提高钢铁企业材料利用率的热轧多产线板坯匹配控制方法

提高钢铁企业材料利用率的热轧多产线板坯匹配控制方法
【专利摘要】一种提高钢铁企业材料利用率的热轧多产线板坯匹配控制方法，包括：对板坯和合同进行分组得到板坯合同组；依据板坯-合同规格匹配判据，判断每个板坯合同组内板坯与合同的待匹配关系；定量化描述板坯匹配问题；将无委托板坯匹配给合同；定量化描述板坯匹配调整问题；对所有板坯与合同的匹配关系进行调整，形成最终的板坯匹配方案并下发至多热轧产线执行，完成热轧多产线板坯匹配。本发明提高了无委托板坯的利用率，同时减少重复炼钢造成的大量的能源浪费，减少了原料的消耗，降低余材量及库存量，针对板坯与合同匹配关系的调整问题，使板坯与现有合同能够优化匹配，有效的提高合同的完整性，减少余材量及板坯切损量，保证紧急合同按时交货。
【专利说明】提高钢铁企业材料利用率的热轧多产线板坯匹配控制方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及自动化【技术领域】，具体涉及一种提高钢铁企业材料利用率的热轧多产 线板坯匹配控制方法。

【背景技术】
[0002] 钢铁工业作为基础原材料产业，对整个国民经济的发展具有非常重要的战略意 义。在当今竞争高度激烈的市场环境下，钢铁产品市场逐步从过去单一批量需求转变方式 为多样、小批量的需求方式。然而，这种需求方式的转变给钢铁企业的生产组织带来诸多困 难和挑战，板坯生产需要在满足合同的多样化需求的前提下，尽量减少资源浪费，降低生产 成本。
[0003] 炼钢转炉和电炉属于高能耗的大型设备，启动和运行成本非常高，炼钢是制约钢 铁总体产能的瓶颈工序，所以在生产过程中必须充分发挥产能。而钢铁企业为了在市场竞 争中获得优势，需要满足市场多样化的要求，从而导致中间合同（热轧板坯）或最终合同 (如热轧带钢）的需求在钢级、规格、物理特性、交货期等诸因素之间存在一定多样性差别。 而这些差异直接影响炼钢的组炉，即炉次的合同组合。随着钢铁市场合同趋于多品种、小批 量，同一炉次计划内的板坯总量往往低于生产所要求的最低生产量，这导致了大量无委托 板坯的产生。此外，当客户订单取消时，如果合同已经投产也会产生无委托板坯。无委托板 坯指没有客户合同的板坯，它的产生会导致库存量增加，如果不能充分利用这部分板坯，还 会造成重复炼钢，合同拖期，板坯切损量高，热装率低等问题，不但增加企业的生产成本，降 低客户满意度，同时造成资源和能源的浪费，增加二氧化碳的排放量，加剧环境污染。为了 克服上述问题，计划员需要根据客户需求将无委托板坯匹配给有欠量的合同，即制定板坯 匹配计划。
[0004] 除此以外，由于以下生产管理组织的变化及客户需求的变化等原因需要对板坯和 订单进行重组，即板坯匹配调整：（1)连铸机在生产板坯时，由于板坯宽度的调整可能使得 交接坯的规格不符合合同要求，或者由于异种连浇（一般是指相近钢种的连浇）可能会导 致交接坯在质量上不符合合同要求，从而导致了不满意的板坯与合同匹配关系。（2)由于后 工序的废料使得一些紧急的合同（交货时间紧急）缺少板坯，为保证合同的按时交货，因此 有必要调整板坯和合同的匹配关系。（3)当客户订单在钢级、尺寸、重量变更时，按原有合同 订单要求已经生产的板坯已经不能适合满足变更后合同的要求。
[0005] 中国大部分钢铁企业都具有多条热轧产线，且各个产线加工的板坯规格有重叠。 由于数据规模大、问题复杂，计划员制定板坯匹配与调整计划时通常将各个热轧产线分开 考虑，但是从整个热轧工序考虑，这样的匹配与调整方案并不是最优的。综合考虑多个产线 的板坯匹配与调整计划，能够扩大优化空间，最大程度的降低成本和原料消耗，提高原料的 利用率，增加企业的利润空间和增强企业竞争力。
[0006] 目前，钢铁企业生产过程中下发的板坯匹配计划与调整计划均为手工操作，大部 分操作人员是参照书面报表制定计划，只有个别先进的企业是基于ERP信息平台完成，但 此类平台只提供数据信息，不具备自动优化的功能，计划依然是基于经验或简单的规则进 行制定。在面对大量的数据信息和复杂的匹配规则时，操作人员很难准确、快速制定高效合 理的方案，造成匹配不合理，无法做到全局优化，从而导致板坯利用低、资源能源损耗大、库 存高、合同拖期严重等问题。因此，钢铁企业迫切需要有效的优化技术，能够快速、高效地解 决复杂的大规模板坯匹配与匹配调整问题，以降低生产及库存成本、减少资源及能源损耗、 缩短生产周期、提高按期交货能力。
