基于等待时间松弛的冲突消解方法及优化调度方法与流程

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。

技术实现要素：
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。本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：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(kl)+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(kl)为转炉工序包含的设备数量。按上述方案，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。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：s.t.x(i,j+1,K)＝x(i,j,K)+tp(i,j,K),i∈Θ,j∈Φi,j＝1,…,Ji-1；(2)x(i,j,k+1)≥x(i,j,k)+tp(i,j,k)+tt(i,j,k),i∈Θ,j∈Φi,k∈Ψ,k≤K-1；(3)其中，f2＝makespan＝max(x(i,j,K)+tp(i,j,K))-min(x(i,j,1))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Ji，即j＝1,2,…,Ji；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kl、kr和kc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，因为同一个浇次中的多个炉次先后在同一台连铸机上浇注，所以有：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；tw(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tw(i,j,kr)和tw(i,j,kc)。为炉次在第1个可等待工序(真空精炼工序)的等待时间上限；为炉次在第2个可等待工序(连铸工序)的等待时间上限。tp(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；tt(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]}；Φi为第i个浇次中的炉次集合，满足Φi＝{j|j∈[1,Ji]}；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tp(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。设置上述目标函数集的工艺意义为：通过优化各浇次的开浇时间，并在必要时合理调整松弛各炉次在两个缓冲工序的等待时间，使总的设备冲突时长最小，完工时间最小，且总的炉次等待时间最小。优化变量为各浇次的开始时刻。式(2)～式(5)是编制常规的炼钢-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，tp(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)f3f2f1]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，按照上述基于等待时间松弛的冲突消解方法消解冲突。本发明的有益效果为：1)克服了传统方法中为消解设备冲突而人为地缩短或延长转炉冶炼工序处理时间的弊端，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，本发明中基于等待时间松弛的冲突消解方法不调整转炉冶炼工序和其他任何工序的处理时间，这点对于保持转炉炼钢厂生产的稳定性而言至关重要，也契合了成熟的转炉炼钢厂的工艺实际。2)克服了传统方法中的“试凑”特征，本发明中基于等待时间松弛的冲突消解方法通过预先指定炉次在缓冲工序的等待时间上限，调整的裕量和方向性明确，这样不仅简化了计算工作量，对比实验的结果表明，消解设备冲突的成功率也有了较大幅度的提升。3)克服了传统方法中对每组开浇时间向量执行“并行倒推”，并试图为消解每组向量下的设备冲突而存在的繁杂和往复计算，以及这种往复计算陷入“死循环”的可能性，通过求解本发明构建的多目标优化调度模型，可以在单次迭代计算中快速识别当前代中分别使设备冲突时长之和最小和最大的最优和最劣个体，同时辅以遗传算法中的“最优个体保存”原则，不仅简化了优化计算，也大大加速了算法的收敛过程。