專利名稱：煉鋼連鑄生產(chǎn)工藝中的組連澆批次方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煉鋼連鑄生產(chǎn)工藝中的組連澆批次(CAST_LOT)方法。
背景技術(shù)：
隨著市場競爭的日益加劇，鋼鐵企業(yè)的用戶對供應(yīng)商的要求，已經(jīng)在原來考慮價格和質(zhì)量的基礎(chǔ)上，又增加了對交貨期方面的要求，并且份量越來越重?？蛻魧回浧诘囊蟀▋煞矫嬉环矫媸且蠼回浧诒M可能短，另一方面要求交貨準(zhǔn)時。同時這兩方面又是相互影響，隨著交貨期越來越短，準(zhǔn)時交貨變得越來越難。這種交貨期對準(zhǔn)時交貨的影響主要表現(xiàn)在隨著交貨期縮短，生產(chǎn)質(zhì)量上的波動對準(zhǔn)時交貨的影響越來越顯著；隨著交貨期縮短，資源的平衡從原來簡單數(shù)量上的平衡到細(xì)節(jié)上(如工藝規(guī)程的要求)的平衡。
現(xiàn)有的人工計劃方式按照一定人工規(guī)則進(jìn)行材料申請，逐步形成連澆批次(CAST_LOT)。但其中存在著計劃員個性化因素影響，而模型自動組CAST_LOT則有效地將模型和算法相結(jié)合，快速、有效、合理的實現(xiàn)連鑄預(yù)組爐計劃排程。
為進(jìn)行煉鋼組爐和熱軋排產(chǎn)，滿足客戶要求，提高日產(chǎn)能以達(dá)更高標(biāo)準(zhǔn)的利潤目標(biāo)，連鑄作為整個一體化生產(chǎn)計劃系統(tǒng)的瓶頸工藝，已日益顯示出了其突出的重要作用。本發(fā)明針對連鑄模型子模塊——組CAST_LOT模塊的設(shè)計，此模塊為整個連鑄預(yù)計劃的開端，也是制約后面組中間包、組CAST以及鑄機分配的首要因素。爐次是煉鋼生產(chǎn)中的最小單位，CAST_LOT是由多個爐次組成的，是爐次的集合，一個CAST_LOT內(nèi)的爐次有最大個數(shù)的限制，并且每個CAST_LOT內(nèi)的爐次之間受爐流平衡的制約。爐流平衡也是針對寶鋼連鑄機一機兩流的生產(chǎn)模式提出的約束條件，它主要是指在板坯進(jìn)行澆鑄的時候，連鑄機兩流板坯的澆鑄時間要盡可能相同。這樣，連鑄預(yù)計劃排程就由過去的組爐——組澆，轉(zhuǎn)化為目前的先組CAST_LOT(同鋼種的爐次集合，爐次之間的寬度跳躍不能超過某一數(shù)值，爐次個數(shù)不能超過某一數(shù)值，爐次的寬度個數(shù)不能超過某一數(shù)值)，然后組中間包(能夠連澆的CAST_LOT的一個集合，總爐數(shù)最好達(dá)到中包要求最大爐數(shù)，爐次之間的寬度跳躍不能超過某一數(shù)值，爐次的寬度個數(shù)不能超過某一數(shù)值)，再組CAST(能夠連連澆的中包序列，中包由寬到窄排列，中包之間的寬度滿足寬度跳躍要求)的流程，這也是煉鋼——連鑄——熱軋一體化計劃系統(tǒng)的新思路、新方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種煉鋼連鑄生產(chǎn)工藝中的組連澆批次方法。組CAST_LOT計劃編制問題是一個具有上千個變量和很多約束式的大規(guī)模的混合整數(shù)規(guī)劃問題，可以通過現(xiàn)代智能優(yōu)化算法包括禁忌搜索算法、遺傳算法(GA)、蟻群算法(ACO)、粒子群算法(PSO)以及基于規(guī)則的啟發(fā)式算法進(jìn)行求解。