煉鋼車間生產與檢修計劃一體化時序控制系統與方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及冶金自動化技術領域，尤其涉及一種煉鋼車間生產與檢修計劃一體化 時序控制系統與方法。
【背景技術】
[0002] 煉鋼車間是鋼鐵企業生產流程中的重要生產環節。主要包含煉鋼、精煉和連鑄三 大工序。煉鋼車間的時序控制即編制煉鋼、精煉和連鑄三大環節的一體化時序作業計劃。合 理地控制生產流程時序節奏，充分發揮設備的生產能力，以實現鋼鐵企業節能增效是提升 企業競爭力的有效途徑。
[0003] 煉鋼車間的作業計劃主要包括生產計劃和檢修計劃。生產計劃即生產任務，從調 度人員的角度講，可以細化到每個班次需要完成的澆次計劃集合。澆次計劃是指在同一連 鑄機上進行連續澆鑄的爐次計劃的集合。爐次計劃是煉鋼的最小基本單位，一個爐次是指 同時在一個電弧爐或轉爐內冶煉，從開始冶煉到澆鑄為止的整個過程。檢修計劃即對生產 設備進行的日常保養維修計劃，隨著設備使用年限的增加，檢修需求往往呈增長趨勢，比如 轉爐，先期不用進行補爐，但隨著爐齡的增加到一定值后，視爐況需要合理安排補爐，而補 爐維護往往耗時較長，對生產調度的時序節奏控制影響較大。因此，對檢修計劃進行時序調 度是煉鋼車間作業時序調度不可或缺的一部分。
[0004] 根據"木桶理論"，煉鋼車間的作業計劃時序控制問題，本質上是在瓶頸工序上合 理控制作業計劃時序，這樣其他處理能力相對富余的工序的時序節奏便可迎刃而解。越是 瓶頸工序上的設備，使用率越高，因此設備損耗越嚴重，需要檢修的概率更大。所以煉鋼車 間的生產調度不能僅僅處理爐次的時序調度問題，應該將檢修計劃和爐次計劃一同考慮。 目前已有的研究和專利，對生產計劃的時序控制進行了較為深入的研究，而未能將檢修計 劃和生產計劃同時進行時序優化，直接導致其實用性大大降低。目前國內鋼鐵企業的煉鋼 車間作業時序控制仍然以人工調度為主，調度人員既要考慮合理安排當前班次的所有生產 任務，又要安排各種檢修計劃時序，導致煉鋼作業計劃時序控制是一項非常繁瑣且技術性 要求較高的工作。同時煉鋼車間生產和檢修計劃約束條件多，工藝線路上設備選擇方式多 樣，單靠人工方法很難統籌全局，缺乏合理性和科學性，不能在完成作業計劃的基礎上實現 節能降耗的控制，造成熱能的損失及成本增加，尤其是在作業計劃任務較重時，甚至很難編 制出作業計劃時序以組織生產。因此迫切需要能處理煉鋼車間作業時序控制的一套方法和 系統，以提高作業時序控制的水平。
【發明內容】
[0005] 本發明要解決的技術問題在于針對現有技術中的缺陷，提供一種煉鋼車間生產與 檢修計劃一體化時序控制系統。
[0006] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：煉鋼車間生產與檢修計劃一體化時 序控制系統，包括：
[0007] 系統設置模塊，用于各種工藝相關的參數設置；包括：
[0008] 車間配置設置子模塊，用于設置煉鋼車間中的生產工序名稱、工序的編碼，以及各 個工序中配置的處理設備數量。
[0009] 鋼種設置子模塊，用于設置當前煉鋼車間生產的鋼種大類以及各個大類下的具體 鋼種信息；鋼種大類信息包括鋼種大類序號、鋼種大類編碼和鋼種大類描述；具體鋼種信 息包括鋼種序號、鋼種牌號、所屬大類號；
[0010] 處理時間設置子模塊，用于設置各個鋼種大類的鋼種在每個工序上的處理時間， 包括工序編號，鋼種大類序號，處理時間；
[0011] 運輸時間設置子模塊，用于設置車間當前工序到達下一工序所需花費的時間；
[0012] 緩沖時間設置子模塊，用于設置各個工序前允許等待的最大時間；
[0013] 調整時間設置子模塊，用于設置連鑄機斷澆后到重新可用需要花費的時間；
[0014] 優化設置模塊，用于優化周期設置和算法參數設置；所述優化周期是指生產與檢 修計劃需要在該周期時間內完成；所述算法參數包括種群大小、最大迭代代數、交叉率、變 異概率，目標函數中的權重系數；
[0015] 時序計劃模塊，包括生產計劃設置子模塊、檢修計劃設置子模塊和時序計劃編制 子模塊；其中
[0016] 生產計劃設置子模塊，用于設置系統需要進行時序控制的生產任務，即需要生產 的澆次集合，澆次信息包括：澆次序號、連鑄機序號、鋼種牌號和爐數；
[0017] 檢修計劃設置子模塊，用于設置檢修計劃；檢修計劃信息包括：檢修計劃序號、檢 修設備編號、設備所在工序、預計檢修時長；
[0018] 時序計劃編制子模塊，用于使用遺傳算法求解時序控制結果。
