專利名稱：一種定尺鋼板成材率最大化的mes物料形變方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信息技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種定尺鋼板成材率最大化的MES(制 造執(zhí)行系統(tǒng)Manufacturing Execution System，簡稱MES)物料形變方法，制造執(zhí)行系統(tǒng) (MES)。
背景技術(shù)：
成材率的高低直接影響著企業(yè)的經(jīng)濟效益，同時也是反映一條生產(chǎn)線操作及綜合 管理水平的重要指標(biāo)。成材率是企業(yè)管理水平、工藝裝備水平、技術(shù)操作水平和產(chǎn)品質(zhì)量的 綜合體現(xiàn)。提高成材率是鋼鐵工業(yè)節(jié)約原料和能源、降低成本、提高經(jīng)濟效益的重要途徑。 如何提高成材率，提升企業(yè)在市場中的競爭力已成為企業(yè)面臨的難題。為發(fā)展我國中厚板 生產(chǎn)，提高成材率，行業(yè)各部門作了大量的工作如提高板坯連鑄比、改造舊有軋機提高裝 備水平、開發(fā)平面形狀控制技術(shù)以減少切損、采用負(fù)公差軋制等，這些方法都是從硬件設(shè)備 控制方面提出的解決途徑。坯料坯型選擇計算是寬厚板生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)之一，坯料尺寸 設(shè)計是否合理，直接影響成材率，坯料設(shè)計是影響中板成材率的重要環(huán)節(jié)之一。本文提出一 種定尺板成材率最大化的物料形變方法，選擇成材率最大的坯型；實踐表明，本方法不但可 以減輕庫存壓力，而且能減少投料數(shù)量，有效地提高成材率。鋼板生產(chǎn)企業(yè)一般根據(jù)用戶訂單組織生產(chǎn)，對于定尺鋼板(厚度、寬度、長度為固 定值的鋼板)訂單都有塊數(shù)和重量的數(shù)值，當(dāng)前的物料形變規(guī)則有二種根據(jù)產(chǎn)量最大化原則盡可能選用重量最大的板坯組織生產(chǎn)，將生產(chǎn)一部分用戶需 求以外的鋼板。根據(jù)用戶訂單要求的塊數(shù)組織生產(chǎn)，按照坯型優(yōu)先級選擇板坯規(guī)格；如果無法滿 足塊數(shù)要求，也將生產(chǎn)用戶需求以外的鋼板。這二種物料形變規(guī)則都存在同一個問題如何讓用戶需求以外的鋼板生產(chǎn)數(shù)量最 小，或者說如果在滿足用戶需要的情況下讓板坯的投料量最小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種定尺鋼板成材率最大化的MES物料形變方法，解決如 何讓用戶需求以外的鋼板生產(chǎn)數(shù)量最小，或者說如果在滿足用戶需要的情況下讓板坯的投
料量最小。中厚板產(chǎn)品的板坯選擇須滿足多品種、小批量、多張成品子板組合在一塊板坯上 的特點，本方法充分考慮了加熱爐、寬展比、壓縮比、切損率和燒損率等諸多因素對成材率 的綜合影響，對訂單產(chǎn)品需求均盡可能采用使多張成品鋼板組合在一塊板坯上的設(shè)計思路 為基本原則，在考慮不同需求變化情況，從而得到最終板坯尺寸。定尺鋼板成材率最大化的MES物料形變方法技術(shù)方案見圖1，工藝步驟如下步驟1 根據(jù)訂單中產(chǎn)品規(guī)格(長寬厚)、重量、塊數(shù)以及工藝質(zhì)量要求，考慮到切 損、燒損、壓縮比、展寬比等約束條件，利用定尺板物料形變算法見圖2，預(yù)計算出所有可能
4的坯型。物料形變步驟訂單要求的鋼板厚度為TO、寬度為W0、長度為L0，塊數(shù)為ΡΙ0，重量為MASS0。產(chǎn) 品參數(shù)板坯最小長度DSLBLmin、最大長度DSLBLmax ；可軋制鋼板的最小長度PLMELmin、最 大長度PLMELmax、最小寬度PLMEWmin、最大寬度PLMEWmax、最小厚度PLMETmin、最大厚度 PLMETmax ；板坯厚度DSLBt、板坯寬度DSLBw可能值、板坯長度的步長值STEP。