專利名稱：煉鋼-精煉-連鑄生產(chǎn)過(guò)程的調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煉鋼-精煉-連鑄生產(chǎn)過(guò)程的調(diào)度方法，具體地說(shuō)，涉及一種基于最佳 工藝溫度的煉鋼-精煉-連鑄生產(chǎn)過(guò)程的調(diào)度方法。
背景技術(shù)：
在目前的鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中，鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)部門通常將煉鋼-精煉-連鑄三個(gè)工序 作為一個(gè)整體來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃編制，形成生產(chǎn)批量計(jì)劃。然后，將所形成的生產(chǎn)批量計(jì)劃下 達(dá)給各生產(chǎn)廠執(zhí)行，例如，下達(dá)給進(jìn)行煉鋼-精煉-連鑄生產(chǎn)過(guò)程的煉鋼廠。在下達(dá)給煉 鋼廠的生產(chǎn)批量計(jì)劃中，指定了在連鑄工序上需要加工的各個(gè)澆次和板坯交貨時(shí)間，并要 求煉鋼廠按照連鑄板坯交貨時(shí)間要求生產(chǎn)出合格板坯。在接收到生產(chǎn)批量計(jì)劃后，煉鋼廠 需要根據(jù)生產(chǎn)批量計(jì)劃來(lái)編制煉鋼_精煉_連鑄生產(chǎn)過(guò)程的生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃，以實(shí)現(xiàn)在工藝 約束條件下最大程度地滿足連鑄板坯的交貨時(shí)間要求的同時(shí)，使得完成全部工件的時(shí)間最 短。煉鋼-精煉-連鑄生產(chǎn)過(guò)程是一種高溫、連續(xù)且伴隨著物理及化學(xué)變化的復(fù)雜生 產(chǎn)過(guò)程，其通常涉及多個(gè)爐次、多個(gè)工序、多個(gè)設(shè)備、多個(gè)階段以及多個(gè)板坯。這里要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)“爐次”指的是煉鋼_精煉生產(chǎn)過(guò)程的加工單位，根據(jù)具體 生產(chǎn)廠不同，每個(gè)爐次可包含100-300t鋼水。在本文中，用符號(hào)J1, J2,…，Jn表示η個(gè)爐 次。術(shù)語(yǔ)“工序”指的是每爐鋼水要順序經(jīng)過(guò)煉鋼、精煉方式1、…、精煉方式L、連鑄 等多種方式的加工，每次加工稱作一個(gè)工序。在本文中，用符號(hào)on，oi2，…，(^表示爐次i 的第1到第m個(gè)工序。術(shù)語(yǔ)“階段”指的是爐次經(jīng)過(guò)的加工方式。在本文中，用符號(hào)S1, S2,…，Sm表示m 個(gè)生產(chǎn)階段。術(shù)語(yǔ)“板坯”指的是每個(gè)爐次的鋼水經(jīng)過(guò)連鑄生產(chǎn)階段后被澆鑄成的板坯，每塊板 坯的重量通常為十幾噸到幾十噸。在本文中，用P1, P2. ...，Pn表示N塊板坯。圖1示出了現(xiàn)有的煉鋼-精煉-連鑄生產(chǎn)過(guò)程示意圖。如圖1所示，在現(xiàn)有煉鋼_精煉_連鑄生產(chǎn)過(guò)程中，根據(jù)現(xiàn)有的調(diào)度方法，爐次J1, J2,...，Jn依序通過(guò)煉鋼設(shè)備1,2,..., IS11、精煉設(shè)備1,2,..., Is21和連鑄設(shè)備1,2,...,
s3|，然后形成板坯P1;P2，...，pN。在現(xiàn)有調(diào)度方法中，通常是應(yīng)用啟發(fā)式或精確算法來(lái)確定各工序的加工設(shè)備并指 定各工序的開(kāi)始時(shí)刻，即指定各工序的開(kāi)始時(shí)間點(diǎn)。然而，由于煉鋼-精煉-連鑄生產(chǎn)過(guò)程是一個(gè)高溫且連續(xù)的生產(chǎn)過(guò)程，并伴隨有復(fù) 雜的物理及化學(xué)變化，因此，在煉鋼-精煉-連鑄生產(chǎn)過(guò)程中，常常存在許多不可預(yù)測(cè)的影 響因素，從而導(dǎo)致煉鋼-精煉-連鑄生產(chǎn)過(guò)程很容易偏離生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃。從上可知，在現(xiàn)有 調(diào)度方法中只給出了各工序的開(kāi)始時(shí)刻，并沒(méi)有給出不影響生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃的各工序的最晚 開(kāi)始時(shí)間。也就是說(shuō)，根據(jù)現(xiàn)有調(diào)度方法所編制的生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃是一種定點(diǎn)計(jì)劃。