智能優(yōu)化算法與啟發(fā)式算法都可以很好的解決這一問題，但是兩者各有利弊智能優(yōu)化算法具有通用性，可以找到最優(yōu)解，但是不一定能確保有解，并且運行速度較慢；而基于規(guī)則的啟發(fā)式算法運行速度很快，能夠確保有解，但是不一定能找到最優(yōu)解，并且通用性較差。由于組CAST_LOT時約束非常多，其中重要的約束包括板坯澆鑄寬度確定、爐流平衡設(shè)計和流向量控制等幾項，所以單純采用智能算法或啟發(fā)式算法很難找到比較優(yōu)化的組CAST_LOT的方案，在這里首先通過粒子群算法(PSO)對板坯進(jìn)行寬度確定，然后再用啟發(fā)式算法對組CAST_LOT計劃編制問題進(jìn)行求解。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種煉鋼連鑄生產(chǎn)工藝中的組連澆批次方法，包括以下步驟1)確定批次流向內(nèi)的板坯寬度；2)預(yù)組爐，從寬度已經(jīng)確定的板坯中選出接收批次要求的流向的板坯進(jìn)行組爐；建立了爐次優(yōu)化模型；3)批次劃分，以步驟2)中組好的爐次為單位，將爐次劃入批次；4)板坯交換及調(diào)整，將批次外的板坯和批次內(nèi)的板批進(jìn)行交換，使?fàn)C輥材和各流向的量符合要求；5)組CAST_LOT。
作為本發(fā)明方法的一種改進(jìn)，在所述步驟5)之后，還包括以下步驟6)補充批次，選擇材料時，判斷每個批次中有沒有流向的量沒有達(dá)到計劃上限的流向，如果有，從批次外的板坯中選擇這樣的流向的板坯進(jìn)行組CAST_LOT，如果沒有，則從批次外的非計劃流向的板坯中選擇板坯進(jìn)行組CAST_LOT，直到每個批次的總計劃重量都符合要求時結(jié)束；7)優(yōu)化CAST_LOT。
在使用本技術(shù)之前，基本上采用手工排計劃，時刻的準(zhǔn)確性很差，設(shè)備利用率較低，而且排出的計劃有很大的局限性，直接影響產(chǎn)量和設(shè)備壽命；并且重排一次計劃需要很長的時間。通過模型組CASTLOT的預(yù)排，能夠提早發(fā)現(xiàn)合同中的不合理之處和生產(chǎn)中的瓶頸環(huán)節(jié)，保障生產(chǎn)的穩(wěn)定順行，重排一次計劃只要幾秒鐘，時間可以精確到分鐘，設(shè)備利用率大大提高，產(chǎn)量得到了很明顯的提高。


圖1為煉鋼連鑄生產(chǎn)工藝中的組CAST_LOT的功能模塊說明圖；圖2、圖3為煉鋼連鑄生產(chǎn)工藝中的組CAST_LOT的具體流程圖。
具體實施例方式
一種煉鋼連鑄生產(chǎn)工藝中的組連澆批次方法，包括以下九個步驟板坯澆鑄寬度的確定、預(yù)組爐、批次數(shù)據(jù)的校驗、批次劃分、板坯調(diào)整、重新確定寬度、組CAST_LOT、補充批次能力和優(yōu)化CAST_LOT。主要運用了粒子群(PSO)算法和基于規(guī)則的啟發(fā)式算法，由于這幾部分之間的耦合性非常強，所以在考慮每個部分的時候都會直接或間接的用到其它部分的條件作為約束。具體描述如下第一，對批次流向內(nèi)的板坯寬度進(jìn)行確定，板坯澆鑄寬度的確定是關(guān)系全局最優(yōu)的首要問題，需選出合同池中所有的板坯，用PSO算法依據(jù)調(diào)寬次數(shù)的限制、調(diào)寬量的限制多次迭代尋求最優(yōu)解，使得所選板坯的寬度種類盡可能少、寬度跳躍盡可能小、板坯的澆鑄寬度盡可能大。
