本發(fā)明涉及冶金控制
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種用于解決連鑄機(jī)故障的煉鋼-連鑄重調(diào)度方法。
背景技術(shù)：
：煉鋼-連鑄是現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)流程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，煉鋼-連鑄生產(chǎn)過(guò)程一般包括三個(gè)階段:煉鋼、精煉和連鑄。生產(chǎn)調(diào)度在煉鋼-連鑄生產(chǎn)過(guò)程中扮演著重要的角色，一般說(shuō)來(lái)，在生產(chǎn)開(kāi)始之前生成靜態(tài)調(diào)度，在靜態(tài)調(diào)度假定所有信息都是可預(yù)知的并且在執(zhí)行過(guò)程中保持不變。然而，在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，各種擾動(dòng)事件(例如機(jī)器故障)會(huì)導(dǎo)致正在執(zhí)行的調(diào)度方案失效。連鑄機(jī)的作用是將鋼液凝固成鑄坯，在煉鋼連鑄過(guò)程中它是唯一連續(xù)工作的機(jī)器。在實(shí)際生產(chǎn)中,由于結(jié)晶器水口堵塞、鋼板質(zhì)量問(wèn)題、上游鋼水供給延遲等，連鑄生產(chǎn)過(guò)程可能會(huì)中斷(統(tǒng)稱連鑄機(jī)故障)。連鑄機(jī)故障將導(dǎo)致原來(lái)的煉鋼-連鑄調(diào)度計(jì)劃無(wú)法繼續(xù)執(zhí)行。因此,必須依據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)度信息在原調(diào)度計(jì)劃的基礎(chǔ)上重新編制計(jì)劃，即重調(diào)度，煉鋼-連鑄重調(diào)度關(guān)系到生產(chǎn)穩(wěn)定、連續(xù)的進(jìn)行，因此，該研究對(duì)實(shí)際生產(chǎn)有著重要的意義。連鑄機(jī)故障時(shí)的重調(diào)度問(wèn)題屬于煉鋼-連鑄動(dòng)態(tài)調(diào)度問(wèn)題，目前，煉鋼-連鑄調(diào)度問(wèn)題研究主要集中在靜態(tài)調(diào)度方面，很少涉及動(dòng)態(tài)調(diào)度問(wèn)題。Roy等在《Developmentofaknowledgemodelformanagingscheduledisturbanceinsteel-making》中提出了一個(gè)由任務(wù)、推理和領(lǐng)域3模塊組成的知識(shí)模型去管理煉鋼過(guò)程中的各種擾動(dòng)問(wèn)題，給出了一個(gè)重調(diào)度的框架結(jié)構(gòu)，但并未給出具體的模型和求解算法。Yu等在《APredictionMethodforAbnormalConditionofSchedulingPlanwithOperationTimeDelayinSteelmakingandContinuousCastingProductionProcess》中提出了一種在煉鋼-連鑄生產(chǎn)過(guò)程中預(yù)測(cè)操作時(shí)間延遲擾動(dòng)的方法，顯然,他們的模型不適合解決機(jī)器故障擾動(dòng)。Mao等在《AneffectiveLagrangianrelaxationapproachforreschedulingasteelmaking-continuouscastingprocess》研究了煉鋼-連鑄動(dòng)態(tài)調(diào)度過(guò)程中的機(jī)器故障擾動(dòng)和時(shí)間偏差擾動(dòng)，他們解決機(jī)器故障的主要方法是添加一個(gè)新的約束，即故障設(shè)備在其故障期間不能加工爐次。因此在重調(diào)度過(guò)程中，故障機(jī)器上預(yù)安排的爐次將被分配給同工序其他機(jī)器執(zhí)行。盡管這種策略能夠有效解決轉(zhuǎn)爐和精煉爐故障下的重調(diào)度問(wèn)題,但并不能完全解決連鑄機(jī)故障下的重調(diào)度問(wèn)題。當(dāng)連鑄機(jī)發(fā)生故障時(shí),其未加工的爐次并不能簡(jiǎn)單地分配給其他在重調(diào)度過(guò)程中繼續(xù)運(yùn)行的連鑄機(jī)，這是因?yàn)槊總€(gè)連鑄機(jī)具有以澆次為單元進(jìn)行批量加工的特殊工藝特征。澆次內(nèi)的爐次必須連續(xù)澆注，而每個(gè)爐次都關(guān)聯(lián)一個(gè)預(yù)定的目標(biāo)鋼種，如齒輪鋼、重軌鋼等。為滿足不同的冶煉要求，不同的鋼種在煉鋼生產(chǎn)流程中有不同的加工工序路徑。不同鋼種的爐次進(jìn)行連澆會(huì)產(chǎn)生連澆成本。因此,若在重調(diào)度過(guò)程中將故障連鑄機(jī)上未加工的爐次安排至其他鑄機(jī)的澆次內(nèi)進(jìn)行澆注，可能需要更改其目標(biāo)鋼種信息，進(jìn)而其加工工序路徑和加工時(shí)間均有可能發(fā)生改變，而沒(méi)有考慮該特征的重調(diào)度模型則無(wú)法處理連鑄機(jī)故障擾動(dòng)。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中用于處理故障連鑄機(jī)上的未加工爐次j的重調(diào)度策略主要包含四種。第一種策略是指在不改變爐次j的鋼種的前提下，直接將其插入其他非故障鑄機(jī)上的澆次內(nèi)進(jìn)行澆注(如圖2(b)中的爐次8)。然而，如前所述，連澆爐次因鋼種不同會(huì)產(chǎn)生連澆成本。第二種策略是指通過(guò)改變爐次j的煉鋼/精煉操作從而改變爐次j的鋼種，然后再將其插入其他非故障鑄機(jī)上的澆次內(nèi)進(jìn)行澆注。對(duì)于某些特殊的爐次，如正在故障連鑄機(jī)上澆注的爐次或已完成精煉操作且正運(yùn)輸至故障連鑄機(jī)的爐次，這種策略需要將爐次返送至前端工序進(jìn)行再加工(如圖2(b)中的爐次7)。第三種策略是指在連鑄機(jī)的故障時(shí)間比較短的情況下仍然將爐次j安排在故障鑄機(jī)上進(jìn)行加工，即故障恢復(fù)后開(kāi)始加工爐次j(如圖2(b)中的爐次9和10)。但是，這種策略對(duì)于已經(jīng)完成所有精煉操作的爐次在其澆注之前可能需要被返送至精煉工序進(jìn)行再加熱，因?yàn)檫M(jìn)行澆注的爐次的溫度不能低于鋼水的液相線溫度。第四種策略是指撤銷爐次j的加工任務(wù)(如圖2(a)中的爐次11)。