一种基于多智能体的铁钢界面仿真系统的制作方法

本发明属于冶金的生产仿真
技术领域：
，是一种基于多智能体的铁钢界面仿真系统。
背景技术：
：铁钢界面指钢铁制造长流程中的炼铁-炼钢区段，该区段在钢铁制造流程中起着承上启下的重要作用，铁素物质流以高温液态形态存在，铁钢界面的高效运行不仅对区段的运行时间、铁水包周转率、铁水温降、废钢加入量、铁水包寿命等技术经济指标具有直接影响，而且影响全流程的资源/能源利用效率和生产成本。铁钢界面运行过程既要按照高炉出铁计划及时提供铁水包空包以保证高炉生产安全，又要为转炉及时稳定地提供重包铁水以保障转炉稳定地生产，还要尽量缩短铁水包运输时间，减少铁水温度损失，提高机车、天车等运输设备的作业率，是典型的复杂系统。通过多智能体模型表达铁钢界面生产流程，单体设备智能体具有独立性和自主性，能够自主地推理和规划并选择适当的策略；而多智能体系统通过各智能体互相协调可以解决钢铁流程多目标约束和冲突、协同动态优化等复杂问题。利用多智能体系统建模、仿真技术，来模拟实现铁钢界面生产过程，可通过直观定量化的流程再现，对铁钢界面进行研究分析，减少铁钢界面生产的经验性，提高其科学性，具有十分重要的意义。技术实现要素：针对上述问题，本发明提出一种基于多智能体的铁钢界面仿真系统，模拟钢铁制造长流程中铁钢界面从高炉出铁水至转炉兑铁水的生产过程，为铁钢界面的研究分析提供工具。本发明一种基于多智能体的铁钢界面仿真系统，包括智能体、监控显示设备、仿真模型库与仿真结果库。所述智能体包括计划调度智能体、高炉智能体、铁水预处理智能体、转炉智能体、机车智能体、行车智能体、铁水罐智能体。其中，计划调度智能体用于搭建生产环境，模拟了铁钢界面计划调度的角色，为高炉、转炉的生产过程仿真提供生产计划，实现计划管理；同时还调度机车、天车和铁水包的运输，实现调度管理。所述高炉智能体用于实现高炉出铁过程的仿真，包括模拟高炉的生产及休风过程。高炉智能体具有加料子智能体和出铁子智能体。其中，加料子智能体中按照矿批和焦批模拟高炉加各种原料和焦炭的过程；出铁子智能体中定义高炉的出铁口个数，按照出铁周期和出铁量模拟高炉的出铁过程。所述铁水预处理智能体实现对铁水预处理过程的仿真，以铁次为基础，模拟铁包到达、加料、搅拌、测温、取样、扒渣、铁包离开等生产过程。所述转炉智能体实现对转炉冶炼生产过程的仿真，以炉次为基础，模拟铁包兑铁、加废钢、吹氧、加料、出钢、溅渣护炉、钢包离开生产过程。所述机车智能体实现机车运输过程的仿真，包括模拟机车在炼钢车间装载空铁水包、运输铁水包到高炉出铁口、在高炉出铁口等待铁水罐装满铁水、运输重罐铁水罐到炼钢的过程。所述行车智能体模拟炼钢行车将重罐铁水罐从等待区运送到铁水预处理，预处理结束后运输重罐铁水罐到转炉兑铁，兑铁后运输空铁水罐到等待区的过程。所述铁水罐智能体实现铁水罐装铁水、铁水罐运输、铁水温度变化的仿真。所述监控显示设备提供铁钢界面仿真的可视化，显示仿真过程高炉、铁水预处理、转炉的生产状态、机车的位置和运输铁水罐情况、各个铁水罐当前炉次号和当前铁水重量。所述仿真模型库用于存储仿真模型，包括高炉智能体、铁水预处理智能体、转炉智能体、机车智能体、铁水罐智能体和计划调度智能体的模型数据，如高炉出铁周期、转炉生产周期、铁水罐容量等，供智能体建模使用。所述仿真结果库以关系数据库表的方式保存铁钢界面仿真的仿真结果。本发明的优点在于：1、本发明基于多智能体的铁钢界面仿真系统,基于多智能体建立计划调度、高炉、铁水预处理、转炉、机车、天车和铁水罐仿真模型，每个单体设备智能体具有独立性和自主性，能够自主地推理和规划并选择适当的策略；而多智能体系统通过各智能体互相协调可以解决铁钢界面多目标约束和冲突、协同动态优化等复杂问题。具有自主性、分布性、协调性等优点。2、本发明基于多智能体的铁钢界面仿真系统,建立仿真模型库，将高炉、铁水预处理和转炉的产能、生产时间、生产事件，铁水罐容量、铁钢界面调度规则等生产企业差异部分变为可输入的参数保存到仿真模型库，使发明具有一定的通用性。