第二，預(yù)組爐，從寬度已經(jīng)確定的板坯中選出接收批次要求的流向的板坯進(jìn)行組爐。這里建立了爐次優(yōu)化模型，由于約束眾多、規(guī)模很大，采用基于規(guī)則的啟發(fā)式算法進(jìn)行求解。這一步先不考慮爐次之間的關(guān)系，只考慮同一出鋼記號、同去向(指板坯目的地)、同屬性(同為燙輥材)、RH(精煉方法)、機清(機器清理)的板坯能組在一個爐中的約束，并且調(diào)寬次數(shù)和調(diào)寬量的要求與組CAST_LOT相同、只考慮單爐內(nèi)的爐流平衡，不考慮板坯的以優(yōu)充次和無委充當(dāng)(以優(yōu)充次以優(yōu)等品充當(dāng)次等品；無委充當(dāng)以無合同委托的余材來進(jìn)行充當(dāng))。
第三，批次內(nèi)相關(guān)材料數(shù)據(jù)的校驗，主要是分析一下用于組爐的材料是否滿足指定批次的各個量的要求，并且要特殊的考慮批次中要求的流向和每個量即燙輥材、RH、機清、計劃總量及各流向的量(流向指按板坯去向、熱鋼卷去向、材料組別等屬性進(jìn)行的一種歸類)之間耦合的關(guān)系。也就是在判斷各個量都滿足的基礎(chǔ)上進(jìn)一步判斷它們和流向之間耦合時是否滿足量的要求，若不滿足則報錯。
第四，批次劃分，以上一步組好的爐次為單位，運用PSO算法將爐次劃入批次。劃分的原則是同一出鋼記號的爐次盡可能在一個批次內(nèi)，一個批次內(nèi)一定要滿足RH、機清的量，要盡量滿足燙輥材、各個流向的量和計劃總量。這一步是一個簡單的組合優(yōu)化問題，主要靠調(diào)整各個量的懲罰系數(shù)來使各量靠近目標(biāo)值。由于各量之間的耦合關(guān)系很強，往往不能單憑這一步的懲罰系數(shù)調(diào)整達(dá)到各項指標(biāo)，所以在后面的步驟里，我們進(jìn)行批次內(nèi)和批次外的板坯交換。
第五，板坯交換及調(diào)整，由于批次劃分是以爐次為單位的，劃分結(jié)束后，RH和機清的量已經(jīng)符合要求，仍然存在燙輥材、各流向、計劃總量不滿足要求的情況，這時，對板坯進(jìn)行調(diào)整，將批次外的板坯和批次內(nèi)的板批進(jìn)行交換，以使?fàn)C輥材和各流向的量符合要求，先不考慮批次計劃總量。主要運用的是統(tǒng)計的方法。
第六，重新確定寬度，經(jīng)過板批的調(diào)整，發(fā)現(xiàn)各流向的量、機清、RH的量都已經(jīng)符合批次的要求，為了使正式組CAST_LOT步驟達(dá)到最優(yōu)，在組之前將具有批次屬性的板坯重新確定澆鑄寬度，以使組CAST_LOT時調(diào)寬次數(shù)最少、調(diào)寬量最小。
第七，組CAST_LOT，以上的幾個步驟均為這一步的基礎(chǔ)，相當(dāng)于為組CAST_LOT框定了材料，實質(zhì)上就是對每個批次的寬度已定的材料進(jìn)行組CAST_LOT。入口是寬度已定的板坯，根據(jù)同出鋼記號、同去向、同屬性的原則將板坯合入CAST_LOT內(nèi)，這時要考慮一個CAST_LOT內(nèi)的最大爐數(shù)、整個CAST_LOT的爐流平衡、CAST_LOT內(nèi)每個爐次的爐流平衡、一個CAST_LOT內(nèi)的調(diào)寬次數(shù)、每次調(diào)寬的調(diào)寬量、不能調(diào)寬之后對以優(yōu)充次和無委充當(dāng)?shù)目紤]。由于這里的規(guī)則很多，我們?nèi)匀挥没谝?guī)則的啟發(fā)式算法進(jìn)行求解。
