煉鋼車間生產(chǎn)與檢修計劃一體化時序控制系統(tǒng)與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及冶金自動化技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種煉鋼車間生產(chǎn)與檢修計劃一體化 時序控制系統(tǒng)與方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 煉鋼車間是鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)流程中的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)。主要包含煉鋼、精煉和連鑄三 大工序。煉鋼車間的時序控制即編制煉鋼、精煉和連鑄三大環(huán)節(jié)的一體化時序作業(yè)計劃。合 理地控制生產(chǎn)流程時序節(jié)奏，充分發(fā)揮設(shè)備的生產(chǎn)能力，以實現(xiàn)鋼鐵企業(yè)節(jié)能增效是提升 企業(yè)競爭力的有效途徑。
[0003] 煉鋼車間的作業(yè)計劃主要包括生產(chǎn)計劃和檢修計劃。生產(chǎn)計劃即生產(chǎn)任務(wù)，從調(diào) 度人員的角度講，可以細(xì)化到每個班次需要完成的澆次計劃集合。澆次計劃是指在同一連 鑄機(jī)上進(jìn)行連續(xù)澆鑄的爐次計劃的集合。爐次計劃是煉鋼的最小基本單位，一個爐次是指 同時在一個電弧爐或轉(zhuǎn)爐內(nèi)冶煉，從開始冶煉到澆鑄為止的整個過程。檢修計劃即對生產(chǎn) 設(shè)備進(jìn)行的日常保養(yǎng)維修計劃，隨著設(shè)備使用年限的增加，檢修需求往往呈增長趨勢，比如 轉(zhuǎn)爐，先期不用進(jìn)行補(bǔ)爐，但隨著爐齡的增加到一定值后，視爐況需要合理安排補(bǔ)爐，而補(bǔ) 爐維護(hù)往往耗時較長，對生產(chǎn)調(diào)度的時序節(jié)奏控制影響較大。因此，對檢修計劃進(jìn)行時序調(diào) 度是煉鋼車間作業(yè)時序調(diào)度不可或缺的一部分。
[0004] 根據(jù)"木桶理論"，煉鋼車間的作業(yè)計劃時序控制問題，本質(zhì)上是在瓶頸工序上合 理控制作業(yè)計劃時序，這樣其他處理能力相對富余的工序的時序節(jié)奏便可迎刃而解。越是 瓶頸工序上的設(shè)備，使用率越高，因此設(shè)備損耗越嚴(yán)重，需要檢修的概率更大。所以煉鋼車 間的生產(chǎn)調(diào)度不能僅僅處理爐次的時序調(diào)度問題，應(yīng)該將檢修計劃和爐次計劃一同考慮。 目前已有的研究和專利，對生產(chǎn)計劃的時序控制進(jìn)行了較為深入的研究，而未能將檢修計 劃和生產(chǎn)計劃同時進(jìn)行時序優(yōu)化，直接導(dǎo)致其實用性大大降低。目前國內(nèi)鋼鐵企業(yè)的煉鋼 車間作業(yè)時序控制仍然以人工調(diào)度為主，調(diào)度人員既要考慮合理安排當(dāng)前班次的所有生產(chǎn) 任務(wù)，又要安排各種檢修計劃時序，導(dǎo)致煉鋼作業(yè)計劃時序控制是一項非常繁瑣且技術(shù)性 要求較高的工作。同時煉鋼車間生產(chǎn)和檢修計劃約束條件多，工藝線路上設(shè)備選擇方式多 樣，單靠人工方法很難統(tǒng)籌全局，缺乏合理性和科學(xué)性，不能在完成作業(yè)計劃的基礎(chǔ)上實現(xiàn) 節(jié)能降耗的控制，造成熱能的損失及成本增加，尤其是在作業(yè)計劃任務(wù)較重時，甚至很難編 制出作業(yè)計劃時序以組織生產(chǎn)。因此迫切需要能處理煉鋼車間作業(yè)時序控制的一套方法和 系統(tǒng)，以提高作業(yè)時序控制的水平。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種煉鋼車間生產(chǎn)與 檢修計劃一體化時序控制系統(tǒng)。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：煉鋼車間生產(chǎn)與檢修計劃一體化時 序控制系統(tǒng)，包括：