附图说明图1为当前炉次和其紧前炉次的对应关系示意图。图2为调整经提前后的紧前炉次的开始时刻在序列中的位置流程图。图3为基于等待时间松弛的冲突消解方法处理流程图。图4为应用本发明得到的优化调度结果示例图。图5为应用本发明得到的另一个优化调度结果示例图。图6为本发明中的冲突消解方法和传统方法的比对结果。具体实施方式下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。常规的转炉炼钢厂包含的工序环节有：脱硫(KR)、转炉冶炼(LD)、吹氩(Ar)、钢包炉(LF)、真空精炼(RH)和连铸(CC)等。满足如下工艺前提条件：1)不同钢种对应着不同的工艺处理路径，会依次经过上述全部或部分工序环节，如KR→LD→Ar→CC、KR→LD→LF→RH→CC等，但工艺路径上不存在回环，即不会两次通过同一工序，回炉和改钢的情况不在此处考虑范畴之内。2)钢水在转炉炼钢厂的时间分为下面几类：工序的处理时间(包含辅助时间)，相邻工序间的运输时间，以及工序前的等待时间。在本发明中，不考虑前两类时间的柔性，而只有最后一类“工序前的等待时间”根据需要可调整。3)为满足连铸机的连浇要求，同时结合炼钢-连铸生产工艺的实际情况，允许钢水在转炉冶炼完成至连铸机浇注开始之前可以等待一段时间，但必须满足最大等待时间约束或相邻工序间的最大间隔时间约束。4)根据从国内某典型转炉炼钢厂调研的情况来看，整个炼钢生产流程中柔性可调的时间主要是下面两段：①从转炉处理完到真空开始处理的时间间隔不超过例如25min；②从真空(若不经过真空，则指连铸的上一道工序)处理完到连铸机开浇的时间间隔不超过例如30min。注意，两种情况下都要包含钢水在工序间的运输时间。另外，这里的25min和30min仅仅是一个示例，可以结合实际设置成任意的时间长度。5)将上述柔性可调的时间具体到真空和连铸工序前的等待时间，通过松弛这两处的等待时间来消解可能发生的设备冲突。转炉炼钢厂包含的所有工序中，虽然每个工序都可能在编制生产计划时发生设备冲突，但是转炉冶炼工序一般是全厂生产能力的瓶颈所在，在该工序发生冲突的可能性最大，消解该工序冲突最困难，方法也最复杂。基于此，下面以转炉冶炼工序为例阐释基于等待时间松弛的冲突消解方法的基本思路。对于每组给定的浇次开浇时间向量，根据“并行倒推算法”(该算法参见文献(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.))，可推知各个炉次在转炉工序的开始时刻x(i,j,kl)，将所有炉次在转炉工序的开始时刻按时间升序排列。定义与第i个浇次的第j个炉次安排在同一座转炉设备上，且加工处理顺序在其之前的炉次为紧前炉次，紧前炉次的开始时刻为若假定各个浇次在转炉工序上的处理时间相等，为tp(i,j,kl)，则每个炉次和其紧前炉次在转炉工序上的处理时间必须满足下面的条件，才不致发生设备冲突，下面从已经排好序的所有炉次在转炉工序的开始时刻组成的序列的末尾开始，以最后一个炉次为当前炉次，计算当前炉次和其紧前炉次开始时刻之间的间隔，紧前炉次的开始时刻需沿序列向前追溯，为当前炉次开始时刻之前第N(kl)个数据，其中，N(kl)为转炉工序包含的设备数量。以图1为例说明。如图1所示，若定义炉次m为当前炉次，其开始时刻为x(i,j,kl)，则在转炉数量为3座的前提下，其紧前炉次为m-3，紧前炉次的开始时刻为若二者之间的间隔小于tp(i,j,kl)，则定义：其中，tconf(i,j,kl)为当前炉次与其紧前炉次发生设备冲突的时长，为消除此冲突，需提前紧前炉次的开始时刻。因为转炉后续工序的开始时刻已经先于转炉工序倒推得到，所以需在转炉后的可等待环节设置等待时间。因为除了部分高品质钢之外，并不是所有钢种的工艺路线中都包含第1个可等待环节(即真空精炼工序)，所以下面按紧前炉次是否经过真空精炼工序分为两种情形来描述。情形1：经过真空精炼工序查看紧前炉次在转炉工序后的第1个可等待环节已经分配的等待时间若小于则说明此处的等待尚未达上限，还有可用于消解转炉工序设备冲突的时间裕量。即：若则令其中，为松弛调整后紧前炉次在真空精炼工序的等待时间。此时，若紧前炉次在转炉工序和真空精炼工序之间还有其他工序，则需将其他工序和转炉工序的开始时刻一并提前，即：其中，和分别为松弛调整前后第i个浇次的第j个炉次在工序k的开始时刻。若则还需查看紧前炉次在转炉工序后的第2个可等待环节已分配的等待时间与第1个可等待环节的处理逻辑类似，若则令其中，和分别为松弛调整后紧前炉次在真空精炼工序和连铸工序的等待时间。值得注意的是，若在本次松弛调整中，紧前炉次在真空精炼和连铸工序的等待时间均有改变，则需要将其在转炉和连铸工序之间的其他工序的开始时刻同转炉工序一并提前，提前的算法为：其中，和的含义参考上文。