因此，在生產(chǎn)過(guò)程偏離生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃時(shí)，生產(chǎn)管理人員不能夠根據(jù)所編制的生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃判斷實(shí)際 生產(chǎn)過(guò)程偏離生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃的程度，以及該種偏離是否會(huì)對(duì)煉鋼_精煉_連鑄生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn) 生影響，從而不能在偏離程度對(duì)生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生不良影響時(shí)及時(shí)對(duì)生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整。因此，能夠指定各工序在各加工設(shè)備上的[最早開(kāi)始，最晚開(kāi)始]時(shí)間窗口的煉 鋼-精煉-連鑄生產(chǎn)過(guò)程的調(diào)度方法，可以使得生產(chǎn)管理人員在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)意外因素 時(shí)及時(shí)對(duì)調(diào)度計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整。但是鋼水在各工藝設(shè)備上要求的到達(dá)溫度構(gòu)成一個(gè)溫度區(qū) 間，有最低溫度、最佳溫度、最高溫度要求，并且鋼水在整個(gè)加工周期內(nèi)處于不同的加工階 段時(shí)具有不同的溫度_時(shí)間變化規(guī)律，因此在給定的計(jì)劃周期、設(shè)備分配、加工順序的約束 條件下，單純的以時(shí)間窗口為依據(jù)進(jìn)行煉鋼_精煉_連鑄生產(chǎn)過(guò)程的調(diào)度只能保證鋼水在 各工藝設(shè)備上的溫度在要求的溫度區(qū)間范圍內(nèi)，而無(wú)法保證鋼水在各工藝設(shè)備上具有一個(gè) 最佳的到達(dá)溫度。因此，為了使各爐鋼水在各設(shè)備上能夠具有最佳的到達(dá)溫度，需要確定調(diào)度方法 中各工序在其時(shí)間窗口中的哪一刻開(kāi)始才是最佳的，即確定時(shí)間窗內(nèi)各爐鋼水在各設(shè)備上 的開(kāi)始時(shí)間，仍是目前急需解決的重要問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
基于以上問(wèn)題，本發(fā)明提供一種煉鋼_精煉_連鑄生產(chǎn)過(guò)程的調(diào)度方法，該調(diào)度方 法根據(jù)初步調(diào)度計(jì)劃生成時(shí)間約束網(wǎng)絡(luò)；根據(jù)時(shí)間約束網(wǎng)絡(luò)計(jì)算出煉鋼_精煉_連鑄生產(chǎn) 過(guò)程中各工序的時(shí)間窗口 ；根據(jù)所述時(shí)間窗口建立調(diào)度優(yōu)化模型，并根據(jù)該模型計(jì)算出煉 鋼-精煉-連鑄生產(chǎn)過(guò)程中各工序的最佳開(kāi)始時(shí)間；根據(jù)所述最佳開(kāi)始時(shí)間確定最終調(diào)度 計(jì)劃并按照該最終調(diào)度計(jì)劃進(jìn)行生產(chǎn)。其中，在根據(jù)所述時(shí)間窗口建立調(diào)度優(yōu)化模型的過(guò)程中，需要確定鋼水在各工藝 設(shè)備上加工時(shí)的最佳初始溫度，根據(jù)所述最佳初始溫度確定煉鋼_精煉_連鑄生產(chǎn)過(guò)程中 各工序的最佳開(kāi)始時(shí)間。再者，針對(duì)所生成的時(shí)間約束網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算所述時(shí)間約束網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)0之 間的最短距離di(l以及節(jié)點(diǎn)0與各節(jié)點(diǎn)i之間的最短時(shí)間距離Cltli，以獲得各節(jié)點(diǎn)i的時(shí)間
Uf [-di0, d0i] ο此外，在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，采用三角形模糊集隸屬度函數(shù)、梯形模糊 集隸屬度函數(shù)或者六點(diǎn)模糊集隸屬度函數(shù)來(lái)確定所述最佳初始溫度。利用本發(fā)明提供的調(diào)度方法，生產(chǎn)管理人員不僅能夠知道各工序的最早開(kāi)始時(shí)間 和在不影響計(jì)劃目標(biāo)的前提下各工序的最晚開(kāi)始時(shí)間，從而可以在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)意外因 素時(shí)及時(shí)對(duì)調(diào)度計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整，并且還能夠根據(jù)基于最佳工藝溫度確定的各爐鋼水在各設(shè) 備上的開(kāi)始加工時(shí)間，從而使得在煉鋼_精煉_連鑄生產(chǎn)過(guò)程中，在給定的計(jì)劃周期、設(shè)備 分配、加工順序的約束條件下，鋼水在各工藝設(shè)備上具有一個(gè)最佳的到達(dá)溫度，不僅能夠在 保證原有調(diào)度計(jì)劃的設(shè)備分配和加工順序不變的情況下，滿足煉鋼-精煉-連鑄生產(chǎn)過(guò)程 工藝要求，還能夠有效提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低能源消耗。