[0007] 国内外已有一些文献和专利对类似问题进行了相关研究，Tang等（L.X.Tang,J. X.Luo,J.Y.Liu.ModellingandaTabuSearchSolutionfortheSlabReallocation ProbleminSteelIndustry)申请号为201210101494. 3的中国专利"一种提高钢铁企业 板坯利用率的板坯与合同转用匹配方法"）研究了两种类型的单一产线的板坯转用匹配方 法，分别设计了不同的智能算法进行求解。
[0008]Vasko等（F.J.Vasko,M.L.Cregger，K.L.Stott,L.R>Woodyatt.Assigningslabs toorders:Anexampleofappropriatemodelformulation.Computer&Industrial Engineering. 1994. 26:797-800)及唐立新等申请号为"201210073591. 6"的中国专利"热 轧板坯前库剩余板坯的分配方法及装置"均研究了单一产线的剩余板坯匹配方法。其中 Vasko研究的为板坯可以被切割的板坯匹配问题，目标为最小化板坯的切损量，而唐立新等 研究的为板坯不能被切割的板坯匹配问题，目标考虑了包括最小化板坯切损量在内的多个 实际管理目标。
[0009] 在上述解决方案中，都是针对单一产线的剩余板坯与合同的匹配，均未涉及多条 产线的板坯与合同的整体优化匹配及调整，且没有考虑板坯库区，在库时间以及匹配与调 整方案对物流费用的影响。之前的研究和专利都是分别针对板坯匹配或者板坯匹配调整问 题进行的研究，本专利将两者集成起来进行考虑，具有更好的全局最优性。


【发明内容】

[0010] 针对现有技术存在的问题，本发明提供一种提高钢铁企业材料利用率的热轧多产 线板坯匹配控制方法。
[0011] 本发明的技术方案是：
[0012] 一种提高钢铁企业材料利用率的热轧多产线板坯匹配控制方法，包括以下步骤：
[0013] 步骤1:按照钢级对板坯和合同进行分组得到板坯合同组；
[0014] 板坯包括所有无委托板坯及已匹配给合同的板坯；
[0015] 步骤I. 1:按照钢级优充关系对钢级进行分组：首先任意选择一钢级，将该钢级和 与其具有钢级优充关系的钢级组成一个钢级组，如果该钢级与其他钢级均不存在钢级优充 关系，则该钢级单独作为一钢级组；以任意顺序将没有分组的钢级与所有形成的钢级组进 行比较，如果没有分组的钢级与某一钢级组中的钢级存在钢级优充关系，则将该没有分组 的钢级加入到该钢级组中，否则该没有分组的钢级单独作为一钢级组，直至所有钢级均被 分到钢级组中；
[0016] 钢级优充关系是指在匹配板坯时某一个钢级与另一个钢级之间的可替代关系；
[0017] 步骤1. 2 :若板坯的钢级和合同的钢级属于同一钢级组，则将该板坯和合同分配 至该钢级组；
[0018] 步骤2 :依据板坯-合同规格匹配判据，判断每个板坯合同组内板坯与合同的待匹 配关系，即判断给定板坯与指定合同是否匹配，若板坯合同组内板坯与合同符合板坯-合 同规格匹配判据，则该板坯与合同存在待匹配关系，构成一个板坯合同对，否则，该板坯与 合同不存在待匹配关系；
[0019] 板坯-合同规格匹配判据：
[0020] 1)当板坯的钢级与合同所需的钢级相同或存在钢级优充关系时，称板坯与合同钢 级匹配；
[0021] 2)当板坯的宽度在合同规定的板坯宽度上下限之间时，称板坯与合同宽度匹配；
[0022] 3)当板坯的重量在合同规定的重量上下限之间时，称板坯与合同重量匹配；
[0023] 4)当板坯的长度在合同规定的长度上下限之间时，称板坯与合同长度匹配；
