專利名稱：一種煉鋼連鑄生產(chǎn)在線多模式時(shí)間優(yōu)化調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信息技術(shù)領(lǐng)域，涉及運(yùn)籌學(xué)和優(yōu)化算法，特別涉及一種煉鋼連鑄生產(chǎn)在線多 模式時(shí)間優(yōu)化調(diào)度方法。技術(shù)背景煉鋼連鑄生產(chǎn)過程是鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)流程中的核心工序，主要涉及煉鋼、精煉、連鑄三大 工序的一體化作業(yè)計(jì)劃。高爐煉得的鐵水經(jīng)過預(yù)處理后由魚雷車運(yùn)輸?shù)綗掍搹S，然后和廢鋼 混合經(jīng)轉(zhuǎn)爐冶煉為高溫鋼水，再經(jīng)過精煉爐進(jìn)行吹氬攪拌、加合金、真空脫氣等爐外精煉處 理，以滿足鋼水的化學(xué)成分和溫度要求，最后在連鑄機(jī)澆鑄成各種尺寸外形的板壞，為軋鋼 生產(chǎn)提供原料。'jf、鋼連鑄生產(chǎn)過程對物流的連續(xù)性、鋼水溫度和時(shí)間都有極高的要求，需要在保證生產(chǎn) 連續(xù)性的前提下，充分發(fā)揮設(shè)備的生產(chǎn)能力。實(shí)際生產(chǎn)的過程中由于工藝復(fù)雜、設(shè)備繁多以 及現(xiàn)場條件的變化，會時(shí)常出現(xiàn)各種擾動，包括時(shí)間偏差擾動、溫度補(bǔ)償擾動、成分不合格 擾動、澆鑄異常擾動和設(shè)備故障擾動等等。同時(shí)由于生產(chǎn)過程中高溫鋼水不允許有過多的工 序等待，否則由于溫降導(dǎo)致鋼水成分不合格，無法滿足質(zhì)量要求，需要重新進(jìn)行鋼水升溫處 理甚至進(jìn)行鋼種變更。因此當(dāng)生產(chǎn)過程出現(xiàn)擾動時(shí)，必須快速、有效地進(jìn)行在線調(diào)度，保證 生產(chǎn)的順暢進(jìn)行。對以上擾動的調(diào)度方法主要有澆次順序調(diào)整、鋼種變更、精煉工序調(diào)整、 處理時(shí)間調(diào)整等粗調(diào)度，在粗調(diào)度后還需要進(jìn)行時(shí)間優(yōu)化，即微調(diào)度。前這類擾動發(fā)生時(shí)的 整個(gè)在線調(diào)度主要依靠調(diào)度人員人工迸行。由于生產(chǎn)過程中單個(gè)爐次計(jì)劃存在已經(jīng)生產(chǎn)結(jié)束 的工序、正在生產(chǎn)的工序和還沒有生產(chǎn)的工序，以及多個(gè)爐次計(jì)劃存在已經(jīng)生產(chǎn)結(jié)束的爐次 計(jì)劃、正在生產(chǎn)的爐次計(jì)劃和還沒有生產(chǎn)的爐次計(jì)劃，以及不同生產(chǎn)情況下的約束又在不斷 的變化，使得單純依靠人工進(jìn)行微調(diào)度的調(diào)整速度慢、調(diào)度優(yōu)化程度不高。本發(fā)明就是針對 微調(diào)度即計(jì)劃時(shí)間優(yōu)化這一問題，提出一種煉鋼連鑄生產(chǎn)過程擾動情況出現(xiàn)后的在線多模式 時(shí)間優(yōu)化調(diào)度方法，從而滿足實(shí)際生產(chǎn)過程中各種模式下的時(shí)間優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了靈活、優(yōu)化的 在線調(diào)度，在縮短動態(tài)調(diào)度反應(yīng)時(shí)間、提高調(diào)度優(yōu)化程度、降低能源消耗方面獲得顯著成效。目前在生產(chǎn)計(jì)劃編制方面已有多個(gè)專利，如"200510111354.4(煉鋼連鑄生產(chǎn)工藝中的出 鋼計(jì)劃排程方法)"主要了實(shí)現(xiàn)煉鋼連鑄調(diào)度計(jì)劃的靜態(tài)編制；"200410009705.6(—種煉鋼連 鑄生產(chǎn)在線動態(tài)調(diào)度方法)"主要通過滾動搜索優(yōu)化的方式編制動態(tài)作業(yè)計(jì)劃； "200410021578.1(基于規(guī)則的特鋼行業(yè)度問題，沒有涉及到煉鋼連鑄生產(chǎn)計(jì)劃在執(zhí)行過程中的各種擾動情況發(fā)生時(shí)需要不同方式的 在線時(shí)間調(diào)度問題。而本發(fā)明則主要針對煉鋼連鑄生產(chǎn)計(jì)劃在執(zhí)行過程中，擾動發(fā)生時(shí)粗調(diào) 度之后的各種時(shí)間調(diào)度問題，提供一種煉鋼連鑄生產(chǎn)在線多模式時(shí)間優(yōu)化調(diào)度方法。發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有煉鋼連鑄生產(chǎn)時(shí)間優(yōu)化調(diào)度存在的問題，本發(fā)明提供一種煉鋼連鑄生產(chǎn)在線多 模式時(shí)間優(yōu)化調(diào)度方法。本發(fā)明采用一種可以運(yùn)行于微機(jī)上的煉鋼連鑄生產(chǎn)計(jì)劃在線優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 工藝參數(shù)設(shè)置模塊、生產(chǎn)實(shí)績接受模塊、模型算法參數(shù)設(shè)置模塊、基本調(diào)度模型構(gòu)造模塊、 多模式時(shí)間優(yōu)化調(diào)度模型構(gòu)造模塊、多模式時(shí)間優(yōu)化調(diào)度模塊和本地?cái)?shù)據(jù)庫Microsoft SQL Server2000。