專利名稱：一種提高鋼鐵企業(yè)罩式爐機組物流設(shè)備運行效率的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金信息技術(shù)領(lǐng)域，涉及到自動化技術(shù)，特別是提供了一種提高鋼鐵企業(yè)罩式爐機組物流設(shè)備運行效率的方法和裝置，用于控制罩式爐車間物流設(shè)備的運行。

背景技術(shù)：
罩式爐退火是板卷經(jīng)冷軋工序進行深加工的必要工序，它對于提高鋼卷抗拉強度、屈服強度，改善內(nèi)在機械性能等方面有著十分顯著的效果。罩式爐退火短期過程如表1所示，包括裝爐、扣內(nèi)罩、密封、預(yù)吹掃、扣加熱罩、加熱、卸熱罩、扣冷卻罩、冷卻、卸冷卻罩、卸內(nèi)罩、卸卷等十幾個步驟。罩式爐車間的主要物流設(shè)備是吊機，大部分工序均由吊機協(xié)助完成(包括裝爐，口內(nèi)罩，扣加熱罩，卸加熱罩，卸冷卻罩，卸內(nèi)罩及卸卷)。因此可以將對整個車間生產(chǎn)節(jié)奏的控制及資源的分配轉(zhuǎn)化為對吊機運行的控制。在罩式爐退火生產(chǎn)過程中加熱和冷卻的處理時間較長，而為了節(jié)約生產(chǎn)投入，退火車間的加熱罩和冷卻罩的數(shù)量一般均為爐臺數(shù)量的一半，如果資源分配不合理必然會造成資源的沖突及等待，影響正常的生產(chǎn)節(jié)奏，從而導(dǎo)致不必要的能源浪費。由于罩式爐退火生產(chǎn)具有生產(chǎn)周期長、生產(chǎn)節(jié)奏慢、生產(chǎn)工序復(fù)雜、能量消耗大等特點，使得人工無法得到合理的控制方案，從而出現(xiàn)某些工序的等待時間過長，其所占用的資源的利用率也隨之下降的情況，導(dǎo)致整個罩式爐車間能源浪費嚴(yán)重，生產(chǎn)效率不高，實際生產(chǎn)能力達不到設(shè)計能力，故罩式爐吊機物流調(diào)度成為冷軋生產(chǎn)中的“瓶頸”。
表1罩式爐流程資源信息表

目前，國內(nèi)罩式爐車間的物流操作還僅停留在人工控制階段，主要依靠人工經(jīng)驗對物流設(shè)備進行分配，不能對全局進行有效的把握，缺少合理性及科學(xué)性。好的罩式爐機組物流設(shè)備運行效率控制方法不但可以更好的解決罩式爐車間物流資源的沖突，還可以對生產(chǎn)車間起到有效指導(dǎo)作用，提高罩式爐車間的生產(chǎn)效率，并達到節(jié)能降耗的目的，對實際生產(chǎn)車間有十分重要的意義。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種提高鋼鐵企業(yè)罩式爐機組物流設(shè)備運行效率的控制方法，用于控制罩式爐車間的物流設(shè)備，實現(xiàn)資源的合理配置。它從罩式爐車間生產(chǎn)設(shè)備著手，通過對現(xiàn)場設(shè)備信息的實時監(jiān)控以實現(xiàn)生產(chǎn)信息的實時性；通過對整個生產(chǎn)過程深層次地分析，以實現(xiàn)吊機控制的優(yōu)化控制及資源的合理分配；通過整體及局部的仿真結(jié)構(gòu)、搭建罩式爐生產(chǎn)環(huán)境，以實現(xiàn)系統(tǒng)控制過程的可視化。本發(fā)明不僅可以控制罩式爐車間物流設(shè)備的運行，還可以有效提高罩式爐車間生產(chǎn)設(shè)備的利用率，縮短生產(chǎn)時間，提高生產(chǎn)效率，達到節(jié)能降耗的效果。
本發(fā)明從罩式爐生產(chǎn)的實際情況出發(fā)，經(jīng)過分析與探索，發(fā)現(xiàn)問題可作如下簡化一、在罩式爐生產(chǎn)車間的四個區(qū)域上空各配有一個吊機，兩個吊機共用一個跨。吊機的操作規(guī)范限定了同一跨上兩個吊機的活動范圍，各吊機操作互不影響，不會發(fā)生吊機碰撞，所以可以單獨考慮每個吊機的運行情況，不會影響罩式爐退火過程的控制結(jié)果，罩式爐退火實際生產(chǎn)中的復(fù)雜的多吊機問題便可轉(zhuǎn)化為簡單的單吊機問題；二、不同型號的加熱罩、冷卻罩不可以相互使用，即不同類型的計劃可分開考慮，這樣減小了問題的規(guī)模。
經(jīng)過簡化之后，本發(fā)明主要解決的問題可以描述為給定若干個待退火垛，每個板卷垛要經(jīng)過若干個退火步驟才能完成退火工序。對于每個板卷垛，退火步驟的順序是給定的，且不同的退火步驟需要不同的資源；對于各個資源包括板卷的裝卸操作是通過吊機完成的；吊機及各個資源是有限的。本發(fā)明要做的就是如何控制吊機完成各個退火步驟，從而達到合理分配有限資源，加快生產(chǎn)節(jié)奏的目的。該問題可以通過如下數(shù)學(xué)模型進行描述 min s.t. Teil-Tsil＝PTil Tsil-Teil-1＝STil Tsil+1-Teil≥ATil TSejk-TSsjk＝SsTjk Tsi′l′-Teil≥-U(2-xiljk-xi′l′jk+1)+SUll′(9) j∈{crane}，k∈Kj-{kj} Tsi′，l′-1-Tei，l+1≥-U(2-xiljk-xu′l′jk+1) j∈J-{crane}，k∈Kj-{kj} (10) xiljk∈{0，1} Cmax＝max{Teil|i∈I，l∈Li}(12) 其中， i＝1，...NB，表示爐臺； 1＝1，...，Li，表示爐臺i的第1個加工階段； j＝1，...，NU(NF+NC+1)，表示包括NF個加熱罩，NC個冷卻罩和一個吊機在內(nèi)的資源； k＝1，...，Kj，表示資源j的工作時間段； Xiljk＝1，表示在資源j在第k個時間段用于加工第i和爐臺的第l個工序；否則為0； Teil，表示第i個爐臺的第l個工序的結(jié)束時間； Tsil，表示第i個爐臺的第l個工序的開始時間； PTil，表示第i個爐臺的第l個工序的處理時間； STil，表示第i個爐臺的第l個工序的等待時間； TSsjk，表示第j個資源第k個工作時間段的開始時間； TSejk，表示第j個資源第k個工作時間段的結(jié)束時間； SsTjk，表示第j個資源在第k個工作段內(nèi)的工作時間； ATil，表示第i個爐臺第l階段的準(zhǔn)備時間； U，為無限大整數(shù)； SUll′，表示工序l和l’之間的準(zhǔn)備時間； RTjk，表示資源j實際應(yīng)工作的時間； α，表示吊機利用率懲罰系數(shù)； β，表示加熱罩及冷卻罩懲罰系數(shù)； γ，表示最大完成時間懲罰系數(shù)； 