通過(guò)下面結(jié)合附圖對(duì)其實(shí)施例進(jìn)行描述，本發(fā)明的上述特征和技術(shù)優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得
5更加清楚和容易理解。 圖1是表示現(xiàn)有的煉鋼_精煉_連鑄生產(chǎn)過(guò)程示意圖；
圖2是表示本發(fā)明實(shí)施例的調(diào)度流程示意圖；圖3是表示本發(fā)明中可行的煉鋼-精煉-連鑄生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃對(duì)應(yīng)的時(shí)間約束網(wǎng)絡(luò) 示意圖；圖4是表示本發(fā)明中采用三角形模糊集隸屬度函數(shù)確定最佳溫度的示意圖；圖5是表示本發(fā)明中采用梯形模糊集隸屬度函數(shù)確定最佳溫度的示意圖；圖6是表示本發(fā)明中采用六點(diǎn)模糊集隸屬度函數(shù)確定最佳溫度的示意圖；圖7是表示本發(fā)明中采用的基于種群進(jìn)化策略的算法架構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述。在煉鋼一精煉_連鑄生產(chǎn)過(guò)程中，在給定計(jì)劃周期、設(shè)備分配、加工順序的約束條 件下，鋼水在各工藝設(shè)備上的工藝溫度、開(kāi)始加工時(shí)間均是一個(gè)范圍值，即溫度區(qū)間和時(shí)間 區(qū)間(窗口)，但鋼水在各工藝設(shè)備上要求的到達(dá)溫度在所要求的溫度區(qū)間內(nèi)均具有一個(gè) 最佳溫度，因此對(duì)應(yīng)的在各工藝設(shè)備上鋼水的開(kāi)始加工時(shí)間也具有一個(gè)在最佳溫度開(kāi)始的 最佳開(kāi)始時(shí)間。本發(fā)明就是在以下約束條件下，以各爐鋼水在各設(shè)備上的最佳到達(dá)溫度為目標(biāo)， 確定各爐鋼水在各設(shè)備上的最佳開(kāi)始加工時(shí)間，從而以該最佳加工時(shí)間為依據(jù)確定最終的 生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃，以提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低能源消耗。約束條件如下(1)各爐鋼水已經(jīng)被指定加工設(shè)備，在同一設(shè)備上加工的各爐鋼水已經(jīng)確定加工 順序；(2)各爐鋼水在各加工設(shè)備上的加工持續(xù)時(shí)間確定；(3)各爐鋼水在各加工設(shè)備上的最低溫度、最佳溫度、最高溫度限制；(4)各爐鋼水在不同加工階段的傳擱時(shí)間具有最小值、最大值約束；圖2是表示本發(fā)明實(shí)施例的調(diào)度流程示意圖。如圖2所示，在上述約束條件下，本 發(fā)明提供的煉鋼-精煉-連鑄生產(chǎn)過(guò)程的調(diào)度方法包括如下步驟首先，根據(jù)初步可行的調(diào) 度計(jì)劃生成時(shí)間約束網(wǎng)絡(luò)；然后，根據(jù)生成的時(shí)間約束網(wǎng)絡(luò)計(jì)算出煉鋼-精煉-連鑄生產(chǎn)過(guò) 程中各工序的時(shí)間窗口 ；在計(jì)算出各工序的時(shí)間窗口之后，根據(jù)所述時(shí)間窗口建立調(diào)度優(yōu) 化模型，并根據(jù)該模型計(jì)算出煉鋼-精煉-連鑄生產(chǎn)過(guò)程中各工序的最佳開(kāi)始時(shí)間；最后根 據(jù)計(jì)算出的最佳開(kāi)始時(shí)間確定最終調(diào)度計(jì)劃并按照該最終調(diào)度計(jì)劃進(jìn)行生產(chǎn)。圖3是表示本發(fā)明中可行的煉鋼-精煉-連鑄生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃對(duì)應(yīng)的時(shí)間約束網(wǎng) 絡(luò)示意圖。如圖3所示，以6個(gè)爐次3個(gè)生產(chǎn)階段，每個(gè)生產(chǎn)階段設(shè)置3個(gè)生產(chǎn)設(shè)備的煉 鋼-精煉-連鑄生產(chǎn)過(guò)程為例，一個(gè)可行的煉鋼_精煉-連鑄生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃可以表示成如圖 3所示的時(shí)間約束網(wǎng)絡(luò)圖，圖3中的時(shí)間單位為分鐘，完成全部生產(chǎn)任務(wù)的目標(biāo)時(shí)間為137 分鐘。圖3中的節(jié)點(diǎn)代表各工件的不同工序，其中節(jié)點(diǎn)0和節(jié)點(diǎn)*為虛工序，分別代表整個(gè) 計(jì)劃的開(kāi)始和結(jié)束，節(jié)點(diǎn)間的弧線代表各工件不同工序間的時(shí)間約束關(guān)系。