本地?cái)?shù)據(jù)庫Microsoft SQL Server2000分別與工藝參數(shù)設(shè)置模塊、生產(chǎn)實(shí)績接受 模塊、模型算法參數(shù)設(shè)置模塊、基本調(diào)度模型構(gòu)造模塊、多模式時(shí)間優(yōu)化調(diào)度模型構(gòu)造模塊 和多模式時(shí)間優(yōu)化調(diào)度模塊相連；生產(chǎn)實(shí)績接受模塊與基本調(diào)度模型構(gòu)造模塊相連，模型算 法參數(shù)設(shè)置模塊與基本調(diào)度模型構(gòu)造模塊相連；基本調(diào)度模型構(gòu)造模塊與多模式時(shí)間優(yōu)化調(diào) 度模型構(gòu)造模塊相連；多模式時(shí)間優(yōu)化調(diào)度模型構(gòu)造模塊與多模式時(shí)間優(yōu)化調(diào)度模塊相連。本發(fā)明的調(diào)度方法包括以下步驟 步驟一 設(shè)置工藝參數(shù)，包括設(shè)備屬性參數(shù)、設(shè)備處理時(shí)間、運(yùn)輸時(shí)間、計(jì)劃狀態(tài)碼和制造 標(biāo)準(zhǔn)；步驟二設(shè)置模型算法參數(shù)，包括模型懲罰系數(shù)、優(yōu)化模式參數(shù)； 步驟三接受生產(chǎn)實(shí)績信息，并與設(shè)定的工藝參數(shù)進(jìn)行差值計(jì)算；接受的生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)包括時(shí)間實(shí)績信息、鋼水溫度實(shí)績信息和鋼水成分實(shí)績信息；生產(chǎn) 實(shí)績信息分別與設(shè)定的計(jì)劃時(shí)間值、鋼水標(biāo)準(zhǔn)溫度值和鋼水標(biāo)準(zhǔn)成分值進(jìn)行差值計(jì)算。 步驟四通過界面形式給出具體的擾動類別、偏差類型和偏差值，并給出粗調(diào)度建議方法； 步驟五粗調(diào)度，即根據(jù)粗調(diào)度建議方法進(jìn)行計(jì)劃調(diào)整； 步驟六獲取爐次計(jì)劃信息、設(shè)備信息和粗調(diào)度結(jié)果信息；步驟七建立基本時(shí)間調(diào)度模型，并根據(jù)基本時(shí)間調(diào)度模型和實(shí)際情況建立在線多模式時(shí)間 優(yōu)化調(diào)度模型；步驟八時(shí)間優(yōu)化調(diào)度模式匹配，并根據(jù)粗調(diào)度結(jié)果，進(jìn)行在線時(shí)間優(yōu)化，給出新調(diào)度計(jì)劃； 步驟九根據(jù)優(yōu)化模型的計(jì)算結(jié)果給出的新的調(diào)度計(jì)劃，進(jìn)行現(xiàn)場時(shí)間調(diào)度。本發(fā)明的基本時(shí)間調(diào)度模型為針對煉鋼連鑄生產(chǎn)過程中，單個(gè)爐次計(jì)劃存在已經(jīng)生產(chǎn) 結(jié)束的工序、正在生產(chǎn)的工序和還沒有生產(chǎn)的工序，以及多個(gè)爐次計(jì)劃存在已經(jīng)生產(chǎn)結(jié)束的爐次計(jì)劃、正在生產(chǎn)的爐次計(jì)劃和還沒有生產(chǎn)的爐次計(jì)劃；在線時(shí)間優(yōu)化時(shí)的計(jì)劃對象是澆鑄沒有結(jié)束的計(jì)劃；工序?qū)ο笫菦]有開始生產(chǎn)的工序。采用生產(chǎn)進(jìn)度時(shí)間概念，對已經(jīng)生產(chǎn)結(jié)束的工序和正在生產(chǎn)的工序時(shí)間使用變量常量化技術(shù)建立該種情況下的煉鋼連鑄生產(chǎn)在線時(shí)間優(yōu)化調(diào)度基本模型，基本時(shí)間調(diào)度模型為
<formula>formula see original document page 7</formula>X " 0" Q ， _/ e 0 ; 附式中，/為爐次序號；Q為沒有澆鑄結(jié)束的爐次的集合，z'eQ,IQI為總爐次數(shù)；n為澆次號，iV為澆次數(shù)，"=l，2,...,iV; Q。為第"澆次中沒有澆鑄結(jié)束的爐次集合，
nQ2 n…nf^ -O且Q, uQ2 u…uf^ =n; Q。為澆次中的第一個(gè)爐次且沒有開始澆鑄的爐次集合；A為爐次/的工序總數(shù)，3&,、6; _/為工序序號，^(w."為爐次S/a,A:)的工序總數(shù)；0!為爐次/的所有工序集合；0,為爐次/的沒有開始生產(chǎn)的工序集合；0S",,,^為爐次S/a,A:)的沒有開始生產(chǎn)的工序集合；M為機(jī)器總臺數(shù)；A:為機(jī)器序號，s^為爐次z'在工序y的機(jī)器A上的原加工開始時(shí)間；/ Q為爐次z'在工序y的機(jī)器it上的工藝
標(biāo)準(zhǔn)加工時(shí)間；p^為爐次Z'在工序7的機(jī)器A上的實(shí)際加工時(shí)間；^C為爐次/在連鑄工序^的機(jī)器A上的工藝標(biāo)準(zhǔn)加工時(shí)間；/<^為爐次/在連鑄工序y的機(jī)器A上的實(shí)際加工時(shí)間；W^為爐次從機(jī)器/t到機(jī)器W的運(yùn)輸時(shí)間；57(/,/,"為爐次f在工序/'機(jī)器A上的緊后爐次；C1"為澆次M的斷澆懲罰系數(shù)；C2&.為爐次f在工序y和工序J' + l之間的冗余等待時(shí)間懲罰系數(shù)；C3"為澆次W的非準(zhǔn)時(shí)開澆懲罰系數(shù)；人為澆次"的原開澆時(shí)間；a《Y^為澆次之間的間隔時(shí)間；T^為生產(chǎn)進(jìn)度時(shí)間；Xfl(,，^， t>,A為爐次5/(^,，^在工序&(,^)的機(jī)器A;上的
優(yōu)化后的加工開始時(shí)間；JT,^為爐次/在工序A的機(jī)器A:上的優(yōu)化后的加工開始時(shí)間；為爐次/在工序J' + l的機(jī)器A:'上的優(yōu)化后的加工開始時(shí)間；X,^"為爐次S/a&AO在工序
/的機(jī)器A:上的優(yōu)化后的加工開始時(shí)間；模型的決策變量J^,為爐次/在工序y的機(jī)器A:上的
優(yōu)化后的加工開始時(shí)間；連鑄機(jī)上的斷澆懲罰費(fèi)用為
f Z C1"(Z一,"，,…^ — - W"》；
",(,.',.4)e0w(M,',t)
工序間的等待懲罰費(fèi)用為S ^C2,(x,》'，-Xw - - "^,);
_/ +e 0 ,
