專利名稱：一種冷軋罩式退火爐機(jī)組優(yōu)化組爐方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼鐵材料加工信息技術(shù)領(lǐng)域，涉及到自動化技術(shù)，特別涉及到一種罩式退火爐機(jī)組優(yōu)化組爐方法。

背景技術(shù)：
冷軋產(chǎn)品是一種高附加值產(chǎn)品，對提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益起著關(guān)鍵作用，也是鋼鐵企業(yè)一個重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。如何利用現(xiàn)有資源節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本從而提高經(jīng)濟(jì)效益，已經(jīng)成為許多企業(yè)所面臨的問題。退火是生產(chǎn)冷軋產(chǎn)品的一道工藝，它是多數(shù)冶金企業(yè)生產(chǎn)高質(zhì)量冷軋產(chǎn)品的一道必經(jīng)工序，根據(jù)材料和工件尺寸的不同采用不同的保溫時間，然后進(jìn)行緩慢冷卻，目的是使金屬內(nèi)部組織達(dá)到或接近平衡狀態(tài)，獲得良好的工藝性能和使用性能，或者為進(jìn)一步淬火作組織準(zhǔn)備。在鋼鐵企業(yè)冷軋生產(chǎn)的退火工序中，主要采用爐群(罩式爐)為退火方式，它的主要工藝是將性能相似的3～4卷板卷裝到同一爐臺上，經(jīng)加熱、保溫、冷卻后出爐，整個退火過程大約要經(jīng)歷2-3天的時間，罩式爐一旦點(diǎn)火不可以終止，直至板卷退火完成所有退火操作。退火工序周期長、能量消耗大、資源約束多，排產(chǎn)復(fù)雜，其裝爐量的多少及裝爐質(zhì)量的高低對于挖掘機(jī)組產(chǎn)能、節(jié)能降耗、加快生產(chǎn)節(jié)奏以及縮短交貨期起著至關(guān)重要的作用。
目前罩式爐的組爐計(jì)劃全部由人工依照個人經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行編制，雖然計(jì)劃人員已經(jīng)在組爐計(jì)劃編制方面積累了相當(dāng)多的經(jīng)驗(yàn)，也取得了很大的成效，但由于罩式爐退火的生產(chǎn)方式具有周期長和能耗大，以及操作步驟復(fù)雜、約束條件多、隨機(jī)性高等特點(diǎn)，使得編排計(jì)劃是一項(xiàng)非常繁瑣且技術(shù)性要求較高的工作，人工編制計(jì)劃時無法同時兼顧產(chǎn)能、退火質(zhì)量、物流平衡及客戶滿意度等多方面的要求，因此單靠人工方法很難對批量板卷的退火生產(chǎn)做出良好、合理的安排。所以鋼卷的罩式爐退火是冷軋單元生產(chǎn)的“瓶頸”。


發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有鋼鐵企業(yè)罩式退火爐機(jī)組存在機(jī)組產(chǎn)能低、罩式爐利用率低、退火板卷質(zhì)量不高及能源浪費(fèi)等問題，本發(fā)明提供了一種罩式退火爐機(jī)組待退火板卷優(yōu)化組爐方法，并建立了一種罩式退爐機(jī)組待退火板卷優(yōu)化組爐模型。
組爐的主要任務(wù)是在N個等待退火的板卷中，依據(jù)它們之間物理性質(zhì)的差別以及它們和罩式退火爐之間的匹配關(guān)系選擇n(n≤N)個板卷組成m個裝爐單元進(jìn)行生產(chǎn)，以達(dá)到提高裝爐量、提高裝爐質(zhì)量、降低能源損耗等目的。該方法依據(jù)實(shí)際問題所建立了優(yōu)化組爐模型，考慮了實(shí)際生產(chǎn)過程中的復(fù)雜工藝約束，目標(biāo)是追求保證罩式爐退火質(zhì)量的前提下使得罩式爐機(jī)組產(chǎn)能最大化，能源消耗最小化，同時保證罩式爐退火機(jī)組與前后工序之間的物流平衡。
假設(shè)有P個空閑的罩式退火爐，N個等待退火的板卷，現(xiàn)依據(jù)它們之間物理性質(zhì)的差別以及它們和罩式退火爐之間的匹配關(guān)系選擇n(n≤N)個板卷組成P個爐次進(jìn)行生產(chǎn)。罩式退火爐優(yōu)化組爐問題可以描述為 約束條件 i＝1，…，N(2) j＝1，…，P(3) j＝1，…，P(4) Zj≥0，j＝1，…，P(5) xij∈{0，1}，i＝1，…，N；j＝1，…，P(6) 目標(biāo)函數(shù)(1)中的

表示板卷與罩式爐的匹配費(fèi)用，用來保證板卷與罩式爐的匹配質(zhì)量；

表示罩式爐剩余容量總和的懲罰費(fèi)用，用來保證罩式爐的利用率；

表示對未被選中板卷的懲罰費(fèi)用，用來保證總的裝爐量能夠達(dá)到最大水平；

表示的是板卷之間的匹配費(fèi)用，用來保證被放在同一爐內(nèi)的板卷匹配的質(zhì)量。
模型的約束條件 約束(2)表示一個板卷最多只能安排在一個爐子內(nèi)；約束(3)表示以第j個垛的板卷總重量不能超過爐子的最大承載重量；約束(4)表示第j個垛的板卷的總高度不能超過爐子的最大高度；約束(5)表示爐次的剩余容量不能為負(fù)。約束(6)表示決策變量的取值范圍。
決策變量
模型參數(shù) 1)Zj-第j個爐次的剩余容量； 2)N-編爐次的板卷數(shù)； 3)P-爐次數(shù)，P＝NNHB+NNHS+NHHB+NHHS； 4)Tj-第j個爐次的爐容量； 5)pj-第j個爐次剩余容量的附加費(fèi)用系數(shù)； 6)gi-第i個板卷的重量； 7)hi-第i個板卷的高度； 8)fi-第i個板卷的未被選中所引起的附加費(fèi)用系數(shù)； 9)Hj-第j個爐子的最大承載高度； 10)C1ij-板卷i與罩式爐j的匹配費(fèi)用，它主要涉及到板卷的重要性(即板卷的優(yōu)先級懲罰)及板卷與罩式爐的退火曲線匹配度和規(guī)格匹配度； 11)C2ik-被放在同一爐內(nèi)的板卷i與k的匹配費(fèi)用，是對同一爐子中的板卷相似性測量，主要涉及以下幾個方面 (1)板卷之間的退火曲線懲罰費(fèi)用系數(shù)，退火曲線是實(shí)際生產(chǎn)中罩式爐的控制溫度(實(shí)測溫度)與時間的函數(shù)，正是退火過程的量的體現(xiàn)，是板卷退火加熱過程的依據(jù)。將退火曲線相近的板卷放在同一爐內(nèi)進(jìn)行加工可以更好的保證罩式爐板卷的退火質(zhì)量及降低能源損耗。
(2)板卷的厚度之間的厚度懲罰費(fèi)用系數(shù)，由于薄的板卷需要悶爐，而厚的板卷不需要，因此在裝爐時盡量將薄板卷及厚板卷分開裝爐，這樣可以保證板卷的退火質(zhì)量有效防止過燒及欠燒的情況。
(3)板卷的光潔度差異懲罰費(fèi)用系數(shù)，在進(jìn)行退火生產(chǎn)時，經(jīng)脫脂的板卷表面光滑，而未脫脂的板卷表面有雜質(zhì)，在同一爐內(nèi)加熱時雜質(zhì)有可能會附著到干凈的板卷上，這樣會導(dǎo)致板卷出現(xiàn)碳化邊的情況。此參數(shù)就是盡量保證將以脫脂及未脫脂的板卷分開，減少碳化邊情況的發(fā)生，減少損耗。
