划模型来消除粗调度中的设备冲突，该模型的目标函数为最小化断浇惩罚、炉次的等待惩罚、炉次的提前/拖期惩罚，经过变换可以将此非线性规划模型转换为线性规划模型，进而可以运用标准线性规划程序进行求解。唐立新等人在《International Journal of Production Research》(国际生产研究)2002，40(1)55-70上撰文“Steel-making Process Scheduling Using Lagrangian Relaxation(基于拉格朗日松弛的炼钢过程调度)”，该文把炼钢连铸调度问题描述为整数规划模型，并采用拉格朗日松弛算法来求解，利用次梯度方法来更新拉格朗日乘子，在每一步迭代过程中采用动态规划算法求解拉格朗日松弛问题，然后用两阶段启发式算法将动态规划求得的解“调整修复”为一个可行调度方案。其它学者也对炼钢连铸生产调度进行了研究，但是经文献检索发现，目前所有的研究都没有考虑钢水的驻留时间期限，得出的调度方案可能会出现部分炉次的钢水驻留时间过长，不利于企业降本增效目标的实现；而且在实际生产过程中，则需要增加动态调度的次数，不断地对方案进行修复，影响了生产系统的稳定性。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提出一种考虑钢水驻留时间期限的炼钢连铸生产调度模型，并利用现代智能优化算法(遗传算法、蚁群算法、粒子群算法等)或基于规则的启发式算法来求解该模型。此种调度方法解决了
技术介绍
中存在的不足，可以在较短的计划编制时间里得到比现有各种调度方法更好的炼钢连铸生产作业计划，减少了在线调整次数，降低了能源与材料消耗。 本专利技术的技术方案如下 设计一种可以在微机上运行的炼钢连铸生产调度系统，该系统主要由模型构造和调度方案编制两个模块和数据库系统组成，组成框图如附图1所示。 1.模型构造模块 本专利技术的炼钢连铸生产调度模型考虑了钢水的驻留时间期限，通过对驻留时间期限内的钢水驻留时间给予正常惩罚、对超过期限部分则给予较大的惩罚，在各炉次之间平衡等待时间，以提高钢水节奏合格率。此外，为了加强连铸与热轧工序之间的衔接能力，提高热装率和热装温度，我们根据批量钢材的轧制时间，反推算出浇次计划开浇时间，通过浇次的提前/拖期受限来避免个别浇次偏离计划时间过长，并通过最小化提前/拖期惩罚来协调连铸与热轧间的生产节奏。为了便于本专利技术数学模型的描述，引入下列符号 n浇次编号，n∈{1，2，…，N}，其中N为浇次总数 i炉次编号，i∈{1，2，…，|Ω|}，其中Ω为炉次集合 j阶段编号，j∈{1，2，3}，分别对应冶炼、精炼、连铸三道工序 mj 阶段j的设备编号，mj∈{1，…，Mj} Ωn 浇次n的炉次有序集合，Ωn＝{sn-1+1，sn-1+2，…，sn}(其中s0＝0) pij炉次i在阶段j的标准处理时间，pi1为装入钢料到倒渣结束的时间，pi2为钢水的精炼时间，pi3包括钢包回转台旋转时间和浇铸时间 Tn 浇次n的计划开浇时间，不妨令浇次编号n按Tn升序编号，若计划开浇时间相等，再按对应连铸机号升序编号 冶炼设备m1的最早可用时间 TS 连铸机准备时间 相邻工序设备之间的标准运输时间，若存在加工路径限制，则为一个足够大的正数 tijH 炉次i在相邻工序之间的运输时间，j∈{1，2}对应冶炼到精炼、精炼到连铸两种情况 SiTL 炉次i从炼钢结束到回转台开始旋转之间的驻留时间期限(sojourn time limit) siE 为炉次i的驻留时间期限提前量 siT 为炉次i的驻留时间期限拖期量 Ci1，Ci4 炉次i在其驻留时间期限内、超过期限的单位惩罚费用 Cn2，Cn3 浇次n开浇时间单位提前/拖期的惩罚费用 U 足够大的正整数 tij，cij 炉次i在阶段j的开工时间和完工时间，且cij＝tij+pij 如果炉次i被指派到阶段j(j∈{1，2})的设备mj上，否则 如果在阶段j(j∈{1，2})炉次i1先于炉次i2被加工，否则 为连铸机m3所加工的浇次顺序( 为浇次数) tnE 为浇次n开浇提前量， tnT 为浇次n开浇拖期量， 下面给出本专利技术所考虑的炼钢连铸生产调度问题的数学模型 s.t.j∈{1，2} (2) j∈{1，2}，mj∈{1，…，Mj}(3) j∈{1，2}，mj∈{1，…，Mj}(4) m1∈{1，…，M1}(5) ti+1，3＝ci3， j∈{1，2}(10) j∈{1，2}，mj∈本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考虑钢水驻留时间期限的炼钢连铸生产调度方法，其特征在于：给出一种考虑钢水驻留时间期限的炼钢连铸生产调度模型，并利用现代智能优化算法（遗传算法、蚁群算法、粒子群算法等）或基于规则的启发式算法来求解该模型。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：苏志雄，
申请(专利权)人：苏志雄，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]