一种冷轧连续退火机组钢卷优化排序方法及其系统

摘要

一种冷轧连续退火机组钢卷优化排序方法及其系统，属于金属材料加工信息技术领域，优化方法包括以下步骤：一、将候选钢卷按退火温度分别从高到低和从低到高排序，形成两种初始排序方案，对每种初始排序方案采取宽度优先排序或厚度优先排序方法进行优化，获得多组初始可行排序方案；二、从初始钢卷排序方案中选择优化目标值最小的排序方案作为初始可行生产计划；三、对初始可行生产计划，以优化排序模型目标值最小为目标，用交换邻域禁忌搜索和交替路径变换邻域搜索进行调整。基于此方法提出相应系统，本发明使得生产计划执行过程中切换减少，过渡平滑，提高了产品质量，挖掘了产能。

主权项

1.一种冷轧连续退火机组钢卷排序方法，其特征在于：基于加工工艺制定连续退火机组初始排序方案，将连续退火机组工艺约束描述为以最小化切换成本和波动附加成本为目标的数学模型，依据此目标对排序方案进行改进，减少退火温度、宽度和厚度的切换和波动，在连续退火机组钢卷排序方法的基础上，提供了一套连续退火计划排产系统，该系统衔接钢铁企业的内部信息管理平台和生产现场自动控制系统，依据信息管理平台提供的信息通过连续退火优化调度系统中的自动钢卷优化排序模块进行排序并由现场自动控制系统予以实施，该排序方法包括以下步骤：步骤一：建立一系列连续退火机组初始可行钢卷排序方案；将候选钢卷按照退火温度分别从高到低和从低到高进行排序，形成两种初始钢卷排序方案，对每种初始钢卷排序方案采取宽度优先排序或者厚度优先排序进行预排；所述宽度优先排序是指在每种初始钢卷排序方案中，对于具有相同退火温度的钢卷再根据钢卷的宽度，分别采用从宽到窄和从窄到宽两种不同的排序规则排序，获得四种钢卷排序方案；再对具有相同温度、相同宽度的钢卷根据钢卷的厚度从厚到薄和从薄到厚两种不同的排序规则排序，获得八个初始可行钢卷排序方案；所述厚度优先排序是指在每种初始钢卷排序方案中，对于具有相同退火温度的钢卷再根据钢卷的厚度，分别采用从厚到薄和从薄到厚两种不同的排序规则排序，获得四种钢卷排序方案；再对具有相同温度、相同厚度的钢卷根据钢卷的宽度从宽到窄和从窄到宽两种不同的排序规则排序，获得八个初始可行钢卷排序方案；步骤二：比较连续退火机组初始可行钢卷排序方案；从已获得的一系列钢卷排序方案中，选择优化目标值最小的排序方案作为初始可行钢卷排序方案；所述优化目标值最小，指切换成本和波动附加成本目标值最小，所述的波动附加成本包括退火温度、宽度、厚度变化趋势发生波动所造成的波动附加成本，所述的切换成本可根据如下公式进行计算，相邻钢卷切换成本为其中：为相邻钢卷退火温度切换成本，v_e为炉温变化速度，ρ_steel为钢的密度，T_i表示钢卷i要求的退火温度，炉温从T_i切换到T_j的过程中，利益损失为r元，δ^T为允许最大的退火温度跳跃，λ^T为相邻钢卷退火温度切换成本权重；为相邻钢卷规格跳跃造成的切换成本，s_i为钢卷i的横截面积，即s_i＝w_i×t_i，δ^s为最大横截面积切换比例；为相邻钢卷宽度切换成本，w_i表示钢卷i要求的宽度，δ^w为允许最大的宽度跳跃，λ^w为相邻钢卷宽度切换成本权重；是相邻钢卷厚度切换成本，t_i表示钢卷i要求的厚度，δ^t为允许最大的厚度跳跃，λ^t为相邻钢卷厚度切换成本权重；步骤三：确定满足冷轧连续退火工艺约束的钢卷排序方案并下发生产机组；以优化排序模型中给定的优化目标值最小为目的，满足优化排序模型约束条件，利用交换邻域禁忌搜索和交替路径变换邻域搜索两种策略调整初始可行钢卷排序方案，确定满足冷轧连续退火工艺约束的钢卷排序方案；所述优化排序模型可描述为如下数学模型：$\min \mathrm{imize}{\lambda }_1\times \underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}(c_{\mathrm{ij}}^T+c_{\mathrm{ij}}^g)x_{\mathrm{ij}}+{\lambda }_2\times \underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}(p_i^T{y}_i^T+p_i^w{y}_i^w+p_i^t{y}_i^t)---\left(1\right)$约束条件：$\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{x}_{\mathrm{ij}}\le 1,j=\mathrm{1,2},...,n---\left(2\right)$$\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{x}_{\mathrm{ij}}\le 1,i=\mathrm{1,2},...,n---\left(3\right)$$\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{x}_{\mathrm{ik}}-\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{x}_{\mathrm{kj}}=0,k=\mathrm{1,2},...,n---\left(4\right)$$\underset{i,j\in