一种基于耗氧量与用电量预测的智能辅助决策方法和辅助决策系统与流程

本技术涉及数据分析领域，尤其涉及一种基于耗氧量与用电量预测的智能辅助决策方法和辅助决策系统。

背景技术：

1、随着工业自动化和智能化的不断发展，特别是在重工业领域，如钢铁制造业中，能源消耗的优化控制变得尤为重要。在这一行业中，耗氧量和用电量是两个关键的成本因素，它们直接关联到生产效率和企业的经济效益。

2、在相关技术中，针对耗氧量和用电量的优化通常采用基于历史数据的统计模型或者经验公式来进行预测。在实际应用中，这些模型往往需要结合实时监控辅助决策系统来实时获取制氧机的产量、氧气管网的压力等关键参数，并据此进行决策支持。这种方法通过设定一系列操作规则和生产参数，试图维持生产过程中的氧气供应和电力消耗在一个合理的范围内，以确保生产的连续性和能源的有效利用。

3、尽管相关技术在一定程度上能够满足生产过程中对耗氧量和用电量的基本管理需求，但在快速变化的市场环境和生产条件下，这些方法仍面临着诸多挑战。因此，如何根据耗氧量与用电量的预测，辅助工作人员作出决策，以调整生产计划，成为了相关技术亟待解决的问题

技术实现思路

1、本技术提供了一种基于耗氧量与用电量预测的智能辅助决策方法和辅助决策系统，用于准确指导设备的运行，实现对能源的节省，提高生产辅助决策系统的经济效益。

2、第一方面，本技术提供了一种基于耗氧量与用电量预测的智能辅助决策方法，方法包括：获取氧气信息、电量信息和实际生产信息，氧气信息包括预设时段内的耗氧预测量，电量信息包括预设时段内的用电预测量；根据氧气信息和电量信息确定决策变量，决策变量包括每个预设时段内，每台制氧机的氧气产量、氧气管网的压力、氧气管网的放散量、气化设备和液化设备的氧气处理量、每个炼钢炉和炼铁炉的氧气消耗量、氧气消耗量、液氧储槽数量、液氧的销售量以及每台设备的启停状态；根据实际生产信息确定约束条件，约束条件包括制氧机产氧量约束、制氧机负荷变化速率约束、氧气管网压力约束、氧气平衡约束、液氧储槽容量约束、液氧平衡约束以及氧气与液氧转换关系约束；确定目标函数为最小化能耗成本，最小化能耗成本为设备耗电成本与液氧销售收入的差值；将决策变量、约束条件和目标函数整合，得到混合整数规划数学模型；求解混合整数规划数学模型，获得优化后的设备启停计划和变负荷计划。

3、在上述实施例中，通过获取氧气信息、电量信息以及实际生产信息，并根据这些信息确定决策变量、约束条件和目标函数，并将决策变量、约束条件和目标函数整合成混合整数规划数学模型，并求解混合整数规划数学模型获得优化后的设备启停计划和变负荷计划。该方法在预测出预设时段内的耗氧量和用电量的基础上，智能地产生设备的启停计划和变负荷计划。相比经验判断，该方法可以更加准确地指导设备的运行，实现对能源的节省，提高生产辅助决策系统的经济效益。

4、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，根据氧气信息和电量信息确定决策变量，决策变量包括每个预设时段内，每台制氧机的氧气产量、氧气管网的压力、氧气管网的放散量、气化设备和液化设备的氧气处理量、每个炼钢炉和炼铁炉的氧气消耗量、液氧储槽数量以及每台设备的启停状态，具体包括：根据预设时段内的耗氧预测量，将每个预设时段内制氧机的氧气产量范围作为决策变量；结合氧气管网的实际运行压力范围，将每个预设时段内氧气管网的压力作为决策变量；根据历史氧气放散量数据，将每个预设时段氧气管网的放散量作为决策变量；根据预设时段内的用电预测量，将每个预设时段内气化设备和液化设备累加的氧气处理量范围作为决策变量；根据炼钢用户、炼铁用户的氧气消耗特性，将每个预设时段内每个炼钢炉和炼铁炉的氧气消耗量作为决策变量；根据液氧储槽的体积，将每个预设时段内液氧储槽数量作为决策变量；根据制氧机、气化设备以及液化设备的启停特性，将每个预设时段内每台设备的启停状态作为决策变量。

5、在上述实施例中，明确指出了每个预设时段内的各决策变量，包括每台制氧机的氧气产量、氧气管网的压力、氧气管网的放散量、气化设备和液化设备的氧气处理量、每个炼钢炉和炼铁炉的氧气消耗量、氧气消耗量、液氧储槽数量以及每台设备的启停状态。这些决策变量的确定方式充分考虑了预设时段内的预测信息、氧气辅助决策系统的实际运行状态、用户的氧气消耗特性等因素，从而准确反映该氧气供应辅助决策系统内的各类物料流和设备状态，为后续建立数学模型提供关键输入。

