專利名稱：一種基于準(zhǔn)時制的煉鋼生產(chǎn)計劃時間并行順推編制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金生產(chǎn)計劃與調(diào)度領(lǐng)域，具體地說是一種適用于解決冶金領(lǐng)域煉鋼 生產(chǎn)作業(yè)計劃與調(diào)度方案制定難題的方法。
背景技術(shù)：
煉鋼連鑄生產(chǎn)是鋼鐵生產(chǎn)組織中的關(guān)鍵工序，具有多元性、多層次、非線性和動態(tài) 開放性等復(fù)雜大系統(tǒng)特征。其生產(chǎn)作業(yè)計劃制定不僅要考慮各工序的生產(chǎn)工藝約束，多機 多任務(wù)的動態(tài)匹配和多路徑的動態(tài)選擇，還需從系統(tǒng)的角度來考慮上、下游工序?qū)ιa(chǎn)組 織的影響，是NP完全問題。制定合理的煉鋼連鑄生產(chǎn)作業(yè)計劃，可保證生產(chǎn)物流的緊密銜 接，改善鋼廠的生產(chǎn)組織方式和提高系統(tǒng)的整體運行效率。近年來，國內(nèi)外學(xué)者對該問題進(jìn)行了廣泛研究，但已有研究通常先將鋼鐵生產(chǎn)作 業(yè)計劃編制問題抽象為混合流水車間的作業(yè)排序問題，并從“控制損失”的角度來建立以鑄 機斷澆、作業(yè)前等待等作業(yè)偏離預(yù)定生產(chǎn)目標(biāo)所產(chǎn)生的懲罰費用為目標(biāo)函數(shù)的數(shù)學(xué)規(guī)劃模 型，然后采用基于仿真的方法、啟發(fā)式方法、遺傳算法、蟻群優(yōu)化算法、粒子群優(yōu)化算法和多 智能體等方法進(jìn)行模型求解。此建模和求解思想難以確定目標(biāo)優(yōu)化的程度，特別是不一定 能保證“連澆”這一關(guān)鍵生產(chǎn)目標(biāo)的實現(xiàn)；此外，在作業(yè)計劃編制時難以體現(xiàn)生產(chǎn)中加工和 運輸時間的不確定性，導(dǎo)致編制的作業(yè)計劃的可執(zhí)行性不強。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有研究方法的不足，建立一種通用的基于準(zhǔn)時制的煉鋼生 產(chǎn)計劃時間并行順推編制方法，為研究煉鋼連鑄生產(chǎn)作業(yè)計劃與調(diào)度方案制定及其優(yōu)化問 題提供一種新方法和途徑。本發(fā)明根據(jù)煉鋼連鑄生產(chǎn)組織的特點，發(fā)明一種考慮作業(yè)時間和運輸時間正態(tài)分 布規(guī)律，將各爐次的開始澆注時間視為交貨期、各爐次時間倒推計算所得其在各工序上開 始作業(yè)時間作為計劃編制的參考目標(biāo)時間點的基于準(zhǔn)時制思想的煉鋼連鑄生產(chǎn)作業(yè)計劃 編制方法。此作業(yè)計劃編制方法中，將連澆計算得到各爐次在連鑄機上的開始澆注時間視為 交貨期，將基于工序時間倒推計算得到的各爐次在各工序上的開始作業(yè)時間作為計劃制訂 的參考目標(biāo)時間點，由時間并行順推計算出各爐次的開始與結(jié)束作業(yè)時間后，由工位選擇 規(guī)則為各爐次分配合適的加工工位，再參照參考目標(biāo)時間來調(diào)整和確定各爐次在各工序相 應(yīng)工位上的開始和結(jié)束作業(yè)時間，以保證各爐次能按時澆注(即準(zhǔn)時交貨)，使生產(chǎn)作業(yè)計 劃中澆次間的實現(xiàn)連澆。本發(fā)明的技術(shù)方案為根據(jù)煉鋼連鑄生產(chǎn)工藝流程與生產(chǎn)組織模式，建立以工位、 工序、運輸線為基本元素來表征實際生產(chǎn)中工位、工序和產(chǎn)品加工工藝路線的煉鋼連鑄生 產(chǎn)工藝流程網(wǎng)絡(luò)底層對象模型，在考慮各鋼種作業(yè)時間和運輸時間正態(tài)分布規(guī)律基礎(chǔ)上， 將由“連澆”約束計算所得各爐次的開始澆注時間視為交貨期，各爐次的開始澆注時間基于工序倒推所得各爐次在各工序上的開始作業(yè)時間作為計劃編制的參考目標(biāo)時間點，由時間 并行順推計算出各爐次的開始與結(jié)束作業(yè)時間后，由工位選擇規(guī)則為各爐次分配合適的加 工工位，再參照參考目標(biāo)時間來調(diào)整和確定各爐次在各工序相應(yīng)工位上的開始和結(jié)束作業(yè) 時間，以保證各爐次能按時澆注即準(zhǔn)時交貨，快速編制出可執(zhí)的且實現(xiàn)連澆生產(chǎn)的作業(yè)計 劃與調(diào)度方案，具體包括以下步驟步驟1 讀取生產(chǎn)工藝流程網(wǎng)絡(luò)底層對象模型，接收煉鋼連鑄生產(chǎn)批量計劃，即煉 鋼生產(chǎn)的澆次計劃和爐次計劃，讀取燒次計劃中所涉及的加工鋼種在各工序上的加工時間 和在各工序間運輸時間的正態(tài)分布參數(shù)；步驟2 進(jìn)行開澆時間搜索由各搜索算法搜索或由人工設(shè)置各連鑄機的開澆時 間；步驟3:進(jìn)行連澆計算，由各連鑄機的開澆時間，以“連澆原則”，由爐次i在連鑄工序k#連鑄機上的開始 作業(yè)時間Xi,M,k、平均澆注時間tuj以及與后一爐次i'開始澆注的時間間隔σ ",k，通過 式(1)來計算爐次i'的開始澆注時間Xi'，M，k依此方法計算出各爐次在連鑄機上的開 始和結(jié)束澆注時間，此時間視為交貨期；Xi' ,I,k = Xi.I.k+ti.M.k+O i,M,k (1)步驟4 基于工序時間倒推計算，根據(jù)各爐次在連鑄機上的開始澆注時間，基于工序時間倒推，由式(2) 式(4)分 別計算各爐次在各工序上的目標(biāo)開始作業(yè)時間X _、最早開始作業(yè)時間、最晚開始作