[0007] 系統(tǒng)設(shè)置模塊，用于各種工藝相關(guān)的參數(shù)設(shè)置；包括：
[0008] 車間配置設(shè)置子模塊，用于設(shè)置煉鋼車間中的生產(chǎn)工序名稱、工序的編碼，以及各 個工序中配置的處理設(shè)備數(shù)量。
[0009] 鋼種設(shè)置子模塊，用于設(shè)置當(dāng)前煉鋼車間生產(chǎn)的鋼種大類以及各個大類下的具體 鋼種信息；鋼種大類信息包括鋼種大類序號、鋼種大類編碼和鋼種大類描述；具體鋼種信 息包括鋼種序號、鋼種牌號、所屬大類號；
[0010] 處理時間設(shè)置子模塊，用于設(shè)置各個鋼種大類的鋼種在每個工序上的處理時間， 包括工序編號，鋼種大類序號，處理時間；
[0011] 運輸時間設(shè)置子模塊，用于設(shè)置車間當(dāng)前工序到達(dá)下一工序所需花費的時間；
[0012] 緩沖時間設(shè)置子模塊，用于設(shè)置各個工序前允許等待的最大時間；
[0013] 調(diào)整時間設(shè)置子模塊，用于設(shè)置連鑄機(jī)斷澆后到重新可用需要花費的時間；
[0014] 優(yōu)化設(shè)置模塊，用于優(yōu)化周期設(shè)置和算法參數(shù)設(shè)置；所述優(yōu)化周期是指生產(chǎn)與檢 修計劃需要在該周期時間內(nèi)完成；所述算法參數(shù)包括種群大小、最大迭代代數(shù)、交叉率、變 異概率，目標(biāo)函數(shù)中的權(quán)重系數(shù)；
[0015] 時序計劃模塊，包括生產(chǎn)計劃設(shè)置子模塊、檢修計劃設(shè)置子模塊和時序計劃編制 子模塊；其中
[0016] 生產(chǎn)計劃設(shè)置子模塊，用于設(shè)置系統(tǒng)需要進(jìn)行時序控制的生產(chǎn)任務(wù)，即需要生產(chǎn) 的澆次集合，澆次信息包括：澆次序號、連鑄機(jī)序號、鋼種牌號和爐數(shù)；
[0017] 檢修計劃設(shè)置子模塊，用于設(shè)置檢修計劃；檢修計劃信息包括：檢修計劃序號、檢 修設(shè)備編號、設(shè)備所在工序、預(yù)計檢修時長；
[0018] 時序計劃編制子模塊，用于使用遺傳算法求解時序控制結(jié)果。
[0019] 時序計劃編制子模塊基于煉鋼車間生產(chǎn)與檢修計劃時序控制數(shù)學(xué)模型，通過智能 優(yōu)化算法進(jìn)行優(yōu)化求解，得出時序控制結(jié)果，該模塊提供啟動優(yōu)化計算和時序控制結(jié)果顯 示的人機(jī)接口。
[0020] 按上述方案，所述時序計劃編制子模塊使用遺傳算法求解時序控制結(jié)果具體為：
[0021] 1)以煉鋼車間的生產(chǎn)任務(wù)中的各個澆次的開始時刻和各個檢修計劃的開始時刻 作為決策變量，建立如下的目標(biāo)函數(shù)：
[0022]
【主權(quán)項】
1. 一種煉鋼車間生產(chǎn)與檢修計劃一體化時序控制系統(tǒng)，其特征在于，包括： 系統(tǒng)設(shè)置模塊，用于各種工藝相關(guān)的參數(shù)設(shè)置；包括： 車間配置設(shè)置子模塊，用于設(shè)置煉鋼車間中的生產(chǎn)工序名稱、工序的編碼，以及各個工 序中配置的處理設(shè)備數(shù)量。 鋼種設(shè)置子模塊，用于設(shè)置當(dāng)前煉鋼車間生產(chǎn)的鋼種大類以及各個大類下的具體鋼種 信息；鋼種大類信息包括鋼種大類序號、鋼種大類編碼和鋼種大類描述；具體鋼種信息包 括鋼種序號、鋼種牌號、所屬大類號； 處理時間設(shè)置子模塊，用于設(shè)置各個鋼種大類的鋼種在每個工序上的處理時間，包括 工序編號，鋼種大類序號，處理時間； 運輸時間設(shè)置子模塊，用于設(shè)置車間當(dāng)前工序到達(dá)下一工序所需花費的時間； 緩沖時間設(shè)置子模塊，用于設(shè)置各個工序前允許等待的最大時間； 調(diào)整時間設(shè)置子模塊，用于設(shè)置連鑄機(jī)斷澆后到重新可用需要花費的時間； 