[0019] 時序計劃編制子模塊基于煉鋼車間生產與檢修計劃時序控制數學模型，通過智能 優化算法進行優化求解，得出時序控制結果，該模塊提供啟動優化計算和時序控制結果顯 示的人機接口。
[0020] 按上述方案，所述時序計劃編制子模塊使用遺傳算法求解時序控制結果具體為：
[0021] 1)以煉鋼車間的生產任務中的各個澆次的開始時刻和各個檢修計劃的開始時刻 作為決策變量，建立如下的目標函數：
[0022]
【主權項】
1. 一種煉鋼車間生產與檢修計劃一體化時序控制系統，其特征在于，包括： 系統設置模塊，用于各種工藝相關的參數設置；包括： 車間配置設置子模塊，用于設置煉鋼車間中的生產工序名稱、工序的編碼，以及各個工 序中配置的處理設備數量。 鋼種設置子模塊，用于設置當前煉鋼車間生產的鋼種大類以及各個大類下的具體鋼種 信息；鋼種大類信息包括鋼種大類序號、鋼種大類編碼和鋼種大類描述；具體鋼種信息包 括鋼種序號、鋼種牌號、所屬大類號； 處理時間設置子模塊，用于設置各個鋼種大類的鋼種在每個工序上的處理時間，包括 工序編號，鋼種大類序號，處理時間； 運輸時間設置子模塊，用于設置車間當前工序到達下一工序所需花費的時間； 緩沖時間設置子模塊，用于設置各個工序前允許等待的最大時間； 調整時間設置子模塊，用于設置連鑄機斷澆后到重新可用需要花費的時間； 優化設置模塊，用于優化周期設置和算法參數設置；所述優化周期是指生產與檢修計 劃需要在該周期時間內完成；所述算法參數包括種群大小、最大迭代代數、交叉率、變異概 率，目標函數中的權重系數； 時序計劃模塊，包括生產計劃設置子模塊、檢修計劃設置子模塊和時序計劃編制子模 塊；其中 生產計劃設置子模塊，用于設置系統需要進行時序控制的生產任務，即需要生產的澆 次集合，澆次信息包括：澆次序號、連鑄機序號、鋼種牌號和爐數； 檢修計劃設置子模塊，用于設置檢修計劃；檢修計劃信息包括：檢修計劃序號、檢修設 備編號、設備所在工序、預計檢修時長； 時序計劃編制子模塊，用于使用遺傳算法求解時序控制結果。
2. 根據權利要求1所述的控制系統，其特征在于，所述時序計劃編制子模塊使用遺傳 算法求解時序控制結果具體為： 1) 以煉鋼車間的生產任務中的各個澆次的開始時刻和各個檢修計劃的開始時刻作為 決策變量，建立如下的目標函數：
其中X=(Xpx2,. . .xm)為各個燒次的開始時刻組成向量，Y= (y^y2,. . .，yn)為各 個檢修計劃的開始時刻組成的向量；P為煉鋼車間的工序集合，Dp(pGP)為工序上的加 工設備的集合，H為爐次的集合，J為檢修計劃的集合;Wl，w2,w3表示權重系數，公式右側的
?表示各個爐次在每一個工序前的等待時間之和，
表示檢修計劃的開始時刻 與其所在設備上安排的前一個爐次的結束時刻之差的和，
表示各個工序上的 各個設備上分配的所有爐次和安排的檢修計劃的時間沖突之和； 2) 采用車間調度中廣泛使用的啟發規則，確定各個爐次在各個工序上開始時刻，以及 各個爐次在各個工序上的加工設備；建立決策向量X，Y與各個爐次在各個工序上的開始時 刻和使用的設備之間的關系； 3)使用遺傳算法求解決策向量X，Y使目標函數f(X，Y)取最大值。
3. 根據權利要求2所述的控制系統，其特征在于，所述步驟2)中建立決策向量X，Y與 各個爐次在各個工序上的開始時刻和使用的設備之間的關系具體過程如下： 2. 1)以澆次的開始時刻向量X= (Xl，x2,...xm)，根據連鑄生產工藝中澆次內的各個爐 次連續澆鑄的特點，通過開澆時刻^計算該澆次1內的各個爐次在連鑄機上的開始澆鑄時 亥IJ，然后依次計算澆次2內的各個爐次在連鑄機上的開始澆鑄時刻，直至完成所有澆次內 的爐次開始時刻計算； 2. 2)根據公式sthj-pthn-ttj^p，依次計算各個爐次在連鑄工序前的各個工 序上的開始時刻，其中^_表示爐次h在工序p上的開始時刻，pt 表示爐次h在工序 P-1上的處理時間，〖、^表示工序p-1到下一工序p所需的運輸時間； 2. 3)對各個工序上的所有爐次計劃按照開始時刻升序排列，然后依次按照最早可用設 備規則、設備使用率均衡規則和最小設備序號規則確定各個爐次的使用的加工設備；計算 設備最早可用時刻的過程為：將設備上已經分配的爐次計劃和指定的檢修計劃添加設備任 務集合，按照開始時刻升序排列，然后通過依次計算設備任務集合中的任務前后的間隔，若 該間隔大于所需分配的爐次的處理時間，則對于所遇分配的爐次，該設備的最早可用時刻 為上述間隔的開始時刻。 2. 4)通過步驟2. 1)2. 2)2. 3)處理后，各設備上分配到爐次計劃和設定的檢修計劃，之 間可能