ijIJ
業(yè)時間，以指導(dǎo)時間并行順推中各爐次在工序上加工時間和工序間運輸時間的選擇，式 中χ' M為爐次i在工序j上的目標(biāo)開始作業(yè)時間；K”《"、分別為爐次i在工序 7上的作業(yè)時間、最短作業(yè)時間、最長作業(yè)時間；7)、d(Jj)mr 4力7)_分別為爐次在 工序j與緊前工序7的運輸時間、最短運輸時間、最長運輸時間，^7 = Xu - d(j, 7) - ti7(2)？ C/, K"(3)X^3 = Xu - d{jJ)Min -(4)步驟5 沿生產(chǎn)工藝流程時間順推，以式(2)計算所得各爐次在煉鋼工序上的目標(biāo)開始作業(yè)時間為計劃制訂時鋼水 進(jìn)入煉鋼工序的節(jié)奏，并沿生產(chǎn)流程，以式(5)進(jìn)行各爐次的時間順推，式中Xi, ” Xi, j分別 表示爐次i在工序j和緊后加工工序j的開始作業(yè)時間；、,j為爐次i在工序j上的平均 作業(yè)時間；d(j，j)為爐次i在工序j與工序j之間的運輸時間；μ μ為爐次i在工序j作 業(yè)前的允許等待時間，Xijj = xi,J+tijJ+d(j,j) + y Jjj (5)在上述的相鄰工序間爐次時間并行順推方法中，在相鄰工序間，根據(jù)式(5)從當(dāng) 前作業(yè)工序j順推計算各爐次在緊后工序j上的開始作業(yè)時間后，并不立即給爐次選擇加 工工位，而只依據(jù)表征生產(chǎn)流程中工序與工位間相互邏輯關(guān)系的底層對象模型，由爐次當(dāng) 前作業(yè)工位的后繼工位與爐次生產(chǎn)工藝路徑匹配，確定出在緊后工序j上的可用工位集合，并存儲到工序的預(yù)分配加工任務(wù)集合中。當(dāng)作業(yè)工序j(j <M)上所有爐次都完成上述 操作后，才為當(dāng)前工序j的后一工序(j+Ι)上的所有爐次分配合適的加工工位。步驟6 合適加工工位分配，將工序(j+Ι)上所有爐次按開始作業(yè)時間從早到晚排序，再采用工位選擇規(guī)則選 擇合適加工工位。進(jìn)行工位分配時，應(yīng)滿足的約束主要有(1)每一爐次最多被分配到各工 序中的一個工位上加工；(2)同一工位上，相鄰爐次只有等前一爐次加工完成后才能加工 后一爐次；(3)各爐次在工序作業(yè)前的等待時間在最大允許等待時間范圍內(nèi)等工藝約束條 件。步驟7 起止作業(yè)時間調(diào)整與確定，經(jīng)上一步選擇合適的作業(yè)工位后，根據(jù)目標(biāo)時 間，由時間調(diào)整規(guī)則確定各爐次的開始與結(jié)束作業(yè)時間，工位上爐次開始作業(yè)時間調(diào)整策 略為當(dāng)爐次i的開始作業(yè)時間早于該工位上緊前爐次i的作業(yè)結(jié)束時間(即工位的最 早可用時間)，采用規(guī)則1調(diào)整爐次i'的開始作業(yè)時間；當(dāng)爐次作業(yè)時間沖突消解后，將 爐次i'開始作業(yè)時間Xi,，j,k與參考目標(biāo)開始作業(yè)時間χ' i,,」比較，如果Xi, ,j,k-x' i, j <0，說明爐次廣在其目標(biāo)開始作業(yè)時間之前就到達(dá)作業(yè)工序，則采用規(guī)則2修正Xi, ,j,k； 如果Xi, ,j,k-x' i,」.>0，說明爐次i在其目標(biāo)開始作業(yè)時間之后才能到達(dá)目標(biāo)工位，需采 用規(guī)則3修正；步驟8 當(dāng)所有爐次在各加工工序上選擇了合適的作業(yè)工位，并確定了開始與結(jié) 束作業(yè)時間，輸出煉鋼-連鑄生產(chǎn)作業(yè)計劃方案。所述的步驟6的合適加工工位分配時，先按“先到先加工原則”依次為各爐次選擇 合適的加工工位，而當(dāng)爐次i有多個可用工位可加工時，依次啟用優(yōu)先加工權(quán)值最大規(guī)則 R1、作業(yè)沖突時間最小規(guī)則R2、設(shè)備利用率均衡規(guī)則R3和隨機工位選擇規(guī)則R4來選擇合適 加工工位S，即R1 :If I ijJ+1| = 1 Thens = ijJ+1Else啟用R2R2 ,If |5i,J+1| = l Thens = %j+lElse啟用R3R3 :If |PijJ+1| = 1 Thens = Pij J+1Else啟用R4R4 :s = Rand(PijJ+1)其中，優(yōu)先加工權(quán)值最大的可用工位集合= {k X^u = HiaxXMiJ,沖 突時間最小的工位集合風(fēng)，= {k丨pJ+i’k(x,，州)-xu+i =^MPj^k{\J+l)-xiJ+l)}，分配爐次數(shù)最小的工位集合 Ρμ·+1 = {k|qJ+ljk(xijJ+1) = minqJ+ljk(xijJ+1)}, Rand (Pij J+1)表示從卩丨，州集 合中隨機選擇一作業(yè)工位。所述的步驟7中的規(guī)則1 讓爐次i'作業(yè)前等待至該工位完成緊前作業(yè)爐次i， 調(diào)整爐次i'開始作業(yè)時間，使得其等于爐次i的結(jié)束作業(yè)時間；規(guī)則2 根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，延長爐次i在緊前工位上與本工位間的運輸時間以及 本工位上作業(yè)前等待時間，調(diào)整計劃中爐次的開始作業(yè)時間，使其開始作業(yè)時間與目標(biāo)開 始作業(yè)時間差口 t(即Xi, ,j,k-x' i, ,j)最小，且不影響已編排計劃中的作業(yè)爐次；規(guī)則3 根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，在合理時間調(diào)整范圍內(nèi)，縮短爐次i在緊前工位上作 業(yè)時間、緊前工位與本工位間的運輸時間以及本工位上作業(yè)前等待時間，調(diào)整計劃中爐次 的開始作業(yè)時間，使其目標(biāo)開始作業(yè)時間與開始作業(yè)時間差□ t'(即χ' Pd-X^k)最 小，且不影響已編排計劃中的作業(yè)爐次。