該優(yōu)化組爐方法主要包括以下步驟 第一步根據(jù)實(shí)際工藝運(yùn)行參數(shù)，對等待退火的板卷進(jìn)行優(yōu)先級設(shè)置 實(shí)際工藝運(yùn)行參數(shù)指的是在板卷優(yōu)先級設(shè)置時，各個優(yōu)先項(xiàng)所對應(yīng)懲罰值的確定條件。設(shè)為板卷i優(yōu)先級懲罰，設(shè)Pi板卷i優(yōu)先級懲罰，主要考慮以下5個優(yōu)先項(xiàng)因素 (1)交貨期優(yōu)先級懲罰Pij1交貨期指的是板卷所在的生產(chǎn)合同所確定的最后的發(fā)貨時間。交貨期關(guān)系到企業(yè)的誠信，因此應(yīng)盡量保證板卷的按期交貨。
(2)集批生產(chǎn)優(yōu)先級懲罰Pij2有集批代碼的板卷需要集批加工，也就是說需要盡量放在一起進(jìn)行退火。
(3)特殊性優(yōu)先級懲罰Pij3因?yàn)橐?guī)格、材料性質(zhì)特殊的板卷在生產(chǎn)上有一定的局限性，所以為了防止出現(xiàn)大量特殊板卷積壓在庫中的情況，應(yīng)該優(yōu)先考慮特殊板卷盡量優(yōu)先使其排進(jìn)計(jì)劃。
(4)合同完整性優(yōu)先級Pij4集配周期指的是同一合同內(nèi)的板卷，從第一個板卷完成全部工序等待發(fā)貨的時間起，到最后一個板卷完成所有工序等待發(fā)貨的時間結(jié)束，這段時間稱為集配周期。同一合同內(nèi)的不同板卷往往在某一時刻不在同一工序上，這就導(dǎo)致有些板卷先完成所有工序在庫等待其他板卷完成所有工序后一起交貨，因此應(yīng)盡量縮小集配周期，保證合同完整性。
(5)板卷的在庫時間優(yōu)先級懲罰Pij5在庫時間指的是板卷到達(dá)罩式爐前庫的時間與當(dāng)前編排計(jì)劃時間的時間間隔，應(yīng)盡量縮小這個時間間隔，防止板卷在罩式爐前庫堆積，給其帶來壓力。
將板卷的各個優(yōu)先項(xiàng)所對應(yīng)的懲罰值按照由小到大的順序排列并組成優(yōu)先項(xiàng)序列，用Pi(t)表示第i個板卷的優(yōu)先項(xiàng)序列中第t個優(yōu)先項(xiàng)的懲罰值，t小于等于總的優(yōu)先項(xiàng)的個數(shù)。如果簡單的把各個優(yōu)先級項(xiàng)的值加起來，優(yōu)先級懲罰值將變得很大，而且當(dāng)優(yōu)先級項(xiàng)越多時，本應(yīng)該優(yōu)先的板卷反而變得不優(yōu)先了，因此為了避免這種情況并反映實(shí)際組爐時板卷的重要性，本發(fā)明中引入了一個打折系數(shù)β及調(diào)整因子α，此時 Pi＝f(5)；f(t)＝f(t-1)β+αPi(t)；f(1)＝Pi(1)。
第二步預(yù)組爐，根據(jù)板卷優(yōu)先級，板卷間的匹配判據(jù)以及板卷與爐子匹配判據(jù)，生成罩式退火爐初始可行組爐計(jì)劃 首先任選一空閑爐子，根據(jù)板卷與罩式爐匹配判據(jù)選擇所有可以裝入該爐的板卷，并將它們按照優(yōu)先級懲罰值Pi升序排列，相同優(yōu)先級的板卷按照重量的降序排列，組成備選板卷序列，由于優(yōu)先級懲罰值越小，則板卷就越優(yōu)先，這樣能保證每一爐開始時，總是能使當(dāng)前備選板卷序列中優(yōu)先級最高(優(yōu)先級懲罰值最小)且重量最大的板卷首先裝進(jìn)爐中。然后根據(jù)板卷間匹配判據(jù)依次從備選板卷序列中選取能夠與爐中已有板卷組成一爐的板卷，則將其放入爐中，當(dāng)高度達(dá)到罩式爐的最大高度時，自動形成一個組爐方案，然后反復(fù)此步驟，會自然形成P個組爐方案。
優(yōu)先級法指的是對每個板卷的管理屬性進(jìn)行評價，然后按照評價值的升序?qū)⑽磁虐寰磉M(jìn)行排序，并以此排序?yàn)榛A(chǔ)，生成組爐方案。
在生成初始可行組爐方案時，提出下列匹配判據(jù)判斷板卷與板卷及板卷與爐子之間是否匹配 板卷間匹配判據(jù)如果兩個板卷i和k的退火曲線相同或形狀相似，兩個板卷厚度均屬于同一類型(薄料或厚料)，且板卷的表面光潔度相同，也判定兩個板卷可以放在同一爐子中。
板卷與爐子匹配判據(jù)如果爐子j可以加工板卷i的退火曲線，且板卷i的外徑小于爐子j的外徑，則判定板卷i與爐子j相匹配。
算法步驟 設(shè)S表示備選板卷集合，SS表示已選板卷集合，SR表示剩余板卷集合。
Step 1選取一個空閑爐子，根據(jù)爐子與板卷匹配判據(jù)，選出可以與該爐子匹配的板卷，并將板卷按照優(yōu)先級懲罰升序排列，優(yōu)先級相同的按照重量降序排列； Step 2選定板卷序列中第一個未標(biāo)記的板卷放在爐中； Step 3選定S中下一個未被標(biāo)記的板卷，應(yīng)用板卷間匹配判據(jù)判斷，如果能與已選板卷組成一垛，則組垛，標(biāo)記該板卷；若不能組成一垛，選擇下一個未標(biāo)記板卷判斷。當(dāng)前計(jì)劃板卷數(shù)等于4時，重復(fù)Step 3；否則，轉(zhuǎn)到Step 4； Step 4判斷是否還有空閑爐子，若有則轉(zhuǎn)到Step 2，否則轉(zhuǎn)到Step 5； Step 5將標(biāo)記的板卷放入SS，將未被標(biāo)記的板卷放入SR，算法結(jié)束。該方法的流程圖如圖3所示。
第三步根據(jù)優(yōu)化組爐模型中的目標(biāo)函數(shù)，應(yīng)用改進(jìn)策略對初始可行組爐方案進(jìn)行調(diào)整形成罩式爐初始組爐方案后，計(jì)劃結(jié)果仍有一定的改進(jìn)空間，采用目前國內(nèi)外較為流行的禁忌搜索算法作為框架，根據(jù)罩式爐機(jī)組實(shí)際生產(chǎn)的特點(diǎn)構(gòu)造改進(jìn)鄰域，配合變鄰域、變深度等搜索策略對初始可行組爐方案進(jìn)行改進(jìn)。
(1)鄰域結(jié)構(gòu) 根據(jù)問題的特點(diǎn)，提出了四種搜索鄰域分別為已排板卷兩兩交換鄰域，即將分配給不同爐子的兩個板卷進(jìn)行交換，該鄰域搜索方法流程圖如圖4所示；未排已排板卷二換一鄰域，即將一個已排板卷從所屬爐子中移出，并將兩個未排板卷放入，該鄰域搜索方法流程圖如圖5所示；未排已排板卷一對一交換鄰域，即將一個已排板卷從所屬爐子中移出，并放入一個未排板卷，該鄰域搜索方法流程圖如圖6所示；變深度混合交換鏈鄰域，該鄰域通過引入虛擬板卷及虛擬爐子的概念，將問題轉(zhuǎn)化為集劃分問題，即將所有未排板卷按照裝爐規(guī)則裝入虛擬爐子中，并向每個實(shí)際爐子中添加一個虛擬板卷，這樣便將所有板卷均裝入爐子中，再此基礎(chǔ)上進(jìn)行交換操作，即將屬于不同爐子的兩個板卷進(jìn)行交換，經(jīng)過若干次交換后，便形成了一個混合交換鏈，當(dāng)交換次數(shù)不確定時，此鄰域稱為變深度混合交換鏈鄰域，如圖7所示，該鄰域搜索方法流程圖如圖8所示。