通常，其他非故障鑄機(jī)上可用于加工故障鑄機(jī)上的爐次的澆注位置(澆次中的順序位置)是有限的，主要有以下2個(gè)方面的原因：(1)鋼種不兼容的爐次是不能進(jìn)行連澆的；(2)若將爐次插入非故障鑄機(jī)上的某個(gè)澆注位置而產(chǎn)生很大的等待時(shí)間通常是不可取的。因此，當(dāng)鑄機(jī)故障發(fā)生時(shí)，重新安排故障鑄機(jī)上的爐次的澆注鑄機(jī)和澆注位置的有效策略組合較少且容易獲取。本發(fā)明的目的是研究在故障鑄機(jī)上的爐次的澆注鑄機(jī)和澆注位置確定之后如何重新編制一個(gè)新的調(diào)度計(jì)劃。不同的爐次澆注鑄機(jī)和澆注位置的重新分配策略會(huì)對(duì)后續(xù)的重調(diào)度過(guò)程造成不同的影響，主要包含如下4種：(1)如果爐次需要插入另一個(gè)澆次中進(jìn)行澆注，則該澆次中的其他爐次的澆注時(shí)間可能會(huì)減少，因?yàn)橐粋€(gè)澆次的總澆注時(shí)間不能超過(guò)中間包的壽命；(2)如果爐次需要更改鋼種，則爐次的加工工序路徑可能會(huì)改變。對(duì)于需要返送至前端工序進(jìn)行再加工的爐次，在動(dòng)態(tài)調(diào)度模型中還會(huì)出現(xiàn)逆向的加工工序路徑；(3)如果爐次在澆注前需要增加一個(gè)精煉升溫操作，其加工工序路徑也需要改變；(4)如果爐次的加工任務(wù)被取消了，其所有已完成的工序操作信息仍然需要保留在新的調(diào)度計(jì)劃中。由于當(dāng)前研究中用于設(shè)備故障的煉鋼廠重調(diào)度模型中均沒(méi)有考慮以上由連鑄機(jī)故障而引起的影響，因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)新的重調(diào)度模型和算法來(lái)求解連鑄機(jī)故障下的重調(diào)度問(wèn)題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種用于解決連鑄機(jī)故障的煉鋼-連鑄重調(diào)度方法，解決現(xiàn)有重調(diào)度模型中沒(méi)有考慮連鑄機(jī)故障的問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供了一種用于解決連鑄機(jī)故障的煉鋼-連鑄重調(diào)度方法，其包括如下步驟：S1，重調(diào)度系統(tǒng)獲取煉鋼-連鑄系統(tǒng)的生產(chǎn)批量計(jì)劃和當(dāng)前調(diào)度方案，以及煉鋼-連鑄系統(tǒng)的實(shí)時(shí)調(diào)度數(shù)據(jù)；S2，對(duì)連鑄機(jī)故障下的重調(diào)度問(wèn)題進(jìn)行染色體編碼，形成初始化種群，所述種群中的染色體信息包括爐次在工序設(shè)備上的加工時(shí)間、各澆次開(kāi)澆時(shí)間偏離初始調(diào)度計(jì)劃中相應(yīng)開(kāi)澆時(shí)間的偏離值以及爐次加工設(shè)備的初始分配方案；S3，對(duì)種群中的每一個(gè)染色體利用啟發(fā)式算法進(jìn)行解碼進(jìn)而獲得每一個(gè)染色體對(duì)應(yīng)的初始解；S4，設(shè)計(jì)連鑄機(jī)故障下的重調(diào)度問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù)Z，然后計(jì)算種群中每個(gè)初始解對(duì)應(yīng)的適應(yīng)度值，所述目標(biāo)函數(shù)為：minZ＝Z1+Z2+Z3(1)其中，其中，目標(biāo)Z1代表所有爐次的每一個(gè)操作在設(shè)備前的等待時(shí)間懲罰總和，Z2代表所有爐次交貨期的提前/拖期懲罰總和，Z3代表所有爐次的每一個(gè)操作的加工時(shí)間偏差懲罰；所述煉鋼-連鑄重調(diào)度方法中的已知變量為：g：工序索引，g∈{1,2,...,G}；k：設(shè)備索引，k∈{1,2,...,K}；Mg：工序g內(nèi)的設(shè)備索引集合；j：爐次索引；i：澆次索引，i∈{1,2,...,I}；Ψ：需要被重調(diào)度的所有爐次索引集合，|Ψ|表示爐次總數(shù)；Ψi：澆次i內(nèi)的爐次索引集合，|Ψi|表示澆次i內(nèi)的爐次總數(shù)。對(duì)于任意的澆次i1≠i2(i1,i2∈{1,2,...,I})都有Ωk：鑄機(jī)k上安排的所有澆次的索引集合，|Ωk|表示鑄機(jī)k的澆次總數(shù)。lj(i)：澆次i內(nèi)最后一個(gè)爐次的索引，lj(i)＝lj(i-1)+|Ψi|，lj(0)＝0，lj(I)＝|Ψ|，進(jìn)而，Ψi＝{lj(i-1)+1,...,lj(i)}；li(k)：鑄機(jī)k上最后一個(gè)澆次的索引，li(k)＝li(k-1)+|Ωk|，li(K)＝I，其中k∈MG，K是集合MG中最大的設(shè)備索引。如果則li(k-1)＝0，進(jìn)而，Ωk＝{li(k-1)+1,...,li(k)}；oj：爐次j的操作索引，oj∈{1,2,...,O(j)}，O(j)表示爐次j的操作總數(shù)，爐次在工序上的工藝操作過(guò)程，簡(jiǎn)稱爐次的操作；爐次j的操作oj所在的工序索引。所有的工序索引集合表示爐次j的加工工序路徑。gO(j)必須為鑄機(jī)工序G；dj：爐次j在計(jì)劃階段確定的熱軋加工交貨期；重調(diào)度開(kāi)始時(shí)刻操作oj的生產(chǎn)狀態(tài)標(biāo)志。如果oj是未加工狀態(tài)，則如果oj是正在加工狀態(tài)，則如果oj是已完成加工狀態(tài)，則初始調(diào)度計(jì)劃中爐次j的操作oj的開(kāi)始加工時(shí)間；初始調(diào)度計(jì)劃中爐次j的操作oj的結(jié)束加工時(shí)間；0/1參數(shù)，當(dāng)且僅當(dāng)初始調(diào)度計(jì)劃中爐次j的操作oj在設(shè)備k上加工時(shí)為1；表示爐次j在工序g上的最小/標(biāo)準(zhǔn)/最大加工時(shí)間；ttk,k'：設(shè)備k與k'之間的運(yùn)輸時(shí)間；etk：設(shè)備k的最早可用時(shí)間，故障鑄機(jī)的最早可用時(shí)間為故障結(jié)束時(shí)間；st：同一鑄機(jī)上相鄰澆次之間的準(zhǔn)備時(shí)間；lt：中間包的壽命；爐次j的等待時(shí)間懲罰系數(shù)；爐次j的完工時(shí)間與其交貨期之間的偏差懲罰系數(shù)；爐次j在工序g內(nèi)的加工時(shí)間偏離其對