3、本发明基于多智能体的铁钢界面仿真系统,可用来支持铁钢界面生产过程物流平衡研究、配罐方案与铁水罐在线个数优化、铁钢界面对铁水温度影响等。附图说明图1为本发明仿真系统结构图。其中，计划调度智能体1、高炉智能体2、铁水预处理智能体3、转炉智能体4、机车智能体5、行车智能体6、铁水罐智能体7、监控显示设备8、仿真模型库9、仿真结果库10、计划管理11、调度管理12、加料子智能体13、出铁子智能体14。图2是高炉智能体状态图。图3是出铁子智能体状态图。具体实施方式下面结合附图对本发明做进一步详细说明。本发明基于多智能体的铁钢界面仿真系统，包括智能体、监控显示设备、仿真模型库与仿真结果库，如图1所示。所述智能体包括计划调度智能体、高炉智能体、铁水预处理智能体、转炉智能体、机车智能体、行车智能体、铁水罐智能体。所述计划调度智能体用于搭建生产环境，模拟了铁钢界面计划调度的角色，为高炉、转炉的生产过程仿真提供生产计划，实现计划管理；同时还调度机车、天车和铁水包的运输，实现调度管理。计划调度智能体模型描述包括参数和变量、函数、与其他智能体的通讯方式和通讯内容。a、参数和变量：高炉出铁配罐数、机车运输罐数。b、函数：接收机车请求、高炉出铁通知、发送机车命令、转炉出钢通知、铁水预处理处理结束通知。c、与其他智能体通讯：与其他智能体通讯采用消息的机制，所涉及交互的智能体包括高炉智能体、铁水预处理智能体、转炉智能体、铁水罐智能体、机车智能体和行车智能体。高炉智能体用于实现高炉出铁过程的仿真，包括模拟高炉的生产及休风过程。高炉智能体具有加料子智能体和出铁子智能体。其中，加料子智能体中按照矿批和焦批模拟高炉加各种原料和焦炭的过程。出铁子智能体中定义高炉的出铁口个数，按照出铁周期和出铁量模拟高炉的出铁过程。高炉智能体的具体建模方法为：高炉智能体模型描述包括参数和变量、子智能体、状态、状态触发、函数、与其他智能体的通讯方式和通讯内容。a、参数和变量：工厂编码、设备编码、作业率、容量、利用系数、焦比、煤比、富氧率、出铁水间隔、出铁口个数、出铁重叠时间、当前出铁口、当前出铁时间、日计划产量、调度指令。b、子智能体：出铁子智能体、加料子智能体。其中出铁子智能体参数和变量包括：出铁水量、出铁水时间、出铁温度、出渣时间、渣流量、渣铁比、当前出铁次数、当前出铁量、铁次号。加料子智能体参数和变量包括：焦炭料批重量、焦炭上料周期、矿批重量、矿批上料周期、距上次加料时间间隔。c、状态：状态包括“run”(生产)、“check”(休风)和“error”(故障)。d、状态触发：采用“a”→“b”:c的方式进行表示，含义为达到条件c时，状态a转换为状态b，后续其他模块状态触发内容均采用该方式进行表示。则有“run”→“check”：接收到调度指令；“check”→“run”：时间延时(休风时长)；“run”→“error”：接收到故障消息；“error”→“run”：时间延时(故障时长)。如图2、图3所示，为状态和状态触发的示例。图2中，高炉智能体1状态包括“run”(运行)和“check”(休风)。状态“run”为初始状态，其转移触发条件为“休风指令”；状态“check”的触发条件为时间延时触发(到达休风时长触发)。图3为高炉子智能体出铁子智能体的状态图。出铁子智能体状态包括：“out”(出铁)、“noout”(非出铁)和“waitout”(等待出铁)。状态“noout”为初始状态，其转移触发条件为出铁指令，根据条件“出铁口是否有空罐”，满足条件，状态迁移到“out”，否则状态迁移到“waitout”；状态“waitout”为条件触发，条件为“出铁口有空铁水罐”；状态“out”为条件触发，条件为“出铁结束”。加料子智能体状态包括：“add”(加料)和“noadd”(非加料)。状态“noadd”为初始状态，其转移到“add”状态为条件触发，触发条件为：高炉智能体状态为“run”，且非加料状态持续时间到达加料周期；状态“add”转移到状态“noadd”为时间触发，触发时间为加料时长。e、函数：获取日计划、获取调度指令、请求铁水罐、加料事件、出钢开始事件、出钢结束事件、休风开始事件、休风结束事件。