在計(jì)算時(shí)間窗的過(guò)程中，通過(guò)計(jì)算時(shí)間約束網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)0之間的最短 距離di(l以及節(jié)點(diǎn)0與各節(jié)點(diǎn)i之間的最短時(shí)間距離Cltli，來(lái)獲得各節(jié)點(diǎn)i的時(shí)間窗[_di(l，d0i]。要在時(shí)間窗中確定煉鋼-精煉-連鑄生產(chǎn)過(guò)程中各工序的最佳開(kāi)始時(shí)間，首先需 要確定鋼水在各工藝設(shè)備上加工時(shí)的最佳初始溫度。鋼水在各工藝設(shè)備上要求的初始工藝 溫度構(gòu)成一個(gè)溫度區(qū)間，有最低初始溫度Tmin、最佳初始溫度Topt、最高初始溫度Tmax要 求，但是，由于鋼水溫度在最小值與最優(yōu)值之間以及在最優(yōu)值與最大值之間時(shí)，不能清楚表 述該溫度的好壞程度，因此，本發(fā)明采用模糊函數(shù)的表達(dá)方法來(lái)確定最佳初始溫度Topt。如 圖5所示的三角形模糊集隸屬度函數(shù)中，當(dāng)鋼水溫度為最佳值Topt時(shí)，規(guī)定隸屬度函數(shù)值 為1，表示該初始溫度最令人滿意；當(dāng)鋼水溫度低于最低值Tmin及高于最高值Tmax時(shí)，規(guī) 定隸屬度函數(shù)值為0，表示該初始溫度不能令人接受；鋼水溫度為其它值時(shí)對(duì)應(yīng)的隸屬度 函數(shù)值如圖5所示的分段線性形式。另外，鋼水溫度的好壞程度也可以采用圖6所示的梯形模糊集隸屬度數(shù)、圖7所示 的六點(diǎn)模糊集隸屬度數(shù)，以及其它模糊集隸屬度函數(shù)形式來(lái)確定?；谧罴压に嚋囟鹊臒掍揰精煉_連鑄優(yōu)化調(diào)度模型如下 其中，J為工序編號(hào)，j = 1，2，...，N，每一編號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè)工序，參見(jiàn)圖3;C為圖3中標(biāo)記同一爐次的工序間先后關(guān)系的弧集(實(shí)線弧集)；D為圖3中標(biāo)記不同爐次但被分配到同一設(shè)備的工序間先后關(guān)系的弧集(虛線弧 集)；Pj為工序j的加工時(shí)間(在本模型中為已知參數(shù))；d,；為工序i完成至工序j開(kāi)始的最小時(shí)間間隔；el,；為工序i完成至工序j開(kāi)始的最大時(shí)間間隔；Tgj為工序j完成時(shí)的鋼水目標(biāo)溫度(在本模型中為已知參數(shù))；tj為工序j的開(kāi)始加工時(shí)間，為決策變量；t/為工序j的最早可行開(kāi)始時(shí)間，等于工序j時(shí)間窗的最小值；i/為工序j的最晚可行開(kāi)始時(shí)間，等于工序j時(shí)間窗的最大值；Tsj為加工工序j時(shí)鋼水的初始溫度，由上工序的目標(biāo)溫度Tgj和上工序至j工序 的延遲時(shí)間決定，一般可假設(shè)為的線性函數(shù)，即為Tsj = TVkijX (tj-p-t,)，(i，j) e C，k.j 為工序i，j之間的溫降系數(shù)；
7
F(Tsj)為加工工序j時(shí)鋼水初始溫度的滿意度水平，隸屬度函數(shù)可以是圖4 6中 的一種。目標(biāo)函數(shù)(1)代表鋼水在各工序初始溫度的滿意度最小值最大化；約束式(2)代 表同一爐次的相鄰工序間間隔時(shí)間的最小值和最大值約束；約束式(3)代表鋼水溫度隨延 遲時(shí)間的變化函數(shù)；約束式(4)代表分配在同一設(shè)備上的兩個(gè)工序不能同時(shí)加工；約束式 (5)代表決策變量的取值范圍。模型(1) (5)可以通過(guò)多種優(yōu)化軟件或算法求得最優(yōu)或近似最優(yōu)解。求得的解 給出了各工序的最佳加工時(shí)間，表明各工序根據(jù)該時(shí)間開(kāi)始加工時(shí)可以保證鋼水開(kāi)始加工 溫度保持在總體較高的滿意水平。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，采用基于種群進(jìn)化策略的算法架構(gòu)設(shè)計(jì)出多種 基于種群進(jìn)化策略的求解算法，圖7是表示本發(fā)明中采用的基于種群進(jìn)化策略的算法架構(gòu) 示意圖，如圖7所示，為了求得各工序的最佳加工時(shí)間，在初始化算法參數(shù)(步驟S701)之 后，首先生成一定數(shù)量的初始解，即生成初始群解(步驟S702)，然后判斷初始群解中的每 個(gè)解是否都可行(步驟S703)；如果每個(gè)解都可行，則計(jì)算每個(gè)解的目標(biāo)函數(shù)值，保存當(dāng)前 最好的解形成當(dāng)前解群(步驟S705)；如果具有不可行的解，需要先應(yīng)用局部修正法對(duì)該 不可行的解進(jìn)行改進(jìn)使之可行(步驟S704)，然后再計(jì)算每個(gè)可行的解的目標(biāo)函數(shù)值，保存 當(dāng)前最好的解形成當(dāng)前解群(步驟S705)；然后再根據(jù)預(yù)定的進(jìn)化規(guī)則對(duì)當(dāng)前解群進(jìn)行處 理，生成新一代解群(步驟S706)；判斷新一代解群中的每個(gè)解是否都可行(步驟S707)， 如果其中存在不可行的解，則繼續(xù)應(yīng)用局部修正法對(duì)該不可行的解進(jìn)行改進(jìn)使之可行(步 驟S708)；如果每個(gè)解都可行，則計(jì)算新一代解群中每個(gè)解的目標(biāo)函數(shù)值，并根據(jù)目標(biāo)函數(shù) 值更新當(dāng)前最好解(步驟S709)；最后判斷當(dāng)前最好解是否滿足終止準(zhǔn)則(步驟S710)，如 果滿足終止準(zhǔn)則，則輸出最好解(步驟S711)；如果不滿足，則繼續(xù)從步驟S706至步驟S710 的處理，直至得到滿足終止規(guī)則的最好解。