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)加工時(shí)間之間的偏差懲罰系數(shù)；U：一個(gè)足夠大的正數(shù)；表示在新的調(diào)度計(jì)劃/初始調(diào)度計(jì)劃中給爐次j的操作oj分配的加工設(shè)備索引；μk表示設(shè)備k的可用時(shí)間；所述煉鋼-連鑄重調(diào)度方法中的決策變量為：爐次j的操作oj的開(kāi)始加工時(shí)間；爐次j的操作oj的結(jié)束加工時(shí)間；0/1變量，當(dāng)且僅當(dāng)調(diào)度計(jì)劃中爐次j的操作oj分配在設(shè)備k上加工時(shí)為1；yk,j,j'：0/1變量，當(dāng)且僅當(dāng)爐次j和j'都在設(shè)備k上加工且爐次j先于爐次j'加工時(shí)為1；所述適應(yīng)度函數(shù)為：其中，Z(x)是調(diào)度解x的目標(biāo)函數(shù)值，R是自定義的懲罰系數(shù)，Vj(x)(Vj(x)≥0)是爐次j在調(diào)度解x中的約束違反量，如果爐次j的調(diào)度計(jì)劃是可行的，則Vj(x)等于0；S5，利用約束條件判斷種群中由啟發(fā)式算法解碼獲得的初始解哪些為可行解、哪些為不可行解；S6，利用變領(lǐng)域搜索算法提升每一個(gè)初始解的質(zhì)量，為保證算法性能，為不可行解與可行解設(shè)計(jì)了不同的領(lǐng)域結(jié)構(gòu)，即在不可行解的領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行變領(lǐng)域搜索其可行解，在可行解的領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行變領(lǐng)域搜索其局部最優(yōu)解；S7，判斷是否滿足算法停止條件(如預(yù)設(shè)的運(yùn)行時(shí)間或迭代步數(shù))，如果滿足，執(zhí)行步驟S9，否則執(zhí)行步驟S8；S8，對(duì)染色體進(jìn)行選擇、交叉和變異操作，生成新一代種群并返回步驟S3；S9，將獲得的種群中的最優(yōu)解生成最終重調(diào)度方案?jìng)鬏斀o煉鋼-連鑄生產(chǎn)運(yùn)行控制系統(tǒng)，控制煉鋼-連鑄生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)按照所述重調(diào)度方案運(yùn)行。本發(fā)明在分析連鑄機(jī)故障對(duì)煉鋼-連鑄重調(diào)度過(guò)程影響的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了適應(yīng)于不同的故障連鑄機(jī)上爐次的重調(diào)度策略下的調(diào)度計(jì)劃編制模型。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)連鑄機(jī)故障時(shí)，獲得不同的重調(diào)度策略下的調(diào)度計(jì)劃有助于決策者選擇更合適的優(yōu)化解應(yīng)用于當(dāng)前的生產(chǎn)環(huán)境，提高了決策的靈活性和合理性，有利于保證生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定運(yùn)行。本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。附圖說(shuō)明本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：圖1是現(xiàn)有技術(shù)中煉鋼-連鑄生產(chǎn)過(guò)程示意圖；圖2是本發(fā)明一種優(yōu)選實(shí)施方式中初始調(diào)度以及連鑄機(jī)發(fā)生故障后的重調(diào)度甘特圖；圖3是本發(fā)明用于解決連鑄機(jī)故障的煉鋼-連鑄重調(diào)度方法的流程圖；圖4是本發(fā)明一種優(yōu)選實(shí)施方式中染色體結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明一種優(yōu)選實(shí)施方式中初始解違反約束條件的示意圖；圖6是本發(fā)明一種優(yōu)選實(shí)施方式中變領(lǐng)域搜索的流程圖；圖7是本發(fā)明一種優(yōu)選實(shí)施方式中的初始調(diào)度計(jì)劃；圖8是對(duì)圖6中的初始調(diào)度計(jì)劃在不同策略組合下獲得的新的調(diào)度計(jì)劃。具體實(shí)施方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。圖1是現(xiàn)有煉鋼-連鑄過(guò)程主要包含的3個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)：煉鋼、精煉和連鑄。煉鋼與連鑄環(huán)節(jié)各自包含一個(gè)并行機(jī)組，而精煉環(huán)節(jié)一般包含多個(gè)并行機(jī)組，以實(shí)現(xiàn)不同精煉工藝要求。一般性的煉鋼-連鑄生產(chǎn)過(guò)程如圖1所示：從高爐運(yùn)來(lái)的高溫鐵水經(jīng)鐵水預(yù)處理工序后兌入轉(zhuǎn)爐冶煉成鋼水，鋼水倒入轉(zhuǎn)爐下臺(tái)車上的鋼包內(nèi)，通過(guò)天車和臺(tái)車的運(yùn)輸作業(yè)，把鋼水包運(yùn)送至精煉環(huán)節(jié)，根據(jù)生產(chǎn)工藝要求依次在不同的精煉設(shè)備上精煉鋼水，精煉完成后，再通過(guò)天車和臺(tái)車，把鋼水包運(yùn)送至連鑄并實(shí)施澆鑄，形成鑄坯。在鋼廠生產(chǎn)調(diào)度中，爐次是指某個(gè)轉(zhuǎn)爐在一個(gè)冶煉周期內(nèi)生產(chǎn)的鋼水，由于一個(gè)爐次的鋼水被裝入一個(gè)鋼包中，所以從煉鋼到連鑄前被調(diào)度的對(duì)象均為爐次，爐次是鋼廠生產(chǎn)調(diào)度中最小的生產(chǎn)單元。澆次是指在同一連鑄機(jī)上連續(xù)澆鑄的爐次集合，是鋼廠生產(chǎn)調(diào)度中最大的生產(chǎn)單元。煉鋼-連鑄調(diào)度方案制定流程是：首先將用戶合同按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)合同；然后根據(jù)煉鋼生產(chǎn)能力和工藝要求等編制爐次計(jì)劃和澆次計(jì)劃，并結(jié)合熱軋軋制能力和工藝要求等編制熱軋單元計(jì)劃，形成煉鋼與熱軋生產(chǎn)相協(xié)調(diào)的生產(chǎn)批量計(jì)劃。