f、与其他智能体通讯：与其他智能体通讯采用消息的机制。涉及交互的智能体包括计划调度智能体、铁水罐智能体和机车智能体。铁水预处理智能体实现对铁水预处理过程的仿真，以铁次为基础，模拟铁包到达、加料、搅拌、测温、取样、扒渣、铁包离开等生产过程。铁水预处理智能体3模型描述包括参数和变量、状态、状态触发、函数、与其他智能体的通讯方式和通讯内容。a、参数和变量：工厂编码，设备编码，设计产量，生产周期，作业率，波动上限，波动下限，扒渣时间，搅拌时间，测量时间，当前处理铁水罐，当前处理时间，检修时长。b、状态：状态包括“run”(生产)、“wait”(等待)、“check”(检修)和“error”(故障)。c、状态触发：“wait”→“run”：铁包到达；“run”→“wait”：时间延时(生产周期)；“wait”→“check”：接收到调度指令；“check”→“wait”：时间延时(检修时长)；“run”→“error”：接收到故障消息；“error”→“wait”：时间延时(故障时长)。d、函数：生产开始事件、生产结束事件、检修开始事件、检修结束事件，接收生产订单、生产订单处理。e、与其他智能体通讯：与其他智能体通讯采用消息的机制。涉及交互的智能体为计划调度智能体1。转炉智能体4实现对转炉冶炼生产过程的仿真，以炉次为基础，模拟铁包兑铁、加废钢、吹氧、加料、出钢、溅渣护炉、钢包离开生产过程。转炉智能体4模型描述包括参数和变量、状态、状态触发、函数、与其他智能体的通讯方式和通讯内容。a、参数和变量：工厂编码，设备编码，设计产量，负荷上限，负荷下限，生产周期，作业率，产量波动上限，产量波动下限，废钢加入比例上限，准备时间，加料时间，吹氧时间，静置时间，出钢时间，溅渣时间，补炉时间，出渣时间，双联脱磷生产周期，双联脱碳生产周期，使用钢包、使用铁包、废钢加入量、钢水量、炉次号、钢种、执行标准、计划号。b、状态：状态包括“run”(生产)、“wait”(等待)、“check”(检修)和“error”(故障)。c、状态触发：“wait”→“run”：铁包到达；“run”→“wait”：时间延时(生产周期)；“wait”→“check”：接收到调度指令；“check”→“wait”：时间延时(检修时长)；“run”→“error”：接收到故障消息；“error”→“wait”：时间延时(故障时长)。d、函数：获得炉次号，获得计划号、回写计划、生产开始事件、生产结束事件、等待开始事件、等待结束事件。e、与其他智能体通讯：与其他智能体通讯采用消息的机制。涉及交互的智能体为计划调度智能体1、铁水罐智能体7。机车智能体5实现机车运输过程的仿真，包括模拟机车在炼钢车间装载空铁水包、运输铁水包到高炉出铁口、在高炉出铁口等待铁水罐装满铁水、运输重罐铁水罐到炼钢的过程。机车智能体5模型描述包括参数和变量、状态、状态触发、函数、与其他智能体的通讯方式和通讯内容。a、参数和变量：工厂编码，机车编号，源设备编号，目标设备编号，距离，运输速度，运输时间，运输最大罐数，吊运时间，当前位置，目标位置，当前运输时间，装载铁罐，调度指令。b、状态：状态包括“wait”(等待)、“move”(移动)、“load”(装载)、“unload”(卸载)。c、状态触发：“wait”→“move”：接收到调度指令；“move”→“wait”：到达目的地；“wait”→“load”：到达设定条件(装载铁水罐数量小于最大铁罐数)；“load”→“wait”时间延时(装载时长)；“wait”→“unload”：到达设定条件(在炼钢，且有重罐)；“unload”→“wait”：时间延时(卸载时长)。d、函数：移动事件、显示铁水罐、是否有空罐、是否全部为重罐。e、与其他智能体通讯：与其他智能体通讯采用消息的机制。涉及交互的智能体为计划调度智能体1、铁水罐智能体7、高炉智能体2。行车智能体6模拟炼钢行车将重罐铁水罐从等待区运送到铁水预处理，预处理结束后运输重罐铁水罐到转炉兑铁，兑铁后运输空铁水罐到等待区的过程。