1)計算鋼板定尺PI = floor (PLMELmax/LO)；2)計算鋼板的生產(chǎn)長度L = L0*PI+切頭尾量；3)鋼板長度約束檢查如果L > PLMELmax，令PI = PI-I,返回1 ；如果直到PI = 1時，仍L > PLMELmax，無解，系統(tǒng)給出設(shè)備長度生產(chǎn)能力無法滿足用戶要求提示；4)檢查鋼板是否剖分計算WIDTH_CMB = ceil (PLMEffmin/WO)，其值為1不需要， 大于1需要；5)計算鋼板的生產(chǎn)寬度W = W0*WIDTH_CMB+切邊量；6)鋼板寬度約束檢查如果 W > PLMEWmax,令 WIDTH_CMB = WIDTH_CMB_1，返回 5)；如果直到WIDTH_CMB = 1，仍1> PLMEWmax，無解，系統(tǒng)給出設(shè)備寬度生產(chǎn)能力無法滿足 用戶要求提示；7)計算將要生產(chǎn)的鋼板重量 PLMEmass = T*W*L*7. 85/1000000 (Kg)；8)根據(jù)板坯展寬比(W/DSLBw)約束條件找出板坯可能寬度DSLBw，如果沒有寬度 滿足要求，無解，系統(tǒng)給出展寬比無法滿足用戶要求提示；9)針對每一個可能寬度做以下計算a)根據(jù)板坯壓縮比(DSLBt/ΤΟ)約束條件，找出可能的板坯厚度DSLBt ；如果對所 有寬度都沒有厚度滿足要求，無解，系統(tǒng)給出壓縮比無法滿足用戶要求提示；b)根據(jù)鑄機約束，由板坯寬度和每一個可能的板坯厚度，計算出板坯的可能長度 DSLBl = ceil (PLMEmass/(DSLBw*DSLBt*(l-燒損率)*7· 8/1000000)/STEP) *STEP ；c)根據(jù)加熱爐約束條件，如果DSLBl在DSLBLmin DSLBLmax之間，則記錄此 時PI及相應(yīng)板坯尺寸；然后令PI = PI-1，重復(fù)循環(huán)步驟2)計算過程，保留DSLBl在 DSLBLmin DSLBLmax之間時的相應(yīng)PI及板坯尺寸，一直循環(huán)計算到PI = 1 ；如果PI從 floor (PLMELmax/LO)到1，沒有DSLBl在DSLBLmin DSLBLmax之間，無解，系統(tǒng)給板坯規(guī) 格無法滿足用戶要求提示；10)檢查是否存在DSLBl在DSLBLmin DSLBLmax之間，存在則進(jìn)行下一步處理。步驟2 從計算出的所有可能的坯型進(jìn)行預(yù)處理，在滿足企業(yè)設(shè)備生產(chǎn)能力約束 條件下，篩選出能夠使用的坯型，把不符合要求的坯型剔出，保留符合要求的坯型。步驟3 選坯調(diào)整，根據(jù)算式二 P/0，篩選出坯型組合；式中，PI表示
/=1
定尺數(shù)，3表示選中的坯型(被選中為1，不被選中0)，X表示所選板坯塊數(shù)，PIO表示客戶訂 單所定塊數(shù)。如果計算過程中無解，則令訂單的鋼板塊數(shù)加1，重復(fù)步驟1計算，直到有解。步驟4 建立選坯優(yōu)化模型。對含有約束的多目標(biāo)優(yōu)化問題，將多目標(biāo)合成單一目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)成材率最 大化建立數(shù)學(xué)模型，目標(biāo)函數(shù)如下
max(/(x)) = ι-^^-χ 100%
ΣDSLBti χφ^χ DSLBwi χφ^ χ DSLBli χφ^χΧ^ρ
/=I
Ν , ,被選中鋼坯厚度“外，難
_2] 2),； =fo； ^
、， ,被選中鋼坯長度3^=Ia 其他式中，DSLBw表示板坯寬度，DSLBt表示板坯厚度，DSLBl表示板坯長度，X表示塊 數(shù)，P表示密度，MASS訂單要求鋼板重量。步驟5 根據(jù)上一步構(gòu)造的數(shù)學(xué)模型，利用遺傳算法進(jìn)行組坯，根據(jù)訂單的需求選 擇出重量最小的板坯組合。步驟6 確定出每種組坯的成材率，選擇出成材率最大的坯型與塊數(shù)。本方法可以讓用戶需求以外的鋼板生產(chǎn)數(shù)量盡可能到最小，在滿足用戶需要的情 況下讓板坯的投料量最??；此方法不但可以減輕庫存壓力，而且能減少投料數(shù)量，有效地提 高成材率。本方法經(jīng)初步測算每年可提高成材率0. 2%，減少0. 5%的訂單要求以外鋼板產(chǎn)
出ο


圖1成材率最大化物料形變過程圖。圖2物料形變算法流程圖。圖3遺傳算法優(yōu)化流程圖。
具體實施例方式圖1 圖3為本發(fā)明的一種具體實施方式