在生產(chǎn)批量計(jì)劃中，已經(jīng)確定了澆次的澆鑄鑄機(jī)以及澆次內(nèi)爐次的加工順序和生產(chǎn)工藝；最后，在生產(chǎn)批量計(jì)劃的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步結(jié)合煉鋼-連鑄各環(huán)節(jié)生產(chǎn)能力，編制生產(chǎn)調(diào)度方案。本發(fā)明的研究?jī)?nèi)容就是基于生產(chǎn)批量計(jì)劃和調(diào)度方案，研究連鑄機(jī)故障時(shí)的重調(diào)度編制方法。本發(fā)明提供了一種用于解決連鑄機(jī)故障的煉鋼-連鑄重調(diào)度方法，如圖3所示，其包括如下步驟：S1，重調(diào)度系統(tǒng)獲取煉鋼-連鑄系統(tǒng)的生產(chǎn)批量計(jì)劃和當(dāng)前調(diào)度方案，以及煉鋼-連鑄系統(tǒng)的實(shí)時(shí)調(diào)度數(shù)據(jù)，獲得本發(fā)明中的已知變量的數(shù)據(jù)信息。在本實(shí)施方式中，已知變量為：g：工序索引，g∈{1,2,...,G}；k：設(shè)備索引，k∈{1,2,...,K}；Mg：工序g內(nèi)的設(shè)備索引集合；j：爐次索引；i：澆次索引，i∈{1,2,...,I}；Ψ：需要被重調(diào)度的所有爐次索引集合，|Ψ|表示爐次總數(shù)；Ψi：澆次i內(nèi)的爐次索引集合，|Ψi|表示澆次i內(nèi)的爐次總數(shù)。對(duì)于任意的澆次i1≠i2(i1,i2∈{1,2,...,I})都有Ωk：鑄機(jī)k上安排的所有澆次的索引集合，|Ωk|表示鑄機(jī)k的澆次總數(shù)。lj(i)：澆次i內(nèi)最后一個(gè)爐次的索引，lj(i)＝lj(i-1)+|Ψi|，lj(0)＝0，lj(I)＝|Ψ|。進(jìn)而，Ψi＝{lj(i-1)+1,...,lj(i)}；li(k)：鑄機(jī)k上最后一個(gè)澆次的索引，li(k)＝li(k-1)+|Ωk|，li(K)＝I，其中k∈MG，K是集合MG中最大的設(shè)備索引。如果則li(k-1)＝0。進(jìn)而，Ωk＝{li(k-1)+1,...,li(k)}；oj：爐次j的操作索引，oj∈{1,2,...,O(j)}，O(j)表示爐次j的操作總數(shù)，爐次在工序上的工藝操作過(guò)程，簡(jiǎn)稱爐次的操作；爐次j的操作oj所在的工序索引。所有的工序索引集合表示爐次j的加工工序路徑。gO(j)必須為鑄機(jī)工序G；dj：爐次j在計(jì)劃階段確定的熱軋加工交貨期；重調(diào)度開(kāi)始時(shí)刻操作oj的生產(chǎn)狀態(tài)標(biāo)志。如果oj是未加工狀態(tài)，則如果oj是正在加工狀態(tài)，則如果oj是已完成加工狀態(tài)，則初始調(diào)度計(jì)劃中爐次j的操作oj的開(kāi)始加工時(shí)間；初始調(diào)度計(jì)劃中爐次j的操作oj的結(jié)束加工時(shí)間；0/1參數(shù)，當(dāng)且僅當(dāng)初始調(diào)度計(jì)劃中爐次j的操作oj在設(shè)備k上加工時(shí)為1；表示爐次j在工序g上的最小/標(biāo)準(zhǔn)/最大加工時(shí)間；ttk,k'：設(shè)備k與k'之間的運(yùn)輸時(shí)間；etk：設(shè)備k的最早可用時(shí)間，故障鑄機(jī)的最早可用時(shí)間為故障結(jié)束時(shí)間；st：同一鑄機(jī)上相鄰澆次之間的準(zhǔn)備時(shí)間；lt：中間包的壽命；爐次j的等待時(shí)間懲罰系數(shù)；爐次j的完工時(shí)間與其交貨期之間的偏差懲罰系數(shù)；爐次j在工序g內(nèi)的加工時(shí)間偏離其對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)加工時(shí)間之間的偏差懲罰系數(shù)；U：一個(gè)足夠大的正數(shù)；在本實(shí)施方式中，決策變量為：爐次j的操作oj的開(kāi)始加工時(shí)間；爐次j的操作oj的結(jié)束加工時(shí)間；0/1變量，當(dāng)且僅當(dāng)調(diào)度計(jì)劃中爐次j的操作oj分配在設(shè)備k上加工時(shí)為1；yk,j,j'：0/1變量，當(dāng)且僅當(dāng)爐次j和j'都在設(shè)備k上加工且爐次j先于爐次j'加工時(shí)為1。S2，對(duì)連鑄機(jī)故障下的重調(diào)度問(wèn)題進(jìn)行染色體編碼，形成初始化種群，所述種群中的染色體信息包括爐次在工序設(shè)備上的加工時(shí)間、各澆次開(kāi)澆時(shí)間偏離初始調(diào)度計(jì)劃中相應(yīng)開(kāi)澆時(shí)間的偏離值以及爐次加工設(shè)備的初始分配方案。在本實(shí)施方式中，編碼時(shí)，如圖4所示，染色體包括3個(gè)數(shù)組：數(shù)組v1包含加工時(shí)間決策參數(shù)，在數(shù)組v1中，隨機(jī)產(chǎn)生的組元v1(r)用來(lái)計(jì)算r處對(duì)應(yīng)的操作oj的加工時(shí)間即爐次在設(shè)備上的加工時(shí)間，-1≤v1(r)≤1，用woj來(lái)表示重調(diào)度發(fā)生時(shí)刻爐次j的當(dāng)前操作索引，未進(jìn)入流程加工的爐次的woj為0，則v1一共包含∑j∈Ψ(O(j)-woj)個(gè)基因，數(shù)組v2包含各澆次開(kāi)澆時(shí)間偏離初始調(diào)度計(jì)劃中相應(yīng)開(kāi)澆時(shí)間的偏離值，在數(shù)組v2中，隨機(jī)產(chǎn)生的組元v2(r)是用來(lái)計(jì)算r處對(duì)應(yīng)澆次i的開(kāi)澆時(shí)間cti，公式(22)中爐次j是澆次i中的第一個(gè)爐次，即j＝lj(i)-|Ψi|+1，因此s'O(j)是初始調(diào)度計(jì)劃中澆次i的開(kāi)澆時(shí)間，cti＝s'O(j)+v2(r)(22)數(shù)組v3包含爐次加工設(shè)備分配方案，在數(shù)組v3中，隨機(jī)產(chǎn)生的組元v3(r)表示r處對(duì)應(yīng)的操作oj的加工設(shè)備，由于爐次的澆注鑄機(jī)已經(jīng)分配了，因此v3一共包含∑j∈Ψ(O(j)-woj-1)個(gè)基因。S3，對(duì)種群中的每一個(gè)染色體利用啟發(fā)式算法進(jìn)行解碼進(jìn)而獲得每一個(gè)染色體對(duì)應(yīng)的初始解在動(dòng)態(tài)調(diào)度過(guò)程中有兩類不同的爐次：正在流程加工的爐次和未進(jìn)入流程加工的爐次。