[0024] 5)每个合同都有指定的热轧产线，匹配给合同的板坯需要在合同指定的卷取机进 行卷取操作，板坯的重量不可超出卷取机的承重极限，当板坯的重量在合同指定的卷取机 的承重极限内时，称板坯与合同极限重量匹配；
[0025] 步骤3 :定量化描述板坯匹配问题；
[0026] 步骤3. 1 :选择板坯匹配决策变量Xkijl;
[0027] 板坯匹配决策变量Xkijl表示处于板坯库k的板坯i与需要在产线1上加工的合同 j的匹配关系，当板坯库k内的板坯i匹配给产线1的合同j时，取值为1;否则，为0;
[0028] 步骤3. 2 :定量化描述板坯匹配目标；
[0029] 板坯匹配目标包括：最小化板坯与合同的匹配差异成本、最小化未匹配板坯成本、 最大化板坯和合同的优先级奖励费用、最小化合同未完成成本；
[0030]其中：
[0031] (1)最小化板坯与合同的匹配差异成本
[0032] 板坯与合同的匹配差异成本包括：由将品质高的板坯匹配给品质要求低的合同导 致的品质差异匹配成本；由板坯的规格与合同要求的规格不匹配所导致的规格差异匹配成 本；由将板坯匹配给不同热轧产线的合同所导致的转库物流成本；
[0033] (2)最小化未匹配板坯成本
[0034] 将尽可能多的无委托板坯匹配给有板坯需求的合同，减少未匹配的板坯以提高材 料的利用率，从而减少重复炼钢造成的能源消耗；
[0035] (3)最大化板坯和合同优先级奖励费用
[0036] 根据合同的集批情况、合同流向、材料申请宽裕量、合同状态、合同类别确定合同 优先级，板坯优先匹配给优先级奖励费用高的合同；根据板坯在库时间、板坯所在库位确定 板坯优先级，优先匹配优先级奖励费用高的板坯；
[0037] (4)最小化合同未完成成本
[0038] 合同完成指合同既不存在欠量也不存在超量；
[0039] 步骤3. 3:定量化描述指定板坯匹配方案的工艺约束：
[0040] (1)生产工艺约束：每块板坯最多允许匹配给一个合同；
[0041] (2)合同需求量约束：匹配给合同的板坯重量应在合同需求范围之内，余材量不 能超过匹配给合同的任意一块板坯的重量；
[0042] 余材量即匹配给合同的板坯总量与合同需求量的差；
[0043] 步骤4 :针对每个板坯合同组内无委托板坯与合同信息，基于步骤2中的板坯与合 同的待匹配关系和步骤3中定量化描述的板坯匹配问题，将无委托板坯匹配给合同；
[0044] 步骤4. 1 :创建初始板坯匹配方案集，包括匹配成本低的匹配方案和分散性好的 匹配方案，分散性好的匹配方案是指与匹配成本低的匹配方案差别最大的若干匹配方案；
[0045] 基于最小化板坯与合同的匹配差异成本的板坯匹配目标，采用不同的贪婪启发式 构造初始匹配方案集；
[0046] 启发式1 :利用与合同存在待匹配关系的板坯个数和板坯与合同的匹配差异成本 来选择板坯及其所匹配的合同，即将所有板坯合同对按照与合同存在待匹配关系的板坯个 数由小到大排序，将同一合同对应的板坯按照匹配差异成本从小到大排序，从第一个板坯 合同对开始，选择有合同需求量的板坯合同对，在满足工艺约束的前提下，将所选板坯合同 对中的板坯匹配给所对应的合同，之后，按照上述方法匹配下一个板坯，直到所有板坯被匹 配，形成匹配方案1 ;
[0047] 启发式2 :利用最小化板坯与合同的匹配差异成本来选择板坯合同对，即将板坯 合同对按照匹配差异成本从小到大排序，从第一个板坯合同对开始，在满足工艺约束的前 提下，将板坯合同对中的板坯分给对应的合同，形成匹配方案2 ;
[0048] 启发式3 :利用合同优先级来选择板坯合同对，即将板坯合同对按照合同优先级 由高到低排序，将同一合同对应的板坯按照匹配差异成本从小到大排序，从第一个板坯合 同对开始，在工艺约束的前提下，将板坯合同对中的板坯分给对应的合同，形成匹配方案 3 ；
[0049] 启发式4 :利用板坯优先级来选择板坯合同对，即将所有板坯合同对按照板坯优 先级由高到低排序，将同一板坯对应的合同按照匹配差异成本从小到大排序，从第一个板 坯合同对开始，在满足工艺约束的前提下，将板坯合同对中的板坯分给对应的合同，形成匹 配方案4 ;