6、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，根据实际生产信息确定约束条件，约束条件包括制氧机产氧量约束、制氧机负荷变化速率约束、氧气管网压力约束、氧气平衡约束、液氧储槽容量约束、液氧平衡约束以及氧气与液氧转换关系约束，具体包括：根据制氧机的产能范围和工作参数，将每个预设时段内制氧机产氧量的上下限作为制氧机产氧量约束；根据制氧机允许的最大负荷变化率，确定制氧机负荷变化速率约束；根据氧气管网设计的压力范围，将每个预设时段内氧气管网压力的上下限作为氧气管网压力约束；根据氧气辅助决策系统的物料收支平衡关系，建立氧气管网物料平衡方程作为氧气平衡约束；根据液氧储槽的大小和操作限制，将每个预设时段内液氧储量的上下限作为液氧储槽容量约束；根据液氧辅助决策系统的物料收支平衡关系，建立液氧储槽平衡方程作为液氧平衡约束；根据制氧机的产氧特性，将氧气与液氧的转换比例关系作为氧气与液氧转换关系约束。

7、在上述实施例中，公开了约束条件确定的具体方式，各约束条件包括制氧机产氧量约束、制氧机负荷变化速率约束、氧气管网压力约束、氧气平衡约束、液氧储槽容量约束、液氧平衡约束以及氧气与液氧转换关系约束。这些约束条件都是根据实际生产要求提出的，包括考虑设备的参数限制、辅助决策系统平衡关系等，从而合理限定决策变量的取值范围，保证数学模型优化结果的可实现性，避免产生不切实际的设备启停计划和变负荷计划。

8、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，将决策变量、约束条件和目标函数整合，得到混合整数规划数学模型，具体包括：对决策变量进行分类，确定决策变量中的整数变量和连续变量，整数变量为取值为第一数值或第二数值的变量，连续变量为决策变量中除整数变量之外的变量；确定约束条件中的等式约束和不等式约束；基于预设的标准混合整数规划数学模型形式，根据整数变量、连续变量、等式约束、不等式约束和目标函数构建混合整数规划数学模型。

9、在上述实施例中，通过对决策变量进行分类，确定整数变量和连续变量，并识别出约束条件中的等式约束和不等式约束，最后根据预设的标准混合整数规划数学模型形式，构建混合整数规划数学模型。该建模过程充分考虑了优化问题本身的特点，将其映射到合适的数学模型上，为后续求解优化提供了基础。混合整数规划数学模型兼顾了整数规划和连续规划的优点，既可以处理设备的启停状态，也可以处理连续变化的氧气流量、液氧储量等，建模灵活性强。

10、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，求解混合整数规划数学模型，获得优化后的设备启停计划和变负荷计划，具体包括：通过算筹求解法对混合整数规划数学模型进行求解，得到最优解；对最优解进行分析和转换，得到设备的启停状态量和变负荷值；根据启停状态量确定在各预设时段的设备启停计划；根据启停状态量和变负荷值，确定设备在各预设时段对应的变负荷计划。

11、在上述实施例中，通过传统的算筹求解算法求出最优解，并进行分析转换以得到启停状态量和变负荷值，最终确定出设备在各预设时段对应的启停计划和变负荷计划。该求解过程充分利用了成熟的算筹算法，能够有效获取精确的最优解，并通过转换得到实际生产所需的计划结果，为优化生产提供了可行方案。

12、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，在求解混合整数规划数学模型，获得优化后的设备启停计划和变负荷计划的步骤之后，方法还包括：根据不同用电条件下氧气的供应状态，确定氧气官网中的压力约束点和流量约束点，压力约束点为压力必须处于预设压力范围的关键位置，流量约束点为流量必须处于预设流量范围的关键位置；通过预设的氧气官网物理模型确定在不同用电条件下的压力模拟结果和流量模拟结果，压力模拟结果为通过氧气官网物理模型得到的氧气管网内压力分布，流量模拟结果为通过氧气官网物理模型得到的氧气管网内氧气流量分布；根据压力模拟结果、流量模拟结果、压力约束点和流量约束点，确定压力约束点的压力是否超过预设压力范围，或流量约束点的流量是否超过预设流量范围；若压力约束点的压力超过预设压力范围，或流量约束点的流量超过预设流量范围，则根据预设氧气官网调成策略进行调整以确保压力约束点的压力处于预设压力范围，以及流量约束点的流量处于预设流量范围。

13、在上述实施例中，通过识别氧气官网的压力约束点和流量约束点，并借助预设的氧气官网物理模型评估不同用电条件下的压力模拟结果和流量模拟结果是否满足压力约束点和流量约束点的要求。如果不满足，可根据预设氧气官网调成策略进行调整。这种方式确保了压力约束点的压力处于预设压力范围，以及流量约束点的流量处于预设流量范围，使得优化方案更加可靠，为生产决策提供了双重保障。