。以中厚板廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)為例，客戶訂單要求鋼板厚度為12mm、寬度為3360mm、長度 為11600mm，塊數(shù)為10塊，重量為36. 72噸。設(shè)備能力約束參數(shù)(單位mm) :1、加熱爐約束 板坯最長度、燒損率；2、軋機約束可軋制鋼板的長度、寬度、厚度3、剪切線約束剖分機、 切邊量、切頭尾量；4、技術(shù)約束展寬比、壓縮比；5、質(zhì)量約束；6、鑄機約束板坯厚度、寬 度、長度，板坯長度的步長值。步驟1根據(jù)訂單要求，算法參數(shù)設(shè)定，將上述參數(shù)記錄寫入初始化模塊。步驟2通過物料形變算法反復(fù)循環(huán)進(jìn)行鋼板長度約束檢查、鋼板寬度約束檢查， 直到選出適合的長度與寬度，計算出母板的重量。步驟3根據(jù)板坯寬展比約束條件找出板坯所有可能寬度。步驟4根據(jù)板坯壓縮比約束條件找出板坯所有可能厚度。步驟5計算選出可能的坯型，下表是算法計算選擇出的板坯規(guī)格及定尺數(shù)。 步驟6選坯調(diào)整，根據(jù)約束公式Σ ⑷,xX, =P/0，式中，PI表示定尺數(shù)，表示選
中的坯型(被選中為1，不被選中0)，x表示所選板坯塊數(shù)，PIO表示客戶訂單所定塊數(shù)10 ； 該方程有3組解，計算結(jié)果如下表所示。 步驟7根據(jù)成才率最大化原則，建立選坯優(yōu)化模型。
max(/0)) = ]-^^-χ 100%
^DSLBt, χφ'χ DSLBwl χφ^χ DSLBI1 χφ\ χ Xi χ ρ
(=1步驟8根據(jù)步驟7構(gòu)造的數(shù)學(xué)模型，利用遺傳算法進(jìn)行組坯。1)算法的初始化模塊采用抗體編碼方式產(chǎn)生初始種群，初始種群的個體代表一個 坯型的成才率，同時對初始種群的各抗體進(jìn)行可行化處理，并計算其函數(shù)適應(yīng)值，記錄最優(yōu) 個體，對抗體記憶庫進(jìn)行更新。2)修復(fù)個體，對不滿足約束條件的個體，按照匹配模式進(jìn)行修復(fù)。3)確定評價函數(shù)適應(yīng)度。4)采用比例選擇算法，確定交叉率為0. 9、變異率為0. 1。5)進(jìn)化收斂判斷，收斂性由個體平均適應(yīng)度變化率Afavg<= 5%來判斷，當(dāng)進(jìn)化 過程達(dá)到一定階段時，考察此階段中各代的個體平均適應(yīng)度變化率，若此指標(biāo)持續(xù)地達(dá)到 或小于許可的精度范圍，則認(rèn)為進(jìn)化過程相對穩(wěn)定，基本收斂，否則繼續(xù)進(jìn)化。6)修復(fù)最優(yōu)個體，選擇適應(yīng)度最大的作為最優(yōu)個體。步驟9根據(jù)訂單的需求選擇出重量最小的板坯組合。選擇成材率最大的坯型及其塊數(shù)，最終的解為
DSLBtl = 250，DSLBwl = 2000，DSLBll = 2975，Xl 二 2 ；DSLBt2 = 220，DSLBw2 = 1600，DSLB12 = 2875，X2 二 2。
權(quán)利要求
一種定尺鋼板成材率最大化的MES物料形變方法，其特征在于工藝步驟為步驟1根據(jù)訂單中產(chǎn)品規(guī)格長寬厚、重量、塊數(shù)以及工藝質(zhì)量要求，考慮到切損、燒損、壓縮比、展寬比約束條件，利用定尺板物料形變算法，預(yù)計算出所有可能的坯型；物料形變步驟訂單要求的鋼板厚度為TO、寬度為WO、長度為LO，塊數(shù)為PIO，重量為MASSO，產(chǎn)品參數(shù)板坯最小長度DSLBLmin、最大長度DSLBLmax；可軋制鋼板的最小長度PLMELmin、最大長度PLMELmax、最小寬度PLMEWmin、最大寬度PLMEWmax、最小厚度PLMETmin、最大厚度PLMETmax；板坯厚度DSLBt、板坯寬度DSLBw可能值、板坯長度的步長值STEP；1)計算鋼板定尺PI＝floor(PLMELmax/LO)；2)計算鋼板的生產(chǎn)長度L＝LO*PI+切頭尾量；3)鋼板長度約束檢查如果L＞PLMELmax，令PI＝PI 1，返回1；如果直到PI＝1時，仍L＞PLMELmax，無解，系統(tǒng)給出設(shè)備長度生產(chǎn)能力無法滿足用戶要求提示；4)檢查鋼板是否剖分計算WIDTH_CMB＝ceil(PLMEWmin/WO)，其值為1不需要，大于1需要；5)計算鋼板的生產(chǎn)寬度W＝WO*WIDTH_CMB+切邊量；6)鋼板寬度約束檢查如果W＞PLMEWmax，令WIDTH_CMB＝WIDTH_CMB 