在圖7中所示的算法架構(gòu)中，涉及三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)，分別是步驟S704和步驟S708、 步驟S706、步驟S710中所涉及的技術(shù)。其中，步驟S704和步驟S708中提到的局部修正方法 在具體實(shí)施時(shí)可以采用多種方法，如隨機(jī)的方法、基于約束規(guī)劃的方法、基于數(shù)學(xué)規(guī)劃的 方法等。步驟S706中提到的生成新一代解群的規(guī)則在具體實(shí)施時(shí)可以采用多種規(guī)則，如 遺傳進(jìn)化規(guī)則、粒子群進(jìn)化規(guī)則等。步驟S710中提到的終止準(zhǔn)則可以采用多種準(zhǔn)則，如設(shè) 定迭代代數(shù)、設(shè)定算法運(yùn)行時(shí)間等。下面以兩個(gè)具體的實(shí)施例對(duì)上述算法架構(gòu)做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例一在本實(shí)施例一中所采用的算法為HCPPSO算法(Hybrid CP/PSO algorithm，約束規(guī) 劃及粒子群優(yōu)化的混合算法)，在HCPPSO算法中，對(duì)于上述三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)分別采用以下 設(shè)計(jì)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。步驟S704和步驟S708中所涉及的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)采用基于約束規(guī)劃的方法一-利 用時(shí)間約束網(wǎng)絡(luò)方法驗(yàn)算約束(2)、(4)、(5)是否滿足，如果不滿足，尋找破壞約束最大的 變量，然后調(diào)整其開(kāi)始時(shí)間值。循環(huán)以上過(guò)程，直到解可行。步驟S706中所涉及的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)采用粒子群優(yōu)化(particle swarm optimization, PS0)白勺胃8§。
設(shè)在一個(gè)D維求解空間中，D維向量Yi = (yn，yi2，…，yiD)代表PSO第i個(gè)粒子 (對(duì)應(yīng)問(wèn)題的一個(gè)解)的位置。粒子i在飛行過(guò)程中經(jīng)過(guò)的最好解為Pi= (Pil，pi2，...， PiD)，整個(gè)粒子群經(jīng)歷過(guò)最好解的顆粒編號(hào)為g，顆粒i的飛行速度為Vi= (vn, vi2,...， viD)。則PSO在迭代過(guò)程中根據(jù)如下規(guī)則調(diào)整粒子的飛行屬性 Ji -1'十廠’(7)其中，i = 1，2，. . .，M，M為粒子群的規(guī)模；η為迭代次數(shù)；w是慣性系數(shù)，現(xiàn)有研究 表明較大的慣性系數(shù)有利于算法在整個(gè)求解空間的探索，較小的慣性系數(shù)有利于提高算法 的局部搜索能力。本裝置對(duì)慣性系數(shù)的初始值設(shè)置較大，然后采用線性衰減的方式變化；Cl 和C2分別為認(rèn)知參數(shù)和社會(huì)參數(shù)；W、C1和C2的合理選擇有利于平衡算法的探索能力和學(xué) 習(xí)能力；rnn和ri2n是在w，l]區(qū)間均勻分布的隨機(jī)數(shù)。步驟S706中所涉及的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)事先設(shè)定迭代代數(shù)，到達(dá)指定的迭代代數(shù)時(shí)，
算法終止。在本實(shí)施例一的HCPPSO算法中，引入如下符號(hào)J當(dāng)前調(diào)度計(jì)劃涉及的工序數(shù)量；j 工序編號(hào) j = 1，2，...，J;M粒子群規(guī)模；i 粒子群中的粒子編號(hào)，i = 1，2，...，M;maxlter為算法最大迭代代數(shù)；η 迭代代數(shù)編號(hào)，η = 1，2，. . .