專利名稱：一種鋁連續(xù)鑄軋生產(chǎn)的組爐與調(diào)度方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋁工業(yè) 板材加工信息技術(shù)領(lǐng)域，涉及到自動化技術(shù)，尤其涉及一種鋁連續(xù)鑄軋生產(chǎn)的組爐與調(diào)度方法和裝置。
背景技術(shù)：
鋁產(chǎn)品連續(xù)鑄軋指的是用液態(tài)鋁直接鑄軋鋁卷的過程，生產(chǎn)過程中，氧化鋁和其他原料在電解槽中被電解為純度很高的鋁液，經(jīng)過真空包運輸?shù)饺蹮挔t，在熔煉爐里進(jìn)行預(yù)處理操作(添加必要的合金原料調(diào)配化學(xué)成分，經(jīng)過充分混勻及靜置)后通過鑄軋機軋成一定規(guī)格的鋁卷，如圖I所示。鋁連續(xù)鑄軋是一種很有發(fā)展前途的技術(shù)，這種生產(chǎn)方法簡化了鋁板帶的生產(chǎn)工藝，具有以下明顯的優(yōu)勢1)設(shè)備簡單、占地面積??；2)節(jié)約能源，能量消耗僅為常規(guī)鑄軋法的1/3 ；3)鑄與軋的結(jié)合提高了金屬組織的致密度，消除了縮孔、疏松，減少了偏析等缺陷，省去了切頭切尾，提高成品率15%左右；4)可實現(xiàn)鑄-軋生產(chǎn)的連續(xù)化、自動化。但是，由于兩個鑄軋輥之間很窄，板帶進(jìn)行生產(chǎn)時不能得到充分的冷卻，因此鋁連續(xù)鑄軋無法生產(chǎn)一些結(jié)晶溫度范圍廣的鋁合金產(chǎn)品。由于鑄軋機的鑄造速度較低，造成鋁連續(xù)鑄軋工序的生產(chǎn)效率與高速軋機相比偏低。鋁連續(xù)鑄軋生產(chǎn)的任務(wù)包括把不同電解槽中的鋁液分配給熔煉爐組成爐次并對爐次進(jìn)行調(diào)度，不同爐次生產(chǎn)的產(chǎn)品完成生產(chǎn)合同，進(jìn)而形成顧客合同完成交貨，如圖2所示。一個普通的電解廠有上百個電解槽，由于氧化鋁原料、電解槽自身狀況和生產(chǎn)過程因素等原因，每個電解槽的純度和所含雜質(zhì)都不相同。鋁連續(xù)鑄軋每一爐的鋁液根據(jù)生產(chǎn)合同要求有確定的合金成分，如果電解槽的純度與熔煉爐合金成分差別太大則不能放入這個爐中生產(chǎn)。在組爐的過程中，還需要考慮電解槽出鋁時間和電解槽在車間中的位置對于真空包運輸?shù)挠绊?。爐次調(diào)度過程中，如果前面生產(chǎn)爐次的純度較高，后面生產(chǎn)爐次的純度低，則需要在后面爐次中添加相應(yīng)的合金成分；如果前面生產(chǎn)爐次的純度較低，而后面生產(chǎn)爐次的純度高，則需要對熔煉爐進(jìn)行徹底的清洗，這會帶來生產(chǎn)時間和材料的損失(停機后重新生產(chǎn)初期的材料質(zhì)量達(dá)不到要求)；如果前后爐次生產(chǎn)鋁卷的寬度或厚度發(fā)生變化，則需要進(jìn)行停機調(diào)整出鋁口的流量。在鋁連續(xù)鑄軋生產(chǎn)過程中，期望能夠合理快速的配制合金成分，提高鑄軋工序的生產(chǎn)效率，減少時間和材料的損失，這些都需要考慮電解槽中鋁液純度、雜質(zhì)、出鋁時間和位置，真空包調(diào)度和熔爐需求等因素。目前鋁企業(yè)連續(xù)鑄軋生產(chǎn)主要是通過人工的方式由有經(jīng)驗的技術(shù)人員執(zhí)行，效果主要依靠技術(shù)人員的工藝背景和經(jīng)驗。這種方式有如下弊端I、由于電解槽和合同的數(shù)據(jù)量大，要考慮的因素繁雜，技術(shù)人員很難整體考慮所有的生產(chǎn)信息；2、人工操作的方式很難同時考慮質(zhì)量、生產(chǎn)效率及顧客滿意度等多方面的要求；3、涉及電解和連續(xù)鑄軋兩個工序，人工操作很難集成考慮兩個階段的情況，因此靠人工操作的方式很難得到滿意的生產(chǎn)方案