澆次非準(zhǔn)時(shí)開澆的懲罰費(fèi)用為f Z C3j義^j - J |。本發(fā)明的基本時(shí)間調(diào)度模型的約束條件為
(1) 表示在同一設(shè)備上的相鄰爐次要等前一爐次處理完后才能處理下一爐次。
(2) 表示在同一爐次要等前一工位處理完后才能進(jìn)行下一工位的處理。
(3) 表示相鄰的兩個(gè)澆次之間需要間隔時(shí)間。
(4) 表示正在生產(chǎn)或者己生產(chǎn)結(jié)束的爐次工序時(shí)間等于原加工開始時(shí)間。
(5) 表示沒有開始生產(chǎn)的工序時(shí)間大于生產(chǎn)進(jìn)度時(shí)間。
(6) 表示決策變量取非負(fù)值。
本發(fā)明在時(shí)間優(yōu)化調(diào)度過程中將整個(gè)工序分為兩大工序連鑄工序和非連鑄工序(包括轉(zhuǎn)爐工序和精煉工序)，在時(shí)間優(yōu)化調(diào)度過程中分為兩種方式連鑄工序和非連鑄工序同時(shí)進(jìn)行時(shí)間優(yōu)化；連鑄工序作業(yè)時(shí)間不變，非連鑄工序進(jìn)行時(shí)間優(yōu)化。另外，粗調(diào)度會對某些工序處理時(shí)間進(jìn)行修改，從而使得計(jì)劃在某些工序中是按照工藝標(biāo)準(zhǔn)處理時(shí)間進(jìn)行加工，而在某些工序是按照調(diào)整后的處理時(shí)間(稱為實(shí)際處理時(shí)間)進(jìn)行加工。根據(jù)以上分析可以看出，不同生產(chǎn)情況下微調(diào)度考慮的約束是動態(tài)變化的，本發(fā)明通過建立多模式時(shí)間優(yōu)化調(diào)度模型解決實(shí)際生產(chǎn)過程中的在線優(yōu)化調(diào)度問題，多模式時(shí)間優(yōu)化調(diào)度模型包括-(1)連鑄工序、非連鑄工序同時(shí)進(jìn)行時(shí)間優(yōu)化
在粗調(diào)度中進(jìn)行澆次內(nèi)計(jì)劃順序變化、鋼種變更等調(diào)整時(shí)，計(jì)劃在連鑄工序、非連鑄工
序出現(xiàn)作業(yè)時(shí)間的變化，均可能出現(xiàn)時(shí)間可優(yōu)化性問題，此時(shí)的微調(diào)度需要對連鑄工序、非連鑄工序同時(shí)進(jìn)行時(shí)間優(yōu)化。另外，根據(jù)此類粗調(diào)度中對工序處理時(shí)間是否調(diào)整的情況具體再細(xì)分為以下四種情況
1)模式l:連鑄工序、非連鑄工序處理時(shí)間均按工藝標(biāo)準(zhǔn)處理時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化。
此種情況粗調(diào)度沒有對各工序的處理時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，即計(jì)劃在工序的處理時(shí)間均為工藝標(biāo)準(zhǔn)處理時(shí)間。此時(shí)直接采用基本時(shí)間調(diào)度模型，但模型中的設(shè)備處理時(shí)間均采用工藝標(biāo)準(zhǔn)處理時(shí)間p^，記為模型I，即
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7種〉T, z.eQ，_/e0,. (5)X '" 0 e Q , y. e 0 ; (6)
2)模式2:連鑄工序處理時(shí)間按工藝標(biāo)準(zhǔn)處理時(shí)間、非連鑄工序按實(shí)際處理時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化。
在生產(chǎn)過程中為加快生產(chǎn)節(jié)奏會縮短計(jì)劃在非連鑄工序的處理時(shí)間，或由于鋼水溫度降低需要延長計(jì)劃在某些精煉工序的升溫處理時(shí)間。此種情況粗調(diào)度對非連鑄各工序的處理時(shí)間進(jìn)行了調(diào)整，此時(shí)采用基本時(shí)間調(diào)度模型，但該模型中涉及連鑄工序的設(shè)備處理時(shí)間采用工藝標(biāo)準(zhǔn)處理時(shí)間p&，涉及非連鑄工序的設(shè)備處理時(shí)間均采用實(shí)際處理時(shí)間; ；，記為模型II，即
mm
=1<formula>formula see original document page 10</formula>
3)模式3:連鑄工序處理時(shí)間按實(shí)際處理時(shí)間、非連鑄工序按工藝標(biāo)準(zhǔn)處理時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化。
某些情況下的粗調(diào)度過程中會使得計(jì)劃在連鑄工序出現(xiàn)微小的時(shí)間沖突，考慮到連鑄機(jī) 拉速可調(diào)性，粗調(diào)度會通過調(diào)整拉速來改變計(jì)劃在連鑄工序的處理時(shí)間，此時(shí)采用基本時(shí)間 調(diào)度模型，但該模型中涉及非連鑄工序的設(shè)備處理時(shí)間采用工藝標(biāo)準(zhǔn)處理時(shí)間PQ，涉及連
鑄工序的設(shè)備處理時(shí)間均采用實(shí)際處理時(shí)間/7^,記為模型iii,艮p:<formula>formula see original document page 10</formula><formula>formula see original document page 11</formula>(7) 4).模式4:連鑄工序、非連鑄工序均按實(shí)際處理時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化。
當(dāng)模式3和模式4的情況同時(shí)發(fā)生時(shí)，即連鑄工序、非連鑄工序的處理時(shí)間均進(jìn)行了調(diào) 整時(shí)，此時(shí)采用基本時(shí)間調(diào)度模型，模型中涉及連鑄工序、非連鑄工序的設(shè)備處理時(shí)間均采 用實(shí)際處理時(shí)間; 4，記為模型IV，即
