[发明专利]基于等待时间松弛的冲突消解方法及优化调度方法

权利要求书

1.基于等待时间松弛的冲突消解方法，其特征在于：给定各浇次的开浇时间向量，按如下步骤实现：

步骤100、初始化：将所有炉次在转炉工序的开始时刻按时间升序排列，且设置各个炉次在缓冲工序的等待时间初始值均为0，得到开始时刻序列；

步骤200、从上述开始时刻序列的末尾开始，以最后一个数据对应的炉次为当前炉次；

步骤300、沿着开始时刻序列向前追溯，找到与当前炉次对应的紧前炉次的开始时刻；

步骤400、判断当前炉次与紧前炉次在转炉工序是否发生设备冲突，若无冲突，则转步骤600，否则计算设备冲突时间，并继续下一步骤；

步骤500、查看紧前炉次在转炉工序后的缓冲工序已分配的等待时间，计算等待时间裕量，通过迭代松弛调整紧前炉次在这些缓冲工序的等待时间来消解设备冲突；

步骤600、在开始时刻序列中以当前炉次开始时刻的前一个数据对应的炉次作为新的当前炉次，并判断该数据是否是开始时刻序列中的第N(k_l)+1个数据，若是，则结束循环，并记录各个炉次在等待工序的等待时间，否则转步骤300；

其中N(k_l)为转炉工序包含的设备数量。

2.根据权利要求1所述的基于等待时间松弛的冲突消解方法，其特征在于：所述的步骤500具体包括：

步骤501、计算在转炉工序后第1个缓冲工序的第一等待时间裕量，若设备冲突时间小于等于该裕量值，则继续下一步骤，否则转步骤504；

步骤502、重新设置紧前炉次在第1个缓冲工序的等待时间，通过此处的等待消解设备冲突；

步骤503、将紧前炉次在转炉工序和第1个缓冲工序之间工序的开始时刻提前，并转步骤507；

步骤504、计算在转炉工序后第2个缓冲工序的第二等待时间裕量，若设备冲突时间小于等于第一等待时间裕量与第二等待时间裕量之和，则继续下一步，否则记录不能通过两个缓冲工序的等待时间松弛而消解的设备冲突时长，结束；

步骤505、重新设置紧前炉次在第1个和第2个缓冲工序的等待时间，通过两个缓冲工序的等待消解设备冲突；

步骤506、将紧前炉次在转炉工序和第2个缓冲工序之间工序的开始时刻有区别地提前；

步骤507、调整提前后的紧前炉次的开始时刻在开始时刻序列中的位置，以维持开始时刻序列的升序次序；

步骤508、判断紧前炉次的开始时刻在开始时刻序列中的位置是否变化，若是，则转步骤300，否则转步骤600。

3.一种炼钢连铸生产工艺的优化调度方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、建立优化调度模型：

minf1minf2minf3---(1)]]>

s.t.x(i,j+1,K)＝x(i,j,K)+t_p(i,j,K),

i∈Θ,j∈Φ_i,j＝1,…,J_i-1；             (2)

x(i,j,k+1)≥x(i,j,k)+t_p(i,j,k)+t_t(i,j,k),

i∈Θ,j∈Φ_i,k∈Ψ,k≤K-1；          (3)

x(i,j,k)≥x(i^,j^,k)+tp(i^,j^,k),∀y(i^,j^,k)=y(i,j,k),]]>

i,i^∈Θ,j,j^∈Φi,k∈Ψ,k≤K-1;---(4)]]>

y(i,j,k)≠0,∀tp(i,j,k)≠0,i∈Θ,j∈Φi,k∈Ψ;---(5)]]>

0≤tw(i,j,k)≤twmax(kr),k=kr;---(6)]]>

0≤tw(i,j,k)≤twmax(kc),k=kc;---(7)]]>

f1=Tconfcan′t(kl)=Σi=1IΣj=1Gitconfcan′t(i,j,kl)]]>

其中，f₂＝makespan＝max(x(i,j,K)+t_p(i,j,K))-min(x(i,j,1))

f3=Σi=1IΣj=1Gi(tw(i,j,kr)+tw(i,j,kc));]]>

式中各标号的含义为：

i为浇次编号，共有I个浇次，i＝1,2,…,I；j为炉次编号，第i个浇次中包含的炉次数为J_i，即j＝1,2,…,J_i；k为工序编号，共有K道工序，定义脱硫工序编号为k＝1，连铸工序编号为k＝K；定义k_l、k_r和k_c分别为转炉、真空精炼和连铸工序的编号；