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有方法存在的不足，本發(fā)明提出一種鋁連續(xù)鑄軋生產(chǎn)的組爐與調(diào)度方法和裝置，以達(dá)到提高鋁卷的生產(chǎn)質(zhì)量的目的。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的一種鋁連續(xù)鑄軋生產(chǎn)的組爐與調(diào)度方法，包括以下步驟根據(jù)電解槽和連續(xù)鑄軋機的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，確定電解和連續(xù)鑄軋的生產(chǎn)工藝參數(shù)；利用上述生產(chǎn)工藝參數(shù)，以電解槽和連續(xù)鑄軋機組為對象，以最小化電解槽及所述電解槽分配的爐次之間的純度差異、所分配爐次相同的電解槽之間的純度及位置差異、整個計劃中爐次的制造期以及爐次的空閑生產(chǎn)能力為目標(biāo)，描述工藝過程并確定約束條件;采用分散搜索方法，確定電解槽的組爐和爐次調(diào)度； 一種采用鋁連續(xù)鑄軋生產(chǎn)的組爐與調(diào)度方法的裝置，包括生產(chǎn)工藝參數(shù)生成器，用于根據(jù)電解槽和連續(xù)鑄軋機的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，計算電解和連續(xù)鑄軋的生產(chǎn)工藝參數(shù)；工藝過程及約束條件生成器，用于建立鋁連續(xù)鑄軋生產(chǎn)的組爐與調(diào)度模型，描述工藝過程并確定約束條件；分散搜索發(fā)生器，用于優(yōu)化鋁連續(xù)鑄軋生產(chǎn)的組爐與調(diào)度模型，確定電解槽組爐和爐次的調(diào)度方案；顯示模塊，用于顯示組爐和調(diào)度方案。本發(fā)明優(yōu)點本發(fā)明的鋁連續(xù)鑄軋工序的組爐與調(diào)度方法和裝置具有以下的優(yōu)點和積極效果I、本發(fā)明中由于采用企業(yè)ERP系統(tǒng)中的電解槽和連續(xù)鑄軋機生產(chǎn)信息，根據(jù)機組工藝和生產(chǎn)信息建立組爐與調(diào)度集成數(shù)學(xué)模型，使用分散搜索方法進(jìn)行優(yōu)化，采用圖形和數(shù)據(jù)的方式進(jìn)行顯示，協(xié)調(diào)考慮企業(yè)的組爐與爐次調(diào)度得到優(yōu)化的生產(chǎn)方案，便于鋁業(yè)技術(shù)人員維護(hù)使用，該方法對鋁生產(chǎn)企業(yè)其他機組和其他有色金屬企業(yè)冶煉排產(chǎn)問題也有推廣價值；2、本發(fā)明通過對電解槽組爐過程進(jìn)行模型的優(yōu)化計算，合理的利用了電解槽中的招液，減少聞品位招液被迫與低品位招液混合的情況；3、本發(fā)明由于同時考慮組爐與爐次調(diào)度，可以在完成既定生產(chǎn)任務(wù)的同時縮短鋁連續(xù)鑄軋工序的生產(chǎn)時間，從而提高了機器的運行效率；4、本發(fā)明通過在組爐與調(diào)度數(shù)學(xué)模型中考慮不同爐次之間的合理切換，減少因為相鄰爐次純度不同帶來的洗爐操作和相鄰爐次寬度厚度不同帶來的調(diào)整結(jié)晶器的停機操作，可以減少材料的損失；5、本發(fā)明通過優(yōu)化鋁連續(xù)鑄軋組爐與爐次調(diào)度，使機組的生產(chǎn)作業(yè)計劃更為合理，可以提聞?wù)芯淼纳鷱V質(zhì)量； 6、本發(fā)明由于性能穩(wěn)定，提高了企業(yè)生產(chǎn)的效率和穩(wěn)定性。


圖I為本發(fā)明一種實施方式鋁連續(xù)鑄軋工序生產(chǎn)過程示意圖；圖2為本發(fā)明一種實施方式鋁連續(xù)鑄軋工序組爐與調(diào)度原理圖3為本發(fā)明一種實施方式鋁連續(xù)鑄軋生產(chǎn)的組爐與調(diào)度方法總流程圖；圖4為本發(fā)明一種實施方式鋁連續(xù)鑄軋生產(chǎn)的組爐與調(diào)度方法分散搜索算法流程圖；圖5為本發(fā)明一種實施方式鋁連續(xù)鑄軋生產(chǎn)的組爐與調(diào)度方法的裝置結(jié)構(gòu)圖；圖6為本發(fā)明一種實施方式鋁連續(xù)鑄軋生產(chǎn)的組爐與調(diào)度方法的硬件結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖3是按照本發(fā)明的一種實施方式給出的鋁連續(xù)鑄軋生產(chǎn)的組爐與調(diào)度方法的流程圖，該流程開始于步驟301。