<formula>formula see original document page 11</formula>(2)連鑄工序作業(yè)時(shí)間不變，非連鑄工序進(jìn)行時(shí)間優(yōu)化
在粗調(diào)度中若只對非連鑄工序進(jìn)行了調(diào)整，包括精煉時(shí)間的調(diào)整和OB升溫處理，而使 得計(jì)劃在連鑄工序的作業(yè)沒有發(fā)生改變，此時(shí)為了保持原有的連澆特性和澆鑄時(shí)間，僅需要 對非連鑄工序進(jìn)行時(shí)間優(yōu)化。此時(shí)采用基本時(shí)間調(diào)度模型，但模型中需增加約束條件
L,*= feQ (7) 其中，W,^為爐次z'在工序^的機(jī)器A:上的原加工開始時(shí)間。
另外，根據(jù)粗調(diào)度中對非連鑄工序處理時(shí)間是否調(diào)整的情況再分為以下兩種情況
1)模式5:非連鑄工序處理時(shí)間均按工藝標(biāo)準(zhǔn)處理時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化。
粗調(diào)度沒有對非連鑄工序的處理時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，即計(jì)劃在非連鑄工序的處理時(shí)間均為工 藝標(biāo)準(zhǔn)處理時(shí)間。此時(shí)采用基本時(shí)間調(diào)度模型，但模型中的非連鑄工序設(shè)備處理時(shí)間均采用工藝標(biāo)準(zhǔn)處理時(shí)間PV，記為模型v，即<formula>formula see original document page 12</formula>
<formula>formula see original document page 12</formula><formula>formula see original document page 12</formula><formula>formula see original document page 12</formula><formula>formula see original document page 12</formula><formula>formula see original document page 12</formula><formula>formula see original document page 12</formula><formula>formula see original document page 12</formula>2)模式6:非連鑄工序處理時(shí)間均按實(shí)際處理時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化。
粗調(diào)度對非連鑄工序的處理時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，此時(shí)采用基本時(shí)間調(diào)度模型，但模型中的非
連鑄工序設(shè)備處理時(shí)間均采用實(shí)際處理時(shí)間j^,，記為模型VI，即<formula>formula see original document page 12</formula>%諷.=W #/ e n力e 0 ; — , C4) z妙〉r, /eQ，ye0, (5) X vt》0 / e D , y e 0 ; (6)
(7)
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為在時(shí)間優(yōu)化調(diào)度中充分考慮了工藝約束、設(shè)備約束和調(diào)度人員各種方
式的決策要求，減少了人工調(diào)整計(jì)劃次數(shù)，縮短了在線調(diào)度時(shí)間，減少了鋼水冗余等待時(shí)間。


圖1為本發(fā)明的煉鋼連鑄生產(chǎn)計(jì)劃在線多模式時(shí)間優(yōu)化系統(tǒng)框圖2為本發(fā)明的煉鋼連鑄生產(chǎn)在線多模式時(shí)間優(yōu)化調(diào)度整體處理流程圖3為本發(fā)明的生產(chǎn)實(shí)績接受處理流程圖4為本發(fā)明的擾動識別處理流程圖5為本發(fā)明的在線人工調(diào)整建議處理流程圖6為本發(fā)明的在線時(shí)間優(yōu)化調(diào)度模式匹配及優(yōu)化處理流程圖7為時(shí)間優(yōu)化前的爐次生產(chǎn)Gantt圖8為時(shí)間優(yōu)化后的爐次生產(chǎn)Gantt圖中[]表示已經(jīng)停止生產(chǎn)工序，m^表示正在運(yùn)行的生產(chǎn)工序，ES23表示未運(yùn)行 的生產(chǎn)工序；—表示加工時(shí)間被延長的工藝，tiiii^Mil^表示有時(shí)間沖突的生產(chǎn)工序。
具體實(shí)施例方式
下面以某鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)際調(diào)度問題為例，結(jié)合附圖進(jìn)一步對本發(fā)明的一種煉鋼連鑄 生產(chǎn)多模式時(shí)間優(yōu)化調(diào)度方法進(jìn)行說明。
本發(fā)明的該系統(tǒng)包括工藝參數(shù)設(shè)置模塊、生產(chǎn)實(shí)績接受模塊、模型算法參數(shù)設(shè)置模塊、
基本調(diào)度模型構(gòu)造模塊、多模式時(shí)間優(yōu)化調(diào)度模型構(gòu)造模塊、多模式時(shí)間優(yōu)化調(diào)度模塊和本
地?cái)?shù)據(jù)庫Microsoft SQL Server2000，其中本地?cái)?shù)據(jù)庫Microsoft SQL Server2000分別與工藝參
數(shù)設(shè)置模塊、生產(chǎn)實(shí)績接受模塊、模型算法參數(shù)設(shè)置模塊、基本調(diào)度模型構(gòu)造模塊、多模式