[0050] 启发式5 :利用最小化匹配差异成本和合同优先级来选择板坯合同对，即将所有 板坯合同对按照匹配差异成本从小到大排序，将具有相同匹配差异成本的板坯合同对按照 合同优先级由高到低排序，从第一个板坯合同对开始，在满足工艺约束的前提下，将板坯合 同对中的板坯分给对应的合同，形成匹配方案5 ;
[0051] 启发式6 :利用最小化匹配差异成本和板坯优先级来选择板坯合同对，即将所有 板坯合同对按照匹配成本从小到大排序，将具有相同匹配差异成本的板坯合同对按照合同 优先级由高到低排序，从第一个板坯合同对开始，在满足工艺约束的前提下，将板坯合同对 中的板坯分给对应的合同，形成匹配方案6 ;
[0052] 启发式7 :利用合同优先级和板坯优先级来选择板坯合同对，即将所有板坯合同 对按照合同优先级由高到低排序，将同一合同优先级的板坯按照板坯优先级由高到低排 序，从第一个板坯合同对开始，在满足工艺约束的前提下，将板坯合同对中的板坯分给对应 的合同，形成匹配方案7 ;
[0053] 步骤4. 2 :创建参考匹配方案集；
[0054] 根据步骤3. 2的匹配目标，从初始匹配方案集合中选出Nl个匹配成本低的匹配方 案和N2分散性好的匹配方案组成参考匹配方案集；
[0055] 步骤4. 3 :终止条件判断：如果步骤4. 2迭代次数达到终止迭代次数，则执行步骤 4. 7,否则执行步骤4.4 ;
[0056] 步骤4. 4:从参考匹配方案集中产生匹配方案子集，即参考匹配方案集中的一个 匹配成本低的匹配方案与任意两个匹配方案组成一个匹配方案子集；
[0057] 步骤4. 5:组合新的匹配方案：将匹配方案子集中的匹配方案重新进行组合来产 生新的匹配方案；
[0058] 步骤4. 6 :采用局部搜索算法和新邻域的方法对新的匹配方案进行优化：对新的 匹配方案
[0059] 中的多个板坯进行匹配关系的交换，得到一组新匹配方案集；
[0060] 步骤4. 7:更新参考匹配方案集：若新匹配方案集中的匹配方案的匹配成本低于 参考匹配方案集中任意一匹配方案，则用此新匹配方案更新参考匹配方案集，执行步骤 4. 4 ;否则，如果没有新匹配方案产生，则重新产生N2个分散性好的新匹配方案，再加上原 参考匹配方案集中的Nl个匹配成本低的匹配方案作为初始匹配方案集，转到步骤4. 2 ;如 果无法产生初始匹配方案集所需的新匹配方案，执行步骤4. 8 ;
[0061] 步骤4.8:根据更新的参考匹配方案集中匹配成本最低的匹配方案将无委托板坯 匹配给合同；
[0062] 步骤5 :定量化描述板坯匹配调整问题；
[0063] 步骤5. 1 :选择描述板坯与合同的匹配关系的决策变量Xkijl，表示处于板坯库k的 板坯i与需要在产线1上加工的合同j的匹配关系，当板坯库k内的板坯i匹配给产线1 的合同j时，取值为1 ;否则，为0 ;
[0064] 步骤5. 2:定量化描述板坯匹配调整目标，包括：最小化板坯与合同的匹配差异成 本、最大化合同的优先级、最小化合同未完成成本及最小化机组超负荷量；
[0065] 最小化板坯与合同的匹配差异成本，即最小化品质差异匹配成本、最小化规格差 异匹配成本、最小化转库物流成本及最小化板坯重新匹配成本，其中，最小化板坯重新匹配 成本即在进行板坯匹配调整时尽量保持板坯与合同原有的匹配关系；
[0066] 最小化机组超负荷量即减少后续机组超负荷量；
[0067] 步骤5. 3:定量化描述板坯匹配调整方案的工艺约束：
[0068] 1)生产工艺约束：在板坯与合同匹配关系调整时仅对板坯与合同之间的匹配关 系进行调整，即要求不能进行脱板坯操作；
[0069] 2)后续机组生产能力约束：在板坯的后续加工中，所匹配给该机组的板坯重量需 达到机组的最小加工能力；
[0070] 3)合同需求量约束：匹配给合同的板坯重量应在合同需求范围之内，余材量不能 超过匹配给合同的任意一块板坯的重量；
[0071] 步骤6 :针对每组已匹配合同的板坯与合同信息，基于步骤2中的板坯与合同的待 匹配关系和步骤5中定量化描述的板坯匹配调整问题，对所有板坯与合同的匹配关系进行 调整，形成最终的板坯匹配方案；
[0072] 步骤7 :将最终的板坯匹配方案下发至多热轧产线执行，完成板坯匹配控制。