所述的煉鋼連鑄生產(chǎn)工藝流程網(wǎng)絡(luò)底層對象模型，是在分析煉鋼連鑄生產(chǎn)工藝流 程和生產(chǎn)組織模式的基礎(chǔ)上，以面向?qū)ο蠹夹g(shù)，對生產(chǎn)工藝流程中的生產(chǎn)工位、生產(chǎn)工序和 產(chǎn)品在工位之間加工路線的各自特性進(jìn)行封裝，抽象成圖形界面中的工位、工序、運輸線， 并以他們?yōu)榛窘Ｔ兀⒌哪鼙碚鞲鞴の?、工序和加工工藝路徑邏輯關(guān)系與各自屬 性的生產(chǎn)工藝流程網(wǎng)絡(luò)模型。在生產(chǎn)作業(yè)計劃與調(diào)度方案制定前，先要對所應(yīng)用鋼廠的歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分 析，統(tǒng)計出各鋼種在各工序上加工時間、各鋼種在工序間運輸時間的正態(tài)分布參數(shù)，如均 值、方差、最小值、最大值，為后續(xù)的生產(chǎn)計劃編制提供真實可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。各連鑄機的開始澆注時間由例如遺傳算法、蟻群算法等智能搜索算法或人工設(shè)置 確定，再將由“連澆”約束計算所得各爐次的開始澆注時間視為后續(xù)生產(chǎn)作業(yè)計劃編制的交 貨期，在計劃編制所得各爐次的開始澆注時間應(yīng)與交貨期的偏差盡量縮小，以確保編制的 生產(chǎn)作業(yè)計劃實現(xiàn)同一連鑄機上各爐次的連澆生產(chǎn)。各爐次的開始澆注時間基于工序倒推所得各爐次在各工序上的開始作業(yè)時間作 為計劃編制的參考目標(biāo)時間點，計劃編制中各爐次在各工位上的開始作業(yè)時間需參考此時 間來調(diào)整與確定。所述的時間并行順推方法中，當(dāng)前作業(yè)工序j順推計算各爐次在緊后工序j上的 開始作業(yè)時間后，并不立即給爐次選擇加工工位，而只依據(jù)生產(chǎn)流程網(wǎng)絡(luò)底層對象模型，由 爐次當(dāng)前作業(yè)工位的后繼工位與爐次生產(chǎn)工藝路徑匹配，確定出在緊后工序j上的可用工 位集合，并存儲到工序的預(yù)分配加工任務(wù)集合中。只有當(dāng)作業(yè)工序j(j<M)上所有爐次都 完成上述操作后，才為當(dāng)前工序j的后一工序(j+Ι)上的所有爐次分配合適的加工工位。本發(fā)明在分析煉鋼連鑄生產(chǎn)工藝流程和生產(chǎn)組織模式的基礎(chǔ)上，建立以工位、工 序、運輸線為基本建模元素，來表征實際生產(chǎn)中生產(chǎn)工位、生產(chǎn)工序和產(chǎn)品在工位之間加工 路線邏輯關(guān)系的煉鋼連鑄生產(chǎn)工藝流程網(wǎng)絡(luò)底層對象模型，再采用以下步驟來編制煉鋼連 鑄生產(chǎn)作業(yè)計劃與調(diào)度方案。具體的技術(shù)方案設(shè)計步驟如下步驟1讀取生產(chǎn)工藝流程網(wǎng)絡(luò)底層對象模型，接收煉鋼連鑄生產(chǎn)批量計劃，即煉 鋼生產(chǎn)的澆次計劃和爐次計劃，讀取燒次計劃中所涉及的加工鋼種在各工序上的加工時間 和在各工序間運輸時間的正態(tài)分布參數(shù)；步驟2進(jìn)行開澆時間搜索由各搜索算法搜索或由人工設(shè)置各連鑄機的開澆時間；步驟3進(jìn)行連澆計算由各連鑄機的開澆時間，以“連澆原則”，由爐次i在連鑄工序k#連鑄機上的開始 作業(yè)時間Xi,M,k、平均澆注時間tuj以及與后一爐次i'開始澆注的時間間隔σ ",k，通過 式(1)來計算爐次i ’的開始澆注時間Xi, , ,k,依此方法計算出各爐次在連鑄機上的開始和 結(jié)束澆注時間，此時間視為交貨期；Xi' ,M,k = Xi,M,k+ti,M,k+0 i.M.k (1)步驟4基于工序時間倒推計算根據(jù)各爐次在連鑄機上的開始澆注時間，基于工序時間倒推，由式(2) 式⑷分 別計算各爐次在各工序上的目標(biāo)開始作業(yè)時間χ _、最早開始作業(yè)時間％￡、最晚開始作
i,j',J
業(yè)時間 <，以指導(dǎo)時間并行順推中各爐次在工序上加工時間和工序間運輸時間的選擇。式 中χ' 為爐次i在工序j上的目標(biāo)開始作業(yè)時間；t,j、C、<f分別為爐次i在工序J 上的作業(yè)時間、最短作業(yè)時間、最長作業(yè)時間；4j，Tj、d(jj)Min,分別為爐次在