本節(jié)為正在流程加工的爐次設(shè)計(jì)了流程順推解碼算法(FSM,ForwardSchedulingMethod)，為未進(jìn)入流程加工的爐次設(shè)計(jì)了流程逆推解碼算法(BSM,BackwardSchedulingMethod)。為了描述方便，利用符號(hào)表示在新的調(diào)度計(jì)劃/初始調(diào)度計(jì)劃中給爐次j的操作oj分配的加工設(shè)備索引，符號(hào)μk表示設(shè)備k的可用時(shí)間。每個(gè)設(shè)備k的μk初始化為其最早可用時(shí)間etk。在本實(shí)施方式中，解碼的方法為：S31，依據(jù)染色體中澆次的開(kāi)澆時(shí)間和爐次的澆注時(shí)間，在保證澆次內(nèi)爐次連澆約束的前提下，計(jì)算各爐次在鑄機(jī)上的開(kāi)始作業(yè)時(shí)間和結(jié)束作業(yè)時(shí)間。由于澆次的澆注鑄機(jī)以及在鑄機(jī)上的澆注順序是預(yù)先確定的，因此可以首先計(jì)算鑄機(jī)工序上的調(diào)度方案。當(dāng)澆次的開(kāi)澆時(shí)間確定之后(通過(guò)公式(22)確定)，由于澆次內(nèi)的爐次必須按照既定順序連續(xù)澆注，因此澆次內(nèi)爐次的開(kāi)始作業(yè)時(shí)間和結(jié)束作業(yè)時(shí)間非常容易計(jì)算(爐次的澆注時(shí)間通過(guò)公式(21)確定)。S32，依據(jù)各爐次在鑄機(jī)工序上的開(kāi)始作業(yè)時(shí)間的遞增順序產(chǎn)生排列ξ；S33，取出ξ中的第一個(gè)爐次j，如果j是正在流程加工的爐次，轉(zhuǎn)步驟S34，否則，執(zhí)行步驟S35；S34，設(shè)計(jì)FSM編制爐次j的重調(diào)度計(jì)劃：S341，設(shè)置操作索引oj＝1；S342，如果oj＜O(j)，執(zhí)行步驟S343，否則，執(zhí)行步驟S36；S343，如果執(zhí)行步驟S344，否則，設(shè)置設(shè)備的當(dāng)前可用時(shí)間μk更新為執(zhí)行步驟S346；S344，如果執(zhí)行步驟S45，否則，設(shè)置為爐次的加工時(shí)間，設(shè)備的當(dāng)前可用時(shí)間μk更新為執(zhí)行步驟S346；S345，如果執(zhí)行步驟S46，否則，獲得緊前操作oj-1在其分配的設(shè)備上的結(jié)束作業(yè)時(shí)間開(kāi)始作業(yè)時(shí)間設(shè)備的當(dāng)前可用時(shí)間μk更新為執(zhí)行步驟S346；S346，令oj＝oj+1，執(zhí)行步驟S342；S35，設(shè)計(jì)BSM編制爐次j的重調(diào)度計(jì)劃：S351，設(shè)置操作索引oj＝O(j)-1；S352，如果oj≥1，執(zhí)行步驟S353，否則，執(zhí)行步驟S36；S353，獲得緊后操作oj+1在其分配的設(shè)備上的開(kāi)始作業(yè)時(shí)間介紹作業(yè)時(shí)間開(kāi)始作業(yè)時(shí)間設(shè)備的當(dāng)前可用時(shí)間μk更新為S354，令oj＝oj-1，執(zhí)行步驟S352；S36，刪除排列ξ中的第一個(gè)爐次j，如果ξ為空，算法結(jié)束，否則，返回執(zhí)行步驟S33。S4，設(shè)計(jì)連鑄機(jī)故障下的重調(diào)度問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù)Z，然后計(jì)算種群中每個(gè)初始解對(duì)應(yīng)的適應(yīng)度值，所述目標(biāo)函數(shù)為：minZ＝Z1+Z2+Z3(1)其中，其中，目標(biāo)Z1代表所有爐次的每一個(gè)操作在設(shè)備前的等待時(shí)間懲罰總和，Z2代表所有爐次交貨期的提前/拖期懲罰總和，Z3代表所有爐次的每一個(gè)操作的加工時(shí)間偏差懲罰；所述煉鋼-連鑄重調(diào)度方法中的已知變量為：g：工序索引，g∈{1,2,...,G}；k：設(shè)備索引，k∈{1,2,...,K}；Mg：工序g內(nèi)的設(shè)備索引集合；j：爐次索引；i：澆次索引，i∈{1,2,...,I}；Ψ：需要被重調(diào)度的所有爐次索引集合，|Ψ|表示爐次總數(shù)；Ψi：澆次i內(nèi)的爐次索引集合，|Ψi|表示澆次i內(nèi)的爐次總數(shù)，對(duì)于任意的澆次i1≠i2，i1,i2∈{1,2,...,I}，都有Ωk：鑄機(jī)k上安排的所有澆次的索引集合，|Ωk|表示鑄機(jī)k的澆次總數(shù)，lj(i)：澆次i內(nèi)最后一個(gè)爐次的索引，lj(i)＝lj(i-1)+|Ψi|，lj(0)＝0，lj(I)＝|Ψ|，進(jìn)而，Ψi＝{lj(i-1)+1,...,lj(i)}；li(k)：鑄機(jī)k上最后一個(gè)澆次的索引，li(k)＝li(k-1)+|Ωk|，li(K)＝I，其中k∈MG，K是集合MG中最大的設(shè)備索引，如果則li(k-1)＝0，進(jìn)而，Ωk＝{li(k-1)+1,...,li(k)}；oj：爐次j的操作索引，oj∈{1,2,...,O(j)}，O(j)表示爐次j的操作總數(shù)，爐次在工序上的工藝操作過(guò)程，簡(jiǎn)稱爐次的操作；爐次j的操作oj所在的工序索引，所有的工序索引集合表示爐次j的加工工序路徑，gO(j)必須為鑄機(jī)工序G；dj：爐次j在計(jì)劃階段確定的熱軋加工交貨期；重調(diào)度開(kāi)始時(shí)刻操作oj的生產(chǎn)狀態(tài)標(biāo)志，如果oj是未加工狀態(tài)，則如果oj是正在加工狀態(tài)，則如果oj是已完成加工狀態(tài)，則初始調(diào)度計(jì)劃中爐次j的操作oj的開(kāi)始加工時(shí)間；初始調(diào)度計(jì)劃中爐次j的操作oj的結(jié)束加工時(shí)間；0/1參數(shù)，當(dāng)且僅當(dāng)初始調(diào)度計(jì)劃中爐次j的操作oj在設(shè)備k上加工時(shí)為1；表示爐次j在工序g上的最小/標(biāo)準(zhǔn)/最大加工時(shí)間；ttk,k'：設(shè)備k與k'之間的運(yùn)輸時(shí)間；etk：設(shè)備k的最早可用時(shí)間，故障鑄機(jī)的最早可用時(shí)間為故障結(jié)束時(shí)間；st：同一鑄機(jī)上相鄰澆次之間的準(zhǔn)備時(shí)間；lt：中間包的壽命；爐次j的等待