時(shí)間優(yōu)化調(diào)度模型構(gòu)造模塊和多模式時(shí)間優(yōu)化調(diào)度模塊相連；生產(chǎn)實(shí)績接受模塊與基本調(diào)度
模型構(gòu)造模塊相連，模型算法參數(shù)設(shè)置模塊與基本調(diào)度模型構(gòu)造模塊相連；基本調(diào)度模型構(gòu)
造模塊與多模式時(shí)間優(yōu)化調(diào)度模型構(gòu)造模塊相連；多模式時(shí)間優(yōu)化調(diào)度模型構(gòu)造模塊與多模
式時(shí)間優(yōu)化調(diào)度模塊相連，系統(tǒng)框圖如圖1所示。生產(chǎn)線包括3座轉(zhuǎn)爐(CF-l、 CF-2、 CF-3)、
7臺精煉設(shè)備(RH-1、 RH誦2、 RH-3、 KIP、 CAS-1、 CAS-2、 LF)、 3條連鑄(CC-l、 CC-2、 CC-3),
四種精煉類型、精煉重?cái)?shù)有一重、二重、三重和四重。煉鋼連鑄生產(chǎn)在線多模式時(shí)間優(yōu)化調(diào)度實(shí)施過程如附圖2所示，主要按以下步驟
(1) 設(shè)置工藝參數(shù)，包括設(shè)備屬性參數(shù)、設(shè)備處理時(shí)間、運(yùn)輸時(shí)間、計(jì)劃狀態(tài)碼和制造標(biāo)準(zhǔn)。
(2) 設(shè)置模型算法參數(shù)，包括模型懲罰系數(shù)、優(yōu)化模式參數(shù)。 "爐次序號；
Q:為沒有澆鑄結(jié)束的爐次的集合，/eQ,IQI為總爐次數(shù)； ":為澆次號，W為澆次數(shù)，"=l,2，...,iV; Q :為第W澆次中沒有澆鑄結(jié)束的爐次集合，
QQ:為澆次中的第一個(gè)爐次、且沒有開始澆鑄的爐次集合；
A:爐次/的工序總數(shù)，由于精煉重?cái)?shù)的不同，所有爐次計(jì)劃的工序總數(shù)不是完全一樣的， 最多考慮4重精煉，即3^S,^6; 7 :工序序號，
為爐次S/(/，_/，"的工序總數(shù)；
0',.:爐次/的所有工序集合；
0,:爐次/的沒有開始生產(chǎn)的工序集合；
G)^,W)為爐次S/(/，7，"的沒有開始生產(chǎn)的工序集合；
似機(jī)器總臺數(shù)；
h機(jī)器序號，1SA:SM;
:爐次/在工序_/的機(jī)器A:上的原加工開始時(shí)間；
為爐次？在工序A的機(jī)器A上的原加工開始時(shí)間； 聲',爐次/在工序_/的機(jī)器A:上的工藝標(biāo)準(zhǔn)加工時(shí)間； ;^,:爐次/在工序y的機(jī)器A上的實(shí)際加工時(shí)間； M>,，t為爐次Z'在連鑄工序&的機(jī)器^上的工藝標(biāo)準(zhǔn)加工時(shí)間； 為爐次f'在連鑄工序&的機(jī)器A上的實(shí)際加工時(shí)間； 爐次從機(jī)器A:到機(jī)器&'的運(yùn)輸時(shí)間； S/(/，/,A:):爐次i在工序7機(jī)器A上的緊后爐次； Cl":澆次W的斷澆懲罰系數(shù)；
C2y :爐次/在工序_/和工序_/ + 1之間的冗余等待時(shí)間懲罰系數(shù)；C3 :澆次"的非準(zhǔn)時(shí)開澆懲罰系數(shù)；
澆次W的原開澆時(shí)間； "力t。,,澆次之間的間隔時(shí)間；
r 。w:生產(chǎn)進(jìn)度時(shí)間；
為爐次^("，^在工序^(^)的機(jī)器^上的優(yōu)化后的加工開始時(shí)間；
《，W為爐次/在工序^的機(jī)器A:上的優(yōu)化后的加工開始時(shí)間；
《,^.為爐次z'在工序7+l的機(jī)器^上的優(yōu)化后的加工開始時(shí)間； J^。^)力為爐次S/(z"，yt)在工序/的機(jī)器A上的優(yōu)化后的加工開始時(shí)間；
X^:爐次/在工序y的機(jī)器A上的優(yōu)化后的加工開始時(shí)間，為模型的決策變量； 連鑄機(jī)上的斷澆懲罰費(fèi)用為^ T r, v 、；
工序間的等待懲罰費(fèi)用為Z ^'C2"X,^葉-X^ — /p/y4 —
乂 = 1
澆次非準(zhǔn)時(shí)開澆的懲罰費(fèi)用為f J] C3w|z,,s,，t - / |。
s,e 6),
(3) 如圖3所示，接受生產(chǎn)實(shí)績數(shù)據(jù)，包括轉(zhuǎn)爐設(shè)備生產(chǎn)實(shí)績數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)爐設(shè)備代碼、制造命
令號、出鋼記號、鋼號、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀況、運(yùn)轉(zhuǎn)狀況變更時(shí)間、檢測溫度、檢測溫度時(shí)間、
鋼水成分、鋼水成分檢測時(shí)間；精煉設(shè)備生產(chǎn)實(shí)績數(shù)據(jù)精煉設(shè)備代碼、制造命令號、 出鋼記號、鋼號、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀況、運(yùn)轉(zhuǎn)狀況變更時(shí)間、鋼水溫度、鋼水溫度測溫時(shí)間、 鋼水成分和鋼水成分檢測時(shí)間；連鑄設(shè)備生產(chǎn)實(shí)績數(shù)據(jù)連鑄設(shè)備代碼、制造命令號、 出鋼記號、鋼號、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀況、運(yùn)轉(zhuǎn)狀況變更時(shí)間、剩余鋼水量、注入終時(shí)刻、板坯 厚度、偶流寬度、奇流寬度、偶流當(dāng)前拉速、奇流當(dāng)前拉速、鋼包鋼水溫度和鋼包鋼水 溫度測溫時(shí)刻。將轉(zhuǎn)爐設(shè)備生產(chǎn)實(shí)績數(shù)據(jù)寫入轉(zhuǎn)爐設(shè)備接口表和動態(tài)控制表，精煉設(shè)備 生產(chǎn)實(shí)績數(shù)據(jù)寫入精煉設(shè)備接口表和動態(tài)控制表，連鑄設(shè)備生產(chǎn)實(shí)績數(shù)據(jù)寫入連鑄設(shè)備 接口表和動態(tài)控制表。設(shè)備接口表和動態(tài)控制表均在本地?cái)?shù)據(jù)庫Microsoft SQL