，maxlter ；5；"算法迭代到第η代時(shí)粒子群中的第i個(gè)粒子的位置，$ = (t/, t2\…力‘),對(duì)應(yīng) 模型⑴ (5)的一個(gè)解；FAS；+"對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值，根據(jù)目標(biāo)函數(shù)式⑴計(jì)算；Vfflax粒子在各方向的最大飛行速度；K/7算法迭代到第η代時(shí)粒子i的開(kāi)始時(shí)間變化速度向量，Γ," = {^Ρ,να, vun)；W0初始慣性系數(shù)；r在W，1]之間均勻分布的隨機(jī)數(shù)；sign ()符號(hào)函數(shù)，χ > 0 時(shí)，sign(x) = 1，χ = 0 時(shí)，sign (χ) = 0，χ < 0 時(shí)， sign (χ) = -1 ；Ρ,η算法迭代到第η代時(shí)粒子群中粒子i的歷史最好位置；g整個(gè)粒子群經(jīng)歷過(guò)最好解的粒子編號(hào)；rnn在W，1]區(qū)間均勻分布的隨機(jī)數(shù)；ri2n在W，1]區(qū)間均勻分布的隨機(jī)數(shù)；C1 認(rèn)知參數(shù)；C2 社會(huì)參數(shù)；則本實(shí)施例一的HCPPSO算法流程如下Stepl 初始化 Vmax, w0, C1 = C2 = 2. 0、M、g = 1、f/ = 0、maxlter ；
St印2 生成M個(gè)初始解
FOR / = 1 TO M FOR y = 1 TO J
生成粒子i工序j開(kāi)始時(shí)間t;, t； ~ U (tjL, tjR)；
生成粒子i工序j開(kāi)始時(shí)間變化速度Vi/ := sign
χ r χ Vmax； 根據(jù)約束(2 )、(4)檢查解S11 二 (t/, t2\ ·.., //)的可行性； IF S/不可行THEN調(diào)用約束規(guī)劃算法修正S/,使其可行； 根據(jù)式(3)計(jì)算加工工序j· 0'=1,2,...,J)時(shí)鋼水的初始溫度T^； 根據(jù)目標(biāo)函數(shù)式(1 )計(jì)算解Si1對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值Fi1;
_P! :=S/,如茱 F/>Fg', MPg1^S/, Fg1 :=F/;Step3 主循環(huán)
FOR = 1 TO maxlter FOR/=1 TO M
vrx = wxvr+Clx mn χ (pp 一 sn>+^2 χ ran χ (pgn—sry,
IF ν > Vdmax，j =1,2, ..·，J, THEN ν ntJ := Velmax-,
IF ν ny < -VelmaxJ = 1,2, .··, J, THEN ν :=-Velmax； FOR / = 1 TO M
srl -.= S1"+ νΓ1；
根據(jù)約束(2)、(4)檢查解V"的可行性。如果可行，則
生成下一個(gè)解；如果不可行，則調(diào)用約束規(guī)劃算法調(diào)整V+7,
使其可行；
根據(jù)式(3 )計(jì)算加工工序j、j=l,2,.,.’J)時(shí)鋼水的初始溫度Tsj.,
根據(jù)目標(biāo)函數(shù)式(1 )計(jì)算解5Γ7對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值FP+1;
IF FP+1 > Λ", THEN PP+1 ~ Sin^i, {更新粒子i的歷史最好解}
^ W FP+1 > Fgn, THEN g ι； {更新整個(gè)粒子群的歷史最好解} w VV0 - Oo 一 0.4) χ η / maxlter; {線性衰減慣性系數(shù) w}St印4 輸出Pgn及其目標(biāo)函數(shù)值.
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以上流程的簡(jiǎn)潔描述如下Stepl 初始化算法參數(shù)；Steρ2
FOR/ = 1 TOM {每代粒子群中包含M個(gè)粒子,每個(gè)粒子對(duì)應(yīng)1個(gè)解} 隨機(jī)生成第i個(gè)粒子，檢查粒子i的可行性； 如果粒子i不可行，則局域修正粒子i的位置使其可行； 計(jì)算粒子i對(duì)應(yīng)解的目標(biāo)函數(shù)值Fi-
更新粒子i的經(jīng)過(guò)的歷史最好位置和所有粒子經(jīng)過(guò)的歷史最好位置；Steρ3
FOR ^ = 1 TO maxlter ( maxlter為算法最大迭代代數(shù)) FOR/=1 TO M
根據(jù)公式(6)、(7)更新每個(gè)粒子的位置； 檢查粒子i的可行性；
如果粒子i不可行，則局域修正粒子i的位置使其可行； 計(jì)算粒子i對(duì)應(yīng)解的目標(biāo)函數(shù)值Ff,
如果粒子i的當(dāng)前位置優(yōu)于粒子i的歷史最好位置，則更新 粒子/的歷史最好位置；
如果粒子/的當(dāng)前位置優(yōu)于所有粒子經(jīng)過(guò)的歷史最好位置， 則更新所有拉子的歷史最好位置； 更新線性衰減慣性系數(shù)w;St印4 輸出所有粒子經(jīng)過(guò)的歷史最好位置及其對(duì)應(yīng)解的目標(biāo)函數(shù)值。實(shí)施例二在本實(shí)施例二中所采用的算法為HCPGA算法(Hybrid CP/GA algorithm，約束規(guī)劃 及遺傳算法的混合算法)，在HCPGA算法中，對(duì)于上述三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)分別采用以下設(shè)計(jì)方 法來(lái)實(shí)現(xiàn)。步驟S704和步驟S708中所涉及的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)同HCPPSO算法。步驟S706所涉及的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)采用遺傳進(jìn)化策略，簡(jiǎn)要過(guò)程如HCPGA算法流程 所示。步驟S710所涉及的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)同HCPPSO算法。本實(shí)施例二的HCPGA算法流程如下