行车智能体6模型描述包括参数和变量、状态、状态触发、函数、与其他智能体的通讯方式和通讯内容。a、参数和变量：工厂编码，作业区，跨，行车编号，源设备编号，目标设备编号，距离，运输速度，运输时间，吊起时间，落下时间。b、状态：状态包括“wait”(等待)、“move”(移动)、“load”(装载)、“unload”(卸载)。c、状态触发：“wait”→“move”：接收到调度指令；“move”→“wait”：到达目的地；“wait”→“load”：接收到调度指令；“load”→“wait”：时间延时(装载时长)；“wait”→“unload”：到达设定条件(到达目的地)；“unload”→“wait”时间延时(卸载时长)d、函数：移动事件。e、与其他智能体通讯：与其他智能体通讯采用消息的机制。涉及交互的智能体为计划调度智能体1、铁水罐智能体7。铁水罐智能体7实现铁水罐装铁水、铁水罐运输、铁水温度变化的仿真。铁水罐智能体7模型描述包括参数和变量、函数、与其他智能体的通讯方式和通讯内容。a、参数和变量：工厂编码，铁水罐编号，容量，设计使用次数，是否有盖，容量上限，容量下限，温降系数，当前位置，铁次号，铁水重量，铁水温度。b、函数：设置铁水罐颜色。c、与其他智能体通讯：与其他智能体通讯采用消息的机制。涉及交互的智能体为计划调度智能体1、机车智能体5、行车智能体6。所述监控显示设备8提供铁钢界面仿真的可视化，显示仿真过程高炉、铁水预处理、转炉的生产状态、机车的位置和运输铁水罐情况、各个铁水罐当前炉次号和当前铁水重量。所述仿真模型库9用于存储仿真模型，包括高炉智能体2铁水预处理智能体3、转炉智能体4、机车智能体5、铁水罐智能体7和计划调度智能体1的模型数据，如高炉出铁周期、转炉生产周期、铁水罐容量等，供智能体建模使用。所述仿真结果库10以关系数据库表的方式保存铁钢界面仿真的仿真结果，为炼铁钢界面进一步研究提供分析和评价数据。仿真模型库9与仿真结果库10均采用关系数据库oracle作为仿真模型库和仿真结果库的数据存储。本发明基于多智能体的铁钢界面仿真系统在应用时，具体方法如下：步骤1：对高炉、铁水预处理、转炉、机车、行车、铁水罐进行静态建模，建立各个智能体模型中的参数内容。步骤2：根据步骤1建立的智能体模型参数，设计保存仿真模型的关系数据库表；以下为部分静态建模结果的关系数据库表。高炉智能体2模型参数数据库表mld_bf_info：铁水预处理智能体3模型参数数据库表mld_hmt_info序号字段名称数据类型字段描述1.factory_novarchar2(40)工厂编码2.device_novarchar2(20)设备编码3.design_yieldnumber设计产量4.periodnumber生产周期5.work_ratenumber作业率6.wave_maxnumber波动上限7.wave_minnumber波动下限8.deslag_timenumber扒渣时间9.stir_timenumber搅拌时间10.measure_timenumber测量时间转炉智能体4模型参数数据库表mld_bof_info：机车智能体5模型参数数据库表mld_connect_train：序号字段名称数据类型字段描述1.factory_novarchar2(40)工厂编码2.train_novarchar2(20)机车编号3.device_sourcevarchar2(20)源设备编号4.device_destvarchar2(20)目标设备编号5.distancenumber距离6.trans_speednumber运输速度7.trans_timenumber运输时间8.trans_num_maxnumber运输最大罐数9.load_timenumber吊运时间行车智能体6模型参数数据库表mld_connect_crane：铁水罐智能体7模型参数数据库表mld_connect_hmladle：序号字段名称数据类型字段描述1.factory_novarchar2(40)工厂编码2.hmladle_novarchar2(10)铁水罐编号3.capacitynumber容量4.use_num_maxnumber设计使用次数5.is_lidvarchar2(20)是否有盖6.capacity_maxnumber容量上限7.capacity_minnumber容量下限8.temp_ratenumber温降系数步骤3：建立仿真模型库9，保存智能体模型参数到仿真模型库9。