Server2000中。并與分別與設(shè)定的計(jì)劃時(shí)間值、鋼水標(biāo)準(zhǔn)溫度值和鋼水標(biāo)準(zhǔn)成分值進(jìn)行 差值計(jì)算。
(4) 如圖4所示，讀取動態(tài)控制表信息，根據(jù)其中信息讀取相應(yīng)設(shè)備接口表實(shí)績數(shù)據(jù)信息， 進(jìn)行擾動識別若為工序時(shí)間信息，則將實(shí)績時(shí)間信息與計(jì)劃時(shí)間信息進(jìn)行比較，比較的方法是將實(shí)績時(shí)間減去計(jì)劃時(shí)間，當(dāng)差值為負(fù)且超出預(yù)先設(shè)定值時(shí)，確定擾動發(fā)生,， 擾動類別為時(shí)間提前偏差擾動，當(dāng)差值為正且超出預(yù)先設(shè)定值時(shí)，確定擾動發(fā)生，擾動 類別為時(shí)間延遲偏差擾動；若為溫度信息，則將實(shí)績溫度信息與計(jì)劃溫度信息進(jìn)行比較， 比較的方法是將實(shí)績溫度減去計(jì)劃溫度，當(dāng)差值為負(fù)且超出預(yù)先設(shè)定值時(shí)，確定擾動發(fā) 生，擾動類別為溫度降低擾動；若為成分信息，則將實(shí)績成分信息與計(jì)劃成分信息進(jìn)行 比較，比較的方法是將實(shí)績各成分值減去計(jì)劃成分值，當(dāng)差值超出預(yù)先設(shè)定值時(shí)，確定 擾動發(fā)生，擾動類別為成分不合格擾動。
(5) 如圖5所示，根據(jù)擾動類別給出具體的粗調(diào)度方法建議對于時(shí)間提前偏差擾動，將與 該計(jì)劃在同一連鑄機(jī)上的前面未生產(chǎn)的計(jì)劃非連鑄工序處理時(shí)間進(jìn)行允許范圍內(nèi)的壓 縮、連鑄工序加快拉速來縮短澆鑄時(shí)間；對于時(shí)間延遲偏差擾動，將該計(jì)劃未生產(chǎn)的工 序處理時(shí)間進(jìn)行允許范圍內(nèi)的壓縮，同時(shí)將與該計(jì)劃在同一連鑄機(jī)上的前面計(jì)劃的連鑄 澆鑄時(shí)間進(jìn)行允許范圍內(nèi)的延長，以保證連澆；對于溫度降低擾動，延長該計(jì)劃精煉工 序的處理時(shí)間進(jìn)行升溫處理，同時(shí)將與該計(jì)劃在同一連鑄機(jī)上的前面一個(gè)計(jì)劃的連鑄澆 鑄時(shí)間進(jìn)行允許范圍內(nèi)的延長，以保證連澆；對于成分不合格擾動，從未編制的澆鑄順 計(jì)劃里選取鋼種規(guī)格滿足要求的計(jì)劃進(jìn)行鋼種變更處理，確定新選計(jì)劃的工序處理設(shè)備 及在連鑄機(jī)上的澆鑄順序，粗調(diào)度結(jié)果如圖7所示。圖7中Tnow線左邊表示的是已經(jīng) 停止的工序，與Tnow線相交的表示正在進(jìn)行的工序；Tnow線右邊表示的還未進(jìn)行的工 序。由圖7可知經(jīng)過粗調(diào)度之后的爐次計(jì)劃4和16、工序12和13上發(fā)生時(shí)間沖突，爐 次計(jì)劃10在LF上的加工時(shí)間被調(diào)整為60分鐘，與工藝標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間相比，延長了連鑄澆 鑄時(shí)間。
(6) 通過本地?cái)?shù)據(jù)庫獲取爐次計(jì)劃信息、設(shè)備信息和粗調(diào)度結(jié)果信息；
(7) 建立基本時(shí)間調(diào)度模型，并根據(jù)基本模型和實(shí)際情況建立在線多模式時(shí)間優(yōu)化調(diào)度模型。
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^/(,),,^,(,,,,,4>,廣1",'^"浙咖， ^"S/("，"eQ。，^(",)e0邵^)(3)<formula>formula see original document page 17</formula>
(8)郊圖(6)所示，進(jìn)行時(shí)間優(yōu)化調(diào)度模式匹配，并根據(jù)粗調(diào)度結(jié)果，進(jìn)行在線時(shí)間優(yōu)化， 給出新的調(diào)度計(jì)劃；根據(jù)步驟6獲得信息可知連鑄工序、非連鑄工序均需要調(diào)整，且按 實(shí)際處理時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化，因此選用模型IV，艮卩
<formula>formula see original document page 17</formula>
由于原問題目標(biāo)函數(shù)屬于非線性問題，為了便于求解，將模型轉(zhuǎn)換為線性模型求解，設(shè)
<formula>formula see original document page 17</formula>
則轉(zhuǎn)換后的線性規(guī)劃問題如下，采用標(biāo)準(zhǔn)線性規(guī)劃程序進(jìn)行求解<formula>formula see original document page 18</formula>
(9)根據(jù)優(yōu)化模型的計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行現(xiàn)場時(shí)間調(diào)度，調(diào)度結(jié)果如圖8所示。由圖8可知，經(jīng) 過時(shí)間優(yōu)化后爐次計(jì)劃4和16、工序12和13上發(fā)生的時(shí)間沖突，以及爐次計(jì)劃10在 LF上的加工時(shí)間被延長的情況都得到了解決；從而縮短了在線調(diào)度時(shí)間，減少了鋼水冗 余等待時(shí)間。
權(quán)利要求
