【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于炼钢-连铸过程天车调度，特别是一种基于贪婪规则多种群遗传算法的炼钢-连铸过程天车调度方法。
技术介绍
1、炼钢-连铸过程天车调度是一个复杂而关键的环节，所有的天车都在同一轨道，各天车相对位置不变，相邻天车不能跨越，因多机多任务特点、时空约束条件限制和存在空间冲突等导致问题难以求解。随着运输设备天车自动化、智能化调度方法的日益发展，炼钢-连铸过程天车调度由人工调度向自动化、智能化调度转变。
2、目前的炼钢-连铸过程天车智能调度方法有，其一，基于将炼钢—连铸车间天车划分成不同的天车作业区间，各天车负责执行起吊和卸载本区间内的吊运任务，同时为跨区间的天车吊运任务建立了天车指派规则，用memetic算法进行求解，但该方法未考虑天车之间的冲突或难以有效地消解天车之间的冲突(王旭,刘士新,王佳.求解具有时空约束的天车调度问题memetic算法[j].东北大学学报(自然科学版),2014,35(2):190-194)；其二，考虑了作业任务优先级，但随着天车移动，其状态、位置不断在发生变化，并未揭示调度过程中天车状态、位置变化规则(何明,唐秋华,王盛龙.炼钢-连铸天车调度规则设计与评价[j].机械设计与制造,2012(9):257-259)；其三，以重钢包和轻钢包为吊运任务，以最大吊运任务完成数和被动移动的路程共同构成优化目标，结合免疫遗传算法建立了天车运行仿真模型，通过迭代循环得到优化的天车调度方案，但模型初始化中并未说明如何为吊运任务分配天车(郑忠,周超,陈开.基于免疫遗传算法的车间天车调度仿真模型[j].系统工程
3、因此，提出一种充分考虑天车之间的冲突处理、任务优先级的设定、调度过程中天车状态、位置变化规则的基于贪婪规则多种群遗传算法的炼钢-连铸过程天车调度方法在本领域内具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于贪婪规则多种群遗传算法的炼钢-连铸过程天车调度方法，基于贪婪规则和多种群遗传算法通过仿真来模拟实际的天车调度过程。解决了天车之间冲突处理、天车被动移动频繁、停车等待时间久、吊运任务等待被运输时间久从而导致钢水冷却再次加热、调度优化无法保证等问题。
2、贪婪规则是指模型在求解天车调度问题时，采用贪婪的策略，并通过仿真来寻找局部最优解，并作为遗传算法的初始解。这种策略在每一步选择中都追求当前最优的选择，以期达到全局最优解。多种群遗传算法则是模拟自然界中的遗传和进化机制，通过种群的多样性和遗传操作来寻找最优解。仿真分为初始种群的获取、算法运行时的仿真，其中包含天车与任务匹配、天车之间冲突的处理、天车优先级的处理、天车状态更新，最终输出天车运行轨迹路线图和天车调度方案。
3、具体步骤包括：
4、步骤一、构建炼钢-连铸过程天车调度仿真模型，内容包括：
5、天车调度仿真模型旨在生成有效的天车调度策略。该模型通过构建一系列规则，来描绘吊运任务选择天车的过程、天车执行吊运任务的过程以及冲突解决的机制。通过这些规则，可以明确每个吊运任务所选择的天车及其执行任务的详细流程，进而确定具体的起吊和卸载时间，从而构成完整的天车调度方案。
6、具体来说，当吊运任务发生时，根据择车规则来确定合适的天车进行作业。选定天车后，根据天车状态的变化来描绘吊运任务的执行过程。如果在天车运行过程中遇到空间冲突，将采取相应措施进行冲突消解，以确保作业的顺利进行。
7、1、炼钢-连铸过程要素抽象与仿真环境设置
8、炼钢-连铸过程分加料跨、精炼跨和连铸跨，共有九台天车。高炉铁水经脱硫预处理后，与废钢加入转炉冶炼。钢水再经lf炉精炼，部分需vd炉真空处理。精炼后钢水入连铸机浇铸，为轧钢提供合格铸坯。
9、天车调度实现过程中使用了以下环境：
10、1)、软件包括windows10软件系统、anaconda3、python3.8、pycharm2021.3.3。
11、2)、涉及到的库函数包括random、matplotlib、pandas、numpy、time。
12、3)、使用python语言做相应的模型实现
13、2、任务择车规则设计
14、吊运任务发生时，需为其分配天车。因负载天车正在执行吊运任务，所以选择空载天车。分配依据为各空载天车与任务的匹配程度，首先考虑各天车与吊运任务的相对位置关系来确定各天车与吊运任务的匹配度，根据起止工位间有无负载状态的天车，分为类型1和类型2。无负载状态的天车则按类型1赋值，否则按类型2。类型1将车间划分为三块，起止工位间匹配度最高为3，起始工位外侧为2，卸载工位外侧为1。类型2根据车间中负载状态的天车将车间划分为2块，若负载天车反向运输，则其左侧空载天车匹配度为1，右侧匹配度为2。反之，此天车左侧的其他空载天车匹配度为2，右侧的为1。若匹配度相同则选择距离吊运任务起吊工位最近的天车。
15、3、天车间冲突消解规则设计
16、车间内天车运行于同一轨道，且相对位置恒定。当相邻天车间距缩减至安全距离时，将产生空间冲突。相邻天车发生冲突后，根据天车执行吊运任务的优先级高低处理冲突，执行优先级低的吊运任务的天车被迫跟随执行优先级高的吊运任务的天车运输。
17、不同的吊运任务具有不同的优先级，重钢包的优先级比空钢包的优先级高，如果同为重钢包，则根据重钢包的最晚卸载时间来确定优先级，空钢包也是如此。
18、4、天车状态参数设计
19、在天车调度的每一时刻，定义天车的各种状态参数能够更好的描述天车在每个时刻的状态，而吊运任务的执行过程，就是根据天车的这些状态参数来表示。天车状态参数有天车当前的位置、天车当前执行的任务序号、天车当前被动移动状态(正常移动则为0，否则为促使此天车被动移动的天车编号)、天车当前阶段(如果无任务则为0，起吊移动阶段为1，起吊阶段为2，负载移动阶段为3，卸载阶段为4)、天车当前的目标位置、天车当前吊运任务的优先级、天车状态是否已更新、时钟(用来记录起吊阶段或卸载阶段的时间)、是否存在后续任务。对状态参数的设计是为了更好的描述天车的状态和轨迹。在天车调度时间范围内，需要在每个时刻对所有天车的所有状态依次进行更新。
20、5、仿真流程设计
21、在仿真模型中，需要确定吊运任务的优先级和必要的参数信息，如炼钢—连铸过程天车之间的安全距离、炼钢—连铸过程天车移动的速度。同时需要输入天车与炼钢—连铸过程中设备的位置信息，这些信息描述了车间的初始状态。
22、在仿真模型中，每个时钟表示一秒，随着时序演进进行以下操作：检查天车是否存在后续任务、任务天车匹配、天车冲突消解、天车状态更新。仿真流程结束时，输出仿真结果。
23、步骤二、改进型遗传算法设计
24、1、适应度函数设计
25、炼钢—连铸过程中涉及天车调度主要考虑精炼钢水调到连铸机浇铸过本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于贪婪规则多种群遗传算法的炼钢-连铸过程天车调度方法，其特征在于，具体步骤包括：
【技术特征摘要】
1.一种基于贪婪规则多种群遗传算法的炼钢-连铸...
【专利技术属性】
技术研发人员：王文博，马湧，
申请(专利权)人：冶金自动化研究设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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