(2)搜索策略 在對初始可行組爐方案進(jìn)行調(diào)整時，根據(jù)三種鄰域的不同功能，搜索過程被分為三個階段，具體來說由于“未排已排二換一”鄰域?qū)ρb爐量的改進(jìn)效果最大，因此首先采用該鄰域搜索，采用所有鄰域移動中目標(biāo)函數(shù)改進(jìn)最大的解作為當(dāng)前解，接下來采用“已排未排一對一交換”鄰域繼續(xù)向裝爐量增加的方向搜索，同樣采用目標(biāo)函數(shù)改進(jìn)最大的解作為當(dāng)前解，如果這兩種鄰域均無法改進(jìn)目標(biāo)，那么采用“已排板卷一對一交換”鄰域，移動的方向是在不違反約束的前提下使已排板卷盡可能集中，為下一次未排板卷的插入創(chuàng)造更大的幾率。重復(fù)以上搜索步驟，當(dāng)連續(xù)搜索多次后結(jié)果仍沒有改進(jìn)，則搜索變深度混合交換鏈鄰域。
(3)基于上面的鄰域及搜索策略，本發(fā)明所提出的對初始可行組爐方案調(diào)整方法具體步驟如下(流程圖見圖9) 步驟1選取一個空閑爐子，根據(jù)爐子與板卷匹配判據(jù)，選出可以與該爐子匹配的板卷，并將板卷按照優(yōu)先級懲罰升序排列，優(yōu)先級相同的按照重量降序排列。
步驟2選定板卷序列中第一個未標(biāo)記的板卷放在爐中。
步驟3選定S中下一個未被標(biāo)記的板卷，應(yīng)用板卷間匹配判據(jù)判斷，如果能與已選板卷組成一爐，則將其放入爐中，標(biāo)記該板卷；若不能組成一爐，選擇下一個未標(biāo)記板卷判斷。當(dāng)前計(jì)劃板卷數(shù)等于4時，重復(fù)Step 3；否則，轉(zhuǎn)到Step 4； 步驟4判斷是否還有空閑爐子，若有則轉(zhuǎn)到Step 2，否則轉(zhuǎn)到Step 5； 步驟5設(shè)F＝{F1，…，F(xiàn)P}為得到的P個裝爐組合，S＝{所有未排板卷}，根據(jù)F和S計(jì)算當(dāng)前目標(biāo)函數(shù)值Z。設(shè)當(dāng)前最好解為FBest，對應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值為ZBest，另FBest＝F、ZBest＝Z，轉(zhuǎn)到步驟6。
步驟6對F及S搜索已排未排板卷兩兩交換鄰域，記錄鄰域不在禁忌表中的最好解F’，更新當(dāng)前組爐結(jié)果集合F、剩余板卷集合S及禁忌表。如果F’＜FBest，則另FBest＝F’。
步驟7若最好解FBest被更新，則重復(fù)步驟6，否則，對集合F及S搜索未排板卷已排板卷二換一鄰域，在鄰域中選取不在禁忌表中的最好解F’，更新當(dāng)前組爐結(jié)果集合F、未排板卷集合S及禁忌表。如果F’＜FBest，則另FBest＝F’。
步驟8如果連續(xù)若干代最好解沒有被更新，則對F及S進(jìn)行變深度混合交換鏈鄰域搜索。記錄搜索到的鄰域最好解F’，更新當(dāng)前組爐結(jié)果集合F及未排板卷結(jié)合S，如果F’＜FBest，則另FBest＝F’。
步驟9判斷是滿足終止條件，如果滿足，則終止程序輸出結(jié)果FBest，否則，轉(zhuǎn)到步驟6，直至滿足終止條件。
第四步應(yīng)用本發(fā)明所開發(fā)的罩式退火爐機(jī)組優(yōu)化組爐系統(tǒng)將按照上述步驟所得到的優(yōu)化組爐方案上傳至企業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)，并由罩式爐機(jī)組的生產(chǎn)自動控制系統(tǒng)執(zhí)行最后所得到的優(yōu)化組爐方案。
一種冷軋罩式退火爐機(jī)組優(yōu)化組爐方法采用的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括以下功能模塊授權(quán)用戶登錄模塊、原始數(shù)據(jù)下載模塊、原始數(shù)據(jù)管理模塊、組爐信息錄入模塊、靜態(tài)參數(shù)維護(hù)模塊、組爐方案自動生成模塊、組爐方案顯示模塊、組爐方案修改模塊、組爐方案評價模塊、組爐方案違規(guī)檢查模塊、組爐方案結(jié)果上傳模塊、系統(tǒng)配置模塊，各模塊功能如下 1、授權(quán)用戶登錄模塊 只對經(jīng)過授權(quán)的計(jì)劃員開放，輸入用戶名和密碼，并被驗(yàn)證正確后才可進(jìn)入系統(tǒng)； 2、原始數(shù)據(jù)下載模塊 將所下載的數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫內(nèi)，數(shù)據(jù)項(xiàng)主要包括狀態(tài)，板卷號，厚度，寬度，重量，出鋼記號，牌號，材料組別，補(bǔ)充號，外徑，退火曲線，交貨期，合同號，分選度； 3、原始數(shù)據(jù)管理模塊 對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行管理增加、刪除、修改或者按照板卷的某項(xiàng)屬性對板卷進(jìn)行排序，但是對普通用戶不開放增加、刪除和修改權(quán)限； 4、組爐信息錄入模塊 用戶可以在此模塊中輸入包括組爐規(guī)模、預(yù)留板卷信息及板卷混搭信息在內(nèi)的組爐方案編制參數(shù)，罩式爐組爐方案種類分為四種氮?dú)浯鬆t組爐方案、氮?dú)湫t組爐方案、全氫大爐組爐方案及全氫小爐組爐方案，組爐規(guī)模即為所需編排每種組爐方案的數(shù)量，分別表示為NNHB、NNHS、NHHB及NHHS，預(yù)留板卷就是指在編排計(jì)劃的時候，某些板卷不參與當(dāng)前的組爐方案的編制； 5、靜態(tài)參數(shù)維護(hù)模塊 此模塊包括費(fèi)用懲罰表及數(shù)據(jù)篩選條件配置兩個部分，其中費(fèi)用懲罰表包括對目標(biāo)函數(shù)各項(xiàng)的權(quán)重、板卷各項(xiàng)優(yōu)先級懲罰以及板卷間搭配懲罰，其中數(shù)據(jù)篩選條件配置包括脫脂條件、交貨期選項(xiàng)及優(yōu)先級選項(xiàng)三個部分； 6、組爐方案自動生成模塊 該模塊主要包括兩個子模塊組爐過程描述子模塊及優(yōu)化組爐子模塊，優(yōu)化組爐模型及罩式爐優(yōu)化組爐方法分別被嵌入到組爐過程描述子模塊和優(yōu)化組爐子模塊中，在生成組爐計(jì)劃時，系統(tǒng)首先將原始數(shù)據(jù)下載模塊中下載的實(shí)時生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息傳遞到組爐過程描述子模塊中，并應(yīng)用優(yōu)化組爐子模塊進(jìn)行求解； 7、組爐方案顯示模塊 對于生成的組爐方案，界面上半部分為二維圖形形式顯示的結(jié)果畫面，界面下半部分是其對應(yīng)數(shù)據(jù)的表格，用戶可以在四種組爐方案和未排板卷模式間切換，獲得組爐方案中的板卷和未排進(jìn)組爐方案的板卷信息； 8、組爐方案修改模塊 該模塊可以在顯示模塊的圖形結(jié)果中進(jìn)行編輯，移動板卷或者將板卷在已排板卷模式和未排板卷模式間移動； 9、組爐方案評價模塊 當(dāng)組爐方案生成后，該模塊可以給出算法自動編排的組爐結(jié)果和手工編排的組爐結(jié)果在給定目標(biāo)函數(shù)下的對比值及各項(xiàng)目標(biāo)函數(shù)值； 10、組爐方案違規(guī)檢查模塊 對于每一個結(jié)果，系統(tǒng)會自動根據(jù)組爐計(jì)劃規(guī)程對其進(jìn)行違規(guī)檢查，如果出現(xiàn)違規(guī)則會顯示出違規(guī)信息； 11、組爐方案上傳模塊 當(dāng)用戶對組爐方案滿意時，可以將結(jié)果上傳至企業(yè)ERP系統(tǒng)； 12、系統(tǒng)配置模塊 用戶可以對系統(tǒng)進(jìn)行配置計(jì)算參數(shù)、服務(wù)器，計(jì)算參數(shù)包括目標(biāo)函數(shù)權(quán)重和懲罰值；服務(wù)器配置主要是服務(wù)器的地址、端口、用戶名和密碼。