上述目標(biāo)函數(shù)包括三個部分(1)吊機利用率懲罰，罩式爐退火過程中共有8個工序需要吊機調(diào)度，因此，提高吊機的利用率是必要的；模型中用吊機的載物時間來衡量吊機的利用率；對于一批給定的調(diào)度計劃，吊機的載物時間越小，利用率也必然越高；(2)加熱罩及冷卻罩利用率懲罰，罩式爐退火車間內(nèi)罩式爐資源數(shù)量有限是罩式爐生產(chǎn)成為冷軋生產(chǎn)的瓶頸的主要原因；因此，提高加熱罩、冷卻罩的利用率對于提高罩式爐車間生產(chǎn)能力，節(jié)約能源等方面都有很大幫助；(3)最大完成時間懲罰； 約束(2)表示必須給每個爐臺的每個階段分配相應(yīng)的資源； 約束(3)表示每個資源的每個工作時段最多只能用于處理一個爐臺的一個工序； 約束(4)定義了第i個爐臺的第l個工序的處理時間； 約束(5)定義了第i個爐臺的第l個工序的等待時間； 約束(6)表示第i個爐臺的l及l(fā)+1工序之間存在被忽略的工序(充氣及自然冷卻)，此約束中，只有充氣及自然冷卻時ATil為非零數(shù)； 約束(7)表示吊機的所有操作必須嚴(yán)格按照的罩式爐退火工藝要求的順序執(zhí)行； 約束(8)用來定義吊機的總運行時間； 約束(9)表示吊機必須在工序準(zhǔn)備好的前提下才能進行下一個操作； 約束(10)表示對于加熱和冷確操作來說，不同的爐臺應(yīng)用相同的資源時，資源必須是可利用的，也就是說如果加熱罩從爐臺1到爐臺2，那么就要求在加熱罩扣到爐臺2之前必須從爐臺1上卸下； 約束(11)表示變量的取值范圍； 約束(12)對Cmax進行了定義； 從功能上講，本發(fā)明是對罩式爐車間下達的待處理鋼卷計劃的具體執(zhí)行，通過合理控制吊機的運行，解決罩式爐鋼卷垛退火處理從裝爐、扣內(nèi)罩、密封、預(yù)吹掃、扣加熱罩、加熱、卸熱罩、扣冷卻罩、冷卻、卸冷卻罩、卸內(nèi)罩、卸卷這十二個過程的資源分配問題及吊機控制問題，能夠有效地提高罩式爐車間吊機、加熱罩、冷卻罩等有限資源的利用率，解決冷軋廠資源不足的“瓶頸”。具體控制方法如下 第一步生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集 當(dāng)罩式爐鋼卷生產(chǎn)計劃下達之后，用數(shù)據(jù)采集器從現(xiàn)場采集鋼卷的初始信息(例如，計劃交貨期、個處理階段鋼卷操作時間、退火曲線等)以及生產(chǎn)現(xiàn)場各資源(爐臺、加熱罩、冷卻罩)的利用情況，并傳給數(shù)據(jù)處理器。
第二步數(shù)據(jù)分析 根據(jù)生產(chǎn)實際情況，可通過數(shù)據(jù)處理器對輸入信息進行深層次的分析，得到每垛鋼卷在各個階段的處理時間。
第三步生成吊機控制方案 通過控制方案生成器生成吊機的控制方案，控制方案生成器的工作過程分為兩個階段，第一階段是在鋼卷垛到達生產(chǎn)車間后，根據(jù)罩式爐車間資源占用情況，形成合理的資源分配方案；第二階段是根據(jù)資源分配的結(jié)果，應(yīng)用車間內(nèi)可利用吊機模擬執(zhí)行第一階段分配結(jié)果，生成吊機控制方案，并應(yīng)用禁忌搜索策略對控制方案進行改進，若其中產(chǎn)生吊機沖突、時間變更等情況，則對資源的分配做進一步調(diào)整，直到得獲得滿意的結(jié)果。
第一階段控制初始信息設(shè)置好后，資源分配方案生成器中的初始方案集生成模塊開始工作，該模塊能夠隨機生成一系列鋼卷垛加工順序。應(yīng)用方案評價模塊模擬在加工順序下的車間操作流程操作過程，得到對應(yīng)該加工順序所對應(yīng)的資源分配方案集并應(yīng)用上述提到的目標(biāo)函數(shù)式(1)進行評價。以此加工順序集及資源分配方案集為基礎(chǔ)，應(yīng)用優(yōu)化控制模塊對資源分配方案進行優(yōu)化，得到優(yōu)化后的鋼卷加工順序及資源分配方案。
第二階段控制在罩式爐車間生產(chǎn)過程中，有吊機參與的過程有裝爐、扣內(nèi)罩、扣加熱罩、卸加熱罩、扣冷卻罩、卸冷卻罩、卸內(nèi)罩、卸卷這八道工序。吊機運行方案生成器是根據(jù)資源分配方案生產(chǎn)器生成的資源分配結(jié)果應(yīng)用吊機運行模擬模塊對吊機運行方案進行模擬，使吊機按照鋼卷垛的入爐先后順序以及資源分配結(jié)果的時間順序?qū)σ陨线@八道工序進行資源分配及釋放操作，形成吊機運行方案。然后應(yīng)用優(yōu)化控制模塊采用禁忌搜索策略對吊機運行方案進行改進，直到得到滿意解為止。
第四步仿真吊機控制結(jié)果，并執(zhí)行控制方案 得到吊機控制運行方案后，生產(chǎn)過程仿真器可以根據(jù)(4)控制方案模擬罩式爐車間的實際運行環(huán)境。最后通過罩式爐生產(chǎn)車間吊機控制終端執(zhí)行所得到的控制方案。
本發(fā)明第三步中第一控制階段提到的方案評價模塊的模擬資源分配過程如下 Step1裝爐，如果沒有需要完成的裝爐操作，轉(zhuǎn)到Step2；否則，查看資源狀態(tài)存儲器中是否有空閑爐臺，如果有空閑爐臺則控制器根據(jù)就近原則分配爐臺(即是哪個爐臺與要裝爐的鋼卷垛直線距離最近，則就將哪個爐臺分配給預(yù)裝爐的鋼卷垛)；如果沒有空閑爐臺，則查找資源狀態(tài)存儲器中最早可利用爐臺，并將該爐臺分配給預(yù)裝爐鋼卷垛，記錄預(yù)裝爐時間；在退火過程中設(shè)置爐臺狀態(tài)為被占用，記入資源狀態(tài)存儲器，裝爐操作完成；由于罩式爐車間每個爐臺均配有一個內(nèi)罩，因此內(nèi)罩可在裝爐后立即進行，控制器中只需加上扣內(nèi)罩時間即可；同理，密封、預(yù)吹掃、加熱、冷卻這四個過程均不涉及資源的利用，只需加上處理時間。
Step2扣加熱罩，如果沒有需要完成的扣加熱罩操作，轉(zhuǎn)到Step3；否則，查看資源狀態(tài)存儲器中是否有空閑加熱罩，如果有空閑加熱罩則控制器會根據(jù)就近原則扣罩；如果沒有空閑加熱罩，則查找資源狀態(tài)存儲器中最早可利用加熱罩，并將該加熱罩分配給待處理鋼卷垛，記錄扣加熱罩時間。在加熱時間內(nèi)，設(shè)置加熱罩狀態(tài)為被占用，記入資源狀態(tài)存儲器中，扣加熱罩操作完成。
Step3卸加熱罩、扣冷卻罩，如果沒有需要完成的操作，轉(zhuǎn)到Step4；否則，根據(jù)工藝要求，當(dāng)鋼卷垛達到加熱結(jié)束條件，鋼卷垛在自然狀態(tài)下冷卻要控制在12分鐘以內(nèi)，因此卸加熱罩的前提條件是在規(guī)定時間內(nèi)有空閑冷卻罩存在。因此，當(dāng)時間溫度滿足，可卸下加熱罩時，首先需要查看資源狀態(tài)存儲器中是否有空閑冷卻罩，如果有空閑冷卻罩則控制器會根據(jù)就近原則獲得冷卻罩，然后卸下加熱罩，并在規(guī)定時間內(nèi)扣上冷卻罩；如果沒有空閑加熱罩，則查找資源狀態(tài)存儲器中最早可利用冷卻罩，并將該冷卻罩分配給待處理鋼卷垛；冷卻罩釋放時間即為加熱罩卸罩時間，記錄卸加熱罩時間及扣冷卻罩時間，該加熱罩設(shè)置為釋放，將冷卻罩狀態(tài)設(shè)置為占用，并將信息記入資源狀態(tài)存儲器中，卸加熱罩及扣冷卻罩操作完成。