工序j與緊前工序/的運輸時間、最短運輸時間、最長運輸時間。X j = Xij 一 d(j, J) - ti 7(2)X^1= \j-d{jJ)Max-t^(3)χ[ = Xu - d(j, j)Μη - t^j"(4)步驟5沿生產(chǎn)工藝流程時間順推以式⑵計算所得各爐次在煉鋼工序上的目標(biāo)開始作業(yè)時間為計劃制訂時鋼水 進(jìn)入煉鋼工序的節(jié)奏，并沿生產(chǎn)流程，以式(5)進(jìn)行各爐次的時間順推。式中分別 表示爐次i在工序j和緊后加工工序j的開始作業(yè)時間；、,j為爐次i在工序j上的平均 作業(yè)時間；d(j，j)為爐次i在工序j與工序j之間的運輸時間；μ μ為爐次i在工序j作 業(yè)前的允許等待時間。Xi, j = x^j+t^j+cKj, j) + U(5)在上述的相鄰工序間爐次時間并行順推方法中，在相鄰工序間，根據(jù)式(5)從當(dāng) 前作業(yè)工序j順推計算各爐次在緊后工序j上的開始作業(yè)時間后，并不立即給爐次選擇 加工工位，而只依據(jù)表征生產(chǎn)流程中工序與工位間相互邏輯關(guān)系的底層對象模型，由爐次 當(dāng)前作業(yè)工位的后繼工位與爐次生產(chǎn)工藝路徑匹配，確定出在緊后工序j上的可用工位集 合，并存儲到工序的預(yù)分配加工任務(wù)集合中。當(dāng)作業(yè)工序j(j<M)上所有爐次都完成上述 操作后，才為當(dāng)前工序j的后一工序(j+Ι)上的所有爐次分配合適的加工工位。步驟6合適加工工位分配將工序(j+Ι)上所有爐次按開始作業(yè)時間從早到晚排序，再采用下列工位選擇規(guī) 則。在進(jìn)行工位選擇時，要保證滿足(1)每一爐次最多被分配到各工序中的一個工位上 加工；(2)同一工位上，相鄰爐次只有等前一爐次加工完成后才能加工后一爐次；(3)各爐 次在工序作業(yè)前的等待時間在最大允許等待時間范圍內(nèi)等工藝約束條件。先按“先到先加工原則”依次為各爐次選擇合適的加工工位，而當(dāng)爐次i有多個可 用工位可加工時，依次啟用優(yōu)先加工權(quán)值最大規(guī)則R1、作業(yè)沖突時間最小規(guī)則R2、設(shè)備利用率均衡規(guī)則R3和隨機工位選擇規(guī)則R4來選擇合適加工工位S，即R1 :If I ijJ+1| = 1 Thens = ijJ+1Else啟用R2R2 Jf \%J+\ = \ThenS =風(fēng) J+1Else啟用R3R3 :If |PijJ+1| = 1 Thens = Pij J+1Else啟用R4R4 :s = Rand(PijJ+1)其中，優(yōu)先加工權(quán)值最大的可用工位集合= {k X^u = HiaxXMiJ,沖 突時間最小的工位集合風(fēng)J+1 =NlZVut(、+1) —/+1=min(Py+u(\y+i)-i+i)}，分配爐次
數(shù)最小的工位集合 Ρμ·+1 = {k|qJ+ljk(xijJ+1) = minqJ+ljk(xijJ+1)}, Rand (Pij J+1)表示從卩丨，州集 合中隨機選擇一作業(yè)工位。步驟7起止作業(yè)時間調(diào)整與確定經(jīng)上一步選擇合適的作業(yè)工位后，根據(jù)目標(biāo)時間，由時間調(diào)整規(guī)則確定各爐次的 開始與結(jié)束作業(yè)時間。工位上爐次開始作業(yè)時間調(diào)整策略主要為當(dāng)爐次i的開始作業(yè)時間早于該工位上緊前爐次i的作業(yè)結(jié)束時間(即工位的最 早可用時間)，采用規(guī)則1調(diào)整爐次i'的開始作業(yè)時間；當(dāng)爐次作業(yè)時間沖突消解后，將 爐次i'開始作業(yè)時間Xi,，j,k與參考目標(biāo)開始作業(yè)時間χ' i,,」比較，如果Xi, ,j,k-x' i,，j. <0，說明爐次廣在其目標(biāo)開始作業(yè)時間之前就到達(dá)作業(yè)工序，則采用規(guī)則2修正Xi, ,j,k； 如果Xi, d.k-x' i,,」>0，說明爐次i'在其目標(biāo)開始作業(yè)時間之后才能到達(dá)目標(biāo)工位，需 采用規(guī)則3修正。規(guī)則1:讓爐次i'作業(yè)前等待至該工位完成緊前作業(yè)爐次i，調(diào)整爐次i'開始作 業(yè)時間，使得其等于爐次i的結(jié)束作業(yè)時間；規(guī)則2 根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，延長爐次i在緊前工位上與本工位間的運輸時間以及 本工位上作業(yè)前等待時間，調(diào)整計劃中爐次的開始作業(yè)時間，使其開始作業(yè)時間與目標(biāo)開 始作業(yè)時間差口 t(即Xi, ,j,k-x' i, ,j)最小，且不影響已編排計劃中的作業(yè)爐次。；規(guī)則3 根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，在合理時間調(diào)整范圍內(nèi)，縮短爐次i在緊前工位上作 業(yè)時間、緊前工位與本工位間的運輸時間以及本工位上作業(yè)前等待時間，調(diào)整計劃中爐次 的開始作業(yè)時間，使其目標(biāo)開始作業(yè)時間與開始作業(yè)時間差□ t'(即χ' Pd-X^k)最 小，且不影響已編排計劃中的作業(yè)爐次。步驟8當(dāng)所有爐次在各加工工序上選擇了合適的作業(yè)工位，并確定了開始與結(jié)束 作業(yè)時間，輸出煉鋼_連鑄生產(chǎn)作業(yè)計劃方案。
本發(fā)明的主要優(yōu)點表現(xiàn)在1、可快速編制出一個可執(zhí)行的保證連澆的煉鋼生產(chǎn)作業(yè)計劃，且易于與遺傳算法 等智能搜索算法靈活結(jié)合，生成優(yōu)化的生產(chǎn)作業(yè)計劃與調(diào)度方案；2、克服了已有時間倒推作業(yè)計劃編制方法中相鄰爐次間作業(yè)沖突時調(diào)整能力有 限且會影響已編排作業(yè)爐次等不足；3、本發(fā)明考慮了不同鋼種在各工序上作業(yè)時間和工序間運輸時間的正態(tài)分布規(guī) 律，編制的作業(yè)計劃與調(diào)度方案與現(xiàn)實生產(chǎn)更相符，可執(zhí)行性更強；4、此方法對煉鋼生產(chǎn)作業(yè)計劃與調(diào)度優(yōu)化具有較強的通用性和廣泛的適用性，為 解決煉鋼生產(chǎn)作業(yè)計劃與調(diào)度難題提供了一種新的、有效途徑和手段；