若两个可等待环节的时间裕量之和小于冲突时长，则记录此时不能消解的设备冲突时长为满足：情形2：不经过真空精炼工序由于紧前炉次不经过第1个可等待环节，显然在该工序可用于消解转炉工序设备冲突的时间裕量为0，需查看紧前炉次在转炉工序后的第2个可等待环节已分配的等待时间处理逻辑也与情形1类似。若则令其中，为松弛调整后紧前炉次在连铸工序的等待时间。除了调整紧前炉次在连铸工序的等待时间，还需将其在转炉和连铸工序之间的所有其他工序的开始时刻提前，算法如下：其中，和的含义参考上文。若则记录此时不能消解的设备冲突时长为满足：前已述及，在设备冲突时长能通过缓冲工序的等待消解的情况下，需将紧前炉次在转炉工序的开始时刻提前。此外，可能还需要调整紧前炉次的开始时刻在整个开始时刻序列中的位置，以维持该序列的升序规律。排序调整的流程如图2所示，包括如下步骤：1)比较提前后的紧前炉次在转炉工序的开始时刻和序列中紧前炉次的前一个炉次的开始时刻的先后顺序，值较小的对应发生在前；2)若紧前炉次的开始时刻小于其前一个炉次的开始时刻，则交换紧前炉次和其前一个炉次在序列中的先后顺序。步骤1)和2)还需迭代进行，直至所有炉次的开始时刻序列保持升序排列。若经重新排序后紧前炉次开始时刻的位置发生了变化，则需要以当前炉次开始时刻之前第N(kl)个数据作为紧前炉次的开始时刻，再次执行上面的处理流程。当前炉次处理完毕，则沿开始时刻序列向前移动，以当前炉次的前一个数据作为新的当前炉次开始时刻，循环执行上述处理流程，直至序列的N(kl)+1个数据终止循环操作。最后，检查所有炉次，确定是否有不能通过等待而消解的设备冲突，若有，则说明该方法不能消解所有由给定开浇时间向量倒推得出的转炉工序的设备冲突。此时，定义所有炉次在转炉工序不能消解的冲突时长之和为满足：上式中，Ji为浇次i中包含的炉次数，I为浇次数量。若所有的设备冲突都能消解，则说明该方法是有效的，此时，需记录各个炉次在可等待环节的等待时间。基于上述理论，本实施例提供的基于等待时间松弛的冲突消解方法，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500具体包括：步骤501、计算在转炉工序后第1个缓冲工序(即真空精炼)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(包含)和第1个缓冲工序(不包含)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(连铸)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(包含)和第2个缓冲工序(不包含)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。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(kl)+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(kl)为转炉工序包含的设备数量。上述基于等待时间松弛的冲突消解方法都是在给定各浇次的开浇时间向量下应用的。为了得到合适的开浇时间向量，需要建立相应的优化调度模型并求解得到，因此本发明提供一种炼钢连铸生产工艺的优化调度方法，它包括以下步骤：S1、建立优化调度模型：s.t.x(i,j+1,K)＝x(i,j,K)+tp(i,j,K),i∈Θ,j∈Φi,j＝1,…,Ji-1；(2)x(i,j,k+1)≥x(i,j,k)+tp(i,j,k)+tt(i,j,k),i∈Θ,j∈Φi,k∈Ψ,k≤K-1；(3)其中，f2＝makespan＝max(x(i,j,K)+tp(i,j,K))-min(x(i,j,1))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Ji，即j＝1,2,…,Ji；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kl、kr和kc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，因为同一个浇次中的多个炉次先后在同一台连铸机上浇注，所以有：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；tw(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tw(i,j,kr)和tw(i,j,kc)。为炉次在第1个可等待工序(真空精炼工序)的等待时间上限；为炉次在第2个可等待工序(连铸工序)的等待时间上限。