[发明专利]一种用于解决连铸机故障的炼钢-连铸重调度方法

摘要

连铸机故障问题因为涉及浇次的连浇特性使得常规用于处理设备故障的炼钢‑连铸生产的重调度方法难以应用。本发明提出了一种用于解决连铸机故障情况下炼钢‑连铸重调度方法，具体为：根据连铸机故障后的炉次不同工艺处理的重调度策略对重调度过程影响的差异，建立重调度优化模型；设计了综合遗传算法全局搜索能力与变领域搜索算法局部搜索能力优势的新混合算法进行最优解迭代寻优。算法的主要特性为：利用解码启发式算法在松弛部分复杂约束的前提下快速获得染色体的初始解；在进行种群交叉变异之前，利用变领域搜索算法提升每一个初始解的质量，其中为不可行解与可行解设计了不同的领域结构。本发明能有效解决连铸机故障下的重调度问题。

主权项

1.一种用于解决连铸机故障的炼钢‑连铸重调度方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，重调度系统获取炼钢‑连铸系统的生产批量计划和当前调度方案，以及炼钢‑连铸系统的实时调度数据；S2，对连铸机故障下的重调度问题进行染色体编码，形成初始化种群，所述种群中的染色体信息包括炉次在工序设备上的加工时间、各浇次开浇时间偏离初始调度计划中相应开浇时间的偏离值以及炉次加工设备的初始分配方案；S3，对种群中的每一个染色体利用启发式算法进行解码进而获得每一个染色体对应的初始解；S4，设计连铸机故障下的重调度问题的目标函数Z，然后计算种群中每个初始解对应的适应度值，所述目标函数为：min Z＝Z1+Z2+Z3      (1)其中，其中，目标Z1代表所有炉次的每一个操作在设备前的等待时间惩罚总和，Z2代表所有炉次交货期的提前/拖期惩罚总和，Z3代表所有炉次的每一个操作的加工时间偏差惩罚；所述炼钢‑连铸重调度方法中的已知变量为：g：工序索引，g∈{1,2,...,G}；k：设备索引，k∈{1,2,...,K}；Mg：工序g内的设备索引集合；j：炉次索引；i：浇次索引，i∈{1,2,...,I}；Ψ：需要被重调度的所有炉次索引集合，|Ψ|表示炉次总数；Ψ_i：浇次i内的炉次索引集合，|Ψ_i|表示浇次i内的炉次总数，对于任意的浇次i1≠i2，i1,i2∈{1,2,...,I}，都有Ω_k：铸机k上安排的所有浇次的索引集合，|Ω_k|表示铸机k的浇次总数，lj(i)：浇次i内最后一个炉次的索引，lj(i)＝lj(i‑1)+|Ψi|，lj(0)＝0，lj(I)＝|Ψ|，进而，Ψi＝{lj(i‑1)+1,...,lj(i)}；li(k)：铸机k上最后一个浇次的索引，li(k)＝li(k‑1)+|Ω_k|，li(K)＝I，其中k∈M_G，K是集合M_G中最大的设备索引，如果则li(k‑1)＝0，进而，Ω_k＝{li(k‑1)+1,...,li(k)}；oj：炉次j的操作索引，oj∈{1,2,...,O(j)}，O(j)表示炉次j的操作总数，炉次在工序设备上的工艺操作过程，简称炉次的操作；炉次j的操作o_j所在的工序索引，所有的工序索引集合表示炉次j的加工工序路径，g_O(j)必须为铸机工序G；dj：炉次j在计划阶段确定的热轧加工交货期；重调度开始时刻操作o_j的生产状态标志，如果o_j是未加工状态，则如果o_j是正在加工状态，则如果o_j是已完成加工状态，则初始调度计划中炉次j的操作o_j的开始加工时间；初始调度计划中炉次j的操作o_j的结束加工时间；0/1参数，当且仅当初始调度计划中炉次j的操作o_j在设备k上加工时为1；表示炉次j在工序g上的最小/标准/最大加工时间；ttk,k'：设备k与k'之间的运输时间；etk：设备k的最早可用时间，故障铸机的最早可用时间为故障结束时间；st：同一铸机上相邻浇次之间的准备时间；lt：中间包的寿命；炉次j的等待时间惩罚系数；炉次j的完工时间与其交货期之间的偏差惩罚系数；炉次j在工序g内的加工时间偏离其对应的标准加工时间之间的偏差惩罚系数；U：一个足够大的正数；所述炼钢‑连铸重调度方法中的决策变量为：炉次j的操作o_j的开始加工时间；炉次j的操作o_j的结束加工时间；0/1变量，当且仅当调度计划中炉次j的操作o_j分配在设备k上加工时为1；yk,j,j'：0/1变量，当且仅当炉次j和j'都在设备k上加工且炉次j先于炉次j'加工时为1；所述适应度函数为：其中，Z(x)是调度解x的目标函数值，R是自定义的惩罚系数，Vj(x)是炉次j在调度解x中的约束违反量且Vj(x)≥0，当且仅当炉次j的调度计划可行时，Vj(x)等于0，否则Vj(x)大于0；S5，利用约束条件判断种群中由启发式算法解码获得的初始解哪些为可行解、哪些为不可行解；S6，利用变领域搜索算法提升每一个初始解的质量，为保证算法性能，为不可行解与可行解设计了不同的领域结构，即在不可行解的领域内进行变领域搜索其可行解，在可行解的领域内进行变领域搜索其局部最优解；S7，判断是否满足算法停止条件，如果满足，执行步骤S9，否则执行步骤S8；S8，对染色体进行选择、交叉和变异操作，生成新一代种群并返回步骤S3；S9，将获得的种群中的最优解生成最终重调度方案传输给炼钢‑连铸生产运行控制系统，控制炼钢‑连铸生产运行系统按照所述重调度方案运行。