一种优化热轧轧制计划顺序的方法技术

一种优化热轧轧制计划顺序的方法，依次包括轧制计划次序调整和轧制计划物料次序调整两大步骤，所述轧制计划次序调整步骤采用模拟退火算法改变轧制计划的先后次序；所述轧制计划物料调整步骤采用变邻域搜索算法，其包括改变每个轧制计划内主体材部分加工的顺序以及轧制计划之间主体材的添加、删除、位置交换调整。本发明专利技术方法极大地方便了计划人员的排程工作，将计划人员从繁杂的人工计划编制中解放出来。同时该方法提供了一个整体最优的解决方案，对热轧轧制计划的优化设计具有巨大的现实意义。

【技术实现步骤摘要】

冶金行业制造执行系统(MES，Manufacturing Execution System)热轧作业计划领域。
技术介绍
热轧轧制计划是指示板坯轧制顺序的指令。随着连铸计划的调整和生产的实施，已编制好的轧制计划中的板坯切断时间可能发生变化，对于这种变化需要通过轧制计划的顺序调整和轧制计划间物料的调整来实现轧制计划的整体优化。在计划调整时即要考虑轧制规程，又要兼顾合同交货期、连铸热轧衔接、后续工序要求等诸多复杂因素。人工调整难以得到一个整体优化的结果。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种用模型来优化热轧轧制计划顺序的方法。轧制计划顺序的优化是在考虑合同交货期、轧制规程、连铸热轧衔接、后续工序要求等许多复杂因素的基础上做出的，在处理上主要做如下考虑烫辊材由于数量和种类的限制，烫辊材基本没有可调整的余地，在调整物料时只调整主体材，不涉及到烫辊材；优化策略轧制计划顺序优化可以通过调整轧制计划顺序和调整轧制计划间的物料两种实现，但是如果同时调整轧制计划的顺序及物料的顺序，需要同时考虑的约束过多，而且两种调整互相影响，不利于算法的高效实现。基于这种考虑，在优化轧制计划顺序时分两步来实现——轧制计划次序调整和轧制计划物料调整。其中轧制计划次序调整只改变轧制计划的先后次序，不改变每个轧制计划内部所包含的物料；轧制计划物料调整改变每个轧制计划内主体材部分加工的顺序以及轧制计划之间主体材的添加、删除、位置交换等调整。通过轧制计划次序调整和轧制计划物料调整，达到提高热装比、提高连续冷装和热装区间长度的目标。根据轧制计划次序调整和轧制计划物料调整问题的特点处理的对象都是离散的(轧制计划或者板坯)，问题的目标为最大化调整后的热装比或最大化连续冷装/热装的区间长度，工艺规程约束较多。这两个问题都属于带有复杂约束的组合优化问题，可以建立相应的整数规划模型。轧制计划次序的所有可能排列可以达到n！个(n为板坯数量)，由于轧制计划次序调整过程中没有打破原有的轧制计划，调整后主要发生变化的就是板坯的轧制时间，所以算法搜索的过程中绝大部分工艺规程都不必检验，在得到一个新的轧制计划序列后只需检验板坯的切断时间和轧制时间是否匹配。问题所要满足的约束相对比较容易处理，设计算法决定采用模拟退火算法。该算法已经有比较成熟的模型，在组合优化问题上有较为成功的应用。轧制计划物料调整问题相对复杂，在可能的调整方式中包括从某个轧制计划中删除板坯并将删除的板坯插入其他的轧制计划中、将轧制计划中的板坯位置相互调换以及整个连续冷装/热装区间的位置调整等。算法要求能够分别实现这几种调整方式的要求，并可以将这些调整方式进行适当的组合。设计算法决定采用变邻域搜索算法，该算法通过设定不同邻域结构对应不同的调整方式，在邻域搜索过程中实现这些调整方式。由于调整中打破了原来的轧制计划，变邻域搜索算法需要与工艺违规判别结合应用。该本专利技术方法极大地方便了计划人员的排程工作，将计划人员从繁杂的人工计划编制中解放出来。同时该方法提供了一个整体最优的解决方案，对热轧轧制计划的优化设计具有巨大的现实意义。以下结合附图及实施例进一步说明本专利技术。附图说明图1为轧制计划顺序优化流程图；图2为轧制计划次序调整流程；图3为轧制计划板坯调整流程。具体实施例方式，分两步实现首先是轧制计划次序调整，以轧制计划为最小单位调整计划的先后顺序，不涉及计划内部的物料的变更；然后在轧制计划次序调整的基础上进行轧制计划物料调整，这一步调整以板坯为单位，只涉及到轧制计划内部和轧制计划间的物料的变更。轧制计划顺序优化的总体原则是在确定的轧制计划单元的基础上做有限的调整，并不做大范围的调整。