圖1為本發(fā)明的基于準(zhǔn)時制的煉鋼生產(chǎn)計劃時間并行順推編制方法原理；
具體實施例方式下面結(jié)合附圖以實例進(jìn)一步說明本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。實施例1建立生產(chǎn)流程網(wǎng)絡(luò)底層對象模型基礎(chǔ)上，基于準(zhǔn)時制的煉鋼生產(chǎn)作業(yè)計劃時間并 行順推編制方法，編制N個爐次經(jīng)過M道工序中相應(yīng)工位的煉鋼_連鑄生產(chǎn)作業(yè)計劃，本發(fā) 明方法詳細(xì)描述如下步驟1初始化讀取生產(chǎn)流程網(wǎng)絡(luò)底層對象模型、批量計劃、各連鑄機的預(yù)定開澆時間；步驟2連澆計算各爐次開始澆注時間Xi,M,k根據(jù)各連鑄機的開澆時間，由式(1)連澆計算，得到各爐次在連鑄上的開始和結(jié) 束澆注時間；步驟3基于工序時間倒推，計算各爐次在各工序上的目標(biāo)開始作業(yè)時間X' Uj、最 早開始作業(yè)時間Xfj、最晚開始作業(yè)時間x!j(1)以各爐次開始澆注時間為倒推計算起點，分別從鋼種冶煉工藝數(shù)據(jù) 庫中選擇爐次在工序間的平均運輸和加工時間d(jJ)、、7，最大運輸和加工時間 dUJ)Ma^ <f，最小運輸和加工時間d(jJ、Mm、，按式⑵ 式(4)計算各爐次在工 序上的目標(biāo)開始作業(yè)時間、最早開始作業(yè)時間、最晚開始作業(yè)時間；( 2 )將各爐次對應(yīng) 的爐次號、χ ‘ i , j、 d(jJ) ^、7、d(j,j)Max, xf’” 、丸、JC/J)M 、<？等信息存入數(shù)組 Back (NXMXlO) 中；步驟4首道工序上各爐次進(jìn)入系統(tǒng)的時間節(jié)奏確定及合適加工工位選擇(1)初始化工序計數(shù)器，令j = 1(2)以倒推計算各爐次在首道工序上的目標(biāo)開始作業(yè)時間χ' u為爐次進(jìn)入煉鋼 工序的節(jié)奏；并將X' ia及爐次號加入工序任務(wù)數(shù)組Task中(3)Task數(shù)組按χ' 升序排序，按上節(jié)中“合適加工工位分配”方法為各爐次選
12擇合適的加工工位；(4)對各爐次，令Xi, j,k = X' Μ，并取平均加工時間計算其在工位上的結(jié)束作業(yè) 時間；步驟5將Task中工序j上作業(yè)的爐次加入當(dāng)前作業(yè)任務(wù)集合Γ中步驟6判斷當(dāng)前是否是首道工序，如果j = 1，則轉(zhuǎn)步驟9，否則轉(zhuǎn)下一步步驟7時間順推計算Γ中各爐到緊后工序j上的開始和結(jié)束作業(yè)時間，由底層對 象模型確定的工位對應(yīng)關(guān)系確定各爐次的可選加工工位，并存儲到工序j的預(yù)分配任務(wù)集 合中(1)初始化爐次計數(shù)器i，令i = 1 ；(2)若Γ非空，則繼續(xù)執(zhí)行以下步驟，否則，轉(zhuǎn)到步驟8 ；(3)取Γ中爐次i，由式(5)計算其在工藝路徑上緊后工序j上的開始作業(yè)時間 Xi, j，并計算爐次的結(jié)束作業(yè)時間；(4)由底層對象模型、爐次i當(dāng)前作業(yè)工位的緊后工位與其工藝路徑匹配，確定其 在緊后工序j的可選工位集Wi, j，并保存到工序j的預(yù)分配爐次集合Tj中；(5) Γ中刪除爐次i，令i = i+1，轉(zhuǎn)2)。步驟8將工序(j+Ι)上的所有任務(wù)分配到可用工位集中的合適工位上加工(1)工序(j+Ι)上爐次按開始作業(yè)時間從小到大排序，重新編號爐次序號，并將所 有爐次加入臨時任務(wù)表Tj+1;(2)初始化爐次計數(shù)器i，令i = 1 ；(3)若Tj+1非空集，則繼續(xù)執(zhí)行以下步驟，否則，轉(zhuǎn)步驟9;(4)取Tj+1中爐次i，讀取其開始作業(yè)時間Xi,j+1及可用工位集Wi, j+1 ；(5)判斷Wi, j+1中可用工位數(shù)，如果I Ψμ+1| = 1，則將爐次i分配給WiJ1中唯 一工位加工；否則，按上節(jié)中“合適加工工位分配”方法為爐次選擇合適加工工位；(6)令 XiJ1, k = XiJ1，從 TJ+1 中刪除爐次 i，令 i = i+Ι，轉(zhuǎn)(3)步驟9根據(jù)上節(jié)中“工位上爐次開始作業(yè)時間調(diào)整策略”確定各爐次在工序(j+1) 上的開始和結(jié)束作業(yè)時間步驟10判斷工序j+Ι是否是計劃編制的末道工序。若j+1 < M，則令j = j+1，轉(zhuǎn) 步驟5，否則，轉(zhuǎn)下一步步驟11輸出編制的生產(chǎn)作業(yè)計劃方案。
1權(quán)利要求
