炼钢车间生产与检修计划一体化时序控制系统与方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及冶金自动化技术领域，尤其涉及一种炼钢车间生产与检修计划一体化 时序控制系统与方法。
【背景技术】
[0002] 炼钢车间是钢铁企业生产流程中的重要生产环节。主要包含炼钢、精炼和连铸三 大工序。炼钢车间的时序控制即编制炼钢、精炼和连铸三大环节的一体化时序作业计划。合 理地控制生产流程时序节奏，充分发挥设备的生产能力，以实现钢铁企业节能增效是提升 企业竞争力的有效途径。
[0003] 炼钢车间的作业计划主要包括生产计划和检修计划。生产计划即生产任务，从调 度人员的角度讲，可以细化到每个班次需要完成的浇次计划集合。浇次计划是指在同一连 铸机上进行连续浇铸的炉次计划的集合。炉次计划是炼钢的最小基本单位，一个炉次是指 同时在一个电弧炉或转炉内冶炼，从开始冶炼到浇铸为止的整个过程。检修计划即对生产 设备进行的日常保养维修计划，随着设备使用年限的增加，检修需求往往呈增长趋势，比如 转炉，先期不用进行补炉，但随着炉龄的增加到一定值后，视炉况需要合理安排补炉，而补 炉维护往往耗时较长，对生产调度的时序节奏控制影响较大。因此，对检修计划进行时序调 度是炼钢车间作业时序调度不可或缺的一部分。
[0004] 根据"木桶理论"，炼钢车间的作业计划时序控制问题，本质上是在瓶颈工序上合 理控制作业计划时序，这样其他处理能力相对富余的工序的时序节奏便可迎刃而解。越是 瓶颈工序上的设备，使用率越高，因此设备损耗越严重，需要检修的概率更大。所以炼钢车 间的生产调度不能仅仅处理炉次的时序调度问题，应该将检修计划和炉次计划一同考虑。 目前已有的研究和专利，对生产计划的时序控制进行了较为深入的研究，而未能将检修计 划和生产计划同时进行时序优化，直接导致其实用性大大降低。目前国内钢铁企业的炼钢 车间作业时序控制仍然以人工调度为主，调度人员既要考虑合理安排当前班次的所有生产 任务，又要安排各种检修计划时序，导致炼钢作业计划时序控制是一项非常繁琐且技术性 要求较高的工作。同时炼钢车间生产和检修计划约束条件多，工艺线路上设备选择方式多 样，单靠人工方法很难统筹全局，缺乏合理性和科学性，不能在完成作业计划的基础上实现 节能降耗的控制，造成热能的损失及成本增加，尤其是在作业计划任务较重时，甚至很难编 制出作业计划时序以组织生产。因此迫切需要能处理炼钢车间作业时序控制的一套方法和 系统，以提高作业时序控制的水平。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种炼钢车间生产与 检修计划一体化时序控制系统。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：炼钢车间生产与检修计划一体化时 序控制系统，包括：
[0007] 系统设置模块，用于各种工艺相关的参数设置；包括：
[0008] 车间配置设置子模块，用于设置炼钢车间中的生产工序名称、工序的编码，以及各 个工序中配置的处理设备数量。
[0009] 钢种设置子模块，用于设置当前炼钢车间生产的钢种大类以及各个大类下的具体 钢种信息；钢种大类信息包括钢种大类序号、钢种大类编码和钢种大类描述；具体钢种信 息包括钢种序号、钢种牌号、所属大类号；
[0010] 处理时间设置子模块，用于设置各个钢种大类的钢种在每个工序上的处理时间， 包括工序编号，钢种大类序号，处理时间；
[0011] 运输时间设置子模块，用于设置车间当前工序到达下一工序所需花费的时间；
[0012] 缓冲时间设置子模块，用于设置各个工序前允许等待的最大时间；
[0013] 调整时间设置子模块，用于设置连铸机断浇后到重新可用需要花费的时间；
[0014] 优化设置模块，用于优化周期设置和算法参数设置；所述优化周期是指生产与检 修计划需要在该周期时间内完成；所述算法参数包括种群大小、最大迭代代数、交叉率、变 异概率，目标函数中的权重系数；
[0015] 时序计划模块，包括生产计划设置子模块、检修计划设置子模块和时序计划编制 子模块；其中
[0016] 生产计划设置子模块，用于设置系统需要进行时序控制的生产任务，即需要生产 的浇次集合，浇次信息包括：浇次序号、连铸机序号、钢种牌号和炉数；
[0017] 检修计划设置子模块，用于设置检修计划；检修计划信息包括：检修计划序号、检 修设备编号、设备所在工序、预计检修时长；
[0018] 时序计划编制子模块，用于使用遗传算法求解时序控制结果。
