[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

说明书

技术领域

本发明应用于炼钢-连铸生产工艺，具体为一种基于等待时间松弛的冲突消解方法及优化调度方法。

背景技术

炼钢-连铸生产过程是现代钢铁联合企业生产流程中的核心环节，在该生产过程中，来自高炉的铁水首先经转炉或电炉冶炼转化为高温钢水，然后经过精炼炉进行精炼以满足钢水的化学成分和温度要求，最后送到连铸机浇铸成不同规格的板坯或方坯。炼钢-连铸生产过程生产效率的提高对整个钢铁企业有重要影响，而制定合理的生产调度计划，是保证炼钢-连铸生产过程高效率运行的关键。

以数学规划的视角来看，炼钢连铸生产过程是一个多段生产、多段运输、多段存储的离散和连续相混杂的大型高温生产过程，加上生产过程的离散性、随机性、多目标和多约束性等特点，使该生产过程本身就具有相当程度的复杂性。此外，近年来，国内多数钢铁企业都正在进行或者已经完成了钢铁产品的结构调整及产能升级，使原本不大的企业动辄上升至千万吨级的规模，前几年新建和新规划的钢铁基地，如首钢曹妃甸、宝钢湛江和武钢防城港的规模都基本达到或超过千万吨产能的量级。钢企规模的扩大进一步加大了炼钢-连铸生产调度的难度。因而，如何设计可行、优化的工艺流程方案和生产调度计划，保证各个工艺环节(如脱硫、转炉、精炼和连铸等)的整体匹配和协调，实现生产物流畅通、高效，一直是摆在国内外工程技术人员和研究学者们面前的技术难题。

炼钢-连铸生产工艺流程方案或调度计划可以分为两类：一类是生产批量计划，另一类是生产时间计划。生产批量计划是以客户合同数据为原始数据，根据工艺限制条件将不同的合同需求进行最佳组合而生成的，包括炉次计划和浇次计划。生产时间计划是在生产批量计划的基础上，以炉次为最小计划单位，在追求某一评价函数(如最小等待时间、最小提前拖期费用、最小总流程时间)最佳的情况下的一类特殊的job-shop排序问题，其最终结果是确定以何种顺序，在何时、何种设备上安排钢水从炼钢炉到连铸机的生产过程的各个工序。本发明主要实现以生产批量计划为输入形成生产时间计划，并基于等待时间松弛方法消解常规方法处理不了的设备冲突，特别是在繁忙和复杂的生产工艺流程中。

已申请的专利(公开号“CN101303588A”，一种炼钢-连铸炉次批量计划自动编制方法及系统)根据客户需求的钢材产品的特性，构建了描述炉次批量计划问题的数学模型，提出了一类近似动态规划和局域搜索的混合智能优化算法获取模型的优化解，并将其转化为优化生产的炉次批量计划，由此提高了计划编制的水平和质量，也大大缩短了计划编制的时间，但这都是针对生产批量计划的，对于生产时间计划的编制方法，该专利没有提及。

专利(公开号“CN101770615A”，基于混合智能优化算法的炼钢-连铸生产作业计划与实时调度优化方法与系统)根据生产批量计划，由混合智能优化算法制定出生产作业计划和初始调度方案，虽然该专利在摘要中述及“在生成生产作业计划和调度方案时，考虑了设备及炉次之间可能的冲突”，并且在说明书第6页(总页码第9页)[0072]～[0076]段落中指明了可选工位集上的预定规则包括设备冲突最小规则([0074]段落)等，即选择炉次在工位上的开始时间与各工位的最早可用时间的冲突最小的工位，但是这种规则并不能保证不发生设备冲突，如果发生设备冲突，应如何消解冲突呢？该专利则没有提及。

文献(郑忠，朱道飞，高小强.混合流程作业计划编制的时间并行倒推算法[J].计算机集成制造系统，2008,14(4):749～756.)针对上述设备冲突情况，提出了基于规则的冲突消解方法，其核心思想是根据作业时间统计规律及随机性，在时间分布的合理范围内，通过调整当前任务或其紧后任务发生或持续的时间来消解冲突。这种方法利用了作业时间分布的统计学特性，虽然理论上可行，实际应用中则存在如下弊端：其一，对于成熟的转炉炼钢厂而言，以转炉冶炼工序为例，单炉钢水的吹炼时间一般严格控制在28分钟以内(不包含辅助时间约10分钟)，如果利用以上基于规则的冲突消解方法，为消解设备冲突，将转炉冶炼工序的处理时间人为地缩短或延长，都将是不可行的，因为缩短处理时间会导致钢水冶炼无法保质按时完成，延长则会削减转炉的有效工作时间，影响转炉生产效率的发挥，进而影响整个转炉炼钢厂的效率和效益；其二，当通过调整任务的发生或持续时间还无法消解冲突时，需要重新设置流程系统的末尾工序上工位的开始加工时间，这样做，归根结底还是一种“试凑”的方法，缺乏明确的目标作为指引，不仅增加了计算工作量，消解设备冲突的成功率也得不到保证。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于等待时间松弛的冲突消解方法及优化调度方法，提高转炉炼钢厂生产效率。