煉鋼-連鑄批量計(jì)劃智能優(yōu)化編制方法.pdf

1、現(xiàn)代大型鋼鐵企業(yè)的煉鋼—連鑄生產(chǎn)過程是由多臺轉(zhuǎn)爐、多臺精煉爐、多臺連鑄機(jī)組成。轉(zhuǎn)爐將冶煉好的鋼水倒入鋼包中（一爐鋼水稱一個(gè)爐次），鋼包載運(yùn)鋼水到精煉爐進(jìn)行精煉或直接運(yùn)到連鑄機(jī)前，將鋼水倒入連鑄機(jī)上的中間包內(nèi)，由多爐次的鋼水經(jīng)中間包流入連鑄機(jī)并連續(xù)澆鑄成具有一定寬度、長度、厚度的板坯（連鑄機(jī)每開始一次到停止所澆鑄的全部爐次內(nèi)的鋼水稱一個(gè)澆次）。
　　為了滿足熱軋及其后序工序生產(chǎn)能力需求和多爐次鋼水能夠在連鑄機(jī)上連續(xù)澆鑄，企業(yè)需要進(jìn)行

2、煉鋼—連鑄工序的批量計(jì)劃和調(diào)度計(jì)劃的編制。煉鋼—連鑄批量計(jì)劃以給定的一定量待生產(chǎn)板坯及其成份屬性、尺寸屬性、加工屬性、合同屬性和轉(zhuǎn)爐與精煉爐加工爐次數(shù)目標(biāo)值及范圍、熱軋加工燙輥材板坯重量目標(biāo)值及范圍、熱軋后續(xù)工序加工板坯重量目標(biāo)值及范圍為已知，以轉(zhuǎn)爐容量及對鋼水成份的要求、中間包使用壽命及對鋼水成份要求、連鑄機(jī)寬度調(diào)整及對鋼水成份要求為約束，確定板坯所在的爐次、爐次所在的澆次及澆次內(nèi)爐次順序、板坯的澆鑄寬度，從而形成澆次計(jì)劃。煉鋼-連鑄

3、生產(chǎn)調(diào)度是以澆次計(jì)劃為基礎(chǔ)，在爐次的生產(chǎn)工藝路徑及其在轉(zhuǎn)爐、精煉爐上的加工時(shí)間和運(yùn)輸時(shí)間已知的條件下，以澆次在連鑄機(jī)上準(zhǔn)時(shí)開澆，澆次內(nèi)的爐次連續(xù)澆鑄，同一個(gè)設(shè)備兩個(gè)相鄰爐次不能產(chǎn)生作業(yè)沖突為目標(biāo)，確定各澆次中的爐次使用的具體的轉(zhuǎn)爐、精煉爐設(shè)備及對應(yīng)的加工開始時(shí)間，形成煉鋼-連鑄生產(chǎn)作業(yè)時(shí)間表（稱為調(diào)度計(jì)劃）。調(diào)度計(jì)劃的關(guān)鍵是使多爐次連續(xù)澆鑄、同一設(shè)備兩個(gè)相鄰爐次產(chǎn)生作業(yè)沖突、爐次在連鑄機(jī)前的等待時(shí)間短，而這必須依賴于好的批量計(jì)劃。

4、>　　煉鋼—連鑄批量計(jì)劃編制的難點(diǎn)是:1）爐次內(nèi)板坯澆鑄寬度約束、中間包內(nèi)爐次寬度約束、澆次內(nèi)爐次寬度約束不同難以同時(shí)滿足;2）計(jì)劃編制要滿足多個(gè)目標(biāo):轉(zhuǎn)爐與精煉爐加工的爐次數(shù)與目標(biāo)值盡可能小并在目標(biāo)值范圍內(nèi)、熱軋加工燙輥材重量與目標(biāo)值偏差盡可能小并在目標(biāo)值范圍內(nèi)、熱軋下游工序加工板坯重量與目標(biāo)值偏差盡可能小并在目標(biāo)值范圍內(nèi)。目前已有文獻(xiàn)中對批量計(jì)劃的研究沒有考慮寬度在爐次計(jì)劃、中間包計(jì)劃、澆次計(jì)劃中的不同要求，沒有考慮同時(shí)滿足轉(zhuǎn)爐與精

5、煉爐加工的爐次數(shù)與目標(biāo)值偏差盡可能小并在目標(biāo)值范圍內(nèi)、熱軋加工燙輥材重量與目標(biāo)值偏差盡可能小并在目標(biāo)值范圍內(nèi)、熱軋后續(xù)工序加工板坯重量與目標(biāo)值偏差盡可能小并在目標(biāo)值范圍內(nèi)。因此上述方法難以應(yīng)用到實(shí)際。目前煉鋼—連鑄批量計(jì)劃采用人工編制的方法。人工憑經(jīng)驗(yàn)編制計(jì)劃需要多次湊試才能滿足澆次計(jì)劃中對板坯寬度要求，效率低、不能實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)優(yōu)化，因而造成板坯的質(zhì)量降低、生產(chǎn)成本增加、設(shè)備利用效率低。
　　在國家863重點(diǎn)課題“冶金工業(yè)MES關(guān)鍵