14、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，根据压力模拟结果和流量模拟结果以及压力约束点和流量约束点，确定压力约束点的压力是否超过预设压力范围或流量约束点的流量是否超过预设流量范围，具体包括：根据压力模拟结果确定压力约束点在不同用电条件下的压力变化；根据不同用电条件下的压力变化绘制压力曲线，确定压力曲线是否超过预设压力范围；根据流量模拟结果确定流量约束点在不同用电条件下的流量变化；根据不同用电条件下的流量变化绘制流量曲线，确定流量曲线是否超过预设流量范围。

15、在上述实施例中，通过绘制压力曲线和变化曲线并对比预设压力范围和预设流量范围，从而确定压力约束点的压力是否超过预设压力范围或流量约束点的流量是否超过预设流量范围。该评估方式直观可靠，通过曲线对比可以清楚判断压力流量变化是否满足要求，可靠地防止管网出现问题。同时绘制变化曲线也有利于分析压力流量变化的规律，为进一步优化提供了参考。该双评估机制的应用，使得该方法得到的生产决策更加精确可行。

16、第二方面，本技术实施例提供了一种辅助决策系统，该辅助决策系统包括：

17、第一获取模块，用于获取氧气信息、电量信息和实际生产信息，氧气信息包括预设时段内的耗氧预测量，电量信息包括预设时段内的用电预测量；

18、第一确定模块，用于根据氧气信息和电量信息确定决策变量，决策变量包括每个预设时段内，每台制氧机的氧气产量、氧气管网的压力、氧气管网的放散量、气化设备和液化设备的氧气处理量、每个炼钢炉和炼铁炉的氧气消耗量、氧气消耗量、液氧储槽数量、液氧的销售量以及每台设备的启停状态；

19、第二确定模块，用于根据实际生产信息确定约束条件，约束条件包括制氧机产氧量约束、制氧机负荷变化速率约束、氧气管网压力约束、氧气平衡约束、液氧储槽容量约束、液氧平衡约束以及氧气与液氧转换关系约束；

20、第三确定模块，用于确定目标函数为最小化能耗成本，最小化能耗成本为设备耗电成本与液氧销售收入的差值；

21、第四确定模块，用于将决策变量、约束条件和目标函数整合，得到混合整数规划数学模型；第二获取模块，用于求解混合整数规划数学模型，获得优化后的设备启停计划和变负荷计划。

22、第三方面，本技术实施例提供了一种辅助决策系统，该辅助决策系统包括：一个或多个处理器和存储器；该存储器与该一个或多个处理器耦合，该存储器用于存储计算机程序代码，该计算机程序代码包括计算机指令，该一个或多个处理器调用该计算机指令以使得该辅助决策系统执行如第一方面以及第一方面中任一可能的实现方式描述的方法。

23、第四方面，本技术实施例提供一种包含指令的计算机程序产品，当上述计算机程序产品在辅助决策系统上运行时，使得上述辅助决策系统执行如第一方面以及第一方面中任一可能的实现方式描述的方法。

24、第五方面，本技术实施例提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当上述指令在辅助决策系统上运行时，使得上述辅助决策系统执行如第一方面以及第一方面中任一可能的实现方式描述的方法。

25、可以理解地，上述第二方面、第三方面提供的辅助决策系统，第四方面提供的计算机程序产品和第五方面提供的计算机存储介质均用于执行本技术实施例所提供的方法。因此，其所能达到的有益效果可参考对应方法中的有益效果，此处不再赘述。

26、本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

27、1、由于采用了基于氧气信息、电量信息及实际生产信息建立混合整数规划数学模型的方法，该方法充分利用这些信息对氧气供应辅助决策系统进行全面的数学描述和规划，与现有依赖经验判断的决策方式相比，具有模型结果更加准确、指导效果更佳的优点。该方法不仅考虑了耗氧预测量和用电预测量，还加入各类设备条件和辅助决策系统平衡关系，全面反映了生产辅助决策系统的各种限制条件。相比经验判断，该模型可以更加准确地指导生产计划，实现对能源及成本的有效控制，使生产辅助决策系统达到最优运作状态。

28、2、由于采用了混合整数规划数学模型，相比单一的线性规划，混合整数规划数学模型可以同时处理制氧机等设备的启停状态，以及液氧储量等连续变化变量。混合整数规划数学模型灵活性强，可以同时优化离散设备状态和连续物料流量，从整体上达到氧气供应辅助决策系统的最优，相比传统线性规划提高了模型建模能力和优化效果。混合整数规划数学模型的应用，也使得结果中产生的设备启停计划和变负荷更贴近实际情况，具有更强的可实施性。

29、3、由于采用了氧气管网物理模型进行仿真评估，相比仅依赖模型结果，可以弥补模型结果在理论上带来的偏差。确保了压力约束点的压力处于预设压力范围，以及流量约束点的流量处于预设流量范围，使得优化方案更加可靠，为生产决策提供了双重保障。