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)進(jìn)步是明顯的 (1)本發(fā)明不僅適用于鋼鐵企業(yè)罩式爐退火機(jī)組的生產(chǎn)，還可以廣泛適用于其他行業(yè)具有相同性質(zhì)的批處理工序。本發(fā)明從罩式爐的實(shí)際生產(chǎn)工藝出發(fā)，將罩式爐實(shí)際組爐過程完整的描述成一類帶有工藝約束的批處理機(jī)調(diào)度問題，并根據(jù)問題的特點(diǎn)提出了一套高效、可行的優(yōu)化組爐方法。
(2)本發(fā)明對實(shí)際罩式爐機(jī)組生產(chǎn)指標(biāo)進(jìn)行了量化，在對模型參數(shù)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的前提下，給出了具體參數(shù)的設(shè)置方案及計(jì)算方法，使得模型參數(shù)及目標(biāo)函數(shù)能夠反映實(shí)際的組爐狀況。在禁忌搜索算法中融入了變深度及變鄰域搜索策略，且根據(jù)罩式爐組爐特點(diǎn)引入了有效的搜索鄰域。試驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明所提出的罩式爐組爐過程描述方法符合實(shí)際生產(chǎn)情況，且組爐優(yōu)化方法所得出的最好解滿足實(shí)際生產(chǎn)約束，優(yōu)于人工排產(chǎn)結(jié)果。
(3)通過實(shí)際6組數(shù)據(jù)人工組爐結(jié)果與本發(fā)明優(yōu)化結(jié)果的詳細(xì)比較，可以得出，在裝爐量提高5.77％的前提下(裝爐量結(jié)果比較見圖10)，由本發(fā)明優(yōu)化得到的組爐方案與人工排產(chǎn)的組爐方案相比能夠顯著將目標(biāo)函數(shù)降低10.79％。有效地提高了罩式爐機(jī)組的產(chǎn)能，提高了板卷的退火質(zhì)量，進(jìn)而降低了氫氣、氮?dú)?、水、煤、電等能源的損耗。(目標(biāo)函數(shù)結(jié)果比較見圖11) (2)本發(fā)明所開發(fā)的罩式退火爐優(yōu)化組爐軟件系統(tǒng)，使組爐方案編排的精度可以從人工組爐時的“日”精確到“小時”，能夠滿足更加精確的生產(chǎn)作業(yè)要求，提高罩式退火爐機(jī)組的整體作業(yè)效率。



圖1為本發(fā)明所提出的罩式退火爐組爐方法流程圖， 圖2為本發(fā)明所開發(fā)的罩式退火爐優(yōu)化排產(chǎn)系統(tǒng)操作流程圖， 圖3為本發(fā)明所提出的罩式退火爐組爐初始可行計(jì)劃產(chǎn)生方法流程圖， 圖4為本發(fā)明所提出的已排板卷兩兩交換鄰域搜索方法流程圖， 圖5為本發(fā)明所提出的未排已排板卷二換一交換鄰域搜索方法流程圖， 圖6為本發(fā)明所提出的未排已排板卷一對一交換鄰域搜索方法流程圖， 圖7為本發(fā)明所提出的變深度混合交換鏈鄰域示意圖， 圖8為本發(fā)明所提出的變深度混合交換鏈鄰域搜索方法過程圖， 圖9為本發(fā)明所提出的對初始可行計(jì)劃調(diào)整方案流程圖， 圖10為使用本發(fā)明所提出的優(yōu)化組爐方法與人工方法裝爐量結(jié)果比較示意圖， 圖11為使用本發(fā)明所提出的優(yōu)化組爐方法與人工方法目標(biāo)函數(shù)結(jié)果比較示意圖， 圖12為本發(fā)明所開發(fā)的優(yōu)化組爐系統(tǒng)數(shù)據(jù)下載界面， 圖13為本發(fā)明所開發(fā)的優(yōu)化組爐系統(tǒng)初始信息輸入界面， 圖14為本發(fā)明所開發(fā)的優(yōu)化組爐系統(tǒng)結(jié)果數(shù)據(jù)界面， 圖15為本發(fā)明所開發(fā)的優(yōu)化組爐系統(tǒng)人工調(diào)整界面， 圖16為本發(fā)明所開發(fā)的優(yōu)化組爐系統(tǒng)評價界面。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明系統(tǒng)的實(shí)施需要如下裝置至少一臺PC機(jī)；至少一個電纜接口或光纜接口或電話專線接口；至少一臺路由器。這些設(shè)備放在編制熱軋計(jì)劃的物流室或計(jì)劃室。由這些設(shè)備組成一個小型局域網(wǎng)后連接到企業(yè)ERP系統(tǒng)中。在PC機(jī)中安裝本發(fā)明的系統(tǒng)，并通過網(wǎng)絡(luò)、路由器連接到罩式機(jī)組的生產(chǎn)自動控制系統(tǒng)的前端。該軟件以Windows操作系統(tǒng)為支撐平臺，首先安裝Microsoft SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，然后安裝本發(fā)明系統(tǒng)，設(shè)置初始化信息配置端口，安裝結(jié)束。
本發(fā)明系統(tǒng)按以下步驟操作 (1)用戶啟動罩式爐優(yōu)化組爐系統(tǒng)后，首先輸入用戶名和密碼，若用戶為非法用戶則不能進(jìn)入優(yōu)化組爐系統(tǒng)；若用戶為合法的用戶，則可以順利進(jìn)入優(yōu)化組爐系統(tǒng)。
(2)用戶利用自己的工號和密碼進(jìn)入企業(yè)ERP系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)觸發(fā)畫面，執(zhí)行罩式爐待排板卷信息生成的功能模塊。此時企業(yè)ERP系統(tǒng)會在指定IP地址的FTP服務(wù)器中的指定目錄下生成該數(shù)據(jù)文件(以文本文件的形式存儲)。