Step4卸內(nèi)罩、卸卷，如果沒有需要完成當(dāng)操作，轉(zhuǎn)到Step5；否則，冷卻結(jié)束后，鋼卷垛可進行卸內(nèi)罩、卸卷操作，此過程在不考慮吊機的情況下將不涉及資源利用的不足，將卸內(nèi)罩及卸卷時間保存到資源狀態(tài)存儲器中，設(shè)置內(nèi)罩、爐臺為釋放，操作即為結(jié)束； Step5如果沒有尚未處理的操作，結(jié)束；否則，轉(zhuǎn)到Step1。
本發(fā)明中第三步第一控制階段所提到的優(yōu)化控制模塊的運算步驟如下 Step1從初始加工順序集中選出若干個序列分別建立參考集Refset1和Refset2。其中Refset1包括質(zhì)量好(目標(biāo)函數(shù)值小)的序列，Refset2包括分散性好的序列；設(shè)參考集更新標(biāo)志NS＝0。
Step2把Refset1中的序列與Refset2中的序列進行組合得到子集集合NewSubsets。
Step3從子集集合NewSubsets中選擇子集Lsubset，將子集中的序列進行組合，產(chǎn)生新的加工序列，對新序列應(yīng)用上述提到的方案評價模塊進行模擬得出資源分配方案及目標(biāo)函數(shù)值。
Step4判斷Refset1中任意序列的目標(biāo)函數(shù)值是否都不大于新序列的目標(biāo)函數(shù)值，若是，則更新Refset1，并令NS＝1；否則，判斷是否Refset2中任意序列的分散性都好于新序列的分散性，若是則更新Refset2，并令NS＝1。
Step5將Lsubset從子集集合中刪除，如果子集集合不為空，則重復(fù)步驟3-7，否則判斷是否大于最大迭代次數(shù)，如果大于最大迭代次數(shù)，則轉(zhuǎn)到Step6；否則，檢查參考集更新標(biāo)志位，如果，NS＝1則重復(fù)步驟2-5，否則，轉(zhuǎn)到Step6； Step6輸出所有序列中目標(biāo)函數(shù)值最小的鋼卷垛加工序列。
本發(fā)明中第三步第二控制階段所提到的吊機運行模擬模塊在生成吊機運行方案的過程中，主要考慮并解決了如下情況 1)、任務(wù)沖突當(dāng)?shù)鯔C同時接到多個操作指令時，無法進行同時操作，需要按操作的優(yōu)先級執(zhí)行，當(dāng)所有操作結(jié)束，調(diào)整資源分配方案中各個操作的開始及結(jié)束時間。以單吊機兩個爐臺的情況說明，在爐臺1中鋼卷垛加熱結(jié)束時間和爐臺2鋼卷垛冷卻結(jié)束時間相同，但由于吊機資源的限制無法對兩個爐臺同時進行操作，由于卸加熱罩扣冷卻罩操作的優(yōu)先級高于卸冷卻罩，因此先進行卸加熱罩扣冷卻罩操作，爐臺2鋼卷垛處于等待階段，爐臺1操作結(jié)束，吊機再對爐臺2進行操作，此時爐臺2及后續(xù)操作時間已經(jīng)發(fā)生變化，需進行調(diào)整； 2)、時間擾動由于工序操作時間的波動以及吊機運行時間的不確定，導(dǎo)致后續(xù)工序的開始時間的縮短及延長，此時需重新修改后續(xù)操作的開始結(jié)束時間；(一)中由于吊機運行途中發(fā)生故障需進行檢修，運行時間延長，使原計劃卸冷卻罩的任務(wù)延后；(二)中由于冷卻操作階段完成時間比預(yù)計提前，使吊機操作提前；這兩種情況的產(chǎn)生均會改變生成方案的結(jié)果，需要進一步調(diào)整； 3)、臨時任務(wù)調(diào)整當(dāng)?shù)鯔C從一個爐臺運行到另一個爐臺執(zhí)行操作時，運行途中恰好遇到另一操作需用吊機，此時延后吊機原計劃操作執(zhí)行突遇情況，這樣不僅可以節(jié)省時間也可以提高吊機的利用率。以單吊機三個爐臺情況為例說明，在該圖中，當(dāng)?shù)鯔C完成爐臺1操作，爐臺2空閑可進行裝爐操作，吊機收到裝爐命令，在吊機從爐臺1轉(zhuǎn)移到爐臺2過程中，恰好爐臺3預(yù)吹掃操作結(jié)束，可以進行扣加熱罩操作，并且爐臺3在爐臺1與爐臺2在吊機運動路徑之間，此時吊機放棄原操作先對爐臺3進行操作，操作結(jié)束后再運行到爐臺3完成原操作。
本發(fā)明第三步第二階段所提到的禁忌搜索策略改進吊機控制方案的具體步驟如下 Step1將當(dāng)前解作為歷史最好解，初始化最大迭代次數(shù)Tmax，禁忌表長度L；設(shè)i＝1； Step2如果i＞Tmax，如果是則結(jié)束算法，否則，轉(zhuǎn)步驟3； Step3搜索鄰域N1(交換任意兩個爐臺的鋼卷垛)，N2(將一個爐臺上的鋼卷垛插入到另一個爐臺上進行加工)。選出一個最好的可行移動，如果該移動應(yīng)用后好于最好解，則對當(dāng)前解應(yīng)用該移動；否則選出一個不在禁忌表中的最好移動應(yīng)用于當(dāng)前解，將所應(yīng)用的移動儲存到禁忌表中，設(shè)置i＝i+1。
Step4如果當(dāng)前解好于最好解，則轉(zhuǎn)到Step2；否則，搜索鄰域N3(交換吊機的任意兩個操作)，選出一個最好的可行移動，如果該移動應(yīng)用后好于最好解，則對當(dāng)前解應(yīng)用該移動；否則選出一個不在禁忌表中的最好移動應(yīng)用于當(dāng)前解，將所應(yīng)用的移動儲存到禁忌表中。設(shè)置i＝i+1，轉(zhuǎn)到Step2。
根據(jù)上述方法，本發(fā)明提出一套提高鋼鐵企業(yè)罩式爐機組物流設(shè)備運行效率的設(shè)備。該設(shè)備由現(xiàn)場總線6連接的數(shù)據(jù)采集器1、數(shù)據(jù)處理器2、控制方案生成器3、生產(chǎn)過程仿真器4，以及控制信息上傳器5構(gòu)成。其中，數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)處理器為整個控制系統(tǒng)提供輸入信息；控制方案生成器是本發(fā)明的核心，它安裝有本發(fā)明的方法軟件，通過它可以縮短待處理鋼卷計劃的加工時間、提高資源的利用率為控制目標(biāo)，根據(jù)輸入信息生成合理的資源分配方案和吊機運行方案；生產(chǎn)過程仿真器將吊機的運行過程可視化，實時模擬吊機的運行情況；控制信息上傳器聯(lián)通了控制器與生產(chǎn)車間，將吊機控制結(jié)果上傳給吊機控制終端控制吊機的運行。
本發(fā)明的提高鋼鐵企業(yè)罩式爐機組物流設(shè)備運行效率的裝置，其控制方案生成器包括資源分配方案生成器9和吊機運行方案生成器10。
