[发明专利]一种钢铁原料场铁矿石配置方法

摘要

一种钢铁原料场铁矿石配置方法，属于冶金工业领域，本发明的优化配置方法，综合考虑多种铁矿石的输入配置及严格的铁矿石成分控制要求，能够帮助配置计划人员找出最佳的存储方式，从而提高铁矿石的生产存储质量，实现保障铁矿石供应，减少运输能耗，防止铁矿石混料情况的发生，保证铁矿石质量从而提高其后续产品质量等目的。通过实际数据的人工配置结果与本发明优化结果的比较，可以得出，在铁矿石输入执行率提高了2.7％的前提下，由本发明优化得到的配置方案与人工配置方案相比能够显著将目标函数降低12.79％。有效地降低了运输能源损耗，提高了铁矿石的存储质量，进而提高其后续产品的质量。

主权项

1.一种钢铁原料场铁矿石配置方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：获取待输入铁矿石数据、原料场场储位数据及原料场运行数据，确定铁矿石输入配置的工艺特征，并采用数学模型描述其工艺过程；其中，所述的待输入铁矿石数据包括：铁矿石批号、铁矿石品种、铁矿石重量、化学成分、铁矿石到达时间、堆高；所述的原料场储位数据包括：储位位置坐标、储位长度、可用储位前次存储信息、已用储位存储信息、输入设备作业能力；所述的原料场运行数据包括：原料场存储清单、铁矿石需求计划、设备检修计划；所述的数学模型，建立过程如下：步骤1-1：确定模型参数为：在时间展望期T内，待配置的铁矿石集合为N，原料场中料条集合为S，且料条j中共有K_j个可用储位，构成可用储位集合K；将铁矿石i分配到料条j第k个可用储位时，需消耗场地平整、物料清空及设备预运行等准备作业费用，同时也会产生由铁矿石混放引起的铁矿石损失费用，其费用系数分别为c_ijk及p_ijk；开放料条j时会产生相应的运行费用，其费用系数为f_j；当同批号铁矿石被分配到不同料条上的储位存储时，会引起物流设备的路径转换等作业，此时所产生的设备损耗及能源消耗费用的系数为q_i；步骤1-2：利用步骤1-1的参数，建立数学模型，其目标函数如下：MinimizeΣiΣjΣkcijkxijk+ΣiΣjΣkpijkyijk+Σifjzj+Σiqi(Σj∂ij-1)---(1)]]>式中，x_ijk、z_j、和y_ijk为决策变量，且其取值为：y_ijk≥0，铁矿石i被分配至料条j第k个储位存储的重量；目标函数(1)的第一项表示铁矿石i分配到料条j第k个储位时由场地平整、物料清空及设备预运行等准备作业所消耗的能源及设备损耗费用等；第二项表示铁矿石i被分配至料条j第k个储位时由铁矿石混放引起的铁矿石损失费用；第三项为开设料条j的费用，包括料条管理和维护费用及料条内堆取料机作业费用；第四项为一种铁矿石i被分配到不同的料条j时引起的物流设备路径转换所产生的设备损耗及能源消耗费用；步骤1-3：确定步骤1-2所述的目标函数的约束条件：(1)对任一可用储位，所有存放铁矿石所占用的堆积长度总和不能超出所述储位的长度(即堆积能力)，储位能力约束的公式如下：Σiρiyijk+D(Σixijk-1)≤ljk∀j∈S,k∈K---(2)]]>式中，ρi为根据已知堆积公式得出的单位重量的铁矿石i所需占用的堆积长度，l_jk为料条j第k个储位的长度，D为两个料堆之间所需隔离出的安全距离；(2)在任一料条存放铁矿石时，每堆铁矿石的重量不能超过该料条单个料堆的最大重量限制，料堆重量限制约束的公式如下：yijk≤Wj∀i∈N,j∈S,k∈K---(3)]]>式中，W_j为j料条任一料堆的重量上限；(3)对任一料条j，待输入的铁矿石重量之和不能超过此料条配套设备的作业能力，作业设备能力约束的公式如下：ΣiΣkyijk≤Aj∀j∈S---(4)]]>式中，A_j为料条j配套设备的作业能力上限；(4)保证所有待输入铁矿石都分配到了料场中进行存储，铁矿石收发平衡约束的公式如下：ΣjΣkyijk=Yi∀i∈N---(5)]]>(5)除了工艺性约束(2)-(5)之外，还需要满足模型本身的变量逻辑性约束，主要包括：yijk≤Yixijk∀i∈N,j∈S,k∈K---(6)]]>ΣiΣkxijk≤Kjzj∀j∈S---(7)]]>Σkxijk≤Kj∂ij∀i∈N,j∈S---(8)]]>其中，约束(6)表示当铁矿石i被分配至料条j第k个储位的重量y_ijk大于0时，x_ijk必为1，从而保证铁矿石i被分配至料条j第k个储位的分配过程已经发生；约束(7)保证了当铁矿石i被分配至料条j第k个储位时，料条j必然开放，其中K_j为料条j的可用储位数量；约束(8)保证了当铁矿石i被分配至料条j第k个储位即x_ijk为1时，铁矿石i必然已被分配至料条j，即必为1；步骤2：对输入的铁矿石进行储位预配置，方法为：步骤2.1：将所有可用储位组成可用储位集合U＝{(j，k)|j∈S，k∈K}，将所有待输入的铁矿石按照所需的储位长度从大到小排列，组成备选铁矿石序列N；步骤2.2：从U中任选一可用储位(j，k)，从N中挑选出满足ρ_iY_i≤l_jk的铁矿石子序列N_jk，优先选择序列中的第一位铁矿石i^*，若不满足则从N_jk中删除铁矿石i^*并选择N_jk中下一位铁矿石对进行判断；若满足则将铁矿石i^*放入此储位中并从N中删除铁矿石i^*，如果该储位(j，k)未利用完，将剩余储位作为新的可用储位(j，k)更新到U中，否则从U中删除储位(j，k)；若对于可用储位(j，k)，无法挑选出满足ρ_iY_i≤l_jk及的铁矿石子序列，将该储位(j，k)加入到储位集合B中，从U中删除储位(j，k)；步骤2.3：如果N＝Φ，转到步骤2.6；否则，转到步骤2.4；步骤2.4：若U＝Φ，转到步骤2.5；否则，转到步骤2.2；步骤2.5：将B中可用储位按长度大小降序排列，以顺序依次填满这些可用储位为原则，将N中铁矿石分为多个堆，分配到B中储位中，直到铁矿石全部被分配完；步骤2.6：将上述铁矿石储位分配方案作为一个初始方案个体进行存储，若已生成P个初始方案个体，预配置结束；否则初始化所有数据，并转到步骤2.1；步骤3：对铁矿石的储位预配置结果进行优化调整：步骤2中所生成的P个初始个体方案组成一个初始方案种群，利用差分算法对储位预配置结果进行优化调整，方法为：步骤4：将步骤3确定的配置方案送至生产执行系统中执行。