然后，在步驟302，從鋁廠中用于存儲生產(chǎn)、材料和設(shè)備信 息的EPR系統(tǒng)(即企業(yè)數(shù)據(jù)庫)內(nèi)，調(diào)用電解槽和連續(xù)鑄軋機的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，所述的生產(chǎn)數(shù)據(jù)包括電解槽i (例如，電解槽的數(shù)量取18組，分別為18，24，30，36，42，48，54，60，66，72，78,84,90,96,102,108,114,120)的鋁液純度為 Bi (例如按照[99. 53%,99. 99% ]的范圍根據(jù)均勻分布隨機生成)，爐次k (例如對應(yīng)的爐次數(shù)量為3，4，5,6, 7,8,9,10，11，12，13，14，15，16，17，18，19，20)的鋁液純度為Ak(例如按照[99. 7%，99. 9% ]的范圍根據(jù)均勻分布隨機生成)，電解槽i的位置為Ii,電解槽j的位置為Ip電解槽i的出鋁量為Ci (例如按照[I. 25t，I. 55t]的范圍根據(jù)均勻分布隨機生成)，爐次的最大容量為Capu (例如取8噸)，爐次的最小容量為Capl例如取5噸)，爐次k生產(chǎn)鋁卷的寬度為Wk(例如按照[900mm，1100mm]的范圍根據(jù)均勻分布隨機生成)，爐次k生產(chǎn)招卷的厚度為gk(例如按照[6mm,10mm]的范圍根據(jù)均勻分布隨機生成)，熔煉爐的調(diào)寬度或厚度時間為TJ當(dāng)連續(xù)鑄軋機組生產(chǎn)的鋁卷寬度或厚度發(fā)生變化時，都需要停機調(diào)整設(shè)備，調(diào)整寬度和厚度的時間是一樣的，例如取3小時)，熔煉爐的洗爐時間為Tw(例如5小時)，生產(chǎn)中電解槽能分到爐次的最大允許純度差為D(例如取0. 4% )，ii S ii2和ii3為用于調(diào)整工藝參數(shù)的取值范圍的正實數(shù)；計算電解和連續(xù)鑄軋的生產(chǎn)工藝參數(shù)，過程如下計算各電解槽與爐次的純度差異如果電解槽i和爐次k之間的純度相同，則必=0 ;如果電解槽i和爐次k之間的純度差值小于等于D，則< =Aar~Ak\;如果電解槽i和爐次k之間的純度差值大于D，則4取一個很大的正整數(shù)；計算相同爐次內(nèi)電解槽i和j之間純度及位置差異< :如果電解槽i和j屬于同一個爐次，且電解槽i和j的純度相同，則名=;如果電解槽i和j屬于同一個爐次，且電解槽i和j的純度不相同，貝1= \ai ~aj\ +;計算電解槽分給爐次k帶來的預(yù)處理時間tik (在實施方式中，為了方便計算，按照
的范圍根據(jù)均勻分布隨機生成)首先計算把分給爐次k的電解槽運來的鋁液全部倒入爐子混合之后的鋁液純度，然后根據(jù)爐次合金成分的要求，計算需要的添加合金成分、混勻和靜置的預(yù)處理時間；計算爐次k和緊鄰其后生產(chǎn)的爐次h之間的調(diào)整時間Skh :如果爐次h的鋁合金純度小于或等于爐次k，且爐次h與爐次k生產(chǎn)鋁卷的寬度和厚度都相同，則Skh = 0 ;如果爐次h的鋁合金純度小于或等于爐次k，但是爐次h與爐次k生產(chǎn)鋁卷的寬度或厚度不相同，則Skh = Tc ;如果爐次h與爐次k生產(chǎn)鋁卷的寬度和厚度都相同，但是爐次h的鋁合金純度大于爐次k,則Skh = Tw ;stt的計算公式表示為
'0， (A ^ A)aK =^k)^(gk=gk)
skh=\Tc (A^A)aIK^^k)^(gh^gk)}
Tw, Ah > Ak在步驟303利用步驟302計算出的生產(chǎn)工藝參數(shù)，采用建立組爐與調(diào)度數(shù)學(xué)模型的方法來描述工藝過程，具體過程如下 電解廠當(dāng)前有n個電解槽出鋁供給一臺連續(xù)鑄軋機組，N為電解槽的集合，N= {I,2，. . .，n}，電解槽的標(biāo)號為i和j，i，j G N，該連續(xù)鑄軋機組需要生產(chǎn)b個爐次，爐次的集合為B，B= {0，1，. . .，b}，爐次的標(biāo)號為k和h，k，h G B ;xik表示電解槽i是否分配給爐次k進(jìn)行生產(chǎn)，如果電解槽i分配給爐次k生產(chǎn)，則Xik為1，否則為0 表示爐次h與爐次k的位置關(guān)系，如果爐次h緊鄰在爐次k之后進(jìn)行生產(chǎn)，則ykh為1，否則為0;單位重量鋁液在熔煉爐的生產(chǎn)時間為p (例如0. 2小時)，爐次k的處理時間為pk，爐次k的開始加工時間為Sk，爐次k的完成時間為Ck，制造期(最后一個爐次的完成時間)為 Cmax ;基于上述設(shè)定信息，鋁連續(xù)鑄軋的組爐與調(diào)度模型的目標(biāo)函數(shù)為 Min 4 +^3Cmax+A4Yj(Capu -YucA)