本發(fā)明的提高鋼鐵企業(yè)罩式爐機組物流設(shè)備運行效率的裝置，其資源分配方案生成器包括四個模塊鋼卷垛優(yōu)先級設(shè)置模塊11、存儲模塊14、方案評價模塊12以及優(yōu)化控制模塊13；存儲模塊則由如下三部分組成資源狀態(tài)存儲器15、鋼卷垛順序存儲器16以及方案存儲器17；其中資源狀態(tài)存儲器可存儲爐臺狀態(tài)、加熱罩狀態(tài)以及冷卻罩狀態(tài)，方案存儲器可存儲鋼卷垛退火總時間、鋼卷垛入爐順序以及吊機資源分配方案；方案評價模塊用來比較資源分配方案生成器生成方案的優(yōu)劣；優(yōu)化控制模塊是對所得資源分配方案結(jié)果進行局部調(diào)整，使所得方案更加符合要求。
本發(fā)明的提高鋼鐵企業(yè)罩式爐機組物流設(shè)備運行效率的裝置，其吊機運行方案生成器包括吊機運行模擬模塊18和優(yōu)化控制模塊19。
本發(fā)明的優(yōu)點在于 1、本發(fā)明數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理均是在線操作，能夠充分滿足實際生產(chǎn)的需要，為后續(xù)方案的確定提供了良好的數(shù)據(jù)支持； 2、兩階段反饋控制方法的應(yīng)用，可以有效的獲得較好的物流分配及吊機運行方案，對指導(dǎo)生產(chǎn)有很重要意義； 3、罩式爐生產(chǎn)過程仿真依據(jù)控制器接口傳遞的生產(chǎn)命令實時進行，可以通過不同的控制命令改變罩式爐生產(chǎn)過程，這對罩式爐生產(chǎn)過程的研究更加有效； 4、本發(fā)明不僅是對局部吊機運行進行仿真，還能夠動態(tài)仿真整個罩式爐車間具體情況，方便從不同視角對整個生產(chǎn)過程進行監(jiān)控、研究； 5、本發(fā)明是對罩式爐車間的生產(chǎn)計劃編排的具體執(zhí)行，可以通過控制吊機的運行來調(diào)整罩式爐車間有限資源的分配方案，以達到提高資源利用率，提高生產(chǎn)效率的作用。



圖1是本發(fā)明的裝置的部件配置圖； 圖2是罩式爐退火流程圖； 圖3是控制方案生成器內(nèi)核結(jié)構(gòu)； 圖4是控制方案生成器工作原理圖； 圖5是資源狀態(tài)存儲器功能框圖； 圖6吊機沖突示意圖； 圖7時間擾動情況示意圖； 圖8吊機任務(wù)轉(zhuǎn)移示意圖； 圖9罩式爐車間仿真模擬界面示意圖； 圖10資源分配方案(3個爐臺、3個待處理鋼卷垛、2個加熱罩、1個冷卻罩、1臺吊機)示意圖； 圖11交換方案示意圖； 圖12分散搜索流程圖； 圖13禁忌搜索流程圖。

具體實施例方式 下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的內(nèi)容作進一步的說明與補充。
圖2是罩式爐機組運行流程圖即罩式爐退火流程圖?？諣t臺從裝爐、扣內(nèi)罩、密封、預(yù)吹掃、扣加熱罩、加熱、卸熱罩、扣冷卻罩、冷卻、卸冷卻罩、卸內(nèi)罩、卸卷這十二個過程的資源分配問題及吊機控制問題，能夠有效地提高罩式爐車間吊機、加熱罩、冷卻罩等有限資源的利用率，解決冷軋廠資源不足的“瓶頸”。具體控制方法如圖1所示 第一步生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集 當(dāng)罩式爐鋼卷生產(chǎn)計劃下達之后，數(shù)據(jù)采集器1從現(xiàn)場采集鋼卷的初始信息(例如，計劃交貨期、個處理階段鋼卷操作時間、退火曲線等)以及生產(chǎn)現(xiàn)場各資源(爐臺、加熱罩、冷卻罩)的利用情況，并傳給數(shù)據(jù)處理器2； 第二步數(shù)據(jù)分析 根據(jù)生產(chǎn)實際情況，可通過數(shù)據(jù)處理器2對輸入信息進行深層次的分析，得到每垛鋼卷在各個階段的處理時間。
第三步生成吊機控制方案 通過控制方案生成器生成吊機的控制方案；控制方案生成器3的工作過程如圖3所示，它分為兩個階段，第一階段是在鋼卷垛到達生產(chǎn)車間后，根據(jù)罩式爐車間資源占用情況，形成合理的資源分配方案；第二階段是根據(jù)資源分配的結(jié)果，應(yīng)用車間內(nèi)可利用吊機模擬執(zhí)行第一階段分配結(jié)果，生成吊機控制方案，并應(yīng)用禁忌搜索策略對控制方案進行改進，若其中產(chǎn)生吊機沖突、時間變更等情況，則對資源的分配做進一步調(diào)整，直到得獲得滿意的結(jié)果； 第一階段控制初始信息設(shè)置好后，資源分配方案生成器9如圖4所示，當(dāng)其中的初始方案集生成模塊11開始工作，該模塊能夠隨機生成一系列鋼卷垛加工順序；應(yīng)用方案評價模塊12模擬在加工順序下的車間操作流程操作過程，得到對應(yīng)該加工順序所對應(yīng)的資源分配方案集并應(yīng)用上述提到的目標(biāo)函數(shù)式(1)進行評價；以此加工順序集及資源分配方案集為基礎(chǔ)，應(yīng)用優(yōu)化控制模塊13對資源分配方案進行優(yōu)化，得到優(yōu)化后的鋼卷加工順序及資源分配方案； 第二階段控制在罩式爐車間生產(chǎn)過程中，有吊機參與的過程有裝爐、扣內(nèi)罩、扣加熱罩、卸加熱罩、扣冷卻罩、卸冷卻罩、卸內(nèi)罩、卸卷這八道工序；吊機運行方案生成器10是根據(jù)資源分配方案生產(chǎn)器9生成的資源分配結(jié)果應(yīng)用吊機運行模擬模塊18對吊機運行方案進行模擬，使吊機按照鋼卷垛的入爐先后順序以及資源分配結(jié)果的時間順序?qū)σ陨线@八道工序進行資源分配及釋放操作，形成吊機運行方案。然后應(yīng)用優(yōu)化控制模塊19采用禁忌搜索策略對吊機運行方案進行改進，直到得到滿意解為止； 第四步仿真吊機控制結(jié)果，并執(zhí)行控制方案 得到吊機控制運行方案后，生產(chǎn)過程仿真器可以根據(jù)(4)控制方案模擬罩式爐車間的實際運行環(huán)境。最后通過罩式爐生產(chǎn)車間吊機控制終端執(zhí)行所得到的控制方案。
本發(fā)明第三步中第一控制階段提到的方案評價模塊12的模擬資源分配過程時，打開如圖5所示的資源狀態(tài)存貯器，再按如下步驟進行 Step1裝爐；如果沒有需要完成的裝爐操作，轉(zhuǎn)到Step2；否則，查看資源狀態(tài)存儲器15中是否有空閑爐臺，如果有空閑爐臺則控制器根據(jù)就近原則分配爐臺(即是哪個爐臺與要裝爐的鋼卷垛直線距離最近，則就將哪個爐臺分配給預(yù)裝爐的鋼卷垛)；如果沒有空閑爐臺，則查找資源狀態(tài)存儲器15中最早可利用爐臺，并將該爐臺分配給預(yù)裝爐鋼卷垛，記錄預(yù)裝爐時間。、；在退火過程中設(shè)置爐臺狀態(tài)為被占用，記入資源狀態(tài)存儲器15，裝爐操作完成；由于罩式爐車間每個爐臺均配有一個內(nèi)罩，因此內(nèi)罩可在裝爐后立即進行，控制器中只需加上扣內(nèi)罩時間即可；同理，密封、預(yù)吹掃、加熱、冷卻這四個過程均不涉及資源的利用，只需加上處理時間； Step2扣加熱罩，如果沒有需要完成的扣加熱罩操作，轉(zhuǎn)到Step3；否則，查看資源狀態(tài)存儲器(15)中是否有空閑加熱罩，如果有空閑加熱罩則控制器會根據(jù)就近原則扣罩；如果沒有空閑加熱罩，則查找資源狀態(tài)存儲器(15)中最早可利用加熱罩，并將該加熱罩分配給待處理鋼卷垛，記錄扣加熱罩時間。該加熱罩設(shè)置為被占用，記入資源狀態(tài)存儲器(15)中，扣加熱罩操作完成。