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Stepl 初始化算法參數(shù)；Step2
如果個(gè)體i不可行，則局域修正個(gè)體i的位置使其可行； 計(jì)算個(gè)體i對(duì)應(yīng)解的目標(biāo)函數(shù)值Fi; —保存整個(gè)種群中最好個(gè)體及其對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值。St印4 輸出當(dāng)前最好個(gè)體及其對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值。通過(guò)本發(fā)明提供的上述調(diào)度方法，生產(chǎn)管理人員能夠根據(jù)基于最佳工藝溫度確定 的各爐鋼水在各設(shè)備上的開(kāi)始加工時(shí)間，從而使得在煉鋼-精煉-連鑄生產(chǎn)過(guò)程中，在給定 的計(jì)劃周期、設(shè)備分配、加工順序的約束條件下，鋼水在各工藝設(shè)備上具有一個(gè)最佳的到達(dá) 溫度，不僅能夠在保證原有調(diào)度計(jì)劃的設(shè)備分配和加工順序不變的情況下，滿足煉鋼-精 煉-連鑄生產(chǎn)過(guò)程工藝要求，還能夠有效提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低能源消耗。在本發(fā)明的上述教導(dǎo)下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)行各種改 進(jìn)和變形，而這些改進(jìn)和變形，都落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，上 述的具體描述只是更好的解釋本發(fā)明的目的，本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求及其等同物限 定。
1權(quán)利要求
一種煉鋼 精煉 連鑄生產(chǎn)過(guò)程的調(diào)度方法，包括根據(jù)初步調(diào)度計(jì)劃生成時(shí)間約束網(wǎng)絡(luò)；根據(jù)時(shí)間約束網(wǎng)絡(luò)計(jì)算出煉鋼 精煉 連鑄生產(chǎn)過(guò)程中各工序的時(shí)間窗口；根據(jù)所述時(shí)間窗口建立調(diào)度優(yōu)化模型，并根據(jù)該模型計(jì)算出煉鋼 精煉 連鑄生產(chǎn)過(guò)程中各工序的最佳開(kāi)始時(shí)間；根據(jù)所述最佳開(kāi)始時(shí)間確定最終調(diào)度計(jì)劃并按照該最終調(diào)度計(jì)劃進(jìn)行生產(chǎn)。
2.按照權(quán)利要求1所述的調(diào)度方法，在根據(jù)所述時(shí)間窗口建立調(diào)度優(yōu)化模型的過(guò)程中，需要確定鋼水在各工藝設(shè)備上加工 時(shí)的最佳初始溫度，根據(jù)所述最佳初始溫度確定煉鋼-精煉-連鑄生產(chǎn)過(guò)程中各工序的最 佳開(kāi)始時(shí)間。
3.按照權(quán)利要求2所述的調(diào)度方法，根據(jù)時(shí)間約束網(wǎng)絡(luò)計(jì)算出煉鋼_精煉_連鑄生產(chǎn) 過(guò)程中各工序的時(shí)間窗口具體過(guò)程為針對(duì)所生成的時(shí)間約束網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算所述時(shí)間約束網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)0之間的最短 距離di(l以及節(jié)點(diǎn)0與各節(jié)點(diǎn)i之間的最短時(shí)間距離Cltli，以獲得各節(jié)點(diǎn)i的時(shí)間窗[_di(l， d0i]。
4.按照權(quán)利要求3所述的調(diào)度方法，采用模糊函數(shù)來(lái)確定所述最佳初始溫度。
5.按照權(quán)利要求4所述的調(diào)度方法，采用三角形模糊集隸屬度函數(shù)、梯形模糊集隸屬度函數(shù)或者六點(diǎn)模糊集隸屬度函數(shù)來(lái) 確定所述最佳初始溫度。