iGN k^BiGN JGNkGBk^Bi^N在目標(biāo)函數(shù)中，第一項 '刀刀為電解槽和該電解槽分配的爐次之間的
iGN k&B
純度差異之和，用來保證分配到爐次上的電解槽盡可能符合爐次的純度要求；第二項為所分配爐次相同的電解槽之間的純度及位置差異之和，用來保證分配
i&N JGNkGB
給同一個爐次的電解槽的純度和位置差異盡可能的??；第三項入3(_為制造期，用來保證總生產(chǎn)時間盡可能的短；第四項為爐次的空閑生產(chǎn)能力之和，用來保
k&Bi&N
證爐次的空閑產(chǎn)能盡可能的??；X = 1,2,3,4)為目標(biāo)函數(shù)的權(quán)重，且有刀4 =1;
i約束條件如下(I)保證每個電解槽最多只能分配到一個爐次中生產(chǎn)Z!x* -^i GN
k&B(2)保證分到某一爐次的電解槽的成分與爐次的成分需求不能超過允許的電解槽與爐次化學(xué)成分的最大差異I Bi-Ak I xik 彡 D，i G N，k G B(3)保證分到某一爐次的電解槽出鋁的總重量不能超過爐子允許的最大重量- Capu, k e B
i^N(4)保證分到某一爐次的電解槽出鋁的總重量必須大于爐子要求的最小重量
Z! % - CaPL，k e B
i&N(5)表示決策變量y的取值條件，當(dāng)k = h時，Ykh = O:ykk = 0, k G B(6)表示每個爐次h要么在k前面生產(chǎn),要么在k后面生產(chǎn)ykh+Yhk = l，kGB,hGB,k<h(7)表示爐次的處理時間等于這個爐次中所有鋁液的加工時間加上爐次中不同來源鋁液帶來的預(yù)處理時間 Pk= P'^ CiXik + tIkxIk，k e B
i^Ni^N(8)表示爐次的完成時間等于其開始時間與處理時間之和Ck = Sk+pk，k G B(9) (10)表示不能同時加工兩個爐次，爐次h只能在其前面的爐次k加工完成之后并加上可能存在的調(diào)整(洗爐或調(diào)寬度厚度)時間才能開始加工Sh+(l-ykh) M 彡 Ck+skh, kGB,hGB,k^hSk+ykh M 彡 Ch+shk, kGB,hGB,k^h(11)定義了組爐和調(diào)度方案的制造期
_4] Cfflax 彡 Ck k G B步驟304所說的分散搜索方法，其流程如圖具體過程為從步驟401開始。在步驟402，創(chuàng)建初始種群采用下面的兩種啟發(fā)式方法建立P(例如100)個解的初始種群，P的值應(yīng)該為下面所述參考集中解的個數(shù)的10倍以上，gp50 200 :第一種啟發(fā)式方法首先隨機選擇一個爐次，隨機給這個爐次分配符合純度要求的電解槽，然后隨機選擇另一個爐次重復(fù)執(zhí)行直到b個爐次都分配完電解槽后，對這些爐次隨機進(jìn)行排序，得到一個初始解，重復(fù)執(zhí)行第一種啟發(fā)式方法直到得到P/2 (例如50)個解；第二種啟發(fā)式方法首先隨機選擇一個爐次，隨機給這個爐次分配符合純度要求的電解槽，然后隨機選擇另一個爐次重復(fù)執(zhí)行直到b個爐次都分配完電解槽后，隨機選擇一個爐次，選擇緊鄰在這個爐次之后生產(chǎn)調(diào)整時間最小的爐次放在爐次序列中，重復(fù)選擇調(diào)整時間最小的爐次直到所有爐次都排在序列中，得到一個初始解，重復(fù)執(zhí)行第二種啟發(fā)式方法直到得到P/2(例如50)個解，與第一種啟發(fā)式方法得到的P/2(例如50)個解組成初始種群；在步驟403，改進(jìn)初始種群中的解，更新初始種群采用基于插入和交換的變鄰域搜索方法對初始種群中的解進(jìn)行改進(jìn)，使得組爐與調(diào)度模型的目標(biāo)函數(shù)值減小，用得到的改進(jìn)解來更新初始種群，插入操作是把電解槽i從當(dāng)前解中爐次h的計劃中刪除，加到某個