[0019] 时序计划编制子模块基于炼钢车间生产与检修计划时序控制数学模型，通过智能 优化算法进行优化求解，得出时序控制结果，该模块提供启动优化计算和时序控制结果显 示的人机接口。
[0020] 按上述方案，所述时序计划编制子模块使用遗传算法求解时序控制结果具体为：
[0021] 1)以炼钢车间的生产任务中的各个浇次的开始时刻和各个检修计划的开始时刻 作为决策变量，建立如下的目标函数：
[0022]
【主权项】
1. 一种炼钢车间生产与检修计划一体化时序控制系统，其特征在于，包括： 系统设置模块，用于各种工艺相关的参数设置；包括： 车间配置设置子模块，用于设置炼钢车间中的生产工序名称、工序的编码，以及各个工 序中配置的处理设备数量。 钢种设置子模块，用于设置当前炼钢车间生产的钢种大类以及各个大类下的具体钢种 信息；钢种大类信息包括钢种大类序号、钢种大类编码和钢种大类描述；具体钢种信息包 括钢种序号、钢种牌号、所属大类号； 处理时间设置子模块，用于设置各个钢种大类的钢种在每个工序上的处理时间，包括 工序编号，钢种大类序号，处理时间； 运输时间设置子模块，用于设置车间当前工序到达下一工序所需花费的时间； 缓冲时间设置子模块，用于设置各个工序前允许等待的最大时间； 调整时间设置子模块，用于设置连铸机断浇后到重新可用需要花费的时间； 优化设置模块，用于优化周期设置和算法参数设置；所述优化周期是指生产与检修计 划需要在该周期时间内完成；所述算法参数包括种群大小、最大迭代代数、交叉率、变异概 率，目标函数中的权重系数； 时序计划模块，包括生产计划设置子模块、检修计划设置子模块和时序计划编制子模 块；其中 生产计划设置子模块，用于设置系统需要进行时序控制的生产任务，即需要生产的浇 次集合，浇次信息包括：浇次序号、连铸机序号、钢种牌号和炉数； 检修计划设置子模块，用于设置检修计划；检修计划信息包括：检修计划序号、检修设 备编号、设备所在工序、预计检修时长； 时序计划编制子模块，用于使用遗传算法求解时序控制结果。
2. 根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述时序计划编制子模块使用遗传 算法求解时序控制结果具体为： 1) 以炼钢车间的生产任务中的各个浇次的开始时刻和各个检修计划的开始时刻作为 决策变量，建立如下的目标函数：
其中X=(Xpx2,. . .xm)为各个烧次的开始时刻组成向量，Y= (y^y2,. . .，yn)为各 个检修计划的开始时刻组成的向量；P为炼钢车间的工序集合，Dp(pGP)为工序上的加 工设备的集合，H为炉次的集合，J为检修计划的集合;Wl，w2,w3表示权重系数，公式右侧的
?表示各个炉次在每一个工序前的等待时间之和，
表示检修计划的开始时刻 与其所在设备上安排的前一个炉次的结束时刻之差的和，
表示各个工序上的 各个设备上分配的所有炉次和安排的检修计划的时间冲突之和； 2) 采用车间调度中广泛使用的启发规则，确定各个炉次在各个工序上开始时刻，以及 各个炉次在各个工序上的加工设备；建立决策向量X，Y与各个炉次在各个工序上的开始时 刻和使用的设备之间的关系； 3)使用遗传算法求解决策向量X，Y使目标函数f(X，Y)取最大值。
3. 根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述步骤2)中建立决策向量X，Y与 各个炉次在各个工序上的开始时刻和使用的设备之间的关系具体过程如下： 2. 1)以浇次的开始时刻向量X= (Xl，x2,...xm)，根据连铸生产工艺中浇次内的各个炉 次连续浇铸的特点，通过开浇时刻^计算该浇次1内的各个炉次在连铸机上的开始浇铸时 亥IJ，然后依次计算浇次2内的各个炉次在连铸机上的开始浇铸时刻，直至完成所有浇次内 的炉次开始时刻计算； 2. 2)根据公式sthj-pthn-ttj^p，依次计算各个炉次在连铸工序前的各个工 序上的开始时刻，其中^_表示炉次h在工序p上的开始时刻，pt 表示炉次h在工序 P-1上的处理时间，〖、^表示工序p-1到下一工序p所需的运输时间； 2. 3)对各个工序上的所有炉次计划按照开始时刻升序排列，然后依次按照最早可用设 备规则、设备使用率均衡规则和最小设备序号规则确定各个炉次的使用的加工设备；计算 设备最早可用时刻的过程为：将设备上已经分配的炉次计划和指定的检修计划添加设备任 务集合，按照开始时刻升序排列，然后通过依次计算设备任务集合中的任务前后的间隔，若 该间隔大于所需分配的炉次的处理时间，则对于所遇分配的炉次，该设备的最早可用时刻 为上述间隔的开始时刻。 2. 4)通过步骤2. 1)2. 2)2. 3)处理后，各设备上分配到炉次计划和设定的检修计划，之 间可能