第八，補充批次能力，這一步實際上也是組CAST_LOT，但是入口數(shù)據(jù)不同。由于對各流向的量、RH、機清的量權(quán)重設(shè)定的很高，所以以上的步驟進(jìn)行完后，每個批次中各流向的量、RH、機清的量都已經(jīng)滿足了，而相反，前面對于批次計劃總量的權(quán)重考慮相對較輕，使得批次計劃總量要求得不到滿足，所以在組CAST_LOT之后，還可在批次外選一部分板坯進(jìn)行組CAST_LOT以補充批次的能力。選擇材料的原則是判斷每個批次中有沒有流向的量沒有達(dá)到計劃上限的流向，如果有，從批次外的板坯中選擇這樣的流向的板坯進(jìn)行組CAST_LOT，如果沒有，則從批次外的非計劃流向的板坯中選擇板坯進(jìn)行組CAST_LOT，直到每個批次的總計劃重量都符合要求結(jié)束。
第九，對CAST_LOT進(jìn)行優(yōu)化，在以上的步驟結(jié)束后，會發(fā)現(xiàn)燙輥材的量仍然可能不滿足批次計劃量的要求，并且所組的CAST_LOT中存在以優(yōu)充次和無委充當(dāng)?shù)陌迮鳌＿@時為了達(dá)到最終的優(yōu)化目標(biāo)，仍然需要將批次外的板坯與批次內(nèi)的板坯進(jìn)行交換，這一步交換的前提是每個批次的計劃總量、各流向的量、RH、機清的量均已滿足，只有少部分的燙輥材、以優(yōu)充次和無委充當(dāng)?shù)陌迮餍枰{(diào)整。例如現(xiàn)有批次中無以優(yōu)充次、無無委充當(dāng)，各流向和總量滿足指標(biāo)，RH、機清的量也滿足要求，只有燙輥材多余，那么就要在批次內(nèi)的燙輥材中任意選出一部分板坯和外面的非燙輥材板坯進(jìn)行交換，交換的條件是外面的板坯為非燙輥材，并且其余屬性與需要換出的燙輥材完全一樣。這樣，整個CAST_LOT的機構(gòu)不會改變、不會打破各項組爐約束、不會打破爐流平衡、不會影響寬度要求，經(jīng)調(diào)整后的CAST_LOT符合其規(guī)程并且符合批次的要求。
圖2、圖3給出一上述九大步驟的具體實施的流程圖，具體描述如下1)對第i類板坯按寬度、優(yōu)先級排序；2)找未組爐的最寬、優(yōu)先級最高的板坯作為奇流第一塊，記為j；3)找下一塊未組板坯，記為k；4)令fitmin＝0(fitmin表示組在同一爐內(nèi)的板坯之間的懲罰值，初始值為0)，判斷k與j是否同去向？如果是則，執(zhí)行步驟5)，否則，轉(zhuǎn)步驟9)；5)計算fit值(寬度、優(yōu)先級懲罰之和)；6)判斷是否等于0(fit＝＝0)，如果是，則進(jìn)入步驟7)，否則，轉(zhuǎn)步驟18)；7)fitmin＝fit，Sbest＝k(fit板坯之間的懲罰值，Sbest表示懲罰值最小的板坯)；8)Sbest作為偶流第一塊板坯(圖2中接下頁圖3)；9)第i類中是否還有未組板坯？如果是，則轉(zhuǎn)步驟3)；否則，進(jìn)入步驟10)；10)判斷奇流第一塊slab(板坯)是否必做，如果是，則進(jìn)入步驟11)；否則給j賦予放棄組爐屬性，轉(zhuǎn)步驟2)；11)可以優(yōu)充次否？如果是，則進(jìn)入步驟12)，否則，進(jìn)入步驟13)；12)判斷達(dá)爐容否？如果是則進(jìn)入步驟17)；如果否，則給slab(板坯)置cast_lot分割號(連澆批次分割號)、cast_lot號(連澆批次號)、pono號(制造命令號)，賦已組標(biāo)記，繼續(xù)添加以優(yōu)充次板坯，轉(zhuǎn)步驟11)；13)無委充當(dāng)；14)判斷達(dá)爐容否？如果是則進(jìn)入步驟17)，如果否則進(jìn)入步驟15)；15)給slab置cast_lot分割號、cast_lot號、pono號，賦已組標(biāo)記；16)繼續(xù)添加無委材，轉(zhuǎn)步驟14)；17)此lot(批次)組合結(jié)束；18)fitmin＝fit，Sbest＝k；19)第i類中還有未組板坯否；如果是，則進(jìn)入步驟20)，如果否，則轉(zhuǎn)入步驟24)；