爐次k2的計劃中；交換操作是把爐次Ic1和k2計劃中的電解槽I1和i2相互交換爐次，對于給定的一個初始種群中的解，基于插入和交換的變鄰域搜索方法，首先對當(dāng)前的解重復(fù)進(jìn)行插入操作直到無法減少目標(biāo)函數(shù)值，然后對當(dāng)前的解重復(fù)進(jìn)行交換操作直到無法減少目標(biāo)函數(shù)值，完成一次迭代過程，重復(fù)進(jìn)行迭代直到達(dá)到預(yù)先給定的最大迭代次數(shù)變鄰域搜索方法停止，得到目標(biāo)函數(shù)改進(jìn)解，用上述改進(jìn)解更新初始種群。在步驟404，創(chuàng)建參考集。參考集是由目標(biāo)函數(shù)好的解和分散性好的解組成的集合，從改進(jìn)后的初始種群中選擇b (例如10)個解加入到參考集中，5彡b彡20，b 1^+132，其中1^(例如5)個為目標(biāo)函數(shù)好的解，b2(例如5)個為分散性好的解，其中，所述的目標(biāo)函數(shù)好是指通過比較參考集中解的目標(biāo)函數(shù)，按照目標(biāo)函數(shù)從小到大選擇其中若干個解；所述的解的分散性好是指該解到參考集中其他解的距離比較大，即解之間的差異性比較大，對于兩個初始種群中的解，用分配給不同爐次的電解槽個數(shù)加上爐次調(diào)度中前后不同爐次的個數(shù)表示解之間的距離。在步驟405，創(chuàng)建子集。鋁連續(xù)鑄軋組爐與調(diào)度方法中的組爐部分，這里由參考集中目標(biāo)函數(shù)值最小的解和參考集中剩余解的兩兩組合組成包含三個解的解集，即三元子集。對于鋁連續(xù)鑄軋組爐與調(diào)度方法中的爐次調(diào)度部分，這里由參考集中的解兩兩組合組成包含兩個解的解集，即二元子集。在步驟406，組合子集中的解產(chǎn)生新解。對于組爐部分每個子集中的三個解，依次判斷每一個電解槽是否選擇了同一爐次進(jìn)行生產(chǎn)。如果該電解槽在三個解中選擇了同一爐次，則在組合的新解中，該電解槽仍然選擇這一爐次進(jìn)行生產(chǎn)；如果該電解槽沒有選擇同一爐次，則用隨機選擇的方式選擇該電解槽在新解中的生產(chǎn)爐次(例如，隨機產(chǎn)生隨機整數(shù) a :當(dāng)a = I時，選擇子集中的第一個解；當(dāng)a = 2時，選擇子集中的第二個解；當(dāng)a = 3時，選擇子集中的第三個解)；對于爐次調(diào)度部分每個子集中的兩個解，首先隨機選擇一個位置1，且I G [l，b/2]，前I個爐次從第一個解中選擇，第1+1到第b個位置的爐次隨機從這兩個解中選擇，在步驟407，采用步驟403基于插入和交換的變鄰域搜索方法對組合產(chǎn)生的新解進(jìn)行改進(jìn)。在步驟408，把組合子集中的解產(chǎn)生的新解與參考集中的解進(jìn)行比較，如果新解不在參考集中，而且參考集中的解有目標(biāo)函數(shù)比新解大的，則把新解加入到參考集中，刪掉目標(biāo)函數(shù)最大的那個解，并執(zhí)行步驟405 ;如果新解在參考集中，則執(zhí)行步驟406。在步驟409，需要判斷參考集是否是無法更新的，如果參考集無法更新，則需要執(zhí)行步驟410，進(jìn)一步判斷是否達(dá)到了最大迭代次數(shù)；若參考集是可以更新的，則返回步驟404，重新創(chuàng)建參考集。在步驟410，當(dāng)?shù)螖?shù)沒有到達(dá)程序規(guī)定的最大次數(shù)1(例如1000)時，100 ^ I ^ 1000，則執(zhí)行步驟402，重新產(chǎn)生初始種群，構(gòu)建參考集和子集，依次執(zhí)行上面的操作；當(dāng)參考集無法更新或者迭代次數(shù)到達(dá)規(guī)定的最大次數(shù)I時，停止上述循環(huán)過程，執(zhí)行步驟411，當(dāng)前參考集中的目標(biāo)函數(shù)最大的解就是求得的最優(yōu)解，利用上述最優(yōu)解，確定鋁連續(xù)鑄軋組爐與調(diào)度方法的優(yōu)化策略。在步驟305，本發(fā)明的一種實施方式中給出兩個顯示結(jié)果的方式圖形顯示和數(shù)據(jù)顯示，用圖形和數(shù)據(jù)兩種方式顯示組爐與調(diào)度優(yōu)化策略，用戶可以把結(jié)果直接輸出成txt或Excel的格式，人工進(jìn)行修改或直接執(zhí)行。