[0073]有益效果：
[0074] 针对钢铁企业中存在大量无委托板坯及板坯利用率低的问题，本发明提供一种提 高钢铁企业多产线材料利用率的板坯匹配与调整方法，提高了无委托板坯的利用率，同时 减少重复炼钢造成的大量的能源浪费，减少了原料的消耗，降低余材量及库存量，为企业节 省大量的生产和存储成本。针对板坯与合同匹配关系的调整问题，使板坯与现有合同能够 优化匹配，有效的提高合同的完整性，减少余材量及板坯切损量，保证紧急合同按时交货， 提1? 了客户的满意度。

【专利附图】

【附图说明】
[0075] 图1是本发明【具体实施方式】的提高钢铁企业多产线材料利用率的板坯匹配控制 方法流程图；
[0076] 图2是本发明【具体实施方式】的将无委托板坯匹配给合同的流程图；
[0077] 图3是本发明【具体实施方式】的搜索邻域示意图，其中，（a)为1对1交换的搜索邻 域，（b)m对m交换的搜索邻域。

【具体实施方式】
[0078] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细说明。
[0079] 本实施方式的实施需要如下硬件系统：至少一台PC机；至少一个光缆或者电缆接 口；至少一台路由器。由这些设备组成一个小型的局域网后连接到企业ERP系统（ERP系统 是指建立在信息技术基础上，以系统化的管理思想，为企业决策层及员工提供决策运行手 段的管理平台）中。在PC机中安装MicrosoftSQLServer2000数据库系统，设置硬件系 统的服务器地址、服务器端口、数据库名称、用户名及密码。
[0080] 对板坯和合同数据进行下载：下载的板坯信息字段包括：板坯号，原合同号（无委 托板坯原合同号为空），切割时间，板坯长度，板坯厚度，板坯宽度，板坯头宽，板坯尾宽，板 坯重量，板坯去向，板坯状态，板坯库位，出错代码，材料组别，出钢记号，转库计划号，切割 计划号，板述成分，夕卜购标志；合同信息包括：合同号，BACKLOG(未完成订单）号，出钢记号， 合同状态，合同性质，合同订货量，订货公差上限，订货公差下限，成品重上限，成品重下限， 厂内交货期，用户合同期，额定轧制厚度，申请欠量，乳制欠量，板坯宽上限，板坯宽下限，板 坯长上限，板坯长下限，板坯重下限，板坯重上限，材料组别，热轧钢卷去向，集批代码，成品 板/卷宽度，炼钢工序在库量，热轧工序在库量，热轧投料系数，合同的成分表，外购标志。 这些数据是企业ERP系统自动生成的，并以文本的形式保存在指定的FTP服务器中。执行 下载命令，即用FTP命令将下载以文本文件的形式存储的数据文件到本机中，然后利用SQL 语句把文本文件中的信息读入到SQLServer2000数据库的数据表中，显示下载成功后的 板坯和合同信息；数据下载完成之后，可以通过数据查询与管理功能实现对现有的无委托 和全委托板坯以及用户合同数据进行管理，包括对数据的增加、删除、修改、查询以及导出 等功能。根据实际生产需要设置参数，包括数据源选择（参与匹配的合同和板坯条件，不参 与匹配的合同和板坯条件），优先级设置（包括合同优先级和板坯优先级），匹配费用设置 (包括宽度匹配费用，厚度匹配费用，库存费用等）。
[0081] 一种提高钢铁企业材料利用率的热轧多产线板坯匹配控制方法，如图1所示，包 括以下步骤：
[0082] 步骤1 :按照钢级对板坯和合同进行分组得到板坯合同组；
[0083] 板坯包括所有无委托板坯及已匹配给合同的板坯；
[0084] 步骤I. 1 :按照钢级优充关系对钢级进行分组：首先任意选择一钢级，将该钢级和 与其具有钢级优充关系的钢级组成一个钢级组，如果该钢级与其他钢级均不存在钢级优充 关系，则该钢级单独作为一钢级组；以任意顺序将没有分组的钢级与所有形成的钢级组进 行比较，如果没有分组的钢级与某一钢级组中的钢级存在钢级优充关系，则将该没有分组 的钢级加入到该钢级组中，否则该没有分组的钢级单独作为一钢级组，直至所有钢级均被 分到钢级组中；
[0085] 钢级优充关系是指在匹配板坯时某一个钢级与另一个钢级之间的可替代关系；
[0086] 步骤1.2:若板坯的钢级和合同的钢级属于同一钢级组，则将该板坯和合同分配 至该钢级组；
