[发明专利]连铸机组浇炉次选择、排序与开浇时间决策的多目标优化方法

摘要

本发明提供了一种连铸机组浇炉次选择、排序与开浇时间决策的多目标优化方法，包括如下步骤：建立以炼钢厂生产批量计划执行情况的总惩罚、生产线积压金属量、优质铁水非有效利用量最小为目标函数及相关工艺要求等约束方程构成的多目标优化模型；获取钢厂生产批量计划，基于炉次序号选择进行编码并进行种群初始化；基于主要约束满足方法进行解码并计算适应度值，获得初始解集；进行非支配排序与拥挤距离排序；选择种群中的一部分个体作为父代；对父代交叉、变异；对计算结果解码并计算适应度；确定精英解集，计算拥挤距离与排序；输出精英解集，选出最大满意度方案并传输给炼钢‑连铸生产运行控制系统。本发明有利于连铸生产炉次浇铸周期的稳定控制，算法效率优于传统的非支配排序遗传算法及强度pareto进化算法。

主权项

1.一种连铸机组浇炉次选择、排序与开浇时间决策的多目标优化方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，控制器与钢厂的MES数据库连接，获取钢厂MES计划预选池中的生产批量计划，所述批量计划中包括分配到每台铸机上的浇次数量、浇次内各炉次所属钢种类别、断面规格及预定开浇时刻；S2，建立以炼钢厂生产批量计划执行情况的总惩罚、生产线积压金属量、优质铁水非有效利用量最小的目标函数，所述目标函数为：min F＝{f1,f2,f3}                    (1)其中，f2＝QO                       (3)QO＝QE+QIV‑QC‑QL‑QS               (5)(2)式表示被选炉次相互间钢种差异惩罚费用和交货期差异费用、未开浇的剩余炉次的惩罚费用、各炉次未准时开浇惩罚费用之和；(3)式表示生产线积压金属量Qo；(4)式表示优质铁水未有效利用量；(5)式表示积压金属量，是基于生产线的金属资源平衡而设置，分别由计划期进铁量QE，期初生产线上库存金属量QIV，连铸浇钢量QC，金属损耗量QL，有利于生产稳定的期末生产线安全库存金属量QS构成；(6)式表示各连铸机的浇钢量分别由上一计划期遗留任务的浇钢量和待开浇次中各炉次的浇钢量构成；(7)式表示浇钢量对应的金属损耗量；(8)式表示在生产线安全库存金属量，它需要在生产线平均库存金属量基础上加一个随机波动需求金属量Qrcon；其中，符号的具体含义为：①、定义的符号与集合：i:铸机序列号，i∈I，I为连铸机集合；k:预选池各铸机的炉次序号，k∈K_i，K_ij为预选池铸机i浇次j炉次集合，K_i为预选池的连铸机i的全部炉次集合，k依据各铸机的预定开浇时间先后产生；k^d:待开浇炉次序号，为连铸机i的待开浇炉次集合，是铸机i预定最低开浇炉数；②、已知参数:qik:铸机i炉次k的钢水重量；qi:铸机i的钢水重量；vik:预选池铸机i炉次k是否优质品种钢；预选池铸机i待开浇炉次k^d是否优质品种钢；waik:预选池铸机i炉次k的断面规格；铸机i待开浇炉次k_d的断面规格；wsik:预选池铸机i炉次k的拉速；铸机i待开浇炉次k^d的拉速；rqi:铸机i上遗留任务的钢水重量；ρ:钢液密度；η:金属损耗系数；τs、τe:计划期开始时刻、结束时刻；τA:全流程平均物流时间；铸机i待开浇炉次k^d的浇铸周期；铸机i炉次k的预定开浇时间；ei:铸机i炉次间断浇损失费用系数；Qrcon:随机波动需求金属量；δp、πp、δp':遗留任务的优质品种钢比例、进铁与期初库存金属量的优质铁水比例；ψi:准时开浇差异费用系数；相邻炉次间钢种差异引起的附加费用，若钢种代码相同0，仅属同钢种大类a₁，属不同钢种大类a₂；预定开浇时间差异附加费用，β₁为相邻炉次交货期差异的费用系数；di:铸机i的炉次未被选做待开浇炉次延期损失费用系数；M:惩罚因子，通过设置惩罚因子将非法解去除，M为足够大的正数，以确保解不满足约束时受到足够大的适应度值的惩罚；为量纲统一系数；③、待求解的决策变量：铸机i被选做待开浇炉次k^d的开浇时刻；二进制变量，1表示铸机i待开浇炉次k^d与其紧前炉次断浇，0表示与紧前炉次连浇；zik:二进制变量，1表示预选池内铸机i内某炉次k被选中作为待开浇炉次，0表示某炉次k未被选中；S3，建立生产批量计划中预选池炉次与待开浇炉次关系的约束关系，金属资源平衡相关约束关系，连铸设备可用时间约束关系以及待开浇的炉次间的顺序及时间约束关系；S4，基于炉次序号选择进行编码并进行种群初始化；S5，解码并计算适应度值，获得初始解集，所述适应度函数为：其中，QD为浇铸的优质品种钢所需优质铁水量；(9)式表示整个计算过程以求适应度函数的最小值为目标；(10)式表示适应度函数值等于目标函数值f₁；(11)式表示适应度函数值等于目标函数值f₂加上违反积压金属量关系约束的惩罚与开浇时间超越计划期的惩罚之和；(12)式表示适应度函数值等于目标函数值f₃与计划用优质铁水超出所能供应优质铁水所受惩罚之和；S6，对所述初始解集中的解进行非支配排序与拥挤距离排序；S7，选择步骤S6中种群中的一部分个体作为父代；S8，对步骤S7选出的父代按铸机分段的双亲双子多点交叉，以及按铸机分段取点随机变异，确保染色体特征与真实生产炉次序号特征的一致性；S9，对步骤S8计算后的结果解码并计算适应度，所述适应度函数为步骤S5中的适应度函数；S10，确定精英解集，限制计算拥挤距离个体数量，计算拥挤距离与排序；S11，判断是否达到最大迭代次数，如果是，执行步骤S12，否则，执行步骤S7；S12，输出精英解集，用模糊选优方法选出最大满意度方案作为连铸开浇炉次时间决策方法；S13，将最大满意度方案传输给炼钢‑连铸生产运行控制系统，该系统按照所述最大满意度方案实现对各台连铸机上的待开浇炉次的选择、排序和开浇时间决策的有效生产运行控制。