一種基于準(zhǔn)時制的煉鋼生產(chǎn)計劃時間并行順推編制方法，其特征在于根據(jù)煉鋼連鑄生產(chǎn)工藝流程與生產(chǎn)組織模式，建立以工位、工序、運輸線為基本元素來表征實際生產(chǎn)中工位、工序和產(chǎn)品加工工藝路線的煉鋼連鑄生產(chǎn)工藝流程網(wǎng)絡(luò)底層對象模型，在考慮各鋼種作業(yè)時間和運輸時間正態(tài)分布規(guī)律基礎(chǔ)上，將由“連澆”約束計算所得各爐次的開始澆注時間視為交貨期，各爐次的開始澆注時間基于工序倒推所得各爐次在各工序上的開始作業(yè)時間作為計劃編制的參考目標(biāo)時間點，由時間并行順推計算出各爐次的開始與結(jié)束作業(yè)時間后，由工位選擇規(guī)則為各爐次分配合適的加工工位，再參照參考目標(biāo)時間來調(diào)整和確定各爐次在各工序相應(yīng)工位上的開始和結(jié)束作業(yè)時間，以保證各爐次能按時澆注即準(zhǔn)時交貨，快速編制出可執(zhí)的且實現(xiàn)連澆生產(chǎn)的作業(yè)計劃與調(diào)度方案，具體包括以下步驟步驟1讀取生產(chǎn)工藝流程網(wǎng)絡(luò)底層對象模型，接收煉鋼連鑄生產(chǎn)批量計劃，即煉鋼生產(chǎn)的澆次計劃和爐次計劃，讀取燒次計劃中所涉及的加工鋼種在各工序上的加工時間和在各工序間運輸時間的正態(tài)分布參數(shù)；步驟2進(jìn)行開澆時間搜索由各搜索算法搜索或由人工設(shè)置各連鑄機的開澆時間；步驟3進(jìn)行連澆計算，由各連鑄機的開澆時間，以“連澆原則”，由爐次i在連鑄工序k#連鑄機上的開始作業(yè)時間xi，M，k、平均澆注時間ti，M，k以及與后一爐次i′開始澆注的時間間隔σi，M，k，通過式(1)來計算爐次i′的開始澆注時間xi′，M，k，依此方法計算出各爐次在連鑄機上的開始和結(jié)束澆注時間，此時間視為交貨期；xi′，M，k＝xi，M，k+ti，M，k+σi，M，k(1)步驟4基于工序時間倒推計算，根據(jù)各爐次在連鑄機上的開始澆注時間，基于工序時間倒推，由式(2)～式(4)分別計算各爐次在各工序上的目標(biāo)開始作業(yè)時間最早開始作業(yè)時間最晚開始作業(yè)時間以指導(dǎo)時間并行順推中各爐次在工序上加工時間和工序間運輸時間的選擇，式中x′i，j為爐次i在工序j上的目標(biāo)開始作業(yè)時間；分別為爐次i在工序上的作業(yè)時間、最短作業(yè)時間、最長作業(yè)時間；分別為爐次在工序j與緊前工序的運輸時間、最短運輸時間、最長運輸時間， <mrow><msubsup> <mi>x</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mover> <mi>j</mi> <mo>&OverBar;</mo></mover> </mrow> <mo>&prime;</mo></msubsup><mo>=</mo><msubsup> <mi>x</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>j</mi> </mrow> <mo>&prime;</mo></msubsup><mo>-</mo><mi>d</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>j</mi> <mo>,</mo> <mover><mi>j</mi><mo>&OverBar;</mo> </mover> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub> <mi>t</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mover> <mi>j</mi> <mo>&OverBar;</mo></mover> </mrow></msub><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><msubsup> <mi>x</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mover> <mi>j</mi> <mo>&OverBar;</mo></mover> </mrow> <mi>E</mi></msubsup><mo>=</mo><msubsup> <mi>x</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>j</mi> </mrow> <mo>&prime;</mo></msubsup><mo>-</mo><mi>d</mi><msub> <mrow><mo>(</mo><mi>j</mi><mo>,</mo><mover> <mi>j</mi> <mo>&OverBar;</mo></mover><mo>)</mo> </mrow> <mi>Max</mi></msub><mo>-</mo><msubsup> <mi>t</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mover> <mi>j</mi> <mo>&OverBar;</mo></mover> </mrow> <mi>Max</mi></msubsup><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><msubsup> <mi>x</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mover> <mi>j</mi> <mo>&OverBar;</mo></mover> </mrow> <mi>L</mi></msubsup><mo>=</mo><msubsup> <mi>x</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>j</mi> </mrow> <mo>&prime;</mo></msubsup><mo>-</mo><mi>d</mi><msub> <mrow><mo>(</mo><mi>j</mi><mo>,</mo><mover> <mi>j</mi> <mo>&OverBar;</mo></mover><mo>)</mo> </mrow> <mi>Min</mi></msub><mo>-</mo><msubsup> <mi>t</