Step3卸加熱罩；如果沒有需要完成的操作，轉(zhuǎn)到Step4；否則，根據(jù)工藝要求，當(dāng)鋼卷垛達到加熱結(jié)束條件，鋼卷垛在自然狀態(tài)下冷卻要控制在12分鐘以內(nèi)，因此卸加熱罩的前提條件是在規(guī)定時間內(nèi)有空閑冷卻罩存在；因此，當(dāng)時間溫度滿足，可卸下加熱罩時，首先需要查看資源狀態(tài)存儲器15中是否有空閑冷卻罩，如果有空閑冷卻罩則控制器會根據(jù)就近原則獲得冷卻罩，然后卸下加熱罩，并在規(guī)定時間內(nèi)扣上冷卻罩；如果沒有空閑加熱罩，則查找資源狀態(tài)存儲器中15最早可利用冷卻罩，并將該冷卻罩分配給待處理鋼卷垛；冷卻罩釋放時間即為加熱罩卸罩時間，記錄卸加熱罩時間及扣冷卻罩時間，將加熱罩狀態(tài)設(shè)置為釋放，將冷卻罩狀態(tài)設(shè)置為占用，并將信息記入資源狀態(tài)存儲器15中，卸加熱罩及扣冷卻罩操作完成； Step4卸內(nèi)罩、卸卷，冷卻結(jié)束后，如果沒有需要完成的操作，轉(zhuǎn)到Step5；否則，冷卻結(jié)束后，鋼卷垛可進行卸內(nèi)罩、卸卷操作，此過程在不考慮吊機的情況下將不涉及資源利用的不足，將卸內(nèi)罩及卸卷時間保存到資源狀態(tài)存儲器15中，設(shè)置內(nèi)罩、爐臺為釋放，操作即為結(jié)束。
本發(fā)明中第三步第一控制階段所提到的優(yōu)化控制模塊采用如圖12所示的分散搜索，其具體的運算步驟如下 Step1從初始加工順序集中選出若干個序列分別建立參考集Refset1和Refset2，其中Refset1包括質(zhì)量好(目標(biāo)函數(shù)值小)的序列，Refset2包括分散性好的序列，設(shè)參考集更新標(biāo)志NS＝0； Step2把Refset1中的序列與Refset2中的序列進行組合得到子集集合NewSubsets； Step3從子集集合NewSubsets中選擇子集Lsubset，將子集中的序列進行組合，產(chǎn)生新的加工序列，對新序列應(yīng)用上述提到的方案評價模塊進行模擬得出資源分配方案及目標(biāo)函數(shù)值； Step4判斷Refset1中任意序列的目標(biāo)函數(shù)值是否都不大于新序列的目標(biāo)函數(shù)值，若是，則更新Refset1，并令NS＝1；否則，判斷是否Refset2中任意序列的分散性都好于新序列的分散性，若是則更新Refset2，并令NS＝1； Step5將Lsubset從子集集合中刪除，如果子集集合不為空，則重復(fù)步驟3-7，否則判斷是否大于最大迭代次數(shù)，如果大于最大迭代次數(shù)，則轉(zhuǎn)到Step6；否則，檢查參考集更新標(biāo)志位，如果，NS＝1則重復(fù)步驟2-5，否則，轉(zhuǎn)到Step6； Step6輸出所有序列中目標(biāo)函數(shù)值最小的鋼卷垛加工序列。
本發(fā)明中第三步第二控制階段所提到的在生成吊機運行方案的過程中，主要考慮并解決了如下情況，它包括吊機任務(wù)沖突、操作時間擾動以及臨時任務(wù)調(diào)整等，如圖6、7、8所示 1)、任務(wù)沖突當(dāng)?shù)鯔C同時接到多個操作指令時，無法進行同時操作，需要按操作的優(yōu)先級執(zhí)行，當(dāng)所有操作結(jié)束，調(diào)整資源分配方案中各個操作的開始及結(jié)束時間。如圖6所示，以單吊機兩個爐臺的情況說明，在該圖中爐臺1中鋼卷垛加熱結(jié)束時間和爐臺2鋼卷垛冷卻結(jié)束時間相同，但由于吊機資源的限制無法對兩個爐臺同時進行操作，由于卸加熱罩扣冷卻罩操作的優(yōu)先級高于卸冷卻罩，因此先進行卸加熱罩扣冷卻罩操作，爐臺2鋼卷垛處于等待階段，爐臺1操作結(jié)束，吊機再對爐臺2進行操作，此時爐臺2及后續(xù)操作時間已經(jīng)發(fā)生變化，需進行調(diào)整； 2)、時間擾動由于工序操作時間的波動以及吊機運行時間的不確定，導(dǎo)致后續(xù)工序的開始時間的縮短及延長，此時需重新修改后續(xù)操作的開始結(jié)束時間；如圖7所示，(一)中由于吊機運行途中發(fā)生故障需進行檢修，運行時間延長，使原計劃卸冷卻罩的任務(wù)延后；(二)中由于冷卻操作階段完成時間比預(yù)計提前，使吊機操作提前；這兩種情況的產(chǎn)生均會改變生成方案的結(jié)果，需要進一步調(diào)整； 3)、臨時任務(wù)調(diào)整當(dāng)?shù)鯔C從一個爐臺運行到另一個爐臺執(zhí)行操作時，運行途中恰好遇到另一操作需用吊機，此時延后吊機原計劃操作執(zhí)行突遇情況，這樣不僅可以節(jié)省時間也可以提高吊機的利用率。如圖8所示，以單吊機三個爐臺情況為例說明，在該圖中，當(dāng)?shù)鯔C完成爐臺1操作，爐臺2空閑可進行裝爐操作，吊機收到裝爐命令，在吊機從爐臺1轉(zhuǎn)移到爐臺2過程中，恰好爐臺3預(yù)吹掃操作結(jié)束，可以進行扣加熱罩操作，并且爐臺3在爐臺1與爐臺2在吊機運動路徑之間，此時吊機放棄原操作先對爐臺3進行操作，操作結(jié)束后再運行到爐臺3完成原操作。
本發(fā)明第三步第二階段所提到的禁忌搜索策略如圖13所示，用它作出改進吊機控制方案的具體步驟如下 Step 1將當(dāng)前解作為歷史最好解，初始化最大迭代次數(shù)Tmax，禁忌表長度L，設(shè)i＝1； Step2如果i＞Tmax，如果是則結(jié)束算法，否則，轉(zhuǎn)步驟3； Step3搜索鄰域N1(交換任意兩個爐臺的鋼卷垛)，N2(將一個爐臺上的鋼卷垛插入到另一個爐臺上進行加工)；選出一個最好的可行移動，如果該移動應(yīng)用后好于最好解，則對當(dāng)前解應(yīng)用該移動；否則選出一個不在禁忌表中的最好移動應(yīng)用于當(dāng)前解，將所應(yīng)用的移動儲存到禁忌表中，設(shè)置i＝i+1。
Step4如果當(dāng)前解好于最好解，則轉(zhuǎn)到Step2；否則，搜索鄰域N3(交換吊機的任意兩個操作)，選出一個最好的可行移動，如果該移動應(yīng)用后好于最好解，則對當(dāng)前解應(yīng)用該移動；否則選出一個不在禁忌表中的最好移動應(yīng)用于當(dāng)前解，將所應(yīng)用的移動儲存到禁忌表中。設(shè)置i＝i+1，轉(zhuǎn)到Step2。