20)k＝k+1；21)k與j同去向？如果是，則進(jìn)入步驟22)，否則轉(zhuǎn)入步驟19)；22)計算fit值；判斷fit＜fitmin？如果是，則進(jìn)入步驟23)，如果否，則轉(zhuǎn)步驟19)；23)判斷第i類中還有未組板坯？如果是則轉(zhuǎn)入步驟20)；否則進(jìn)入步驟24)；24)fitmin＝fit，Sbest＝k；25)給slab置cast_lot分割號、cast_lot號、pono號，賦已組標(biāo)記；轉(zhuǎn)步驟8)；26)計算w1，w2(兩流平衡重)；27)在剩余未組爐slab中找板坯，左一塊、右一塊組爐；28)判斷達(dá)爐容否？如果是則轉(zhuǎn)入步驟49)，如果否則進(jìn)入步驟29)；29)判斷板坯是否同爐去向？如果是則進(jìn)入步驟30)，如果否，則轉(zhuǎn)步驟27)；30)判斷板坯是否同流寬？如果是，則轉(zhuǎn)入步驟37)，如果否，則進(jìn)入步驟31)；31)判斷是否可調(diào)寬？如果是，則轉(zhuǎn)入步驟37)，如果否，則進(jìn)入步驟32)；32)判斷可以優(yōu)充次否？如果是轉(zhuǎn)步驟46)，如果否，則進(jìn)入步驟33)；33)無委充當(dāng)；34)判斷是否達(dá)爐容？如果是，則轉(zhuǎn)步驟49)，如果否則進(jìn)入步驟35)；35)給slab置cast_lot分割號、cast_lot號、pono號，賦已組標(biāo)記；36)繼續(xù)添加無委材，轉(zhuǎn)步驟34)；37)計算fit值；判斷fit是否等于0(0fit＝＝0)，如果是則進(jìn)入步驟38)，如果否，則轉(zhuǎn)入步驟39)；38)令fitmin＝fit，Sbest＝Snow；給Snow(Snow表示板坯下標(biāo))賦予已組屬性，更新w1，w2，轉(zhuǎn)入步驟27)；39)令fitmin＝fit，Sbest＝k；40)判斷第i類中是否還有未組板坯，如果是則進(jìn)入步驟41)，否則轉(zhuǎn)步驟45)，41)找下一塊未組板坯；42)判斷板坯與爐是否同去向？如果是則進(jìn)入步驟43)，否則轉(zhuǎn)步驟40)；43)計算fit值，判斷fit是否小于fitmin，如果是則進(jìn)入步驟44)，否則轉(zhuǎn)40)；44)判斷第i類中是否還有未組板坯；如果是，則轉(zhuǎn)入步驟41)，否則轉(zhuǎn)入步驟45)；45)令fitmin＝fit，Sbest＝Snow；給Snow賦予已組爐屬性，更新w1，w2，轉(zhuǎn)步驟27)；46)判斷是否達(dá)爐容？如果是，則轉(zhuǎn)步驟49)，如果否，則進(jìn)入步驟47)；47)給slab置cast_lot分割號、cast_lot號、pono號，賦已組標(biāo)記；繼續(xù)添加板坯；轉(zhuǎn)步驟32)；48)判斷是否達(dá)最大爐容？如果是則更新CAST_LOT號，如果否則更新CAST_LOT分割號；49)判斷第i類板坯組完否？如果是則進(jìn)入步驟50)，如果否，則轉(zhuǎn)入步驟2)；50)i＝i+1；51)判斷i＞M(M表示板坯的種類數(shù))？如果是，則結(jié)束，如果否，則轉(zhuǎn)入步驟1)。
權(quán)利要求