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mover> <mi>j</mi> <mo>&OverBar;</mo></mover> </mrow> <mi>Min</mi></msubsup><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>步驟5沿生產(chǎn)工藝流程時間順推，以式(2)計算所得各爐次在煉鋼工序上的目標(biāo)開始作業(yè)時間為計劃制訂時鋼水進(jìn)入煉鋼工序的節(jié)奏，并沿生產(chǎn)流程，以式(5)進(jìn)行各爐次的時間順推，式中xi，j、xi，j分別表示爐次i在工序j和緊后加工工序j的開始作業(yè)時間；ti，j為爐次i在工序j上的平均作業(yè)時間；d(j，j)為爐次i在工序j與工序j之間的運輸時間；μi，j為爐次i在工序j作業(yè)前的允許等待時間，xi，j＝xi，j+ti，j+d(j，j)+μi，j(5)在上述的相鄰工序間爐次時間并行順推方法中，在相鄰工序間，根據(jù)式(5)從當(dāng)前作業(yè)工序j順推計算各爐次在緊后工序j上的開始作業(yè)時間后，并不立即給爐次選擇加工工位，而只依據(jù)表征生產(chǎn)流程中工序與工位間相互邏輯關(guān)系的底層對象模型，由爐次當(dāng)前作業(yè)工位的后繼工位與爐次生產(chǎn)工藝路徑匹配，確定出在緊后工序j上的可用工位集合，并存儲到工序的預(yù)分配加工任務(wù)集合中。當(dāng)作業(yè)工序j(j＜M)上所有爐次都完成上述操作后，才為當(dāng)前工序j的后一工序(j+1)上的所有爐次分配合適的加工工位。步驟6合適加工工位分配，將工序(j+1)上所有爐次按開始作業(yè)時間從早到晚排序，再采用工位選擇規(guī)則選擇合適加工工位。進(jìn)行工位分配時，應(yīng)滿足的約束主要有(1)每一爐次最多被分配到各工序中的一個工位上加工；(2)同一工位上，相鄰爐次只有等前一爐次加工完成后才能加工后一爐次；(3)各爐次在工序作業(yè)前的等待時間在最大允許等待時間范圍內(nèi)等工藝約束條件。步驟7起止作業(yè)時間調(diào)整與確定，經(jīng)上一步選擇合適的作業(yè)工位后，根據(jù)目標(biāo)時間，由時間調(diào)整規(guī)則確定各爐次的開始與結(jié)束作業(yè)時間，工位上爐次開始作業(yè)時間調(diào)整策略為當(dāng)爐次i的開始作業(yè)時間早于該工位上緊前爐次i的作業(yè)結(jié)束時間(即工位的最早可用時間)，采用規(guī)則1調(diào)整爐次i′的開始作業(yè)時間；當(dāng)爐次作業(yè)時間沖突消解后，將爐次i′開始作業(yè)時間xi′，j，k與參考目標(biāo)開始作業(yè)時間x′i′，j比較，如果xi′，j，k x′i′，j＜0，說明爐次i′在其目標(biāo)開始作業(yè)時間之前就到達(dá)作業(yè)工序，則采用規(guī)則2修正xi′，j，k；如果xi′，j，k x′i′，j＞0，說明爐次i′在其目標(biāo)開始作業(yè)時間之后才能到達(dá)目標(biāo)工位，需采用規(guī)則3修正；步驟8當(dāng)所有爐次在各加工工序上選擇了合適的作業(yè)工位，并確定了開始與結(jié)束作業(yè)時間，輸出煉鋼 連鑄生產(chǎn)作業(yè)計劃方案。FSA00000255780500011.tif,FSA00000255780500012.tif,FSA00000255780500013.tif,FSA00000255780500014.tif,FSA00000255780500015.tif,FSA00000255780500021.tif,FSA00000255780500022.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于準(zhǔn)時制的煉鋼生產(chǎn)計劃時間并行順推編制方法，其特征 是所述的步驟6的合適加工工位分配時，先按“先到先加工原則”依次為各爐次選擇合適 的加工工位，而當(dāng)爐次i有多個可用工位可加工時，依次啟用優(yōu)先加工權(quán)值最大規(guī)則R1、作 業(yè)沖突時間最小規(guī)則R2、設(shè)備利用率均衡規(guī)則R3和隨機工位選擇規(guī)則R4來選擇合適加工工 位s，即R1 =If ijJ+1 = 1 Thens=Else啟用R2R2:// \^l j+l\ = \Thens =鞏’州Else啟用R3R3=IflPi^1I = 1 ThenS — Pi，j+1Else啟用R4R4 :s = Rand(PiJ1)其中，優(yōu)先加工權(quán)值最大的可用工位集合= {k XMik = HiaxXMiJ,沖突時 間最小的工位集合^，y+1 = {k I~XU+i，分配爐次數(shù)最小的工位集合 = {k|qJ+ljk(xijJ+1) = minqJ+ljk(xijJ+1)}, Rand (Pij J+1)表示從 Pi, 集合 中隨機選擇一作業(yè)工位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于準(zhǔn)時制的煉鋼生產(chǎn)計劃時間并行順推編制方法，其特征 是所述的步驟7中的規(guī)則1 讓爐次i'作業(yè)前等待至該工位完成緊前作業(yè)爐次i，調(diào)整爐 次i'開始作業(yè)時間，使得其等于爐次i的結(jié)束作業(yè)時間；規(guī)則2 根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，延長爐次i在緊前工位上與本工位間的運輸時間以及本工 位上作業(yè)前等待時間，調(diào)整計劃中爐次的開始作業(yè)時間，使其開始作業(yè)時間與目標(biāo)開始作 業(yè)時間差口 t(即Xi, ,j,k-x' i, ,j)最小，且不影響已編排計劃中的作業(yè)爐次；規(guī)則3 根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，在合理時間調(diào)整范圍內(nèi)，縮短爐次i在緊前工位上作業(yè)時 間、緊前工位與本工位間的運輸時間以及本工位上作業(yè)前等待時間，調(diào)整計劃中爐次的開 始作業(yè)時間，使其目標(biāo)開始作業(yè)時間與開始作業(yè)時間差口 t'(即χ' i, ,J-Xi, ,j,k)最小，且 不影響已編排計劃中的作業(yè)爐次。