[发明专利]一种基于人工蜂群算法的炼钢连铸调度方法

说明书

本发明公开了一种基于人工蜂群算法(ABC)的炼钢连铸调度方法，该方法保留了ABC的框架(即包括雇佣蜂阶段、观察蜂阶段和侦查蜂阶段)，并结合JADE算法进行了改进。其中，雇佣蜂阶段采用JADE的搜索策略对种群中的个体进行更新，并采用JADE的外部存档机制来增加种群多样性；观察蜂阶段，在ABC原有搜索策略的基础上增加了对差解和当前种群所组成存档的更新操作；侦查蜂阶段采用ABC在该阶段原有的搜索策略。该方法能够在保证种群多样性的前提下加快种群的收敛速度，在较短时间内可以产生理想的调度结果，从而实现了在炼钢连铸过程中节约工件等待时间、降低加工成本的目的。

技术领域

本发明属于炼钢连铸过程中的作业调度领域，特别涉及一种基于人工蜂群算法的炼钢连铸调度方法。

背景技术

钢铁工业是许多其他诸如建筑、自动化等行业的基础产业，在世界经济中占有重要地位。炼钢过程(Steelmaking Process)是指将含有固定配比化学成分的铁在高温环境下炼成钢再凝固成钢板的过程，它可以有效地帮助钢铁厂进行钢板生产。炼钢过程大致分为炼铁、炼钢连铸、热轧三个阶段，其中，炼钢连铸阶段在整个钢铁生产过程中起着承上启下的作用，是炼钢过程中的关键环节。它的具体步骤包括：首先，向熔炉中加入炼钢的原材料铁块，经过炼制以及高温下的初步提纯得到熔融状态的铁，然后将其放入提纯炉并添加一定的化学药品进行进一步的提纯冶炼得到融化状态的钢，最后连铸阶段将融化的钢冷却制造成固态的钢板。

炼钢连铸调度问题可以看成是一个最后阶段工件分组生产的混合流水车间调度问题，具体来说，是指在炼钢连铸生产的最后一个阶段，工件以分组的形式按照提前设定的优先级顺序进行连续铸造。它具有以下特点：

(1)所有不同工件都要依次经过相同加工阶段，即炼钢、精炼、连铸三个加工阶段，每个阶段对应的加工机器分别为转换炉、提纯炉和连铸机；

(2)在每个生产加工阶段都有多个并行的加工机器，每个阶段的并行机器完全相同，且在加工生产的前两个阶段加工的基本单位是工件，每个工件可以在该阶段的任意一台机器上进行加工；

(3)加工的第三个阶段以铸件为单位进行加工，其中每个铸件包含哪些工件以及每个铸件在哪个连铸机上进行加工都是提前设定的；

(4)在精炼和连铸阶段进行加工的工件，当没有可用机器时必须要等待直到有可用机器，这会导致等待的工件温度下降，并会产生对工件再次进行加热的成本；

(5)第三个加工阶段中，按序号分在同一组的工件将在同一个连铸机上被连续铸造，这些工件在执行过程中不允许被中断或出现连铸机空闲的情况。必要时，铸件中的工件要拖后开始以保证同一个铸件上的工件被连续处理，换句话说，要保证同一铸件中上一个工件的完成时间是下一个工件的开始时间；

(6)工件在炼钢和精炼阶段的建立时间比较短，可以忽略不计，连铸机上同一铸件的不同工件之前不存在建立时间，但是一个新的铸件的建立时间相对较长，这个时间要从工件的执行时间中分离出来；

(7)工件在两个加工阶段之间还存在一个传送时间，但是由于容量巨大，中间运输起重机的配置被忽略不计；

(8)所有工件的处理时间以及起重机之间的传送时间是非负的、已知的、确定的；

(9)在某一时刻一个工件只能在一台机器上执行，一台机器也只能加工一个工件；

(10)一个铸件应该在预定义的开始时间被执行，提前或者拖后执行分别会带来库存成本问题与延误轧钢问题。

图1给出了炼钢连铸过程的工艺流程图。

最终，炼钢连铸调度的目的就是将工件分配到机器设备上，并对炼钢阶段与精炼阶段每个机器上的工件进行排序，同时确定每个工件在所有阶段的开始时间与完成时间，从而实现对优化目标的优化。