1. 一種煉鋼連鑄生產(chǎn)在線多模式時(shí)間優(yōu)化調(diào)度方法，其特征在于采用一種運(yùn)行于微機(jī)上的煉鋼連鑄生產(chǎn)計(jì)劃在線優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)，該系統(tǒng)步驟包括步驟一設(shè)置工藝參數(shù)，包括設(shè)備屬性參數(shù)、設(shè)備處理時(shí)間、運(yùn)輸時(shí)間、計(jì)劃狀態(tài)碼和制造標(biāo)準(zhǔn)；步驟二設(shè)置模型算法參數(shù)，包括模型懲罰系數(shù)、優(yōu)化模式參數(shù)；步驟三接受生產(chǎn)實(shí)績，并與設(shè)定的工藝參數(shù)進(jìn)行差值計(jì)算；步驟四根據(jù)擾動類別、偏差類型和偏差值，給出粗調(diào)度建議方法；步驟五粗調(diào)度，即根據(jù)粗調(diào)度建議方法進(jìn)行計(jì)劃調(diào)整；步驟六獲取爐次計(jì)劃信息、設(shè)備信息和粗調(diào)度結(jié)果信息；步驟七建立基本時(shí)間調(diào)度模型，并根據(jù)基本時(shí)間調(diào)度模型和實(shí)際情況建立在線多模式時(shí)間優(yōu)化調(diào)度模型；步驟八時(shí)間優(yōu)化調(diào)度模式匹配，進(jìn)行在線時(shí)間優(yōu)化；步驟九根據(jù)優(yōu)化模型的計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行現(xiàn)場時(shí)間調(diào)度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煉鋼連鑄生產(chǎn)在線多模式時(shí)間優(yōu)化調(diào)度方法，其特征在于所述 步驟四的擾動類別包括時(shí)間偏差擾動、溫度補(bǔ)償擾動和成分不合格擾動；時(shí)間偏差擾動類別 包括時(shí)間提前偏差擾動和時(shí)間延遲偏差擾動；溫度補(bǔ)償擾動為溫度降低擾動；所述的偏差值 包括具體的時(shí)間偏差值、溫度偏差值和成分偏差值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煉鋼連鑄生產(chǎn)在線多模式時(shí)間優(yōu)化調(diào)度方法，其特征在于所述 步驟七中的基本時(shí)間調(diào)度模型為-<formula>formula see original document page 2</formula><formula>formula see original document page 3</formula>義砂>^, 7eQjeG)i (5) ,"0 / e Q , _/ e ; (6) 式中，/為爐次序號；Q為沒有澆鑄結(jié)束的爐次的集合，；eQ,IQI為總爐次數(shù)；"為澆 次號，W為澆次數(shù)，/7 = 1，2,...,A^; Q。為第"澆次中沒有澆鑄結(jié)束的爐次集合， D, nQ2 rv,.nf^ -O且Q, uQ2 u...unw = Q; Q。為澆次中的第一個(gè)爐次且沒有開始澆鑄的爐 次集合；A為爐次Z的工序總數(shù)，3",^6; _/為工序序號，^(^)為爐次S/0)的工序總數(shù)；0;為爐次/的所有工序集合； ,.為爐次/的沒有開始生產(chǎn)的工序集合； a(, ) 為爐次S/(i,y,A:)的沒有開始生產(chǎn)的工序集合；M為機(jī)器總臺數(shù)；A為機(jī)器序號，1《A:《M;w^為爐次z'在工序y的機(jī)器;t上的原加工開始時(shí)間；聲^為爐次f在工序/的機(jī)器A上的工藝標(biāo)準(zhǔn)加工時(shí)間；/7^為爐次Z'在工序y的機(jī)器it上的實(shí)際加工時(shí)間；/^. 為爐次/在連鑄工序 S,的機(jī)器;t上的工藝標(biāo)準(zhǔn)加工時(shí)間；p《"為爐次f在連鑄工序J'的機(jī)器^上的實(shí)際加工時(shí)間 W^為爐次從機(jī)器6到機(jī)器A'的運(yùn)輸時(shí)間；S/(/,/，"為爐次/在工序7機(jī)器A上的緊后爐次； Cl"為澆次"的斷澆懲罰系數(shù)；C2y為爐次f在工序)和工序_/ + 1之間的冗余等待時(shí)間懲罰系 數(shù)；C3。為繞次M的非準(zhǔn)時(shí)開澆懲罰系數(shù)；人為澆次"的原開澆時(shí)間；^^^為澆次之間的 間隔時(shí)間；7_為生產(chǎn)進(jìn)度時(shí)間；^(,^),,^為爐次5/("^)在工序 ^)的機(jī)器&上的優(yōu)化后的加工開始時(shí)間；《^為爐次/在工序^的機(jī)器A上的優(yōu)化后的加工開始時(shí)間； 1,，j+W為爐次z'在工序_/ + 1的機(jī)器"上的優(yōu)化后的加工開始時(shí)間；義a(,^" t為爐次S/(z'，s,，" 在工序/的機(jī)器A上的優(yōu)化后的加工開始時(shí)間；模型的決策變量^^為爐次z'在工序/的機(jī)器 A上的優(yōu)化后的加工開始時(shí)間；連鑄機(jī)上的斷澆懲罰費(fèi)用為<formula>formula see original document page 3</formula>工序間的等待懲罰費(fèi)用為<formula>formula see original document page 3</formula>澆次非準(zhǔn)時(shí)開澆的懲罰費(fèi)用為f 2 C 3 |Z , , t -/ I 。