按照圖2所示的連接方式將現(xiàn)場總線6連接的數(shù)據(jù)采集器1、數(shù)據(jù)處理器2、控制方案生成器3、生產(chǎn)過程仿真器4，以及控制信息上傳器5組合成一體，其中，數(shù)據(jù)采集器1和數(shù)據(jù)處理器2為整個控制系統(tǒng)提供輸入信息；控制方案生成器3是本發(fā)明的核心，它安裝有本發(fā)明的方法軟件，通過它可以縮短待處理鋼卷計劃的加工時間、提高資源的利用率為控制目標(biāo)，根據(jù)輸入信息生成合理的資源分配方案和吊機運行方案；生產(chǎn)過程仿真器4將吊機的運行過程可視化，實時模擬吊機的運行情況；控制信息上傳器5聯(lián)通了控制器與生產(chǎn)車間，將吊機控制結(jié)果上傳給吊機控制終端7控制吊機的運行。
控制方案生成器包括資源分配方案生成器9和吊機運行方案生成器10。
資源分配方案生成器包括四個模塊鋼卷垛優(yōu)先級設(shè)置模塊11、存儲模塊14、方案評價模塊12以及優(yōu)化控制模塊13；存儲模塊則由如下三部分組成資源狀態(tài)存儲器15、鋼卷垛順序存儲器16以及方案存儲器17；其中資源狀態(tài)存儲器可存儲爐臺狀態(tài)、加熱罩狀態(tài)以及冷卻罩狀態(tài)，方案存儲器可存儲鋼卷垛退火總時間、鋼卷垛入爐順序以及吊機資源分配方案；方案評價模塊用來比較資源分配方案生成器生成方案的優(yōu)劣；優(yōu)化控制模塊是對所得資源分配方案結(jié)果進行局部調(diào)整，使所得方案更加符合要求。
吊機運行方案生成器包括吊機運行模擬模塊18和優(yōu)化控制模塊19。
本發(fā)明的提高鋼鐵企業(yè)罩式爐機組物流設(shè)備運行效率的運行控制器是在罩式爐車間待處理鋼卷垛已知的情況下，根據(jù)現(xiàn)場實際信息，生成罩式爐機組物流分配方案及吊機運行方案，并模擬罩式爐車間生產(chǎn)的運行環(huán)境，對罩式爐生產(chǎn)流程及吊機運行情況進行控制及仿真，其計算機界面如圖9所示。罩式爐退火中，資源初始狀態(tài)的差別對控制器的控制會產(chǎn)生不同的影響。下面以不同初始狀態(tài)為例具體說明，其具體實施方式
描述如下 實施例1初始狀態(tài)為所有資源均處于空閑狀態(tài)的情況 圖10給出3個待處理鋼卷垛、3個爐臺、2個加熱罩、1個冷卻罩、1臺吊機的資源分配方案實施例?？催^以下實施例的說明后，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，推廣到任意數(shù)量鋼卷垛、爐臺、加熱罩和吊機是不成問題的。
第一步當(dāng)待處理鋼卷垛信息下達到現(xiàn)場，運行數(shù)據(jù)采集器1采集實時鋼卷垛及罩式爐車間爐臺、加熱罩、冷卻罩、吊機等資源占用情況，并將采集信息傳給數(shù)據(jù)處理器2； 第二步根據(jù)實際生產(chǎn)情況，可根據(jù)數(shù)據(jù)處理器2對輸入信息進行深層次的分析，得到每垛鋼卷在各個階段的處理時間，假設(shè)得到1號鋼卷加熱時間為30小時(圖10中小時記為h)、冷卻時間為40小時，2號鋼卷加熱時間為40小時、冷卻時間為30小時，3號鋼卷加熱時間為50小時、冷卻時間為50小時； 第三步通過控制方案生成器生成吊機的控制方案 第一階段控制初始信息設(shè)置好后，資源分配方案生成器9中的初始方案集生成模塊11開始工作，該模塊能夠隨機生成一系列鋼卷垛加工順序。應(yīng)用方案評價模塊12模擬在加工順序下的車間操作流程操作過程，得到對應(yīng)該加工順序所對應(yīng)的資源分配方案集并應(yīng)用上述提到的目標(biāo)函數(shù)式(1)進行評價。例如對鋼卷垛的加工順序為{1，2，3}的狀態(tài)進行模擬 Step1裝爐；如果沒有需要完成的裝爐操作，轉(zhuǎn)到Step2；否則，查看資源狀態(tài)存儲器15中是否有空閑爐臺，此實施例中所有資源均為空閑，因此將爐臺1、2、3分別分配給鋼卷垛1、2、3，記錄預(yù)裝爐時間；改爐臺設(shè)置為被占用，記入資源狀態(tài)存儲器15，裝爐操作完成；由于罩式爐車間每個爐臺均配有一個內(nèi)罩，因此內(nèi)罩可在裝爐后立即進行，控制器中只需加上扣內(nèi)罩時間即可；同理，密封、預(yù)吹掃、加熱、冷卻這四個過程均不涉及資源的利用，只需加上處理時間； Step2扣加熱罩；如果沒有需要完成的操作，轉(zhuǎn)到Step3；否則，查看資源狀態(tài)存儲器15中是否有空閑加熱罩，如果有空閑加熱罩則控制器會根據(jù)就近原則扣罩，此實施例中加熱罩1、2均為空閑，因此按就近原則將加熱罩1、2分別分配給鋼卷垛1、2，對于鋼垛3，則等到有加熱罩處于空閑狀態(tài)時進行分配，記錄扣加熱罩時間；設(shè)置加熱罩狀態(tài)，記入資源狀態(tài)存儲器15中，扣加熱罩操作完成； Step3卸加熱罩、扣冷卻罩；如果沒有需要完成的操作，轉(zhuǎn)到Step4；否則，根據(jù)工藝要求，當(dāng)鋼卷垛達到加熱結(jié)束條件，鋼卷垛在自然狀態(tài)下冷卻要控制在12分鐘以內(nèi)，因此卸加熱罩的前提條件是在規(guī)定時間內(nèi)有空閑冷卻罩存在；因此，當(dāng)時間、溫度滿足，可卸下加熱罩時，首先需要查看資源狀態(tài)存儲器15中是否有空閑冷卻罩，如果有空閑冷卻罩則控制器會根據(jù)就近原則獲得冷卻罩，然后卸下加熱罩，并在規(guī)定時間內(nèi)扣上冷卻罩；如果沒有空閑加熱罩，則查找資源狀態(tài)存儲器中15最早可利用冷卻罩，并將該冷卻罩分配給待處理鋼卷垛；冷卻罩釋放時間即為加熱罩卸罩時間，記錄卸加熱罩時間及扣冷卻罩時間，該加熱罩設(shè)置為釋放，冷卻罩設(shè)置為占用，并將信息記入資源狀態(tài)存儲器15)中，卸加熱罩及扣冷卻罩操作完成。此實施例中，只有一個冷卻罩，因此按照加熱完成時間的先后，依次分配給鋼卷垛1，2，3，同時釋放相應(yīng)的加熱罩； Step4卸內(nèi)罩、卸卷；如果沒有需要完成的操作，轉(zhuǎn)到Step5；否則，冷卻結(jié)束后，鋼卷垛可進行卸內(nèi)罩、卸卷操作，此過程在不考慮吊機的情況下將不涉及資源利用的不足，將卸內(nèi)罩及卸卷時間保存到資源狀態(tài)存儲器15中，設(shè)置內(nèi)罩、爐臺為釋放，操作即為結(jié)束； Step5如果沒有尚未處理的操作，結(jié)束；否則，轉(zhuǎn)到Step1。
然后資源分配操作結(jié)束后，通過模型中的目標(biāo)函數(shù)式(1)可得到改分配鋼卷序列下的目標(biāo)函數(shù)值。