所述的結(jié)果顯示均是由人工進(jìn)行修改技術(shù)人員可以在模型和算法得到的組爐和調(diào)度方案基礎(chǔ)上，使用圖形和數(shù)據(jù)界面直接進(jìn)行修改，操作簡單方便。在執(zhí)行步驟306，若用戶對數(shù)學(xué)模型和分散搜索方法得出的結(jié)果不滿意，執(zhí)行步驟307，通過修改模型參數(shù)或分散搜索方法的參數(shù)后重新進(jìn)行計算，所述的可修改的模型參數(shù)包括權(quán)重、費用值和機組工藝設(shè)置；所述的可修改的分散搜索方法的參數(shù)包括初始種群大小、參考集大小、參考集中目標(biāo)函數(shù)好的解的個數(shù)、參考集中分散性好的解的個數(shù)和最大迭代次數(shù)；若用戶對數(shù)學(xué)模型和分散搜索方法得出的結(jié)果滿意，則執(zhí)行步驟308。由于本發(fā)明的一種實施方式中的數(shù)學(xué)模型屬于混合整數(shù)非線性規(guī)劃，為了評價該模型和分散搜索算法的性能，采用國際求解混合非線性規(guī)劃的知名軟件包GAMS對模型進(jìn)行求解。由于提出的分散搜索方法同時考慮組爐與調(diào)度，與下面的分階段處理方式相比，是一種集成方法。為了測試組爐與調(diào)度方法的作用，提出了一種兩階段的分散搜索方法，該方法針對組爐和爐次調(diào)度的兩個階段過程分別開發(fā)了兩個獨立的分散搜索方法程序，每個階段采用與集成分散搜索方法中對應(yīng)相同的算法過程和步驟，上述模型和優(yōu)化方法對測試數(shù)據(jù)得出的結(jié)果如下表I采用算例I獲得的結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種鋁連續(xù)鑄軋生產(chǎn)的組爐與調(diào)度方法，其特征在于包括以下步驟 根據(jù)電解槽和連續(xù)鑄軋機的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，確定電解和連續(xù)鑄軋的生產(chǎn)工藝參數(shù)； 利用上述生產(chǎn)工藝參數(shù)，以電解槽和連續(xù)鑄軋機組為對象，以最小化電解槽及所述電解槽分配的爐次之間的純度差異、所分配爐次相同的電解槽之間的純度及位置差異、整個計劃中爐次的制造期以及爐次的空閑生產(chǎn)能力為目標(biāo)，描述工藝過程并確定約束條件； 采用分散搜索方法，確定電解槽的組爐和爐次調(diào)度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋁連續(xù)鑄軋生產(chǎn)的組爐與調(diào)度方法，其特征在于所述的電解槽和連續(xù)鑄軋機的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，包括電解槽i的鋁液純度為％，爐次k的鋁液純度為Ak，電解槽i的位置為Ii,電解槽j的位置為Ip電解槽i的出鋁量為Ci,爐次的最大容量為Capu,爐次的最小容量為Cap1，爐次k生產(chǎn)鋁卷的寬度為wk，爐次k生產(chǎn)鋁卷的厚度為gk，熔煉爐的調(diào)寬度或厚度時間為T。，熔煉爐的洗爐時間為Tw，生產(chǎn)中電解槽能分到爐次的最大允許純度差為D，U1, U2和U3為用于調(diào)整工藝參數(shù)的取值范圍的正實數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋁連續(xù)鑄軋生產(chǎn)的組爐與調(diào)度方法，其特征在于所述的確定電解和連續(xù)鑄軋的生產(chǎn)工藝參數(shù)，過程如下 計算各電解槽與爐次的純度差異尤:如果電解槽i和爐次k之間的純度相同，則必=O ;如果電解槽i和爐次k之間的純度差值小于等于D，則< =Aar~A\;如果電解槽i和爐次k之間的純度差值大于D，則4取一個很大的正整數(shù)； 計算相同爐次內(nèi)電解槽i和j之間純度及位置差異如果電解槽i和j屬于同一個爐次，且電解槽i和j的純度相同，則