時(shí)間懲罰系數(shù)；爐次j的完工時(shí)間與其交貨期之間的偏差懲罰系數(shù)；爐次j在工序g內(nèi)的加工時(shí)間偏離其對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)加工時(shí)間之間的偏差懲罰系數(shù)；U：一個(gè)足夠大的正數(shù)，具體可根據(jù)實(shí)際情況自由選擇，例如取原調(diào)度計(jì)劃中最大的開(kāi)澆時(shí)間與所有爐次的標(biāo)準(zhǔn)澆注時(shí)間之和；所述煉鋼-連鑄重調(diào)度方法中的決策變量為：爐次j的操作oj的開(kāi)始加工時(shí)間；爐次j的操作oj的結(jié)束加工時(shí)間；0/1變量，當(dāng)且僅當(dāng)調(diào)度計(jì)劃中爐次j的操作oj分配在設(shè)備k上加工時(shí)為1；yk,j,j'：0/1變量，當(dāng)且僅當(dāng)爐次j和j'都在設(shè)備k上加工且爐次j先于爐次j'加工時(shí)為1；所述適應(yīng)度函數(shù)為：其中，Z(x)是調(diào)度解x的目標(biāo)函數(shù)值，R是自定義的懲罰系數(shù)，Vj(x)是爐次j在調(diào)度解x中的約束違反量且Vj(x)≥0，當(dāng)且僅當(dāng)爐次j的調(diào)度計(jì)劃可行時(shí)，Vj(x)等于0，否則Vj(x)大于0；由于調(diào)度模型是最小化目標(biāo)函數(shù)值，因此適應(yīng)度函數(shù)值越小代表解越優(yōu)。S5，利用約束條件判斷種群中由解碼啟發(fā)式獲得的初始解哪些為可行解、哪些為不可行解。所述約束條件為：約束(5)-(6)保證了爐次操作的加工時(shí)間必須在其對(duì)應(yīng)的加工時(shí)間區(qū)間內(nèi)；約束(7)保證了對(duì)于爐次任意兩個(gè)連續(xù)的操作，必須在緊前操作完成且爐次運(yùn)送至緊后操作的加工設(shè)備處之后，緊后操作才可以開(kāi)始加工；約束(8)保證了同一設(shè)備上加工的兩個(gè)爐次必須存在先后加工關(guān)系；約束(9)保證了同一時(shí)刻設(shè)備最多加工一個(gè)爐次；約束(10)保證了爐次在設(shè)備上的開(kāi)始加工時(shí)間必須晚于設(shè)備的最早可用時(shí)間；約束(11)保證了爐次的任意一個(gè)操作必須在其對(duì)應(yīng)的工序內(nèi)分配一個(gè)加工設(shè)備；約束(12)-(13)保證了正在流程中加工的爐次的已完成/正在加工操作的開(kāi)始加工時(shí)間和結(jié)束加工時(shí)間必須與初始計(jì)劃中相應(yīng)操作的時(shí)間一致；約束(14)保證了同一鑄機(jī)上相鄰澆次間必須存在一個(gè)準(zhǔn)備時(shí)間；約束(15)保證了澆次內(nèi)的爐次在鑄機(jī)上必須連續(xù)澆注；約束(16)保證了澆次內(nèi)的爐次澆注時(shí)間總和不能大于中間包的壽命；約束(17)表示爐次在鑄機(jī)工序內(nèi)的加工設(shè)備是預(yù)先確定的；約束(5)-(13)為車間重調(diào)度的常規(guī)約束，約束(14)-(17)為連鑄機(jī)故障下煉鋼-連鑄重調(diào)度的特殊工藝約束。S6，利用變領(lǐng)域搜索算法提升每一個(gè)初始解的質(zhì)量，為保證算法性能，為不可行解與可行解設(shè)計(jì)了不同的領(lǐng)域結(jié)構(gòu)，即在不可行解的領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行變領(lǐng)域搜索其可行解，在可行解的領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行變領(lǐng)域搜索其局部最優(yōu)解。所述用于解碼獲得的初始解x的變領(lǐng)域搜索的方法為：S41，設(shè)計(jì)3個(gè)用于隨機(jī)搜索階段的領(lǐng)域結(jié)構(gòu)S42，令h＝1；S43，在解x的領(lǐng)域內(nèi)隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)領(lǐng)域解x'；S44，若是可行解，則在領(lǐng)域內(nèi)對(duì)x'進(jìn)行領(lǐng)域搜索獲得其領(lǐng)域最優(yōu)解x”；若是不可行解，則在領(lǐng)域和內(nèi)對(duì)x'進(jìn)行領(lǐng)域搜索獲得其領(lǐng)域最優(yōu)解x”；S45，如x”比x優(yōu)，轉(zhuǎn)S46，否則,轉(zhuǎn)S47；S46，令x＝x”，轉(zhuǎn)S42；S47，令h＝h+1，若h＞3，轉(zhuǎn)S48,否則，轉(zhuǎn)S43；S48，若算法運(yùn)行時(shí)間達(dá)到預(yù)定時(shí)間，則輸出當(dāng)前最優(yōu)解x，否則，轉(zhuǎn)S42。由于在FSM和BSM過(guò)程中沒(méi)有考慮兩個(gè)約束，因此解碼啟發(fā)式可能會(huì)產(chǎn)生不可行解。在FSM過(guò)程中，爐次j的倒數(shù)第二個(gè)操作O(j)-1與最后一個(gè)操作O(j)之間的間隔時(shí)間可能會(huì)小于運(yùn)輸時(shí)間進(jìn)而違背了約束(7)。出現(xiàn)這類現(xiàn)象的原因是因?yàn)镕SM只從爐次j的第一個(gè)操作調(diào)度至其倒數(shù)第二個(gè)操作，而j在鑄機(jī)上的開(kāi)始作業(yè)時(shí)間是在Step1中確定的。在BSM過(guò)程中，爐次操作的加工時(shí)間可能小于其對(duì)應(yīng)的最小加工時(shí)間，進(jìn)而違背了約束(5)。出現(xiàn)這類現(xiàn)象的原因是因?yàn)锽SM只利用公式確定操作的開(kāi)始加工時(shí)間，而沒(méi)有檢查其是否是可行的。圖5給出了在解碼過(guò)程中出現(xiàn)上述兩類不可行現(xiàn)象的一個(gè)案例。在不可行解的領(lǐng)域內(nèi)通常存在大量的可行解。例如，爐次14在圖5(a)中的不可行的，然而如圖5(b)所示，只要將爐次14安排至設(shè)備5上加工就可行了。因此，在遺傳算法產(chǎn)生下一代種群之前，每一個(gè)個(gè)體均需進(jìn)行局部搜索。對(duì)于不可行解，在該解的領(lǐng)域中搜索可行解。對(duì)于可行解，在該解的領(lǐng)域中搜索更優(yōu)的解。為了提高算法的性能，對(duì)于可行解和不可行解需要設(shè)計(jì)不同的領(lǐng)域結(jié)構(gòu)。