一种用于轧辊热处理过程的能耗控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及能耗控制技术领域，尤其是涉及一种用于轧辊热处理过程的能耗控制 方法。
【背景技术】
[0002] 轧辊生产工艺流程工序繁多且工艺复杂，是一个大规模、高耗能的加工过程，主要 由造型、干燥、冶炼、绕铸、热处理、粗加工、精加工等诸多传统工艺组成。在轧辊工艺整个生 产流程中，热处理工序处于突出重要的地位。一方面，因为热处理的加工周期长，生产一个 批次的轧辊有时需要一个月左右的热处理时间，而像造型、冶炼、绕铸工序只需要一两天的 时间，所以在生产计划与调度的编排上，热处理工序与造型、冶炼和浇铸等工序相比灵活性 较差。另一方面，随着企业的生产订单不断增加，造成热处理工艺中机器数量相对减少，生 产能力减弱，使得热处理过程成为整个生产工艺流程的瓶颈。最后，乳辊热处理炉属于高耗 能设备，在整个工艺流程中能耗较高，具有很高的优化空间。全球变暖、能源价格上涨以及 人们生态意识的提高已经把降低能耗推上了议事日程，对于工业企业而言，将能耗因素集 成到生产管理中已十分必要。因此，在轧辊热处理过程中，对资源进行优化配置，提高设备 的利用率，将能耗因素集成到生产管理中成为轧辊生产企业的迫切需求。
[0003] 经过对现有技术的文献检索发现，乳辊热处理优化调度方面的相关文献和研宄成 果仍然比较少，且都集中在针对降低生产性能指标或能耗的单一目标优化调度方面。在宋 纪伟博士论文"轧辊热处理过程中更若干调度问题的启发式算法研宄"中，提出了几种启发 式算法用以轧辊热处理调度，对于一种生产性能指标最大完工时间进行优化，充分有效地 利用已有生产资源，降低了生产最大完工时间。而在李小林硕士论文"以能源节约为目标的 轧辊热处理过程中若干调度优化方法研宄"中，以最小化最大整体能源消耗量为目标函数。 考虑了在轧辊批次确定条件下的批次指派和加热炉调度问题，并根据加热炉容积和功率都 不同的特点，提出了两种启发式算法，对不同规模问题以及加热炉可用时间变化问题的实 验结果进行了比较与分析，其优点是考虑不同情况下能耗的优化，体现了系统全面性的思 想。
[0004] 但已有相关研宄中没有考虑优化一种指标对另外其它指标的影响，缺少对降低能 耗和生产性能的协同优化方法。本发明为优化轧辊企业的资源配置提供了理论支持和有效 方法，对于降低轧辊行业的生产成本、提高资源利用率、降低单位产值的能耗，具有十分重 要的理论意义和实际应用价值。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于轧辊热处 理过程的能耗控制方法，可以有效在生产指标要求下降低生产能耗，提高轧辊热处理过程 的经济效益。
[0006] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007] -种用于轧辊热处理过程的能耗控制方法，该方法包括以下步骤：
[0008] 1)根据轧辊热处理实际生产数据获得生产约束和求解目标，并引入能耗约束，建 立整数规划线性模型；
[0009] 2)采用混合遗传优化算法对所述整数规划线性模型进行求解；
[0010] 3)根据求解结果对轧辊热处理过程进行协同优化控制，进而控制轧辊热处理过程 的能耗。
[0011] 所述求解目标包括所有工件的最大完工时间最小。
[0012] 所述混合遗传优化算法是指通过粒子与个体极值和群体极值的交叉以及粒子自 身变异的方式来搜索最优解，并引入局部搜索，获得最终的最优解。
[0013] 所述步骤2)具体为：
[0014] 201)将所有工件按照FFLPT规则进行组批，采用实数编码方式对每个工件进行编 码，获得工件编码数组，该数组的索引值从1开始，该数组的大小为工件个数，所述索引值 代表工件号，相应位置的元素表示对应工件被分配到的批次号；
[0015] 202)设置能耗上限值E_，根据生产约束和和能耗约束初始化种群信息chrome， 并设置最大迭代次数MAXGEN，并初始化较优解集S〇luti〇nbest为空。
[0016] 203)计算适应度值Fit并更新个体最优个体Pbest和全体最优个体Gbest，其中Fit =1/Cmax，Cmax所有工件的最大完工时间；
[0017] 204)将chrome中的个体Solution与Pbest进行交叉操作；
[0018] 205)比较Solution和步骤204)中交叉得到的个体的适应度值，选择较优个体 Solutionpbest更新chrome，然后将Solutionpbest与Gbest进行交叉操作；
[0019] 206)比较Solutionpbest和步骤205)中交叉得到的个体的适应度值，选择较优个体 Solutiongbest更新chrome，然后再对Solutiongbest进行变异操作；
[0020] 207)比较Solutiongbest和步骤206)中变异得到的个体的适应度值，选择较优个 体S〇luti〇nmuiato更新chrome，然后再进行局部搜索操作，然后选择局部搜索后的较优个体 SolutionLsearch更新chrome;
[0021] 208)判断chrome中的所有个体是否全部进行步骤204)?207)，若是，则执行步 骤209)，若否，则跳转到步骤204);
[0022] 209)判断是否存在iter<MAXGEN，iter为当前迭代次数，若是，则跳转步骤 210)，若否，则跳转到步骤203);
[0023] 210)从所有解Solutionall中选出最优解集Solutionbest:将Solutionall按照能耗 从小到大进行排序，然后根据能耗的排序从小到大进行遍历，如果某个解Solutionn(J^C_ 小于上一个解Solutionlast，则将Solution-添加到Solutionbest，然后将Solution-设为 Solutionlast〇
[0024] 所述FFLPT规则具体步骤为：
[0025]a)全部工件按照工件加工时间非增排序；
[0026] b)选择未分配工件序列中的第一个工件，将该工件分配到第一个可以容纳该工件 的批中如果没有找到可以容纳该工件的批，则将该工件放入新建批中；
[0027] c)重复步骤b)中的操作，直到所有工件都被分配。
[0028]与现有技术相比，本发明在只考虑生产性能的传统轧辊热处理过程中，引入了能 耗约束，满足生产性能要求的同时，优化了能耗性能，并可以根据能耗的要求进行生产性能 优化，为轧辊热处理的节能生产提供支持，提高了经济效益。
【附图说明】
[0029] 图1为本发明的原理示意图；
[0030] 图2为工件数为20时本发明方法的求解结果示意图；
[0031] 图3为工件数为20时本发明方法的求解结果局部示意图；
[0032] 图4为工件数为50时本发明方法的求解结果示意图；
[0033] 图5为工件数为50时本发明方法的求解结果局部示意图；
[0034] 图6为工件数为100时本发明方法的求解结果示意图；
[0035] 图7为工件数为100时本发明方法的求解结果局部示意