得到鋼卷加工順序集及資源分配方案集后，應(yīng)用優(yōu)化控制模塊13對資源分配方案進行優(yōu)化。
Step1從初始加工順序集中選出若干個序列分別建立參考集Refset1和Refset2，其中Refset1包括序列{1，2，3}和序列{1，3，1}，Refset2包括序列{3，2，1}和{2，1，3}，設(shè)參考集更新標(biāo)志NS＝0； Step2把Refset1中的序列與Refset2中的序列進行組合得到子集集合NewSubsets{{{1，2，3}，{3，2，1}}，{{1，2，3}，{1，3，2}}，{{1，2，3}，{2，1，3}}，{{3，2，1}，{1，3，2}}，{{3，2，1}，{2，1，3}}，{{1，3，2}，{2，1，3}}}； Step3從子集集合NewSubsets中選擇子集Lsubset，將子集中的序列進行組合，產(chǎn)生新的加工序列，對新序列應(yīng)用上述提到的方案評價模塊進行模擬得出資源分配方案及目標(biāo)函數(shù)值；此處以子集{{3，2，1}，{1，3，2}}為例，首先檢查序列1的第一個位置與序列2的第一個位置是否相等，如果相等則轉(zhuǎn)移到下一個位置；否則在序列1中尋找與徐麗了2中第一個位置數(shù)值相同的位置號n。交換序列1與序列2中的第一個不同位置與第n個位置中的數(shù)值，得出兩個新序{3，1，2}和{2，3，1}； Step4判斷Refset1中任意序列的目標(biāo)函數(shù)值是否都不大于新序列的目標(biāo)函數(shù)值，若是，則更新Refset1，并令NS＝1；否則，判斷是否Refset2中任意序列的分散性都好于新序列的分散性，若是則更新Refset2，并令NS＝1； Step5將Lsubset從子集集合中刪除，如果子集集合不為空，則重復(fù)步驟3-7，否則判斷是否大于最大迭代次數(shù)，如果大于最大迭代次數(shù)，則轉(zhuǎn)到Step6；否則，檢查參考集更新標(biāo)志位，如果，NS＝1則重復(fù)步驟2-5，否則，轉(zhuǎn)到Step6； Step6輸出所有序列中目標(biāo)函數(shù)值最小的鋼卷垛加工序列。
第二控制階段在罩式爐車間生產(chǎn)過程中，有吊機參與的過程有裝爐、扣內(nèi)罩、扣加熱罩、卸加熱罩、扣冷卻罩、卸冷卻罩、卸內(nèi)罩、卸卷這八道工序；吊機運行方案生成器10是根據(jù)資源分配方案生產(chǎn)器9生成的資源分配結(jié)果對吊機運行方案進行模擬，使吊機按照鋼卷垛的入爐先后順序以及資源分配結(jié)果的時間順序?qū)σ陨线@八道工序進行資源分配及釋放操作，形成吊機運行方案，例如對序列{1，2，3}及相應(yīng)的資源分配方案進行吊機模擬運行對1號待處理鋼卷垛進行裝爐扣內(nèi)罩操作，由于之后的密封吹掃操作無需吊機參與，故吊機離開1號鋼卷垛服務(wù)2號鋼卷垛，對2號鋼卷垛進行裝爐扣內(nèi)罩操作，操作結(jié)束2號鋼卷垛進入密封吹掃階段，同理吊機開始服務(wù)3號鋼卷垛，待1號鋼卷垛進入扣加熱罩操作，需要吊機參與執(zhí)行，吊機返回處理1號鋼卷垛，后續(xù)操作過程與此相同，在圖10(1)中清晰可見，故此處不再重復(fù)說明。當(dāng)最后一個鋼卷垛完成卸卷操作，即得到總的吊機運行方案。
然后應(yīng)用禁忌搜索策略對吊機運行方案進行改進，直到得到滿意解為止 Step1將當(dāng)前解作為歷史最好解，初始化最大迭代次數(shù)Tmax，禁忌表長度L，設(shè)i＝1； Step2如果i＞Tmax，，如果是，則結(jié)束算法；否則日，轉(zhuǎn)到Step3； Step3搜索鄰域N1(交換任意兩個爐臺的鋼卷垛)，N2(將一個爐臺上的鋼卷垛插入到另一個爐臺上進行加工)，選出一個最好的可行移動，如果該移動應(yīng)用后豪雨最好解，則對當(dāng)前解應(yīng)用該移動；否則選出一個不在禁忌表中的最好移動應(yīng)用于當(dāng)前解，將所應(yīng)用的移動貯存到禁忌表中，設(shè)置i＝i+1，轉(zhuǎn)到Step2； Step4如果當(dāng)前解好于最好解，則轉(zhuǎn)到Step2；否則搜索鄰域N3(交換吊機的任意兩個操作i)，選出一個最好可行移動，如果該移動應(yīng)用后好于最好解，則對當(dāng)前解應(yīng)用該移動；否則選出一個不在禁忌表中的最好移動應(yīng)用于當(dāng)前解，將所應(yīng)用的移動貯存到禁忌表中，設(shè)置i＝i+1，轉(zhuǎn)到Step2。
第四步仿真吊機控制結(jié)果，并執(zhí)行控制方案。
實施例2初始狀態(tài)為無空閑爐臺可用的情況 待處理鋼卷進行退火時，由于無空閑爐臺可用，裝爐階段出現(xiàn)無空閑爐臺可用，此時鋼卷需進入等待爐臺階段，為縮短此等待時間，資源分配方案生成器選擇最早釋放的爐臺分配給該鋼卷垛，滿足鋼卷退火的要求。，若同時有多個爐臺釋放，則遵循就近原則分配，若出現(xiàn)鋼卷垛爭搶資源情況，則按鋼卷垛順序分配。其具體實施方式
與實施例1相同，此處不重復(fù)說明。
實施例3初始狀態(tài)為無空閑加熱罩可用的情況 由于無空閑加熱罩可用，鋼卷垛進入扣加熱罩階段時，可能會出現(xiàn)無空閑加熱罩可用的情況，此時鋼卷垛進入等待加熱罩階段，資源分配方案生成器選擇最早釋放的加熱罩分配給該鋼卷垛，滿足鋼卷退火的要求。若同時有多個加熱罩釋放，則遵循就近原則分配。若出現(xiàn)鋼卷垛爭搶資源情況，則按鋼卷垛順序分配。其具體實施方式
與實施例1相同，此處不重復(fù)說明。
實施例4初始狀態(tài)為無空閑冷卻罩可用的情況 由于無空閑冷卻罩可用，鋼卷垛進入扣冷卻罩階段時，可能會出現(xiàn)無空閑冷卻罩可用的情況，此時鋼卷垛進入等待冷卻罩階段。資源分配方案生成器選擇最早釋放的冷卻罩分配給該鋼卷垛，滿足鋼卷退火的要求。若同時有多個冷卻罩釋放，則遵循就近原則分配。若出現(xiàn)鋼卷垛爭搶資源情況，則按鋼卷垛順序分配。其具體實施方式
與實施例1相同，此處不重復(fù)說明。
實施例5初始狀態(tài)為多種資源均無空閑可用的情況 待處理鋼卷垛開始進行罩式爐退火操作時，會存在多種資源均無空閑可用情況。初始階段鋼卷垛進入等待狀態(tài)次數(shù)會顯著增加，帶有相應(yīng)資源釋放，等待情況會逐漸好轉(zhuǎn)，進入等待階段時，資源分配方案生成器選擇最早釋放的資源分配給該鋼卷垛，來滿足鋼卷退火的要求。若同時有多個相應(yīng)資源釋放，則遵循就近原則分配。若出現(xiàn)鋼卷垛爭搶資源情況，則按鋼卷垛順序分配。其實具體施方式與實施例1相同，此處不重復(fù)說明。
權(quán)利要求
1、一種提高鋼鐵企業(yè)罩式爐機組物流設(shè)備運行效率的方法，其特征在于通過如下數(shù)學(xué)模型來解決如何控制吊機完成各個退火步驟，達到合理分配有限資源的問題
s.t.