1.一種煉鋼連鑄生產(chǎn)工藝中的組連澆批次方法，其特征在于包括以下步驟1)確定批次流向內(nèi)的板坯寬度；2)預(yù)組爐，從寬度已經(jīng)確定的板坯中選出接收批次要求的流向的板坯進(jìn)行組爐；建立了爐次優(yōu)化模型；3)批次劃分，以步驟2)中組好的爐次為單位，將爐次劃入批次；4)板坯交換及調(diào)整，將批次外的板坯和批次內(nèi)的板批進(jìn)行交換，使?fàn)C輥材和各流向的量符合要求；5)組CAST_LOT。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述一種煉鋼連鑄生產(chǎn)工藝中的組連澆批次方法，其特征在于在所述步驟5)之后，還包括以下步驟6)補充批次，選擇材料時，判斷每個批次中有沒有流向的量沒有達(dá)到計劃上限的流向，如果有，從批次外的板坯中選擇這樣的流向的板坯進(jìn)行組CAST_LOT，如果沒有，則從批次外的非計劃流向的板坯中選擇板坯進(jìn)行組CAST_LOT，直到每個批次的總計劃重量都符合要求時結(jié)束；7)優(yōu)化CAST_LOT。
3.據(jù)權(quán)利要求1所述一種煉鋼連鑄生產(chǎn)工藝中的組連澆批次方法，其特征在于所述步驟2)中，采用啟發(fā)式算法求解，僅考慮同一出鋼記號、同去向、同屬性、RH、機清的板坯能組在一個爐中的約束，并且調(diào)寬次數(shù)和調(diào)寬量的要求與組CAST_LOT相同、只考慮單爐內(nèi)的爐流平衡。
4.據(jù)權(quán)利要求1所述一種煉鋼連鑄生產(chǎn)工藝中的組連澆批次方法，其特征在于在所述步驟2)與步驟3)之間，還包括一批次內(nèi)相關(guān)材料數(shù)據(jù)的校驗步驟，分析用于組爐的材料是否滿足指定批次的各個量的要求，若不滿足則報錯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煉鋼連鑄生產(chǎn)工藝中的組連澆批次方法，其特征在于所述步驟3)中，所述爐次劃入批次的包括以下判定條件(1)一出鋼記號的爐次盡可能在一個批次內(nèi)；(2)一個批次內(nèi)需要滿足RH、機清的量，要盡量滿足燙輥材、各個流向的量和計劃總量。
6.據(jù)權(quán)利要求1所述一種煉鋼連鑄生產(chǎn)工藝中的組連澆批次方法，其特征在于在所述步驟4)與步驟5)之間，還包括一重新確定寬度步驟，在組之前將具有批次屬性的板坯重新確定澆鑄寬度。
全文摘要
一種煉鋼連鑄生產(chǎn)工藝中的組連澆批次方法，包括以下步驟確定批次流向內(nèi)的板坯寬度；預(yù)組爐，從寬度已經(jīng)確定的板坯中選出接收批次要求的流向的板坯進(jìn)行組爐；建立了爐次優(yōu)化模型；批次劃分，以組好的爐次為單位，將爐次劃入批次；板坯交換及調(diào)整，將批次外的板坯和批次內(nèi)的板批進(jìn)行交換，使?fàn)C輥材和各流向的量符合要求；組CAST_LOT。通過模型組CASTLOT的預(yù)排，能夠提早發(fā)現(xiàn)合同中的不合理之處和生產(chǎn)中的瓶頸環(huán)節(jié)，保障生產(chǎn)的穩(wěn)定順行，重排一次計劃只要幾秒鐘，時間可以精確到分鐘，設(shè)備利用率大大提高，產(chǎn)量得到了很明顯的提高。
文檔編號B22D11/16GK1792501SQ20051011206
公開日2006年6月28日 申請日期2005年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月27日
發(fā)明者胡國奮, 王良和, 陳泓, 魏震, 朱龍江 申請人:上海寶信軟件股份有限公司