(3)用戶在優(yōu)化組爐系統(tǒng)中進(jìn)入數(shù)據(jù)下載界面，執(zhí)行罩式爐機(jī)組前庫板卷信息的下載。下載的板卷信息字段包括狀態(tài)，板卷號，厚度，寬度，重量，出鋼記號，牌號，材料組別，補(bǔ)充號，外徑，退火曲線，交貨期，合同號，分選度。板卷信息的下載是利用FTP命令從指定的FTP服務(wù)器中下載以文本文件的形式存儲的數(shù)據(jù)文件到本機(jī)中，然后利用SQL語句把文本文件中的板坯信息讀入到SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)表中。下載成功后的板卷信息將顯示在系統(tǒng)的下載界面中(圖12)。
(4)數(shù)據(jù)下載完成后，用戶需要輸入每類罩式爐計(jì)劃的容量、混搭設(shè)置及預(yù)留板卷等信息(圖13)。輸入計(jì)劃信息后，執(zhí)行組爐方案的自動生成功能(基于本發(fā)明所提出的罩式爐優(yōu)化組爐模型及罩式爐優(yōu)化組爐方法)。
(5)對于系統(tǒng)自動生成的組爐結(jié)果(即算法得到的組爐方案)，用戶可以通過評價功能與人工組爐結(jié)果進(jìn)行對比并查看目標(biāo)函數(shù)的各項(xiàng)懲罰值，如果對結(jié)果不滿意，則用戶可以在圖形編輯器中對結(jié)果進(jìn)行修改(包括板卷的刪除、添加、替換等)，直到滿意為止；在用戶每次修改的過程中系統(tǒng)都會對當(dāng)前的結(jié)果進(jìn)行違規(guī)檢查。如果對結(jié)果滿意，則執(zhí)行組爐方案的上傳，將其上傳到企業(yè)ERP系統(tǒng)中。上傳到企業(yè)ERP系統(tǒng)的組爐結(jié)果(以爐號順序排列，每個爐號包括其中的板卷號)同樣是先以文本文件形式存儲在本機(jī)的指定目錄上，然后通過FTP命令將其以指定的文件名上傳到企業(yè)ERP系統(tǒng)指定的FTP服務(wù)器的指定目錄中，然后再由此FTP服務(wù)器將結(jié)果上傳到企業(yè)的ERP系統(tǒng)(圖14-26)。
(6)企業(yè)ERP系統(tǒng)根據(jù)得到的組爐方案(以爐號順序排列，每個爐號包括其中的板卷號)從相關(guān)的數(shù)據(jù)表中取出對應(yīng)的數(shù)據(jù)形成企業(yè)ERP系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)組爐計(jì)劃，最后下發(fā)到生產(chǎn)自動執(zhí)行系統(tǒng)中執(zhí)行最后的組爐方案。
實(shí)施例 例一該實(shí)施例針對20個板卷及3臺罩式退火爐進(jìn)行裝爐組合，其中板卷號是唯一標(biāo)識板卷索引項(xiàng)，根據(jù)工藝要求進(jìn)行裝爐組合，每爐最多裝4個板卷。
具體操作步驟如下 第一步用戶啟動罩式爐優(yōu)化組爐系統(tǒng)后，首先輸入用戶名和密碼，若用戶為非法用戶則不能進(jìn)入優(yōu)化組爐系統(tǒng)；若用戶為合法的用戶，則可以順利進(jìn)入優(yōu)化組爐系統(tǒng)。
第二步用戶利用自己的工號和密碼進(jìn)入企業(yè)ERP系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)觸發(fā)畫面，執(zhí)行罩式爐待排板卷信息生成的功能模塊。此時企業(yè)ERP系統(tǒng)會在指定IP地址的FTP服務(wù)器中的指定目錄下生成該數(shù)據(jù)文件(以文本文件的形式存儲)。
第三步用戶在優(yōu)化組爐系統(tǒng)中進(jìn)入數(shù)據(jù)下載界面，執(zhí)行罩式爐機(jī)組前庫板卷信息的下載。下載的板卷信息字段包括狀態(tài)，板卷號，厚度，寬度，重量，出鋼記號，牌號，材料組別，補(bǔ)充號，外徑，退火曲線，交貨期，合同號，分選度。板卷信息的下載是利用FTP命令從指定的FTP服務(wù)器中下載以文本文件的形式存儲的數(shù)據(jù)文件到本機(jī)中，然后利用SQL語句把文本文件中的板卷信息讀入到SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)表中。下載成功后的板卷信息將顯示在系統(tǒng)的下載界面中。
第四步對罩式爐組爐模型進(jìn)行如下參數(shù)設(shè)置 1.板卷i的優(yōu)先級懲罰費(fèi)用Pi Pi為板卷優(yōu)先級懲罰，主要考慮以下5個優(yōu)先項(xiàng)因素 (1)P1i1表示交貨期優(yōu)先級懲罰交貨期指的是該板卷的生產(chǎn)合同確定的最后的發(fā)貨時間，任何產(chǎn)品都是以銷售為目的，是否能夠按期交貨關(guān)系到廠家的誠信，這個指標(biāo)自然就是最重要的。
其中，A表示編制計(jì)劃時的當(dāng)前日期與交貨期的時間間隔，A的三個取值區(qū)間為交貨期優(yōu)先項(xiàng)的實(shí)際運(yùn)行工藝參數(shù)。
(2)P1i2表示材料組別/分選度優(yōu)先級懲罰。材料組別指的是材料的加工路徑，材料組別為“25”、“2C”的板卷有集批代碼需要集批加工，屬于第二優(yōu)先級；分選度指的是材料表面的處理程度，分選度為“4”的板卷為O5板需要集批加工，所以同樣屬于第二優(yōu)先級。
其中，SF表示需要進(jìn)行集批加工的板卷集合，Normal為普通板卷。
(3)P1i3表示板卷的特殊性優(yōu)先級懲罰。因?yàn)楹穸刃∮?.65mm的薄料在生產(chǎn)上有一定的局限性，所以為了防止出現(xiàn)大量薄料積壓在庫中的情況，應(yīng)該優(yōu)先考慮薄料盡量使得薄料排進(jìn)計(jì)劃。同理，一些擁有特殊出鋼記號和特殊退火曲線的板卷，由于量比較少，很難找到與之搭配的板卷，所以一旦發(fā)現(xiàn)這類板卷能夠排進(jìn)計(jì)劃，就要優(yōu)先考慮。
其中，Curvi表示第i個板卷的退火曲線，Spec_C＝{11，12，13，34，35，36，66，67，68}表示特殊退火曲線的集合，Marki表示第i個板卷的出鋼記號，Spec_M＝{″DQ0240D1″，″IP1240D1″，″DU3340D1″，″DT3141D1″，″DT3480D1″，″DU3541D1″}表示特殊出鋼記號的集合，Thicki表示第i個板卷的厚度，當(dāng)板卷厚度小于等于Low_Th時，板卷為薄料，Normal為普通板卷。
(4)P1i4表示合同完整性優(yōu)先級。集配周期指的是同一合同內(nèi)的板卷，從第一個板卷完成全部工序等待發(fā)貨的時間起，到最后一個板卷完成所有工序等待發(fā)貨的時間結(jié)束，這段時間稱為集配周期。同一合同內(nèi)的不同板卷往往在某一時刻不在同一工序上，這就導(dǎo)致有些板卷先完成所有工序在庫等待其他板卷完成所有工序后一起交貨，這樣會給庫存帶來壓力，因此我們考慮合同的完整性和工序欠量，把它作為第四優(yōu)先級。
其中，Peri表示板卷i的準(zhǔn)發(fā)通過量，Up_Per表示合同準(zhǔn)發(fā)通過量的上限，Wi表示板卷i的重量，Lossi表示板卷i的工序欠量，Normal表示普通板卷。
(5)P1ij5表示板卷的在庫時間優(yōu)先級懲罰。在庫時間指的是板卷到達(dá)罩式爐前庫的時間與當(dāng)前編排計(jì)劃時間的時間間隔，應(yīng)盡量縮小這個時間間隔，防止板卷在罩式爐前庫堆積，給其帶來壓力，所以把材料在庫時間作為第五優(yōu)先級。