[0087] 步骤2 :依据板坯-合同规格匹配判据，判断每个板坯合同组内板坯与合同的待匹 配关系，即判断给定板坯与指定合同是否匹配，若板坯合同组内板坯与合同符合板坯-合 同规格匹配判据，则该板坯与合同存在待匹配关系，构成一个板坯合同组，否则，该板坯与 合同不存在待匹配关系；
[0088] 板坯-合同规格匹配判据：
[0089] 1)当板坯的钢级与合同所需的钢级相同或存在钢级优充关系时，称板坯与合同钢 级匹配；
[0090] 2)当板坯的宽度在合同规定的板坯宽度上下限之间时，称板坯与合同宽度匹配；
[0091] 3)当板坯的重量在合同规定的重量上下限之间时，称板坯与合同重量匹配；
[0092] 4)当板坯的长度在合同规定的长度上下限之间时，称板坯与合同长度匹配；
[0093] 5)每个合同都有指定的热轧产线，匹配给合同的板坯需要在合同指定的卷取机进 行卷取操作，板坯的重量不可超出卷取机的承重极限，当板坯的重量在合同指定的卷取机 的承重极限内时，称板坯与合同极限重量匹配；
[0094] 步骤3 :定量化描述板坯匹配问题；
[0095] 步骤3. 1 :选择板坯匹配决策变量Xkijl;
[0096] 板坯匹配决策变量Xkijl表示处于板坯库k的板坯i与需要在产线1上加工的合同 j的匹配关系，当板坯库k内的板坯i匹配给产线1的合同j时，取值为1 ;否则，取值为0 ;
[0097] 步骤3. 2 :定量化描述板坯匹配目标；
[0098] 板坯匹配目标包括：最小化板坯与合同的匹配差异成本、最小化未匹配板坯成本、 最大化板坯和合同的优先级奖励费用、最小化合同未完成成本；
[0099] 其中：
[0100] 1)最小化板坯与合同的匹配差异成本
[0101] 板坯与合同的匹配差异成本包括：由将品质高的板坯匹配给品质要求低的合同导 致的品质差异匹配成本；由板坯的规格与合同要求的规格不匹配所导致的规格差异匹配成 本；由将板坯匹配给不同热轧产线的合同所导致的转库物流成本；
[0102] 所述由板坯的规格与合同要求的规格不匹配所导致的规格差异匹配成本包括由 板坯的宽度与合同要求的宽度不匹配所导致的规格差异匹配成本、由板坯的重量与合同要 求的重量不匹配所导致的规格差异匹配成本、由板坯的长度与合同要求的长度不匹配所导 致的规格差异匹配成本；
[0103] 将上述板坯与合同的匹配差异成本采用数学表达方式进行定量化描述，得到最小 化板坯与合同的匹配差异成本：
[0104]

【权利要求】
1. 一种提高钢铁企业材料利用率的热轧多产线板坯匹配控制方法，其特征在于：包括 以下步骤： 步骤1:按照钢级对板坯和合同进行分组得到板坯合同组； 步骤2 :依据板坯-合同规格匹配判据，判断每个板坯合同组内板坯与合同的待匹配关 系，即判断给定板坯与指定合同是否匹配，若板坯合同组内板坯与合同符合板坯-合同规 格匹配判据，则该板坯与合同存在待匹配关系，构成一个板坯合同对，否则，该板坯与合同 不存在待匹配关系； 板坯-合同规格匹配判据： 1) 当板坯的钢级与合同所需的钢级相同或存在钢级优充关系时，称板坯与合同钢级匹 配； 2) 当板坯的宽度在合同规定的板坯宽度上下限之间时，称板坯与合同宽度匹配； 3) 当板坯的重量在合同规定的重量上下限之间时，称板坯与合同重量匹配； 4) 当板坯的长度在合同规定的长度上下限之间时，称板坯与合同长度匹配； 5) 每个合同都有指定的热轧产线，匹配给合同的板坯需要在合同指定的卷取机进行卷 取操作，板坯的重量不可超出卷取机的承重极限，当板坯的重量在合同指定的卷取机的承 重极限内时，称板坯与合同极限重量匹配； 步骤3 :定量化描述板坯匹配问题； 步骤3. 1 :选择板坯匹配决策变量 板述匹配决策变量^._//表不处于板述库々的板述i与需要在产线7上加工的合同j前 匹配关系，当板坯库々内的板坯i匹配给产线7的合同J时，取值为1;否则，为0; 步骤3. 