Teil-Tsil＝PTil
Tsil-Teil-l＝STil
Tsil+l-Teil≥ATil
TSejk-TSsjk＝SsTjkk∈Kj (8)
Tsi′l′-Teil≥-U(2-xiljk-xi′l′jk+1)+SUll′
i′∈I，l∈Lij，l′∈Li′j，
(9)
j∈{crane}，k∈Kj-{kj}
Tsi′，j′-1-Tei，l+1≥-U(2-xiljk-xu′l′jk+1)
i′∈I，l，l′∈{heating，cooling}，
(10)
j∈J-{crane}，k∈Kj-{kj}
xiljk∈{0，1}l∈Li，j∈Jil，k∈Kj (11)
Cmax＝max{Teil|i∈I，l∈Li} (12)
其中，
i＝1，...NB，表示爐臺；
l＝1，...，Li，表示爐臺i的第l個加工階段；
j＝1，...，NU(NF+NC+1)，表示包括NF個加熱罩，NC個冷卻罩和一個吊機在內(nèi)的資源；
k＝1，...，Kj，表示資源j的工作時間段；
xiljk＝1，表示在資源j在第k個時間段用于加工第i和爐臺的第l個工序；否則為0；
Teil，表示第i個爐臺的第l個工序的結(jié)束時間；
Tsil，表示第i個爐臺的第l個工序的開始時間；
PTil，表示第i個爐臺的第l個工序的處理時間；
STil，表示第i個爐臺的第l個工序的等待時間；
TSsjk，表示第j個資源第k個工作時間段的開始時間；
TSejk，表示第j個資源第k個工作時間段的結(jié)束時間；
SsTjk，表示第j個資源在第k個工作段內(nèi)的工作時間；
ATil，表示第i個爐臺第l階段的準(zhǔn)備時間；
U，為無限大整數(shù)；
SUll′，表示工序l和l’之間的準(zhǔn)備時間；
RTjk，表示資源j實際應(yīng)工作的時間；
α，表示吊機利用率懲罰系數(shù)；
β，表示加熱罩及冷卻罩懲罰系數(shù)；
γ，表示最大完成時間懲罰系數(shù)；
上述目標(biāo)函數(shù)包括三個部分(1)吊機利用率懲罰，罩式爐退火過程中共有8個工序需要吊機調(diào)度，因此，提高吊機的利用率是必要的；模型中用吊機的載物時間來衡量吊機的利用率，對于一批給定的調(diào)度計劃，吊機的載物時間越小，利用率也必然越高；(2)加熱罩及冷卻罩利用率懲罰，罩式爐退火車間內(nèi)罩式爐資源數(shù)量有限是罩式爐生產(chǎn)成為冷軋生產(chǎn)的瓶頸的主要原因；因此，提高加熱罩、冷卻罩的利用率對于提高罩式爐車間生產(chǎn)能力，節(jié)約能源等方面都有很大幫助；(3)最大完成時間懲罰；
約束(2)表示必須給每個爐臺的每個階段分配相應(yīng)的資源；
約束(3)表示每個資源的每個工作時段最多只能用于處理一個爐臺的一個工序；
約束(4)定義了第i個爐臺的第l個工序的處理時間；
約束(5)定義了第i個爐臺的第l個工序的等待時間；
約束(6)表示第i個爐臺的l及l(fā)+1工序之間存在被忽略的工序(充氣及自然冷卻)，此約束中，只有充氣及自然冷卻時ATil為非零數(shù)；
約束(7)表示吊機的所有操作必須嚴(yán)格按照的罩式爐退火工藝要求的順序執(zhí)行；
約束(8)用來定義吊機的總運行時間；
約束(9)表示吊機必須在工序準(zhǔn)備好的前提下才能進行下一個操作；
約束(10)表示對于加熱和冷確操作來說，不同的爐臺應(yīng)用相同的資源時，資源必須是可利用的，也就是說如果加熱罩從爐臺1到爐臺2，那么就要求在加熱罩扣到爐臺2之前必須從爐臺1上卸下；
約束(11)表示變量的取值范圍；
約束(12)對Cmax進行了定義。
2.按權(quán)利要求1所述的提高鋼鐵企業(yè)罩式退火爐機組物流設(shè)備運行效率的方法，其特正在于按照所說的約束條件，分以下步驟進行操作
1)采集實時數(shù)據(jù)，；
2)人工核對，使處理結(jié)果更加滿足現(xiàn)場要求；
3)兩階段反饋控制，首先根據(jù)鋼卷垛信息以及罩式爐車間資源占用狀況分配罩式爐車間有限的資源，形成合理的資源分配方案；然后執(zhí)行生成的資源分配方案，若執(zhí)行有沖突，將沖突反饋回來，對資源的分配進行調(diào)整；此過程反復(fù)運行，直到獲得滿意的吊機控制方案；
4)現(xiàn)場實時模擬仿真，模擬罩式爐退火車間運作環(huán)境，對車間整體運作過程以及吊機具體運作過程進行仿真模擬；
5)吊機控制方案生成后，上傳到罩式爐車間吊機控制終端指導(dǎo)罩式爐車間整體運作過程。
按權(quán)利要求2所述提高鋼鐵企業(yè)罩式爐機組物流設(shè)備運行效率的方法，其特征在于所述步驟2)中，操作人員可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況對1)采集的待處理鋼卷垛信息進行數(shù)據(jù)修改、數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)查詢等操作；其中數(shù)據(jù)修改是根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的多變情況，對信息做實時修改，使輸入信息更加符合生產(chǎn)實際；數(shù)據(jù)分析是以專家經(jīng)驗為參考依據(jù)，對待處理鋼卷垛進行系統(tǒng)分析，給出各垛鋼卷退火曲線、處理時間、重量、高度、數(shù)量等信息；查詢是在數(shù)據(jù)分析結(jié)果基礎(chǔ)上，查詢某一鋼卷垛鋼卷信息。
按權(quán)利要求2所述提高鋼鐵企業(yè)罩式爐機組物流設(shè)備運行效率的方法，其特征在于所述步驟3)中控制方案生成，包括退火車間鋼卷垛入爐順序、資源的流向以及吊機的運行方案全部由該控制器控制，其控制結(jié)果可以多種方式顯示自動表格型式、吊機甘特圖顯示、爐臺甘特圖顯示以及吊機運行路線圖。
按權(quán)利要求2所述的提高鋼條企業(yè)罩式爐機組物流設(shè)備運行效率的方法，其特正在于所說的步驟5)中車間整體運作過程包括罩式爐車間整體分布模擬、吊機運動軌跡仿真以及爐臺運作仿真；吊機具體運作過程仿真包括吊機裝卸工作過程仿真和罩式退火過程仿真。
一種實施權(quán)利要求1所述的提高鋼鐵企業(yè)罩式爐機組物流設(shè)備運行效率方法的裝置，其特征在于它包括數(shù)據(jù)采集器1、數(shù)據(jù)處理器2、控制方案生成器3、生產(chǎn)過程仿真器4、控制信息上傳器5、(TCP/IP)網(wǎng)絡(luò)6、LED顯示器8和罩式爐生產(chǎn)車間吊機控制終端7；數(shù)據(jù)采集器通過網(wǎng)絡(luò)讀取實時數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理器、和內(nèi)安裝有本發(fā)明方法軟件的控制方案生成器將處理的結(jié)果通過控制信息上傳器返回網(wǎng)絡(luò)進入罩式爐生產(chǎn)車間控制終端。
按權(quán)利要求5所述的提高鋼鐵企業(yè)罩式爐機組物流設(shè)備運行效率的裝置，其特征在于所說的控制方案生成器包括資源分配方案生成器9和吊機運行方案生成器10。
按權(quán)利要求6所述的提高鋼鐵企業(yè)罩式爐機組物流設(shè)備運行效率的裝置，其特征在于所述的資源分配方案生成器包括四個模塊鋼卷垛優(yōu)先級設(shè)置模塊11、存儲模塊14、方案評價模塊12以及優(yōu)化控制模塊13；存儲模塊則由如下三部分組成資源狀態(tài)存儲器15、鋼卷垛順序存儲器16以及方案存儲器17；其中資源狀態(tài)存儲器可存儲爐臺狀態(tài)、加熱罩狀態(tài)以及冷卻罩狀態(tài)，方案存儲器可存儲鋼卷垛退火總時間、鋼卷垛入爐順序以及吊機資源分配方案；方案評價模塊用來比較資源分配方案生成器生成方案的優(yōu)劣；優(yōu)化控制模塊是對所得資源分配方案結(jié)果進行局部調(diào)整，使所得方案更加符合要求。
按權(quán)利要求6所述的提高鋼鐵企業(yè)罩式爐機組物流設(shè)備運行效率的裝置，其特征在于所說的吊機運行方案生成器包括吊機運行模擬模塊18和優(yōu)化控制模塊19。
全文摘要
一種提高鋼鐵企業(yè)罩式爐機組物流設(shè)備運行效率的控制方法和裝置，主要通過數(shù)據(jù)采集器1、數(shù)據(jù)處理器2、控制方案生成器3、生產(chǎn)過程仿真器4，以及控制信息上傳器5通過網(wǎng)絡(luò)(TCP/IP)6來實現(xiàn)。數(shù)據(jù)處理器用于對采集到的信息進行深層次的分析和處理，并輸入傳送給控制方案生成器；吊機控制方案生成器包括資源分配方案生成器9和吊機運行方案調(diào)整器10兩個模塊，前者對罩式爐車間有限資源進行分配；后者對資源分配結(jié)果的具體執(zhí)行，并可對資源的分配做進一步調(diào)整；生產(chǎn)過程仿真器模擬罩式爐生產(chǎn)車間的運行環(huán)境，對罩式爐生產(chǎn)流程及吊機的運作進行動態(tài)仿真并通過LED顯示器8顯示出來；控制信息上傳器用來將吊機控制方案生成器產(chǎn)生的控制信息上傳到罩式爐車間吊機控制終端7，指導(dǎo)罩式爐車間的生產(chǎn)。
文檔編號C21D11/00GK101591730SQ200910012329
公開日2009年12月2日 申請日期2009年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月1日
發(fā)明者唐立新, 盈 孟, 娜 葉, 呂亞娜 申請人:東北大學(xué)