其中，di表示第i個板卷的在庫時間，D表示板卷在庫時間容忍上限。
將板卷的各個優(yōu)先項(xiàng)所對應(yīng)的懲罰值按照由小到大的順序排列并組成優(yōu)先項(xiàng)序列，用Pi(t)表示第i個板卷的優(yōu)先項(xiàng)序列中第t個優(yōu)先項(xiàng)的懲罰值，t小于等于總的優(yōu)先項(xiàng)的個數(shù)。如果簡單的把各個優(yōu)先級項(xiàng)的值加起來，優(yōu)先級懲罰值將變得很大，而且當(dāng)優(yōu)先級項(xiàng)越多時，本應(yīng)該優(yōu)先的板卷反而變得不優(yōu)先了，因此為了避免這種情況并反映實(shí)際組爐時板卷的重要性，本發(fā)明中引入了一個打折系數(shù)β及調(diào)整因子α，此時 Pi＝f(5)；f(t)＝f(t-1)β+αPi(t)；f(1)＝Pi(1)。
通過上述設(shè)置得到板卷優(yōu)先級懲罰費(fèi)用如下 2.板卷i與罩式爐j之間的匹配度懲罰 設(shè)C1ij為板卷i與罩式爐j之間的匹配度懲罰，它主要涉及到板卷的重要性(即板卷的優(yōu)先級懲罰)及板卷與罩式爐的退火曲線匹配度和規(guī)格匹配度； C1ij＝Pi+P2ij P2ij為罩式爐與板卷之間的匹配度懲罰，考慮因素主要包括板卷與罩式爐的退火曲線匹配度及規(guī)格匹配度。
f(coili，j)表示應(yīng)用板卷與爐子匹配判據(jù)判斷，板卷i與爐子j是否匹配，若匹配返回值為1，否則為0. 3.同一爐內(nèi)的板卷i與k的匹配費(fèi)用C2ik，主要包括一下三個因素 (1)C2ik1-板卷i和k之間的退火曲線懲罰費(fèi)用系數(shù)，退火曲線是實(shí)際生產(chǎn)中罩式爐的控制溫度(實(shí)測溫度)與時間的函數(shù)，正是退火過程的量的體現(xiàn)，是板卷退火加熱過程的依據(jù)。將退火曲線相近的板卷放在同一爐內(nèi)進(jìn)行加工可以更好的保證罩式爐板卷的退火質(zhì)量及降低能源損耗，退火曲線懲罰費(fèi)用系數(shù)定義如下 其中，Curvi、Curvk分別表示第i個板卷和第k個板卷的退火曲線，f(Curvi)和f(Curvk)分別表示第i個板卷及第k個板卷退火曲線的所屬類型。
(2)C2ik2-板卷i和k的厚度之間的厚度懲罰費(fèi)用系數(shù)，由于薄的板卷需要悶爐，而厚的板卷不需要，因此在裝爐時盡量將薄板卷及厚板卷分開裝爐，這樣可以保證板卷的退火質(zhì)量有效防止過燒及欠燒的情況。厚度懲罰費(fèi)用系數(shù)定義如下 其中，Ti及Tk分別表示板卷i及板卷k的厚度，f(Ti)及f(Tk)分別表示板卷i及板卷k的厚度類型。
(3)C2ik3-板卷i和板卷k的前工序差異懲罰費(fèi)用系數(shù)，在進(jìn)行退火生產(chǎn)時，經(jīng)脫脂的板卷表面光滑，而未脫脂的板卷表面有雜質(zhì)，在同一爐內(nèi)加熱時雜質(zhì)有可能會附著到干凈的板卷上，這樣會導(dǎo)致板卷出現(xiàn)碳化邊的情況。此參數(shù)就是盡量保證將以脫脂及未脫脂的板卷分開，減少碳化邊情況的發(fā)生，減少損耗。前工序差異懲罰費(fèi)用系數(shù)定義如下 其中，pi和pk分別表示板卷i和板卷k的前道工序序號。
第五步根據(jù)上述設(shè)置的參數(shù)及罩式爐組爐模型，應(yīng)用罩式爐優(yōu)化組爐方法進(jìn)行求解 Step1另集合S＝{所有未排板卷}，并另k＝0，j＝0。任選一爐子HH大爐，根據(jù)板卷與罩式爐匹配判據(jù)，選出可以與該爐子匹配的板卷，并將板卷按照優(yōu)先級懲罰升序排列，優(yōu)先級相同的按照重量降序排列，得如下數(shù)據(jù) Step2選定板卷序列中第一個未標(biāo)記的板卷放在爐中即8號板卷； Step3選定S中下一個未被標(biāo)記的板卷，應(yīng)用板卷間匹配判據(jù)判斷，如果能與已選板卷組成一爐，則將該板卷裝入爐中，標(biāo)記該板卷；若不能組成一爐，選擇下一個未標(biāo)記板卷判斷。當(dāng)前計(jì)劃板卷數(shù)等于4時，重復(fù)Step 3；否則，轉(zhuǎn)到Step 4；通過此步驟得到放在HH大爐中的初始組爐方案為如下 Step 4判斷是否還有空閑爐子，若有則轉(zhuǎn)到Step 2，否則轉(zhuǎn)到Step 5；通過以上步驟得初始可行組爐計(jì)劃圖下 Step5設(shè)F＝{F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3}為得到的3個裝爐組合，S＝{所有未排板卷}，將F、S及所設(shè)置的參數(shù)輸入到罩式爐組羅過程描述模型中計(jì)算當(dāng)前目標(biāo)函數(shù)值Z＝936.749。設(shè)當(dāng)前最好解為FBest，對應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值為ZBest，另FBest＝F、ZBest＝Z，轉(zhuǎn)到Step6。
Step6對F及S搜索已排未排板卷兩兩交換鄰域(即已排板卷與未排板卷一對一交換)，記錄鄰域不在禁忌表中的最好解F’，更新當(dāng)前組爐結(jié)果集合F、剩余板卷集合S及禁忌表。如果Z’＜ZBest，則另FBest＝F’。經(jīng)搜索得板卷號為4的板卷與板卷號為7的板卷交換后能夠獲得不在禁忌表中的最好解，當(dāng)前組爐目標(biāo)函數(shù)Z’＝917.721。
Step7若最好解FBest被更新或未被更新迭代次數(shù)小于設(shè)定值，則重復(fù)Step6，否則，對集合F及S搜索未排板卷已排板卷二換一鄰域(即一個已排板卷與兩個未排板卷交換，目的是顯著提高裝爐量)，在鄰域中選取不在禁忌表中的最好解F’，更新當(dāng)前組爐結(jié)果集合F、未排板卷集合S及禁忌表。如果Z’＜ZBest，則另FBest＝F’。此處，連續(xù)5代未被更新，則搜索未排板卷已排板卷二換以鄰域，已排板卷板卷3與兩個未排板卷11及16交換后能夠得到不在禁忌表中的最好解，當(dāng)前組爐目標(biāo)函數(shù)Z’＝897.802。
Step8如果連續(xù)若干代最好解沒有被更新，則對F及S進(jìn)行變深度交換鏈鄰域搜索，記錄搜索到的鄰域最好解F’，更新當(dāng)前組爐結(jié)果集合F及未排板卷結(jié)合S，如果F’＜FBest，則另FBest＝F’。此處連續(xù)5代沒有被更新，則搜索變深度交換鏈鄰域，板卷12與板卷7交換能夠得到改進(jìn)解，當(dāng)前組爐目標(biāo)函數(shù)Z’＝861.914。
Step9判斷是滿足終止條件，如果滿足，則終止程序輸出結(jié)果FBest，否則，轉(zhuǎn)到Step6，直至滿足終止條件。