tp(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；tt(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]}；Φi为第i个浇次中的炉次集合，满足Φi＝{j|j∈[1,Ji]}；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tp(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。设置上述目标函数集的工艺意义为：通过优化各浇次的开浇时间，并在必要时合理调整松弛各炉次在两个缓冲工序的等待时间，使总的设备冲突时长最小，完工时间最小，且总的炉次等待时间最小。优化变量为各浇次的开始时刻。式(2)～式(5)是编制常规的炼钢-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，tp(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：具体求解时采用遗传算法迭代计算寻优。由于遗传算法作为常规的智能算法，其中基本的选择、交叉和变异操作等已被人们熟知，所以下面只述及与染色体构成和适应度确定等相关的关键环节。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)f3f2f1]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，一般取200以上，本实施例选300条；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，按照上述基于等待时间松弛的冲突消解方法消解冲突。在实际求解时，发现只要初始种群的规模设置得当，甚至不需要进行遗传算法的选择、交叉和变异操作，在初始种群中就已经包含多条使适应度为0的染色体。只需在这些染色体中依次选择使完工时间f2最小和总等待时间f3最小的就可以了。但需要说明的是，这种不经过遗传和变异操作，直接在初始种群中找到可行解的方法具有不确定性，当种群规模调整得足够大，仍没有出现使适应度为0的染色体时，应停止增大种群规模，而借助遗传操作来寻优。本发明中的方法和模型能较好地满足繁忙和复杂工况下优化调度方案制定的需求，对计划排程和生产组织起到较好的指导作用，最终达到提高转炉炼钢厂生产效率的目的。本发明的实施例为一个大型钢铁企业的转炉炼钢厂。该炼钢厂有3个脱硫站、3座转炉、3个吹氩站、2个RH真空精炼炉，以及4台连铸机。转炉的炉容为70吨，单座转炉的日生产能力为90炉左右。由于该转炉炉容相对其他新建转炉较小，生产组织较为灵活，所以承担了钢铁企业内几乎所有的高规格和小批量订货合同，以及多个新钢种的试制工作；另外，由于该炼钢厂的转炉和连铸机数量不相等，传统的“炉机匹配”法则在此不适用，协调转炉和连铸机比较困难。正因为上述两点原因，导致该炼钢厂对计划排程和生产组织的要求较高。发明人选择了这样一个有代表性的转炉炼钢厂，来验证本发明的有效性。以该炼钢厂2012年2月13日白班(8小时工作制)的生产计划为例，当班计划中总炉数达到31炉，钢种数量为6种，是为典型的多品种小批量合同生产，因而对排程的要求较高。具体的生产计划如下表1所示。表1生产计划示例具体地，各钢种的工艺路径和各工序的处理时间如下表2所示。表中，工序处理时间的单位为分钟，若某钢种在具体工序上没有数值，则说明其不经过该工序。表2钢种的工艺路径和各工序处理时间通过应用本发明提出的基于等待时间松弛的冲突消解方法及优化调度模型与算法，得到的优化调度结果如图4所示。其中，真空精炼和连铸工序前的等待时间上限均设置为15分钟。图4中，很多炉次在真空精炼和连铸工序的处理时间方块的左上方都有一个小矩形，这就代表炉次在这些工序前的等待时间优化值，小矩形的宽度对应等待时间的长度。图5是上述算例的另一个优化调度结果。图4和图5对应的优化调度结果从调度模型的目标函数集来看是无差别的，两者的f1均为0，也就是设备冲突完全被消解，无冲突，完工时间f2均为519分钟，在缓冲工序的等待时间之和f3均为90分钟。可以看到，两者的差别有两点：其一，第5个浇次的第2个炉次(图中代号5.2)和第6个浇次的第5个炉次(图中代号6.5)在转炉工序设备指派的差别；其二，各炉次在缓冲工序前的等待时间差别。为了验证本发明中的冲突消解方法有效性，我们共做了三组实验，每组内的实验次数分别为30、40和50次，以传统方法与本发明中的基于等待时间松弛的冲突消解方法作对比，分别记录应用两种不同的方法能得到无设备冲突的调度结果的次数。三组实验的比对结果如图6所示，可以看出，应用本发明的冲突消解方法完全消解设备冲突的次数明显高于传统方法。以上实施例仅用于说明本发明的计算思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。