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于準(zhǔn)時制的煉鋼生產(chǎn)計劃時間并行順推編制方法，其特征 是所述的煉鋼連鑄生產(chǎn)工藝流程網(wǎng)絡(luò)底層對象模型，是在分析煉鋼連鑄生產(chǎn)工藝流程和 生產(chǎn)組織模式的基礎(chǔ)上，以面向?qū)ο蠹夹g(shù)，對生產(chǎn)工藝流程中的生產(chǎn)工位、生產(chǎn)工序和產(chǎn)品 在工位之間加工路線的各自特性進(jìn)行封裝，抽象成圖形界面中的工位、工序、運輸線，并以 他們?yōu)榛窘Ｔ?，建立的能表征各工位、工序和加工工藝路徑邏輯關(guān)系與各自屬性的 生產(chǎn)工藝流程網(wǎng)絡(luò)模型。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于準(zhǔn)時制的煉鋼生產(chǎn)計劃時間并行順推編制方法，其特征 是在生產(chǎn)作業(yè)計劃與調(diào)度方案制定前，先要對所應(yīng)用鋼廠的歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，統(tǒng)計 出各鋼種在各工序上加工時間、各鋼種在工序間運輸時間的正態(tài)分布參數(shù)，如均值、方差、 最小值、最大值，為后續(xù)的生產(chǎn)計劃編制提供真實可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于準(zhǔn)時制的煉鋼生產(chǎn)計劃時間并行順推編制方法，其特征 是各連鑄機的開始澆注時間由例如遺傳算法、蟻群算法等智能搜索算法或人工設(shè)置確定， 再將由“連澆”約束計算所得各爐次的開始澆注時間視為后續(xù)生產(chǎn)作業(yè)計劃編制的交貨期， 在計劃編制所得各爐次的開始澆注時間應(yīng)與交貨期的偏差盡量縮小，以確保編制的生產(chǎn)作 業(yè)計劃實現(xiàn)同一連鑄機上各爐次的連澆生產(chǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于準(zhǔn)時制的煉鋼生產(chǎn)計劃時間并行順推編制方法，其特征 是各爐次的開始澆注時間基于工序倒推所得各爐次在各工序上的開始作業(yè)時間作為計劃 編制的參考目標(biāo)時間點，計劃編制中各爐次在各工位上的開始作業(yè)時間需參考此時間來調(diào) 整與確定。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于準(zhǔn)時制的煉鋼生產(chǎn)計劃時間并行順推編制方法，其特征 是所述的時間并行順推方法中，當(dāng)前作業(yè)工序j順推計算各爐次在緊后工序j上的開始 作業(yè)時間后，并不立即給爐次選擇加工工位，而只依據(jù)生產(chǎn)流程網(wǎng)絡(luò)底層對象模型，由爐次 當(dāng)前作業(yè)工位的后繼工位與爐次生產(chǎn)工藝路徑匹配，確定出在緊后工序j上的可用工位集合，并存儲到工序的預(yù)分配加工任務(wù)集合中。只有當(dāng)作業(yè)工序j(j<M)上所有爐次都完成 上述操作后，才為當(dāng)前工序j的后一工序(j+Ι)上的所有爐次分配合適的加工工位。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于準(zhǔn)時制的煉鋼生產(chǎn)計劃時間并行順推編制方法。在建立以工位、工序、運輸線為基本元素的煉鋼生產(chǎn)工藝流程網(wǎng)絡(luò)底層對象模型和考慮各鋼種作業(yè)時間和運輸時間正態(tài)分布規(guī)律基礎(chǔ)上，將“連澆”約束計算的各爐次開始澆注時間視為交貨期，基于工序倒推所得各爐次在各工序上的開始作業(yè)時間作為計劃編制的參考目標(biāo)時間點，當(dāng)時間并行順推計算出各爐次的開始與結(jié)束作業(yè)時間后，由工位選擇規(guī)則為各爐次分配合適的加工工位，再參照參考目標(biāo)時間由爐次作業(yè)時間調(diào)整策略來調(diào)整和確定各爐次在各工序相應(yīng)工位上的開始和結(jié)束作業(yè)時間。此方法能快速編制出可執(zhí)的且實現(xiàn)連澆生產(chǎn)的作業(yè)計劃與調(diào)度方案，對煉鋼生產(chǎn)作業(yè)計劃與調(diào)度優(yōu)化具有較強的通用性和廣泛的適用性。
文檔編號G06Q50/00GK101944202SQ20101027172
公開日2011年1月12日 申請日期2010年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月3日
發(fā)明者朱道飛, 王 華, 馬長波 申請人:昆明理工大學(xué)