最后得到最終裝爐組合方案為 第六步對于系統(tǒng)自動生成的組爐結(jié)果(即算法得到的結(jié)果)，用戶可以通過評價功能與人工組爐進(jìn)行對比并查看目標(biāo)函數(shù)的各項(xiàng)懲罰值，如果對結(jié)果不滿意，則用戶可以在圖形編輯器中對結(jié)果進(jìn)行修改(包括板卷的刪除、添加、替換等)，直到滿意為止；在用戶每次修改的過程中系統(tǒng)都會對當(dāng)前的結(jié)果進(jìn)行違規(guī)檢查。如果對結(jié)果滿意，則執(zhí)行組爐方案的上傳，將其上傳到企業(yè)ERP系統(tǒng)中。上傳到企業(yè)ERP系統(tǒng)的組爐結(jié)果(以爐號順序排列，每個爐號包括其中的板卷號)同樣是先以文本文件形式存儲在本機(jī)的指定目錄上，然后通過FTP命令將其以指定的文件名上傳到企業(yè)ERP系統(tǒng)指定的FTP服務(wù)器的指定目錄中，然后再由此FTP服務(wù)器將結(jié)果上傳到企業(yè)的ERP系統(tǒng)。
第七步企業(yè)ERP系統(tǒng)根據(jù)得到的組爐方案(以爐號順序排列，每個爐號包括其中的板卷號)從相關(guān)的數(shù)據(jù)表中取出對應(yīng)的數(shù)據(jù)形成企業(yè)ERP系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)組爐計(jì)劃，最后下發(fā)到生產(chǎn)自動執(zhí)行系統(tǒng)中執(zhí)行最后的組爐方案。
結(jié)果評價數(shù)據(jù) 例二采用鋼廠罩式爐機(jī)組實(shí)際編排數(shù)據(jù)作為具體實(shí)施對象，本實(shí)施例中共對139個板卷及26臺罩式爐進(jìn)行裝爐組合。
操作步驟同實(shí)施例一，參數(shù)設(shè)置見下表 其他參數(shù)設(shè)置及求解過程同實(shí)施例一。得如下結(jié)果評價數(shù)據(jù)
權(quán)利要求
1、一種冷軋罩式退火爐機(jī)組優(yōu)化組爐方法，其特征在于滿足生產(chǎn)約束條件下，建立了優(yōu)化組爐模型，優(yōu)化組爐方法包括以下步驟
(1)根據(jù)實(shí)際工藝運(yùn)行參數(shù)，對等待退火的板卷進(jìn)行優(yōu)先級設(shè)置；
(2)預(yù)組爐，板卷按照優(yōu)先級懲罰值升序排列，優(yōu)先級懲罰值相同的板卷按照重量降序排列，根據(jù)板卷與爐子匹配判據(jù)，將優(yōu)先級最小的板卷放入爐中，然后根據(jù)板卷間匹配判據(jù)依次從剩余板卷中選取能夠與爐中已有板卷組成一爐的板卷，將其放入爐中，當(dāng)高度達(dá)到罩式爐的最大高度時，自動形成一個組爐方案，然后反復(fù)此步驟，形成罩式退火爐初始可行組爐方案；
(3)對初始可行組爐方案進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)優(yōu)化組爐模型中的目標(biāo)函數(shù)，應(yīng)用改進(jìn)策略對初始可行組爐方案進(jìn)行調(diào)整；
(4)得到優(yōu)化組爐方案，由罩式爐機(jī)組的生產(chǎn)自動控制系統(tǒng)執(zhí)行最后所得到的優(yōu)化組爐方案。
2、按照權(quán)利要求1所述的一種冷軋罩式退火爐機(jī)組優(yōu)化組爐方法，其特征在于所述的板卷的優(yōu)先級，優(yōu)先項(xiàng)包括板卷的交貨期、板卷的集批生產(chǎn)、板卷的特殊性、板卷的合同完整性及板卷的在庫時間，將優(yōu)先級量化為優(yōu)先級懲罰值Pi，優(yōu)先級越高，則優(yōu)先級懲罰值Pi越小，分別用Pij1、Pij2、Pij3、Pij4和Pij5表示板卷的各個優(yōu)先項(xiàng)所對應(yīng)的懲罰值，并將其按照由小到大的順序排列并組成優(yōu)先項(xiàng)序列，用P1(t)表示第i個板卷的優(yōu)先項(xiàng)序列中第t個優(yōu)先項(xiàng)的懲罰值，t小于等于總的優(yōu)先項(xiàng)的個數(shù)，打折系數(shù)β及調(diào)整因子α，此時
Pi＝f(5)；
f(t)＝f(t-1)β+αPi(t)；
f(1)＝Pi(1)。
3、按照權(quán)利要求1所述的一種冷軋罩式退火爐機(jī)組優(yōu)化組爐方法，其特征在于步驟(2)中所述的板卷間的匹配判據(jù)指如果兩個板卷的退火曲線相同或形狀相似，兩個板卷厚度均屬于同一類型薄料或厚料，且板卷的表面光潔度相同，則兩個板卷可以放在同一爐子中。
4、按照權(quán)利要求1所述的一種冷軋罩式退火爐機(jī)組優(yōu)化組爐方法，其特征在于步驟(2)中所述的板卷與爐子匹配判據(jù)指如果爐子可以按照某一板卷的退火曲線進(jìn)行退火，且該板卷的外徑小于爐子的外徑，則判定該板卷與爐子相匹配。
5、按照權(quán)利要求1所述的一種冷軋罩式退火爐機(jī)組優(yōu)化組爐方法，其特征在于步驟(3)中所述的優(yōu)化組爐模型，描述為
約束條件
Zj≥0，j＝1，...，P(5)
Xij∈{0，1}，i＝1，...，N；j＝1，...，P(6)
目標(biāo)函數(shù)(1)中的
表示板卷與罩式爐的匹配費(fèi)用，用來保證板卷與罩式爐的匹配質(zhì)量；
表示罩式爐剩余容量總和的懲罰費(fèi)用，用來保證罩式爐的利用率；
表示對未被選中板卷的懲罰費(fèi)用，用來保證總的裝爐量能夠達(dá)到最大水平；
表示的是板卷之間的匹配費(fèi)用，用來保證被放在同一爐內(nèi)的板卷匹配的質(zhì)量；
模型的約束條件
約束(2)表示一個板卷最多只能安排在一個爐子內(nèi)；約束(3)表示以第j個垛的板卷總重量不能超過爐子的最大承載重量；約束(4)表示第j個垛的板卷的總高度不能超過爐子的最大高度；約束(5)表示爐次的剩余容量不能為負(fù)，約束(6)表示決策變量的取值范圍；
決策變量
模型參數(shù)
1)Zj-第j個爐次的剩余容量；
2)N-編爐次的板卷數(shù)；
3)P-爐次數(shù)，P＝NNHB+NNHS+NHHB+NHHS；
4)Tj-第j個爐次的爐容量；
5)pj-第j個爐次剩余容量的附加費(fèi)用系數(shù)；
6)gi-第i個板卷的重量；
7)hi-第i個板卷的高度；
8)fi-第i個板卷的未被選中所引起的附加費(fèi)用系數(shù)；
9)Hj-第j個爐子的最大承載高度；
10)C1ij-板卷i與罩式爐j的匹配費(fèi)用；
11)C2ik-被放在同一爐內(nèi)的板卷i與k的匹配費(fèi)用。
6、按照權(quán)利要求1所述的一種冷軋罩式退火爐機(jī)組優(yōu)化組爐方法，其特征在于步驟(3)中所述的對初始可行組爐方案進(jìn)行調(diào)整，是構(gòu)造改進(jìn)鄰域，配合變鄰域、變深度搜索策略對初始可行組爐方案進(jìn)行改進(jìn)，四種搜索鄰域分別為；已排板卷兩兩交換鄰域，即將分配給不同爐子的兩個板卷進(jìn)行交換；未排已排板卷二換一鄰域，即將一個已排板卷從所屬爐子中移出，并將兩個未排板卷放入；未排已排板卷一對一交換鄰域，即將一個已排板卷從所屬爐子中移出，并放入一個未排板卷；變深度混合交換鏈鄰域，將所有未排板卷按照裝爐規(guī)則裝入虛擬爐子中，并向每個實(shí)際爐子中添加一個虛擬板卷，這樣便將所有板卷均裝入爐子中，再此基礎(chǔ)上進(jìn)行交換操作，即將屬于不同爐子的兩個板卷進(jìn)行一對一交換，經(jīng)過若干次交換后，便形成了一個混合交換鏈，當(dāng)交換次數(shù)不確定時，此鄰域稱為變深度混合交換鏈鄰域。