6、技術(shù)(EMS-EAM-IPS)研究與示范應(yīng)用(2004AA412010)”的項(xiàng)目支持下，以某大型鋼鐵企業(yè)煉鋼—連鑄生產(chǎn)線為背景，對煉鋼—連鑄批量計(jì)劃編制方法進(jìn)行研究，主要成果如下：
　　1.提出由爐次計(jì)劃、中間包計(jì)劃、澆次計(jì)劃組成的煉鋼—連鑄批量計(jì)劃整體優(yōu)化編制策略。將爐次計(jì)劃、中間包計(jì)劃、澆次計(jì)劃中對寬度的不同要求作為計(jì)劃編制優(yōu)化模型中的性能指標(biāo)與約束方程。將轉(zhuǎn)爐與精煉爐加工爐次數(shù)目標(biāo)值及范圍、熱軋加工燙輥材板坯重量目標(biāo)值及范圍

7、、熱軋后續(xù)工序加工板坯重量目標(biāo)值及范圍，作為中間包計(jì)劃優(yōu)化編制模型的性能指標(biāo)和約束方程。采用基于迭代局部搜索算法(iterated localsearch，ILS)和變鄰域搜索算法(variable neighborhood search，VNS)相結(jié)合及基于蟻群優(yōu)化算法的多目標(biāo)優(yōu)化策略。
　　2.建立了以極小化板坯組成的爐次數(shù)、爐次內(nèi)板坯重量與轉(zhuǎn)爐容量的差、爐次內(nèi)板坯間合同屬性和加工屬性差異及高優(yōu)先級板坯優(yōu)先生產(chǎn)為性能指標(biāo)，以轉(zhuǎn)

8、爐容量及同一爐次內(nèi)板坯間寬度跳躍幅度和次數(shù)為約束方程，以板坯是否在爐次生產(chǎn)為決策變量的爐次計(jì)劃優(yōu)化編制模型。將ILS和VNS相結(jié)合，提出了ILSVNS的爐次計(jì)劃優(yōu)化編制方法。
　　3.建立了以極小化轉(zhuǎn)爐加工爐次數(shù)與目標(biāo)偏差、精煉爐加工爐次數(shù)與目標(biāo)偏差、熱軋加工燙輥材重量與目標(biāo)偏差、熱軋下游工序加工板坯重量與目標(biāo)重量偏差、爐次組成中間包數(shù)量、中間包內(nèi)爐次數(shù)與中間包使用壽命偏差、中間包內(nèi)爐次間成份屬性差異為目標(biāo)，以中間包使用壽命、中間

9、包內(nèi)寬度跳躍和鋼水成份要求、轉(zhuǎn)爐加工爐次目標(biāo)范圍、精煉爐加工爐次目標(biāo)范圍、熱軋加工板坯重量目標(biāo)范圍、熱軋下游工序加工板坯重量目標(biāo)范圍為約束方程，以爐次是否在中間包內(nèi)生產(chǎn)為決策變量的中間包計(jì)劃優(yōu)化編制模型?；贗LS和VNS，提出了雙層ILSVNS的中間包計(jì)劃編制方法。考慮到中間包利用率及多目標(biāo)權(quán)重對解的影響，在優(yōu)化編制方法中加入了可動態(tài)調(diào)整目標(biāo)權(quán)重及中間包利用率參數(shù)的方法。
　　4.建立了以極小化中間包組成澆次數(shù)、澆次內(nèi)中間包之間

10、寬度和成份差異、中間包內(nèi)爐次間寬度和成份差異為目標(biāo)，以中間包使用壽命、中間包內(nèi)寬度跳躍和鋼水成份要求、澆次內(nèi)中間包寬度跳躍和鋼水成份要求為約束方程，以澆次內(nèi)中間包順序、中間包內(nèi)爐次順序、板坯澆鑄寬度為決策變量的澆次計(jì)劃優(yōu)化編制模型。提出了基于蟻群優(yōu)化算法的雙層蟻群優(yōu)化編制方法。
　　5.采用上述計(jì)劃編制方法，研制了煉鋼—連鑄批量計(jì)劃仿真系統(tǒng)，包括爐次計(jì)劃編制與結(jié)果查詢、中間包計(jì)劃編制與結(jié)果查詢、澆次計(jì)劃編制與結(jié)果查詢、系統(tǒng)管理、數(shù)