1，返回5)；如果直到WIDTH_CMB＝1，仍W＞PLMEWmax，無解，系統(tǒng)給出設(shè)備寬度生產(chǎn)能力無法滿足用戶要求提示；7)計算將要生產(chǎn)的鋼板重量PLMEmass＝T*W*L*7.85/1000000(Kg)；8)根據(jù)板坯展寬比(W/DSLBw)約束條件找出板坯可能寬度DSLBw，如果沒有寬度滿足要求，無解，系統(tǒng)給出展寬比無法滿足用戶要求提示；9)針對每一個可能寬度做以下計算a)根據(jù)板坯壓縮比(DSLBt/TO)約束條件，找出可能的板坯厚度DSLBt；如果對所有寬度都沒有厚度滿足要求，無解，系統(tǒng)給出壓縮比無法滿足用戶要求提示；b)根據(jù)鑄機約束，由板坯寬度和每一個可能的板坯厚度，計算出板坯的可能長度DSLBl＝ceil(PLMEmass/(DSLBw*DSLBt*(1 燒損率)*7.8/1000000)/STEP)*STEP；c)根據(jù)加熱爐約束條件，如果DSLBl在DSLBLmin～DSLBLmax之間，則記錄此時PI及相應(yīng)板坯尺寸；然后令PI＝PI 1，重復(fù)循環(huán)步驟2)計算過程，保留DSLBl在DSLBLmin～DSLBLmax之間時的相應(yīng)PI及板坯尺寸，一直循環(huán)計算到PI＝1；如果PI從floor(PLMELmax/LO)到1，沒有DSLBl在DSLBLmin～DSLBLmax之間，無解，系統(tǒng)給板坯規(guī)格無法滿足用戶要求提示；10)檢查是否存在DSLBl在DSLBLmin～DSLBLmax之間，存在則進(jìn)行下一步處理；步驟2從計算出的所有可能的坯型進(jìn)行預(yù)處理，在滿足企業(yè)設(shè)備生產(chǎn)能力約束條件下，篩選出能夠使用的坯型，把不符合要求的坯型剔出，保留符合要求的坯型；步驟3選坯調(diào)整，根據(jù)算式篩選出坯型組合；式中，PI表示定尺數(shù)，表示選中的坯型被選中為1，不被選中0，X表示所選板坯塊數(shù)，PIO表示客戶訂單所定塊數(shù)；如果計算過程中無解，則令訂單的鋼板塊數(shù)加1，重復(fù)步驟1計算，直到有解。步驟4建立選坯優(yōu)化模型對含有約束的多目標(biāo)優(yōu)化問題，將多目標(biāo)合成單一目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)成材率最大化建立數(shù)學(xué)模型，目標(biāo)函數(shù)如下1)2)3)式中，DSLBw表示板坯寬度，DSLBt表示板坯厚度，DSLBl表示板坯長度，X表示塊數(shù)，ρ表示密度，MASS訂單要求鋼板重量；步驟5根據(jù)上一步構(gòu)造的數(shù)學(xué)模型，利用遺傳算法進(jìn)行組坯，根據(jù)訂單的需求選擇出重量最小的板坯組合；步驟6確定出每種組坯的成材率，選擇出成材率最大的坯型與塊數(shù)。FSA00000238316600021.tif,FSA00000238316600022.tif,FSA00000238316600023.tif,FSA00000238316600024.tif,FSA00000238316600025.tif,FSA00000238316600026.tif
全文摘要
一種定尺鋼板成材率最大化的MES物料形變方法，屬于信息技術(shù)領(lǐng)域。中厚板產(chǎn)品的板坯選擇須滿足多品種、小批量、多張成品子板組合在一塊板坯上的特點，本方法充分考慮了加熱爐、寬展比、壓縮比、切損率和燒損率等諸多因素對成材率的綜合影響，對訂單產(chǎn)品需求均盡可能采用使多張成品鋼板組合在一塊板坯上的設(shè)計思路為基本原則，在考慮不同需求變化情況，從而得到最終板坯尺寸。優(yōu)點在于，解決如何讓用戶需求以外的鋼板生產(chǎn)數(shù)量最小，或者說如果在滿足用戶需要的情況下讓板坯的投料量最小。
文檔編號G06Q10/00GK101908180SQ20101025909
公開日2010年12月8日 申請日期2010年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月20日
發(fā)明者何芳, 宋誠忠, 張慶大, 申利民, 鄭鵬 申請人:秦皇島首秦金屬材料有限公司;首鋼總公司