7、按照權(quán)利要求1所述的一種冷軋罩式退火爐機(jī)組優(yōu)化組爐方法，其特征在于所述的搜索策略，在對初始可行組爐方案進(jìn)行調(diào)整時，搜索過程被分為三個階段，首先采用該鄰域搜索，采用所有鄰域移動中目標(biāo)函數(shù)改進(jìn)最大的解作為當(dāng)前解，接下來采用已排未排一對一交換鄰域繼續(xù)向裝爐量增加的方向搜索，同樣采用目標(biāo)函數(shù)改進(jìn)最大的解作為當(dāng)前解，如果這兩種鄰域均無法改進(jìn)目標(biāo)，那么采用已排板卷一對一交換鄰域，當(dāng)前解的選取方式同上，當(dāng)連續(xù)搜索多次后結(jié)果仍沒有改進(jìn)，則搜索變深度混合交換鏈鄰域。
8、一種如權(quán)利要求1所述的一種冷軋罩式退火爐機(jī)組優(yōu)化組爐方法采用的系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括以下功能模塊授權(quán)用戶登錄模塊、原始數(shù)據(jù)下載模塊、原始數(shù)據(jù)管理模塊、組爐信息錄入模塊、靜態(tài)參數(shù)維護(hù)模塊、組爐方案自動生成模塊、組爐方案顯示模塊、組爐方案修改模塊、組爐方案評價模塊、組爐方案違規(guī)檢查模塊、組爐方案結(jié)果上傳模塊、系統(tǒng)配置模塊，各模塊功能如下
1)授權(quán)用戶登錄模塊
只對經(jīng)過授權(quán)的計(jì)劃員開放，輸入用戶名和密碼，并被驗(yàn)證正確后才可進(jìn)入系統(tǒng)；
2)原始數(shù)據(jù)下載模塊
將所下載的數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫內(nèi)，數(shù)據(jù)項(xiàng)主要包括狀態(tài)，板卷號，厚度，寬度，重量，出鋼記號，牌號，材料組別，補(bǔ)充號，外徑，退火曲線，交貨期，合同號，分選度；
3)原始數(shù)據(jù)管理模塊
對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行管理增加、刪除、修改或者按照板卷的某項(xiàng)屬性對板卷進(jìn)行排序，但是對普通用戶不開放增加、刪除和修改權(quán)限；
4)組爐信息錄入模塊
用戶可以在此模塊中輸入包括組爐規(guī)模、預(yù)留板卷信息及板卷混搭信息在內(nèi)的組爐方案編制參數(shù)，罩式爐組爐方案種類分為四種氮?dú)浯鬆t組爐方案、氮?dú)湫t組爐方案、全氫大爐組爐方案及全氫小爐組爐方案，組爐規(guī)模即為所需編排每種組爐方案的數(shù)量，分別表示為NNHB、NNHS、NHHB及NHHS，預(yù)留板卷就是指在編排計(jì)劃的時候，某些板卷不參與當(dāng)前的組爐方案的編制；
5)靜態(tài)參數(shù)維護(hù)模塊
此模塊包括費(fèi)用懲罰表及數(shù)據(jù)篩選條件配置兩個部分，其中費(fèi)用懲罰表包括對目標(biāo)函數(shù)各項(xiàng)的權(quán)重、板卷各項(xiàng)優(yōu)先級懲罰以及板卷間搭配懲罰，其中數(shù)據(jù)篩選條件配置包括脫脂條件、交貨期選項(xiàng)及優(yōu)先級選項(xiàng)三個部分；
6)組爐方案自動生成模塊
該模塊主要包括兩個子模塊組爐過程描述子模塊及優(yōu)化組爐子模塊，優(yōu)化組爐模型及罩式爐優(yōu)化組爐方法分別被嵌入到組爐過程描述子模塊和優(yōu)化組爐子模塊中，在生成組爐計(jì)劃時，系統(tǒng)首先將原始數(shù)據(jù)下載模塊中下載的實(shí)時生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息傳遞到組爐過程描述子模塊中，并應(yīng)用優(yōu)化組爐子模塊進(jìn)行求解；
7)組爐方案顯示模塊
對于生成的組爐方案，界面上半部分為二維圖形形式顯示的結(jié)果畫面，界面下半部分是其對應(yīng)數(shù)據(jù)的表格，用戶可以在四種組爐方案和未排板卷模式間切換，獲得組爐方案中的板卷和未排進(jìn)組爐方案的板卷信息；
8)組爐方案修改模塊
該模塊可以在顯示模塊的圖形結(jié)果中進(jìn)行編輯，移動板卷或者將板卷在已排板卷模式和未排板卷模式間移動；
9)組爐方案評價模塊
當(dāng)組爐方案生成后，該模塊可以給出算法自動編排的組爐結(jié)果和手工編排的組爐結(jié)果在給定目標(biāo)函數(shù)下的對比值及各項(xiàng)目標(biāo)函數(shù)值；
10)組爐方案違規(guī)檢查模塊
對于每一個結(jié)果，系統(tǒng)會自動根據(jù)組爐計(jì)劃規(guī)程對其進(jìn)行違規(guī)檢查，如果出現(xiàn)違規(guī)則會顯示出違規(guī)信息；
11)組爐方案上傳模塊
當(dāng)用戶對組爐方案滿意時，可以將結(jié)果上傳至企業(yè)ERP系統(tǒng)；
12)系統(tǒng)配置模塊
用戶可以對系統(tǒng)進(jìn)行配置計(jì)算參數(shù)、服務(wù)器，計(jì)算參數(shù)包括目標(biāo)函數(shù)權(quán)重和懲罰值；服務(wù)器配置主要是服務(wù)器的地址、端口、用戶名和密碼。
全文摘要
一種冷軋罩式退火爐機(jī)組優(yōu)化組爐方法及系統(tǒng)，屬于鋼鐵材料加工信息技術(shù)領(lǐng)域，包括以下步驟(1)根據(jù)實(shí)際工藝運(yùn)行參數(shù)，對等待退火的板卷進(jìn)行優(yōu)先級設(shè)置；(2)預(yù)組爐，板卷按照優(yōu)先級懲罰值升序排列，根據(jù)板卷與爐子匹配判據(jù)，將優(yōu)先級最小的板卷放入爐中，然后根據(jù)板卷間匹配判據(jù)依次從剩余板卷中選取能夠與爐中已有板卷組成一爐的板卷，當(dāng)高度達(dá)到罩式爐的最大高度時，形成一個組爐方案，重復(fù)此步驟直至達(dá)到需要的組爐規(guī)模；(3)對初始可行組爐方案進(jìn)行調(diào)整；(4)應(yīng)用所開發(fā)系統(tǒng)，將得到的優(yōu)化組爐方案上傳至制造執(zhí)行系統(tǒng)并執(zhí)行。本發(fā)明提高了罩式爐機(jī)組的產(chǎn)能，提高了板卷的退火質(zhì)量，有效降低了氫氣、氮?dú)?、水、煤、電等能源的損耗。
文檔編號G05B19/418GK101344780SQ200810012088
公開日2009年1月14日 申請日期2008年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月30日
發(fā)明者唐立新, 盈 孟, 呂亞娜 申請人:東北大學(xué)