(i,j,k)为下标或变量的组合，用于唯一标识第i个浇次中的第j个炉次在第k道工序的处理操作；为下标或变量的组合，用于唯一标识与第i个浇次中的第j个炉次在第k道工序使用同一设备的紧前炉次的处理操作，它对应第个浇次中的第个炉次；对连铸工序而言，(i^,j^,K)=(i,j-1,K)∀j∈[2,Ji];]]>

x(i,j,k)为第i个浇次中的第j个炉次在工序k的开始时刻；为第i个浇次中的第j个炉次在工序k的紧前炉次的开始时刻；t_w(i,j,k)为第i个浇次中的第j个炉次在工序k的等待时间，前面已经明确，只在真空和连铸工序处理开始前设置等待时间，特别地，定义在真空精炼和连铸工序的等待时间分别为t_w(i,j,k_r)和t_w(i,j,k_c)；

为炉次在第1个可等待工序的等待时间上限；为炉次在第2个可等待工序的等待时间上限；第1个可等待工序为真空精炼工序；第2个可等待工序为连铸工序；

t_p(i,j,k)为第i个浇次中的第j个炉次在工序k的处理时间；t_t(i,j,k)为第i个浇次中的第j个炉次在工序k和后工序之间的运输时间；

Θ为全部浇次的集合，满足Θ＝{i|i∈[1,I]}；Φ_i为第i个浇次中的炉次集合，满足Φ_i＝{j|j∈[1,J_i]}；Ψ为全部处理工序的集合，满足Ψ＝{k|k∈[1,K]}；

为所有炉次在转炉工序不能消解的冲突时长之和；

在优化调度模型中，式(1)为目标函数集，其中：

f₁表示所有炉次不能通过等待时间松弛而消解的转炉工序设备冲突时长之和；

f₂表示完工时间，为最后一道工序的最晚完成时刻与第一道工序的最早开始时刻x(i,j,1)之差，最后一道工序的最晚完成时刻即开始时刻x(i,j,K)与处理时刻t_p(i,j,K)之和；

f₃表示所有炉次在两个缓冲工序的等待时间之和；

式(2)～式(5)是炼钢-连铸生产调度计划时必须满足的约束，其中：式(2)表示连浇约束，x(i,j,K)和x(i,j+1,K)分别为第i个浇次中相邻的两个炉次在连铸工序的开浇时刻，t_p(i,j,K)为其中前一个炉次的浇注时间；式(3)表示同一炉次的相邻工序之间，后一工序需在前一工序处理完毕才能开始，还需考虑相邻工序间的运输时间，x(i,j,k)和x(i,j,k+1)分别为炉次在相邻工序的开始时刻；式(4)表示同一工序中使用同一设备的相邻炉次，需等到紧前炉次处理完毕才能下一炉次，y(i,j,k)和分别为给这一对相邻炉次分配的设备序号；式(5)表示需将炉次的每一个处理时间不为0的工序分配到相应工序的某台设备上加工；

式(6)～式(7)表示等待时间约束，每个炉次在两个可等待工序环节的等待时间均不能超过对应的上限设定值；

S2、求解各浇次的开浇时间向量：

S201、采用自然数编码方式，染色体由浇次的开浇时间向量构成；

S202、将f₁作为染色体适应度，同时计算每条染色体的f₂和f₃，染色体的构成如下：

[x(1,1,K) x(2,1,K) … x(I,1,K) f₃ f₂ f₁]

在上面的染色体构成中，x(1,1,K)、x(2,1,K)和x(I,1,K)等分别为第1至I个浇次中第1个炉次在连铸工序的开浇时刻，也即是浇次1至I的开浇时刻；

S203、构造一个具有若干条染色体的初始种群，染色体的数量根据需要设定；

S204、保存当前代种群中的最优个体，若当前代种群中有使适应度为0的染色体，或者达到预先设置的最大进化代数，则终止计算；

S205、进行选择、交叉和变异操作，并转步骤S204；

S3、将S2获得的开浇时间向量作为给定的各浇次的开浇时间向量，按照权利要求1或2所述的基于等待时间松弛的冲突消解方法消解冲突。