2 :定量化描述板坯匹配目标； 板坯匹配目标包括：最小化板坯与合同的匹配差异成本、最小化未匹配板坯成本、最大 化板坯和合同的优先级奖励费用、最小化合同未完成成本； 其中： (1) 最小化板坯与合同的匹配差异成本 板坯与合同的匹配差异成本包括：由将品质高的板坯匹配给品质要求低的合同导致的 品质差异匹配成本；由板坯的规格与合同要求的规格不匹配所导致的规格差异匹配成本； 由将板坯匹配给不同热轧产线的合同所导致的转库物流成本； (2) 最小化未匹配板坯成本 将尽可能多的无委托板坯匹配给有板坯需求的合同，减少未匹配的板坯以提高材料的 利用率，从而减少重复炼钢造成的能源消耗； (3) 最大化板坯和合同优先级奖励费用 根据合同的集批情况、合同流向、材料申请宽裕量、合同状态、合同类别确定合同优先 级，板坯优先匹配给优先级奖励费用高的合同；根据板坯在库时间、板坯所在库位确定板坯 优先级，优先匹配优先级奖励费用高的板坯； (4) 最小化合同未完成成本 合同完成指合同既不存在欠量也不存在超量； 步骤3. 3 :定量化描述指定板坯匹配方案的工艺约束： (1)生产工艺约束：每块板坯最多允许匹配给一个合同； (2)合同需求量约束：匹配给合同的板坯重量应在合同需求范围之内，余材量不能超过 匹配给合同的任意一块板坯的重量； 余材量即匹配给合同的板坯总量与合同需求量的差； 步骤4 :针对每个板坯合同组内无委托板坯与合同信息，基于步骤2中的板坯与合同的 待匹配关系和步骤3中定量化描述的板坯匹配问题，将无委托板坯匹配给合同； 步骤4. 1 :创建初始板坯匹配方案集，包括匹配成本低的匹配方案和分散性好的匹配 方案，分散性好的匹配方案是指与匹配成本低的匹配方案差别最大的若干匹配方案； 步骤4. 2 :创建参考匹配方案集； 根据步骤3. 2的匹配目标，从初始匹配方案集合中选出N1个匹配成本低的匹配方案和 N2分散性好的匹配方案组成参考匹配方案集； 步骤4. 3 :终止条件判断：如果步骤4. 2迭代次数达到终止迭代次数，则执行步骤4. 7， 否则执行步骤4. 4 ; 步骤4. 4 :从参考匹配方案集中产生匹配方案子集，即参考匹配方案集中的一个匹配 成本低的匹配方案与任意两个匹配方案组成一个匹配方案子集； 步骤4. 5 :组合新的匹配方案：将匹配方案子集中的匹配方案重新进行组合来产生新 的匹配方案； 步骤4. 6 :采用局部搜索算法和新邻域的方法对新的匹配方案进行优化：对新的匹配 方案中的多个板坯进行匹配关系的交换，得到一组新匹配方案集； 步骤4. 7 :更新参考匹配方案集：若新匹配方案集中的匹配方案的匹配成本低于参考 匹配方案集中任意一匹配方案，则用此新匹配方案更新参考匹配方案集，执行步骤4. 4 ;否 贝U，如果没有新匹配方案产生，则重新产生N2个分散性好的新匹配方案，再加上原参考匹 配方案集中的N1个匹配成本低的匹配方案作为初始匹配方案集，转到步骤4. 2 ;如果无法 产生初始匹配方案集所需的新匹配方案，执行步骤4. 8 ; 步骤4. 8 :根据更新的参考匹配方案集中匹配成本最低的匹配方案将无委托板坯匹配 给合同； 步骤5 :定量化描述板坯匹配调整问题； 步骤5. 1 :选择描述板坯与合同的匹配关系的决策变量，表示处于板坯库A的板坯 i与需要在产线7上加工的合同J前匹配关系，当板坯库々内的板坯i匹配给产线7的合同 J时，取值为1 ;否则，为〇 ; 步骤5.2 :定量化描述板坯匹配调整目标，包括：最小化板坯与合同的匹配差异成本、 最大化合同的优先级、最小化合同未完成成本及最小化机组超负荷量； 最小化板坯与合同的匹配差异成本，即最小化品质差异匹配成本、最小化规格差异匹 配成本、最小化转库物流成本及最小化板坯重新匹配成本，其中，最小化板坯重新匹配成本 即在进行板坯匹配调整时尽量保持板坯与合同原有的匹配关系； 最小化机组超负荷量即减少后续机组超负荷量； 步骤5. 3 :定量化描述板坯匹配调整方案的工艺约束： 1) 生产工艺约束：在板坯与合同匹配关系调整时仅对板坯与合同之间的匹配关系进行 调整，即要求不能进行脱板坯操作； 2) 后续机组生产能力约束：在板坯的后续加工中，所匹配给该机组的板坯重量需达到 机组的最小加工能力； 3)合同需求量约束：匹配给合同的板坯重量应在合同需求范围之内，余材量不能超过 匹配给合同的任意一块板坯的重量； 步骤6 :针对每组已匹配合同的板坯与合同信息，基于步骤2中的板坯与合同的待匹 配关系和步骤5中定量化描述的板坯匹配调整问题，对所有板坯与合同的匹配关系进行调 整，形成最终的板坯匹配方案； 步骤7 :将最终的板坯匹配方案下发至多热轧产线执行，完成板坯匹配控制。