在算法搜索过程中如果出现违反工艺规则的中间解，一般的策略就是将其放弃，而不做针对规则的调整。轧制计划顺序优化流程图如图1所示。(1)轧制计划次序调整轧制计划次序调整是一个复杂度为阶乘级(0(n！))的组合优化问题，不能用遍历搜索空间的方法解决。求解采用模拟退火算法，模拟退火算法是一种比较成熟的智能算法，适用于搜索空间很大的组合优化问题。为了提高算法的性能，在算法中加上一个禁忌表的数据结构，保留最近搜索的几个解。轧制计划次序调整模型的解的表现形式为一个轧制计划号的序列，用轧制计划次序确定后相应的热装比衡量解的质量。模型描述maxΣi=1nCfin---(1)]]>minΣi=1ntri-tci---(2)]]>s.t. tri≥tci+T i∈{1，2，…，n} (3)其中n 板坯的总数量；Cfi第i块板坯的热装比标记(i＝1，2，…，n)，1为热装，0为冷装；tri第i块板坯的轧制时间；tci第i块板坯的切断时间；T 连铸到热轧的传搁时间。公式(1)、公式(2)表示轧制计划次序调整的优化目标为最大化调整后的热装比和最小化所有板坯的在板坯库中的总停留时间。这是一个多目标组合优化问题，两个目标具有不同的优先级，在算法运行过程中判断可行解的质量依次用公式(1)、公式(2)的值来比较。公式(3)表示轧制计划次序调整必须遵守切断时间与轧制时间匹配的要求，板坯的轧制时间必须不小于切断时间与传搁时间之和。由于轧制计划次序调整没有破坏原有的轧制计划，所以优化过程中无需考虑工艺规程约束。求解步骤轧制计划次序调整模型解一个轧制计划号的序列，用轧制计划次序确定后相应的热装比和板坯在库总停留时间评价解的质量。求解步骤1)给出轧制计划次序初始解X0，和退火温度初始值T0，阀值Tmin，退火温降系数α，计算出与X0相应的热装比R0和板坯在库总停留时间t，建立一维空数组Tl作为禁忌表，令最优解Xbest＝X0，退火温度T＝T0，用T0更新禁忌表；2)在X0的邻域中随机选取一点X；3)判断X是否在Tl中，如果X在Tl中转到第2步，如果X不在Tl中，用X更新Tl，然后转到4)；4)判断X的时间匹配(公式(3))，如果满足时间匹配要求计算X的热装比R和板坯在库总停留时间并转到5)，如果不匹配直接转到2)；5)判断X是否优于X0，如果X优于X0，转到7)并判断是否X优于Xbest，如果X优于Xbest令Xbest＝X；如果X不优于X0，转到6)；6)计算解的接收概率P=exp(R-R0T),]]>生成随机数rand∈，如果P≥rand，转到7)，否则转到2)；7)令X0＝X，R0＝R，T＝T*α8)判断是否达到算法停止条件，如果是停止，给出Xbest作为最终解，如果不是转到2)。轧制计划次序调整流程如图2所示。说明邻域结构解X的邻域结构设置与算法搜索的范围和效率关系很大，这里邻域结构设定为任意选定两个轧制计划将其次序交换形成的所有可能的轧制计划序列组成的集合，该邻域内随机选取的一个解为随机选取的两个轧制计划将其次序互换。初始解初始解可以采用启发式算法生成，将每个轧制计划的切断时间累加求和，将轧制计划按照切断时间的和从小到大的顺序排列，作为轧制计划次序调整的初始解。也可以将轧制计划编制形成的轧制计划作为初始解。解的接受概率模拟退火算法的有效性体现在即使算法搜索到的可行解劣于当前解，算法仍将按照一定的概率接受其作为当前解。这种机制使得模拟退火算法具有跳出局部最优解的能力。本算法中接受概率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种优化热轧轧制计划顺序的方法，依次包括轧制计划次序调整和轧制计划物料次序调整两大步骤，所述轧制计划次序调整步骤采用模拟退火算法改变轧制计划的先后次序；　　　　所述轧制计划物料调整步骤采用变邻域搜索算法，其包括改变每个轧制计划内主体材部分加工的顺序以及轧制计划之间主体材的添加、删除、位置交换调整。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宋健海，毕英杰，郑应根，王蔚林，
申请(专利权)人：上海宝信软件股份有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]