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種煉鋼連鑄生產(chǎn)在線多模式時(shí)間優(yōu)化調(diào)度方法，其特征 在于所述步驟七的基本時(shí)間調(diào)度模型的約束條件分別是(1) 為在同一設(shè)備上的相鄰爐次要等前一爐次處理完后才能處理下一爐次；(2) 為在同一爐次要等前一工位處理完后才能進(jìn)行下一工位的處理；(3) 為相鄰的兩個(gè)澆次之間需要間隔時(shí)間；(4) 為正在生產(chǎn)或者已生產(chǎn)結(jié)束的爐次工序時(shí)間等于原加工開始時(shí)間；(5) 為沒有開始生產(chǎn)的工序時(shí)間大于生產(chǎn)進(jìn)度時(shí)間；(6) 為決策變量取非負(fù)值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煉鋼連鑄生產(chǎn)在線多模式時(shí)間優(yōu)化調(diào)度方法，其特征在于所述 的步驟七中的在線多模式時(shí)間優(yōu)化調(diào)度模型包括(1) 連鑄工序、非連鑄工序同時(shí)進(jìn)行時(shí)間優(yōu)化調(diào)度 當(dāng)在線人工進(jìn)行澆次內(nèi)計(jì)劃順序變化或鋼種變更調(diào)整時(shí)，計(jì)劃在連鑄工序、非連鑄工序出現(xiàn)作業(yè)時(shí)間的變化，需要對連鑄工序、非連鑄工序同時(shí)進(jìn)行時(shí)間優(yōu)化，根據(jù)人工調(diào)整時(shí)對 工序處理時(shí)間是否調(diào)整的情況具體細(xì)分為以下四種模式1) 模式l:當(dāng)粗調(diào)度沒有對各工序的處理時(shí)間進(jìn)行調(diào)整時(shí)，在線時(shí)間優(yōu)化時(shí)計(jì)劃連鑄工序和 非連鑄工序處理時(shí)間均按工藝標(biāo)準(zhǔn)處理時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化；2) 模式2:在生產(chǎn)過程中為加快生產(chǎn)節(jié)奏會縮短計(jì)劃在非連鑄工序的處理時(shí)間，或者因鋼水溫度降低需要延長計(jì)劃在精煉工序的升溫處理時(shí)間；此時(shí)粗調(diào)度對非連鑄各工序的處理時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，在線時(shí)間優(yōu)化時(shí)計(jì)劃連鑄工序處理時(shí)間按工藝標(biāo)準(zhǔn)處理時(shí)間，而非連鑄工序按實(shí)際處理時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化；3) 模式3:當(dāng)粗調(diào)度過程中計(jì)劃在連鑄工序中出現(xiàn)微小的時(shí)間沖突時(shí)，根據(jù)連鑄機(jī)拉速的可 調(diào)性，粗調(diào)度通過調(diào)整拉速來改變計(jì)劃在連鑄工序的處理時(shí)間，在線時(shí)間優(yōu)化時(shí)計(jì)劃連鑄工 序處理時(shí)間按實(shí)際處理時(shí)間，而非連鑄工序按工藝標(biāo)準(zhǔn)處理時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化；4) 模式4:當(dāng)連鑄工序、非連鑄工序的處理時(shí)間均進(jìn)行調(diào)整時(shí)，在線時(shí)間優(yōu)化時(shí)對計(jì)劃連鑄 工序和非連鑄工序均按實(shí)際處理時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化；(2) 連鑄工序作業(yè)時(shí)間不變，非連鑄工序進(jìn)行時(shí)間優(yōu)化 在粗調(diào)度中當(dāng)只對非連鑄工序進(jìn)行調(diào)整時(shí)，為保持原有的連澆特性和澆鑄時(shí)間，需要對非連鑄工序進(jìn)行時(shí)間優(yōu)化；因此根據(jù)粗調(diào)度中非連鑄工序處理時(shí)間是否調(diào)整的情況再分為以下兩種情況1) 模式5:當(dāng)粗調(diào)度沒有對非連鑄工序的處理時(shí)間進(jìn)行調(diào)整時(shí)，在線時(shí)間優(yōu)化時(shí)計(jì)劃非連鑄 工序處理時(shí)間按工藝標(biāo)準(zhǔn)處理時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化；2) 模式6:當(dāng)粗調(diào)度對非連鑄工序的處理時(shí)間進(jìn)行調(diào)整時(shí)，在線時(shí)間優(yōu)化時(shí)計(jì)劃非、連鑄工序 處理時(shí)間按實(shí)際處理時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種煉鋼連鑄生產(chǎn)在線多模式時(shí)間調(diào)度方法，該方法步驟包括步驟一設(shè)置工藝參數(shù)，步驟二設(shè)置模型算法參數(shù)，步驟三接受生產(chǎn)實(shí)績，與設(shè)定參數(shù)進(jìn)行差值計(jì)算；步驟四根據(jù)擾動類別、偏差類型和偏差值，給出粗調(diào)度建議；步驟五粗調(diào)度；步驟六獲取爐次計(jì)劃信息、設(shè)備信息和粗調(diào)度結(jié)果信息；步驟七建立基本調(diào)度模型和在線多模式時(shí)間優(yōu)化調(diào)度模型；步驟八時(shí)間優(yōu)化調(diào)度模式匹配，進(jìn)行在線時(shí)間優(yōu)化，給出新的調(diào)度計(jì)劃；步驟九根據(jù)優(yōu)化模型的計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行現(xiàn)場時(shí)間調(diào)度。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是在時(shí)間優(yōu)化調(diào)度中充分考慮了工藝約束、設(shè)備約束和調(diào)度人員各種方式的決策要求，減少了人工調(diào)整計(jì)劃次數(shù)，縮短了在線調(diào)度時(shí)間，減少了鋼水冗余等待時(shí)間。
文檔編號B22D11/00GK101520656SQ200810228928
公開日2009年9月2日 申請日期2008年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月21日
發(fā)明者俞勝平, 煒 劉, 龐新富, 柴天佑, 王秀英, 鄭秉霖 申請人:東北大學(xué)