2. 根据权利要求1所述的提高钢铁企业材料利用率的热轧多产线板坯匹配控制方法， 其特征在于：所述步骤1按照钢级对板坯和合同进行分组得到板坯合同组，板坯包括所有 无委托板坯及已匹配给合同的板坯； 具体步骤如下： 步骤1. 1 :按照钢级优充关系对钢级进行分组：首先任意选择一钢级，将该钢级和与 其具有钢级优充关系的钢级组成一个钢级组，如果该钢级与其他钢级均不存在钢级优充关 系，则该钢级单独作为一钢级组；以任意顺序将没有分组的钢级与所有形成的钢级组进行 比较，如果没有分组的钢级与某一钢级组中的钢级存在钢级优充关系，则将该没有分组的 钢级加入到该钢级组中，否则该没有分组的钢级单独作为一钢级组，直至所有钢级均被分 到钢级组中； 钢级优充关系是指在匹配板坯时某一个钢级与另一个钢级之间的可替代关系； 步骤1.2 :若板坯的钢级和合同的钢级属于同一钢级组，则将该板坯和合同分配至该 钢级组。
3. 根据权利要求1所述的提高钢铁企业材料利用率的热轧多产线板坯匹配控制方法， 其特征在于：所述步骤4. 1创建初始板坯匹配方案集是基于最小化板坯与合同的匹配差异 成本的板坯匹配目标，采用不同的贪婪启发式构造初始匹配方案集，具体如下： 启发式1 :利用与合同存在待匹配关系的板坯个数和板坯与合同的匹配差异成本来选 择板坯及其所匹配的合同，即将所有板坯合同对按照与合同存在待匹配关系的板坯个数由 小到大排序，将同一合同对应的板坯按照匹配差异成本从小到大排序，从第一个板坯合同 对开始，选择有合同需求量的板坯合同对，在满足工艺约束的前提下，将所选板坯合同对中 的板坯匹配给所对应的合同，之后，按照上述方法匹配下一个板坯，直到所有板坯被匹配， 形成匹配方案1 ; 启发式2 :利用最小化板坯与合同的匹配差异成本来选择板坯合同对，即将板坯合同 对按照匹配差异成本从小到大排序，从第一个板坯合同对开始，在满足工艺约束的前提下， 将板坯合同对中的板坯分给对应的合同，形成匹配方案2 ; 启发式3 :利用合同优先级来选择板坯合同对，即将板坯合同对按照合同优先级由高 到低排序，将同一合同对应的板坯按照匹配差异成本从小到大排序，从第一个板坯合同对 开始，在工艺约束的前提下，将板坯合同对中的板坯分给对应的合同，形成匹配方案3 ; 启发式4 :利用板坯优先级来选择板坯合同对，即将所有板坯合同对按照板坯优先级 由高到低排序，将同一板坯对应的合同按照匹配差异成本从小到大排序，从第一个板坯合 同对开始，在满足工艺约束的前提下，将板坯合同对中的板坯分给对应的合同，形成匹配方 案4 ; 启发式5 :利用最小化匹配差异成本和合同优先级来选择板坯合同对，即将所有板坯 合同对按照匹配差异成本从小到大排序，将具有相同匹配差异成本的板坯合同对按照合同 优先级由高到低排序，从第一个板坯合同对开始，在满足工艺约束的前提下，将板坯合同对 中的板坯分给对应的合同，形成匹配方案5 ; 启发式6 :利用最小化匹配差异成本和板坯优先级来选择板坯合同对，即将所有板坯 合同对按照匹配成本从小到大排序，将具有相同匹配差异成本的板坯合同对按照合同优先 级由高到低排序，从第一个板坯合同对开始，在满足工艺约束的前提下，将板坯合同对中的 板坯分给对应的合同，形成匹配方案6 ; 启发式7 :利用合同优先级和板坯优先级来选择板坯合同对，即将所有板坯合同对按 照合同优先级由高到低排序，将同一合同优先级的板坯按照板坯优先级由高到低排序，从 第一个板坯合同对开始，在满足工艺约束的前提下，将板坯合同对中的板坯分给对应的合 同，形成匹配方案7。
【文档编号】G05B19/418GK104483915SQ201410606180
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年10月31日 优先权日:2014年10月31日
【发明者】唐立新, 孟盈 申请人:东北大学