步骤4：根据铁钢界面仿真应用情况，定义仿真结果数据表达方式，并设计仿真结果库关系数据表，建立仿真结果库10。其中，仿真结果主要包括以下生产事件：高炉加料、高炉出铁、高炉等待、高炉休风、机车运输、行车运输、铁水预处理生产、铁水预处理等待、铁水预处理检修、转炉生产、转炉等待、转炉检修。仿真结果数据表具体内容如下：仿真结果数据库表：高炉加料out_event_bf_add仿真结果数据库表：高炉出铁水out_event_bf_hm序号字段名称数据类型字段描述1.out_idnumber仿真输出编号2.device_novarchar2(20)设备编码3.start_timedate开始时间4.end_timedate结束时间5.hm_hole_nonumber出铁口号6.hmladle_novarchar2(10)铁罐号7.hmheatidvarchar2(20)铁次号8.hm_weinumber铁水重量9.hm_tempnumber铁水温度10.out_weinumber铁次已出铁量仿真结果数据库表：铁水预处理生产out_event_hmt_run序号字段名称数据类型字段描述1.out_idnumber仿真输出编号2.device_novarchar2(20)设备编码3.start_timedate开始时间4.end_timedate结束时间5.hmladle_novarchar2(10)铁罐号6.hmheatidvarchar2(20)铁次号7.hm_weinumber铁水重量8.hm_tempnumber铁水温度仿真结果数据库表：转炉生产out_event_bof_run仿真结果数据库表：机车out_mf_train序号字段名称数据类型字段描述1.out_idnumber仿真输出编号2.area_namevarchar2(20)作业区3.train_novarchar2(20)机车编号4.hmladle_no1varchar2(10)铁水罐号15.hmheatid1varchar2(20)铁次号16.hmladle_no2varchar2(10)铁水罐号27.hmheatid2varchar2(20)铁次号28.hmladle_no3varchar2(10)铁水罐号39.hmheatid3varchar2(20)铁次号310.positionvarchar2(20)当前位置仿真结果数据库表：行车out_mf_crane序号字段名称数据类型字段描述1.out_idnumber仿真输出编号2.area_namevarchar2(20)作业区3.span_namevarchar2(20)跨4.crane_novarchar2(20)行车编号5.ladle_novarchar2(10)钢包号6.heatidvarchar2(20)炉次号7.positionvarchar2(20)当前位置步骤5：根据步骤3建立的仿真模型库，采用系统建模和仿真工具anylogic建立各个智能体，并定义各个智能体间通讯和协调方式和方法。该步骤是智能体模型在anylogic中的具体实现。步骤4：采用系统建模和仿真工具anylogic搭建铁钢界面仿真系统智能体仿真部分。根据仿真模型库参数，创建各个智能体实例对象；设置监控显示设备，定义监控显示的内容，将智能体实例仿真结果中需要显示的内容连接到监控显示设备，将仿真结果保存到仿真结果库10。至此，基于多智能体的铁钢界面仿真系统，采用系统建模和仿真工具软件anylogic建立智能体，采用关系数据库oracle作为仿真模型库和仿真结果库的数据存储，按以上步骤，完成仿真系统的实施。当前第1页12