優(yōu)化設(shè)置模塊，用于優(yōu)化周期設(shè)置和算法參數(shù)設(shè)置；所述優(yōu)化周期是指生產(chǎn)與檢修計 劃需要在該周期時間內(nèi)完成；所述算法參數(shù)包括種群大小、最大迭代代數(shù)、交叉率、變異概 率，目標(biāo)函數(shù)中的權(quán)重系數(shù)； 時序計劃模塊，包括生產(chǎn)計劃設(shè)置子模塊、檢修計劃設(shè)置子模塊和時序計劃編制子模 塊；其中 生產(chǎn)計劃設(shè)置子模塊，用于設(shè)置系統(tǒng)需要進(jìn)行時序控制的生產(chǎn)任務(wù)，即需要生產(chǎn)的澆 次集合，澆次信息包括：澆次序號、連鑄機(jī)序號、鋼種牌號和爐數(shù)； 檢修計劃設(shè)置子模塊，用于設(shè)置檢修計劃；檢修計劃信息包括：檢修計劃序號、檢修設(shè) 備編號、設(shè)備所在工序、預(yù)計檢修時長； 時序計劃編制子模塊，用于使用遺傳算法求解時序控制結(jié)果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述時序計劃編制子模塊使用遺傳 算法求解時序控制結(jié)果具體為： 1) 以煉鋼車間的生產(chǎn)任務(wù)中的各個澆次的開始時刻和各個檢修計劃的開始時刻作為 決策變量，建立如下的目標(biāo)函數(shù)：
其中X=(Xpx2,. . .xm)為各個燒次的開始時刻組成向量，Y= (y^y2,. . .，yn)為各 個檢修計劃的開始時刻組成的向量；P為煉鋼車間的工序集合，Dp(pGP)為工序上的加 工設(shè)備的集合，H為爐次的集合，J為檢修計劃的集合;Wl，w2,w3表示權(quán)重系數(shù)，公式右側(cè)的
?表示各個爐次在每一個工序前的等待時間之和，
表示檢修計劃的開始時刻 與其所在設(shè)備上安排的前一個爐次的結(jié)束時刻之差的和，
表示各個工序上的 各個設(shè)備上分配的所有爐次和安排的檢修計劃的時間沖突之和； 2) 采用車間調(diào)度中廣泛使用的啟發(fā)規(guī)則，確定各個爐次在各個工序上開始時刻，以及 各個爐次在各個工序上的加工設(shè)備；建立決策向量X，Y與各個爐次在各個工序上的開始時 刻和使用的設(shè)備之間的關(guān)系； 3)使用遺傳算法求解決策向量X，Y使目標(biāo)函數(shù)f(X，Y)取最大值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述步驟2)中建立決策向量X，Y與 各個爐次在各個工序上的開始時刻和使用的設(shè)備之間的關(guān)系具體過程如下： 2. 1)以澆次的開始時刻向量X= (Xl，x2,...xm)，根據(jù)連鑄生產(chǎn)工藝中澆次內(nèi)的各個爐 次連續(xù)澆鑄的特點，通過開澆時刻^計算該澆次1內(nèi)的各個爐次在連鑄機(jī)上的開始澆鑄時 亥IJ，然后依次計算澆次2內(nèi)的各個爐次在連鑄機(jī)上的開始澆鑄時刻，直至完成所有澆次內(nèi) 的爐次開始時刻計算； 2. 2)根據(jù)公式sthj-pthn-ttj^p，依次計算各個爐次在連鑄工序前的各個工 序上的開始時刻，其中^_表示爐次h在工序p上的開始時刻，pt 表示爐次h在工序 P-1上的處理時間，〖、^表示工序p-1到下一工序p所需的運輸時間； 2. 3)對各個工序上的所有爐次計劃按照開始時刻升序排列，然后依次按照最早可用設(shè) 備規(guī)則、設(shè)備使用率均衡規(guī)則和最小設(shè)備序號規(guī)則確定各個爐次的使用的加工設(shè)備；計算 設(shè)備最早可用時刻的過程為：將設(shè)備上已經(jīng)分配的爐次計劃和指定的檢修計劃添加設(shè)備任 務(wù)集合，按照開始時刻升序排列，然后通過依次計算設(shè)備任務(wù)集合中的任務(wù)前后的間隔，若 該間隔大于所需分配的爐次的處理時間，則對于所遇分配的爐次，該設(shè)備的最早可用時刻 為上述間隔的開始時刻。 2. 4)通過步驟2. 1)2. 2)2. 3)處理后，各設(shè)備上分配到爐次計劃和設(shè)定的檢修計劃，之 間可能