另外，在隨機(jī)搜索階段和領(lǐng)域搜索階段也采用不同的領(lǐng)域結(jié)構(gòu)。在隨機(jī)搜索階段，本節(jié)設(shè)計(jì)了3個(gè)大的領(lǐng)域結(jié)構(gòu)(和)，它們均可用于可行解和不可行解的領(lǐng)域搜索過(guò)程。為了減少局部搜索時(shí)間，在隨機(jī)搜索階段為不可行解設(shè)計(jì)了4個(gè)小的領(lǐng)域結(jié)構(gòu)(和)，為可行解設(shè)計(jì)了3個(gè)小的領(lǐng)域結(jié)構(gòu)(和)。為了便于描述，如果在解碼過(guò)程中某爐次的調(diào)度計(jì)劃違背了上述介紹的約束，則該爐次被稱為不可行爐次(如圖6中的爐次14和爐次5)。如果某爐次的調(diào)度計(jì)劃的目標(biāo)函數(shù)Z1/Z2/Z3的值很大，則該爐次的調(diào)度計(jì)劃質(zhì)量很低。領(lǐng)域結(jié)構(gòu)描述如下：通過(guò)改變爐次在非鑄機(jī)工序上的設(shè)備分配從而獲得不可行解/可行解的一個(gè)領(lǐng)域解。通過(guò)改變澆次在鑄機(jī)工序上的開(kāi)澆時(shí)間從而獲得不可行解/可行解的一個(gè)領(lǐng)域解。通過(guò)改變爐次操作的作業(yè)時(shí)間從而獲得不可行解/可行解的一個(gè)領(lǐng)域解。通過(guò)減少所有不可行爐次在非鑄機(jī)工序上的作業(yè)時(shí)間從而獲得不可行解的一個(gè)領(lǐng)域解。例如，在圖5(a)中減少爐次14在設(shè)備4上的加工時(shí)間可以提高爐次14從設(shè)備4運(yùn)輸至設(shè)備9之間擁有可行的運(yùn)輸時(shí)間的可能性。通過(guò)增加一些與不可行爐次相關(guān)的爐次在鑄機(jī)工序上的作業(yè)時(shí)間從而獲得不可行解的一個(gè)領(lǐng)域解。對(duì)于屬于澆次i的不可行爐次j，首先找出在澆次i內(nèi)開(kāi)澆時(shí)間早于爐次j的所有爐次，然后增加這些爐次在鑄機(jī)工序上的作業(yè)時(shí)間。例如，在圖5(b)中，通過(guò)增加爐次1、2、3和4在設(shè)備7上的作業(yè)時(shí)間可以延遲爐次5在設(shè)備7上的開(kāi)始作業(yè)時(shí)間和結(jié)束作業(yè)時(shí)間。進(jìn)而，爐次5在設(shè)備6上的開(kāi)始作業(yè)時(shí)間和結(jié)束作業(yè)時(shí)間也會(huì)延遲，從而提高了爐次5在設(shè)備5上擁有可行加工時(shí)間的可能性。通過(guò)減少一些與不可行爐次相關(guān)的爐次在非鑄機(jī)工序上的作業(yè)時(shí)間從而獲得不可行解的一個(gè)領(lǐng)域解。對(duì)于不可行爐次j的任意一個(gè)操作oj(oj∈{1,2,...,O(j)-1})，首先找出同樣分配在設(shè)備上且開(kāi)始加工時(shí)間早于爐次j的所有爐次，然后減少這些爐次在該設(shè)備上的作業(yè)時(shí)間。例如，在圖5(b)中減少爐次8在設(shè)備5上的作業(yè)時(shí)間可以提高爐次5在設(shè)備5上擁有可行加工時(shí)間的可能性。通過(guò)改變不可行爐次在非鑄機(jī)工序上的設(shè)備分配從而獲得不可行解的一個(gè)領(lǐng)域解。例如，在圖5(a)中將爐次14從設(shè)備4上更改至設(shè)備5上加工可以獲得一個(gè)可行解。通過(guò)改變擁有較大目標(biāo)函數(shù)Z1值的低質(zhì)量爐次的設(shè)備分配從而獲得可行解的一個(gè)領(lǐng)域解，從算法的性能和效率兩方面考慮，低質(zhì)量爐次是指目標(biāo)函數(shù)值處于前a％的爐次，所述a為正整數(shù)，在本實(shí)施方式中，將目標(biāo)函數(shù)Z1值處于前10％的爐次稱為低質(zhì)量爐次。通過(guò)改變包含低質(zhì)量爐次(目標(biāo)函數(shù)Z2值處于前10％的爐次稱為低質(zhì)量爐次)的澆次在鑄機(jī)工序上的開(kāi)澆時(shí)間從而獲得可行解的一個(gè)領(lǐng)域解。通過(guò)改變低質(zhì)量爐次(目標(biāo)函數(shù)Z3值處于前10％的爐次稱為低質(zhì)量爐次)的作業(yè)時(shí)間從而獲得可行解的一個(gè)領(lǐng)域解。S7，判斷是否滿足算法停止條件，優(yōu)選為預(yù)定的算法運(yùn)行時(shí)間，如果滿足，執(zhí)行步驟S9，否則執(zhí)行步驟S8；S8，對(duì)染色體進(jìn)行選擇、交叉和變異操作，生成新一代種群并返回步驟S3。在本實(shí)施方式中，經(jīng)典的輪盤賭選擇算子被用來(lái)選擇較優(yōu)的個(gè)體進(jìn)入交配池。個(gè)體的適應(yīng)度函數(shù)值越小，則被選中的概率就越大。另外，具有最小的適應(yīng)度函數(shù)值的個(gè)體直接復(fù)制進(jìn)入下一代種群，這種精英保留策略可以保證遺傳算法在進(jìn)化過(guò)程中最優(yōu)解不退化。從交配池內(nèi)選擇兩個(gè)個(gè)體作為父代，然后以一定概率(交叉概率CP)利用參數(shù)化均勻交叉算子交換部分基因信息后產(chǎn)生兩個(gè)子代進(jìn)入下一代種群。參數(shù)化均勻交叉算子是指在每一個(gè)基因的遺傳過(guò)程中拋擲一枚硬幣，若正面朝上則遺傳第一個(gè)父代的基因，反之則遺傳第二個(gè)父代的基因。對(duì)經(jīng)過(guò)交叉操作產(chǎn)生的子代個(gè)體以一定概率(變異概率MP)采用gene-by-gene變異算子執(zhí)行變異操作。對(duì)于染色體中的一個(gè)數(shù)組的變異過(guò)程如下：首先隨機(jī)產(chǎn)生變異基因總數(shù)；然后隨機(jī)選擇一個(gè)基因位改變其基因值；重復(fù)第二步直到變異基因數(shù)量達(dá)到第一步產(chǎn)生的值。S9，將獲得的種群中的最優(yōu)解生成最終重調(diào)度方案?jìng)鬏斀o煉鋼-連鑄生產(chǎn)運(yùn)行控制系統(tǒng)，控制煉鋼-連鑄生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)按照所述重調(diào)度方案運(yùn)行。在本實(shí)施方式中，以西南某鋼鐵聯(lián)合企業(yè)(簡(jiǎn)稱PISC)進(jìn)行模型的應(yīng)用測(cè)試。該煉鋼流程包含5個(gè)轉(zhuǎn)爐(BOF1-5)、5個(gè)LF爐(LF1-5)、3個(gè)RH爐(RH1-3)和5個(gè)連鑄機(jī)(CC1-5)。