6.按照權(quán)利要求5所述的方法，所述調(diào)度優(yōu)化模型為maxmin F(Τ；) j=h-,N J(1)subject todf < tj - ti -Pi < dy+, {i, j) G C(2)TsJ = T81 -kyx {tj - P1 - td, (/，j) e C(3)tj ~ti> pt, (i,j) e D(4)^</,<^/,7=1,2,...,^(5)其中，J為工序編號(hào)，j = 1，2，...，N，每一編號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè)工序；C為標(biāo)記同一爐次的工序間先后關(guān)系的弧集；D為標(biāo)記不同爐次但被分配到同一設(shè)備的工序間先后關(guān)系的弧集；Pj為工序j的加工時(shí)間，在本模型中為已知參數(shù)；Cli;為工序i完成至工序j開(kāi)始的最小時(shí)間間隔；Cli/為工序i完成至工序j開(kāi)始的最大時(shí)間間隔；Tgj為工序j完成時(shí)的鋼水目標(biāo)溫度，在本模型中為已知參數(shù)；tj為工序j的開(kāi)始加工時(shí)間，為決策變量； t/為工序j的最早可行開(kāi)始時(shí)間，等于工序j時(shí)間窗的最小值； t/為工序j的最晚可行開(kāi)始時(shí)間，等于工序j時(shí)間窗的最大值； Tsj為加工工序j時(shí)鋼水的初始溫度，由上工序的目標(biāo)溫度Tgj和上工序至j工序的延 遲時(shí)間決定，一般可假設(shè)為的線性函數(shù)，即為Tsj = TVkijX (、- 「、)，(i，j) e CAij為工 序i，j之間的溫降系數(shù)；F(Tsj)為加工工序j時(shí)鋼水初始溫度的滿意度水平；目標(biāo)函數(shù)(1)代表鋼水在各工序初始溫度的滿意度最小值最大化；約束式(2)代表同 一爐次的相鄰工序間間隔時(shí)間的最小值和最大值約束；約束式(3)代表鋼水溫度隨延遲時(shí) 間的變化函數(shù)；約束式(4)代表分配在同一設(shè)備上的兩個(gè)工序不能同時(shí)加工；約束式(5) 代表決策變量的取值范圍。
7.按照權(quán)利要求6所述的方法，在所述調(diào)度優(yōu)化模型的基礎(chǔ)上，采用基于種群進(jìn)化策略的求解算法計(jì)算出煉鋼-精 煉-連鑄生產(chǎn)過(guò)程中各工序的最佳開(kāi)始時(shí)間。
8.按照權(quán)利要求7所述的方法，所述基于種群進(jìn)化策略的求解算法包括5701初始化算法參數(shù)；5702根據(jù)初始化的算法參數(shù)生成初始群解；5703判斷所述初始群解中的每個(gè)解是否都可行；5704如果具有不可行的解，應(yīng)用局部修正法對(duì)該不可行的解進(jìn)行改進(jìn)使之可行；5705如果每個(gè)解都可行，則計(jì)算每個(gè)解的目標(biāo)函數(shù)值，并保存當(dāng)前最好的解形成當(dāng)前 解群；5706根據(jù)預(yù)定的進(jìn)化規(guī)則對(duì)當(dāng)前解群進(jìn)行處理，生成新一代解群；5707判斷新一代解群中的每個(gè)解是否都可行；5708如果其中存在不可行的解，則繼續(xù)應(yīng)用局部修正法對(duì)該不可行的解進(jìn)行改進(jìn)使 之可行；5709如果每個(gè)解都可行，則計(jì)算新一代解群中每個(gè)解的目標(biāo)函數(shù)值，并根據(jù)目標(biāo)函數(shù) 值更新當(dāng)前最好解；5710判斷當(dāng)前最好解是否滿足終止規(guī)則，如果不滿足，則繼續(xù)從步驟S706至步驟 S710的處理；5711如果滿足終止準(zhǔn)則，則輸出最好解。
9.按照權(quán)利要求8所述的方法，所述局部修正方法采用隨機(jī)的方法、基于約束規(guī)劃的方法或者基于數(shù)學(xué)規(guī)劃的方法。
10.按照權(quán)利要求9所述的方法，所述生成新一代解群的規(guī)則采用遺傳進(jìn)化規(guī)則或者粒子群進(jìn)化規(guī)則。 所述終止準(zhǔn)則采用設(shè)定迭代代數(shù)或者設(shè)定算法運(yùn)行時(shí)間的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種煉鋼-精煉-連鑄生產(chǎn)過(guò)程的調(diào)度方法，包括根據(jù)初步調(diào)度計(jì)劃生成時(shí)間約束網(wǎng)絡(luò)；根據(jù)時(shí)間約束網(wǎng)絡(luò)計(jì)算出煉鋼-精煉-連鑄生產(chǎn)過(guò)程中各工序的時(shí)間窗口；根據(jù)所述時(shí)間窗口建立調(diào)度優(yōu)化模型，并根據(jù)該模型計(jì)算出煉鋼-精煉-連鑄生產(chǎn)過(guò)程中各工序的最佳開(kāi)始時(shí)間；根據(jù)所述最佳開(kāi)始時(shí)間確定最終調(diào)度計(jì)劃并按照該最終調(diào)度計(jì)劃進(jìn)行生產(chǎn)。通過(guò)本發(fā)明，在給定的計(jì)劃周期、設(shè)備分配、加工順序的約束條件下，使鋼水在各工藝設(shè)備上具有一個(gè)最佳的到達(dá)溫度，不僅能夠在保證原有調(diào)度計(jì)劃的設(shè)備分配和加工順序不變的情況下滿足煉鋼-精煉-連鑄生產(chǎn)過(guò)程工藝要求，還能夠有效提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低能源消耗。
文檔編號(hào)G05B19/418GK101907884SQ20101021363
公開(kāi)日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2010年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者劉士新, 譚園園 申請(qǐng)人:東北大學(xué)