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋁連續(xù)鑄軋生產(chǎn)的組爐與調(diào)度方法，其特征在于所述的描述工藝過程并確定約束條件，方法為 電解廠當(dāng)前有n個電解槽出鋁供給一臺連續(xù)鑄軋機組，N為電解槽的集合，N= {I,2，. . .，n}，電解槽的標(biāo)號為i和j，i，j G N，該連續(xù)鑄軋機組需要生產(chǎn)b個爐次，爐次的集合為B，B = {0,1, .，b}，爐次的標(biāo)號為k和h，k，h G B ; xik表示電解槽i是否分配給爐次k進(jìn)行生產(chǎn)，如果電解槽i分配給爐次k生產(chǎn)，則xik為1，否則為0 ;ykh表示爐次h與爐次k的位置關(guān)系，如果爐次h緊鄰在爐次k之后進(jìn)行生產(chǎn)，則ykh為1，否則為O ; 單位重量鋁液在熔煉爐的生產(chǎn)時間為p，爐次k的處理時間為pk，爐次k的開始加工時間為sk，爐次k的完成時間為ck，制造期為Cmax ； 基于上述設(shè)定信息，鋁連續(xù)鑄軋的組爐與調(diào)度模型的目標(biāo)函數(shù)為
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋁連續(xù)鑄軋生產(chǎn)的組爐與調(diào)度方法，其特征在于所述的分散搜索方法，步驟如下 步驟I :創(chuàng)建初始種群采用兩種啟發(fā)式方法建立P個解的初始種群，P的值應(yīng)該為下面所述參考集中解的個數(shù)的10倍以上，即50 < P < 200 :第一種啟發(fā)式方法首先隨機選擇一個爐次，隨機給這個爐次分配符合純度要求的電解槽，然后隨機選擇另一個爐次重復(fù)執(zhí)行直到b個爐次都分配完電解槽后，對這些爐次隨機進(jìn)行排序，得到一個初始解，重復(fù)執(zhí)行第一種啟發(fā)式方法直到得到P/2個解；第二種啟發(fā)式方法首先隨機選擇一個爐次，隨機給這個爐次分配符合純度要求的電解槽，然后隨機選擇另一個爐次重復(fù)執(zhí)行直到b個爐次都分配完電解槽后，隨機選擇一個爐次，選擇緊鄰在這個爐次之后生產(chǎn)調(diào)整時間最小的爐次放在爐次序列中，重復(fù)選擇調(diào)整時間最小的爐次直到所有爐次都排在序列中，得到一個 初始解，重復(fù)執(zhí)行第二種啟發(fā)式方法直到得到P/2個解，與第一種啟發(fā)式方法得到的P/2個 解組成初始種群； 步驟2，改進(jìn)初始種群中的解，更新初始種群采用基于插入和交換的變鄰域搜索方法對初始種群中的解進(jìn)行改進(jìn)，使得組爐與調(diào)度模型的目標(biāo)函數(shù)值減小，用得到的改進(jìn)解來更新初始種群，插入操作是把電解槽i從當(dāng)前解中爐次匕的計劃中刪除，加到某個爐次匕的計劃中；交換操作是把爐次&和k2計劃中的電解槽I1和i2相互交換爐次，對于給定的一個初始種群中的解，基于插入和交換的變鄰域搜索方法，首先對當(dāng)前的解重復(fù)進(jìn)行插入操作直到無法減少目標(biāo)函數(shù)值，然后對當(dāng)前的解重復(fù)進(jìn)行交換操作直到無法減少目標(biāo)函數(shù)值，完成一次迭代過程，重復(fù)進(jìn)行迭代直到達(dá)到預(yù)先給定的最大迭代次數(shù)變鄰域搜索方法停止，得到目標(biāo)函數(shù)改進(jìn)解，用上述改進(jìn)解更新初始種群； 步驟3 :創(chuàng)建參考集，參考集是由目標(biāo)函數(shù)好的解和分散性好的解組成的集合，從改進(jìn)后的初始種群中選擇b個解加入到參考集中，5 < b ^ 20, b bi+b2，其中Id1個為目標(biāo)函數(shù)好的解，b2個為分散性好的解，其中，所述的目標(biāo)函數(shù)好是指通過比較參考集中解的目標(biāo)函數(shù)，按照目標(biāo)函數(shù)從小到大選擇其中若干個解；所述的解的分散性好是指該解到參考集中其他解的距離比較大，即解之間的差異性比較大，對于兩個初始種群中的解，用分配給不同爐次的電解槽個數(shù)加上爐次調(diào)度中前后不同爐次的個數(shù)表示解之間的距離； 步驟4 :創(chuàng)建子集，鋁連續(xù)鑄軋組爐與調(diào)度方法中的組爐部分，這里由參考集中目標(biāo)函數(shù)值最小的解和參考集中剩余解的兩兩組合組成包含三個解的解集，即三元子集；對于鋁連續(xù)鑄軋組爐與調(diào)度方法中的爐次調(diào)度部分，這里由參考集中的解兩兩組合組成包含兩個解的解集，即二元子集； 步驟5 :組合子集中的解產(chǎn)生新解，對于組爐部分每個子集中的三個解，依次判斷每一個電解槽是否選擇了同一爐次進(jìn)行生產(chǎn)如果該電解槽在三個解中選擇了同一爐次，則在組合的新解中，該電解槽仍然選擇這一爐次進(jìn)行生產(chǎn)；如果該電解槽沒有選擇同一爐次，則用隨機選擇的方式選擇該電解槽在新解中的生產(chǎn)爐次；對于爐次調(diào)度部分每個子集中的兩個解，首先隨機選擇一個位置1，且I e [I, b/2]，前I個爐次從第一個解中選擇，第1+1到第b個位置的爐次隨機從這兩個解中選擇； 步驟6 :采用步驟2基于插入和交換的變鄰域搜索方法對組合產(chǎn)生的新解進(jìn)行改進(jìn)；步驟7 :把組合子集中的解產(chǎn)生的新解與參考集中的解進(jìn)行比較，如果新解不在參考集中，而且參考集中的解有目標(biāo)函數(shù)比新解大的，則把新解加入到參考集中，刪掉目標(biāo)函數(shù)最大的那個解，并執(zhí)行步驟4 ;如果新解在參考集中，則執(zhí)行步驟8 ; 步驟8 :判斷參考集是否是無法更新的，如果參考集無法更新，則需要執(zhí)行步驟9，進(jìn)一步判斷是否達(dá)到了最大迭代次數(shù)；若參考集是可以更新的，則返回步驟3，重新創(chuàng)建參考集; 步驟9 :當(dāng)?shù)螖?shù)沒有到達(dá)程序規(guī)定的最大次數(shù)I時，100彡I彡1000，則返回步驟I ;當(dāng)參考集無法更新或者迭代次數(shù)到達(dá)規(guī)定的最大次數(shù)I時，停止上述循環(huán)過程，當(dāng)前參考集中的目標(biāo)函數(shù)最大的解就是求得的最優(yōu)解，利用上述最優(yōu)解，確定鋁連續(xù)鑄軋的組爐與調(diào)度的優(yōu)化策略。
6.采用鋁連續(xù)鑄軋生產(chǎn)的組爐與調(diào)度方法的裝置，其特征在于包括 生產(chǎn)工藝參數(shù)生成器，用于根據(jù)電解槽和連續(xù)鑄軋機的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，計算電解和連續(xù)鑄軋的生產(chǎn)工藝參數(shù)； 工藝過程及約束條件生成器，用于建立鋁連續(xù)鑄軋生產(chǎn)的組爐與調(diào)度模型，描述工藝過程并確定約束條件； 分散搜索發(fā)生器，用于優(yōu)化鋁連續(xù)鑄軋生產(chǎn)的組爐與調(diào)度模型，確定電解槽組爐和爐次的調(diào)度方案； 顯示模塊，用于顯示上述方案。
全文摘要
一種鋁連續(xù)鑄軋生產(chǎn)的組爐與調(diào)度方法和裝置，屬于鋁工業(yè)板材加工信息技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明利用生產(chǎn)工藝參數(shù)，以電解槽和連續(xù)鑄軋機組為對象，以最小化電解槽及所述電解槽分配的爐次之間的純度差異、所分配爐次相同的電解槽之間的純度及位置差異、整個計劃中爐次的制造期以及爐次的空閑生產(chǎn)能力為目標(biāo)，描述工藝過程并確定約束條件，采用分散搜索方法，確定電解槽的組爐和爐次調(diào)度；本發(fā)明在完成既定生產(chǎn)任務(wù)的同時縮短鋁連續(xù)鑄軋工序的生產(chǎn)時間，從而提高了機器的運行效率；減少因為相鄰爐次純度不同帶來的洗爐操作和相鄰爐次寬度厚度不同帶來的調(diào)整結(jié)晶器的停機操作，可以減少材料的損失；使機組的生產(chǎn)作業(yè)計劃更為合理，可以提高鋁卷的生產(chǎn)質(zhì)量。
文檔編號B22D11/16GK102699027SQ20121004028
公開日2012年10月3日 申請日期2012年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月21日
發(fā)明者唐立新, 郭慶新 申請人:東北大學(xué)