對(duì)于不同鋼種的生產(chǎn)，一共有2條工藝路線：BOF-LF-CC(簡(jiǎn)稱SR1)和BOF-LF-RH-CC(簡(jiǎn)稱SR2)。圖7展示的是一個(gè)用于該流程生產(chǎn)組織過(guò)程的初始調(diào)度計(jì)劃。表1展示的是該調(diào)度計(jì)劃中的澆次和爐次信息。如表2所示，相同鋼種在非鑄機(jī)工序上的標(biāo)準(zhǔn)加工時(shí)間和加工時(shí)間區(qū)間是相同的。爐次在連鑄機(jī)上的加工時(shí)間通過(guò)公式(24)計(jì)算得到，其中m是爐次的鋼水重量，b是鑄機(jī)流數(shù)，ρ是鋼水密度，s是澆注面積，v是澆注拉速。因此鋼種在鑄機(jī)上的加工時(shí)間和加工時(shí)間區(qū)間如表3所示。表4展示的是設(shè)備間的運(yùn)輸時(shí)間。澆次間準(zhǔn)備時(shí)間st＝3，中間包壽命lt＝370，目標(biāo)函數(shù)系數(shù)表1.調(diào)度計(jì)劃中的澆次和爐次信息爐次澆次鋼種工藝路線連鑄機(jī)Ω11,2,…,7ASR2CC1Ω28,9,…,14BSR1CC1Ω315,16,…,20CSR1CC2Ω421,22,…,26CSR1CC2Ω527,28,…,33DSR2CC3Ω634,35,…,40DSR2CC3Ω741,42,…,46ESR1CC4Ω847,48,…,52ESR1CC4Ω953,54,…,59FSR2CC5Ω1060,61,…,66FSR2CC5表2.相同鋼種在非鑄機(jī)工序上的最小、標(biāo)準(zhǔn)和最大加工時(shí)間表3.鋼種在鑄機(jī)上的加工時(shí)間和加工時(shí)間區(qū)間表4.設(shè)備間的運(yùn)輸時(shí)間LF1LF2LF3LF4LF5RH1RH2RH3CC1CC2CC3CC4CC5BOF12426242426BOF22426222526BOF32426202926.5BOF440402587BOF543382757LF15243065263333LF26253165283536LF325310262851112LF4318536351055LF53295.53837117.56.5RH157273534RH227285910RH339381155在初始調(diào)度計(jì)劃的執(zhí)行過(guò)程中，CC4在16:00時(shí)刻出現(xiàn)故障，并且故障預(yù)計(jì)結(jié)束時(shí)間為19:00。在編制新的調(diào)度計(jì)劃之前，調(diào)度員首先需要給CC4上的未完成爐次(爐次47-爐次52)分配一個(gè)新的澆注鑄機(jī)和澆注順序。當(dāng)CC4發(fā)生故障時(shí)，爐次47正在CC4上進(jìn)行澆注。由于鋼種E和F是兼容的，所以可以將爐次47剩余的鋼水直接插入澆次Ω10的爐次60后進(jìn)行澆注(第1種策略)。如前所述，這種策略會(huì)產(chǎn)生鋼種跳躍連澆成本。因此，第2種策略可將爐次47返送至LF和RH工序更改其鋼水成分，然后插入澆次Ω10的爐次61后進(jìn)行澆注。對(duì)于爐次48而言，當(dāng)CC4發(fā)生故障時(shí)它正在LF5上進(jìn)行加工，因此可通過(guò)增加一個(gè)RH操作，然后將其插入澆次Ω6的爐次34后進(jìn)行澆注。當(dāng)CC4發(fā)生故障時(shí)，爐次49正在BOF4上進(jìn)行加工。對(duì)它而言，存在2種可行的鑄機(jī)和澆注順序分配策略，即可將爐次49插入澆次Ω4的爐次22后進(jìn)行澆注(第3種策略)，或者仍然安排在CC4上進(jìn)行澆注(第4種策略)，因?yàn)椴粫?huì)花費(fèi)太長(zhǎng)的等待時(shí)間。當(dāng)CC4發(fā)生故障時(shí)，爐次50、51和52均還沒(méi)有進(jìn)入流程進(jìn)行加工，因此均將其安排在CC4上進(jìn)行加工。由于爐次47和49都有2種不同的處理策略，因此對(duì)所有爐次而言一共有4種不同的策略組合，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是在不同的策略組合下進(jìn)行重調(diào)度從而獲得新的調(diào)度計(jì)劃。利用C++語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了模型和求解算法，并在配置為2.6GHzCPU與4G內(nèi)存的PC機(jī)上運(yùn)行上述案例。在GA中，種群大小PS＝100，交叉概率CP＝0.8，變異概率MP＝0.2，迭代次數(shù)為50代，懲罰參數(shù)R＝1。在GVNS中，最大的CPU運(yùn)行時(shí)間MAT設(shè)置為30毫秒。不同策略組合下獲得的新的調(diào)度計(jì)劃如圖8所示(圖中(a)、(b)、(c)、(d)依次為第1種策略、第2種策略、第3種策略、第4種策略的重調(diào)度甘特圖)。從圖中可以看出，以上四種不同的策略組合下模型均能獲得沒(méi)有時(shí)間沖突并且不斷澆的調(diào)度計(jì)劃，從而證明了模型和算法的可行性與有效性。本發(fā)明建立考慮連鑄機(jī)故障的煉鋼-連鑄重調(diào)度數(shù)學(xué)優(yōu)化模型，利用結(jié)合遺傳算法和變領(lǐng)域搜索算法的混合智能算法進(jìn)行最優(yōu)解的迭代尋優(yōu)，具體一次迭代過(guò)程為：采用爐次加工時(shí)間、加工設(shè)備以及澆次開(kāi)澆時(shí)間表示染色體，利用解碼啟發(fā)式方法獲得當(dāng)前種群中各染色體對(duì)應(yīng)的初始解；利用約束條件判斷各初始解的可行性，然后設(shè)計(jì)不同的領(lǐng)域結(jié)構(gòu)，在不可行解的領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行變領(lǐng)域搜索其可行解，在可行解的領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行變領(lǐng)域搜索其局部最優(yōu)解；對(duì)質(zhì)量提升后的種群進(jìn)行選擇、交叉和變異得到下一代種群。本發(fā)明能夠解決故障連鑄機(jī)上爐次不同的重調(diào)度策略組合下的調(diào)度計(jì)劃編制，有利于保證生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定運(yùn)行。在本說(shuō)明書的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3