S}{\Sigma }{x}_{\mathrm{ij}}\le \left|S\right|-1,\forall S\subseteq \{\mathrm{1,2},...,n-1,n\}---\left(5\right)$$\left[\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}(T_i-T_j)x_{\mathrm{ij}}\right]\times \left[\underset{k=1}{\overset{n}{\Sigma }}(T_j-T_k)x_{\mathrm{jk}}\right]\times y_i^T-M(1-y_i^T)<0,\forall j=\mathrm{1,2},...,n-1,n---\left(6\right)$$\left[\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}(w_i-w_j)x_{\mathrm{ij}}\right]\times \left[\underset{k=1}{\overset{n}{\Sigma }}(w_j-w_k)x_{\mathrm{jk}}\right]\times y_i^w-M(1-y_i^w)<0,\forall j=\mathrm{1,2},...,n-1,n---\left(7\right)$$\left[\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}(t_i-t_j)x_{\mathrm{ij}}\right]\times \left[\underset{k=1}{\overset{n}{\Sigma }}(t_j-t_k)x_{\mathrm{jk}}\right]\times y_i^t-M(1-y_i^t)<0,\forall j=\mathrm{1,2},...,n-1,n---\left(8\right)$$x_{\mathrm{ij}},y_i^T,y_i^w,y_i^t\in \left\{\mathrm{0,1}\right\},\forall i=\mathrm{1,2},...,n-1,n,j=\mathrm{1,2},...,n-1,n---\left(9\right)$其中，x_ij表示连续退火钢卷排序方案中，当钢卷i在钢卷j紧前进行退火，x_ij取值为1，否则x_ij取值为0；表示连续退火钢卷排序方案中，退火温度的变化趋势在加工钢卷i处是否发生调整，如果发生调整，取值为1，否则取值为0；表示连续退火钢卷排序方案中，厚度的变化趋势在钢卷i处是否发生调整，如果发生调整，取值为1，否则取值为0；表示连续退火钢卷排序方案中，宽度的变化趋势在钢卷i处是否发生调整，如果发生调整，取值为1，否则取值为0，为由于相邻钢卷i和j的退火温度差异引起的设备切换成本，为由于相邻钢卷i和j的规格引起的设备切换成本，是由于在钢卷排序方案中钢卷i处退火温度的变化趋势发生调整引起的设备调整成本，是由于在钢卷排序方案中钢卷i处厚度的变化趋势发生调整引起的设备调整成本，是由于在钢卷排序方案中钢卷i处宽度的变化趋势发生调整引起的设备调整成本，T_i表示钢卷i要求的退火温度，w_i表示钢卷i的宽度，t_i表示钢卷i的厚度；λ₁和λ₂分别是切换成本与波动附加成本在目标中所占的权重；所述的交换邻域禁忌搜索策略，指交换初始可行钢卷排序方案中任意两个钢卷的退火位置，寻找优化排序模型目标值最小的交换改进方案及相应的钢卷排序方案；所述的交替路径变换邻域搜索，指用如下动态规划迭代式进行，设(S，L)表示辅助改进图中从I₀到I_L的改进路径，其中I_S是在I_L紧前被访问；f(S，L)是改进路径(S，L)对应的模型中优化目标的最好改进量；辅助改进图中的每条弧(I_j，I_k)对应的改进移动所引起的对优化目标值中切换成本的改进量定义为D[j，k]，可按照如下公式进行计算：当1≤j≤n时，D[0，j]＝-c[I_n，I₀]+c[I₀，I_j]，当1≤j＜k≤n时，D[j，]＝-c[I_j-1，I_J]+c[I_j-1，I_k].P[j]表示在辅助改进图的改进路径末端插入节点I_j所对应的对初始可行钢卷排序方案的改变所带来的对优化目标中变化趋势波动成本的改进量，其动态规划迭代式给定如下：此迭代式可被初始化为f(0，L)＝D[0，L].式中，f(S′，s)为从I₀到I_S并且I_S′在I_S紧前被访问的改进路径对应的最好改进量，即优化排序模型目标值最小，其中S′＜S＜L，如上迭代式试图找到一条从I₀到I_L并且I_S在I_L紧前被访问的，对初始可行钢卷排序方案目标值改进最好的改进路径，当完成寻找一条从I₀到I_n并且I_S在I_n紧前被访问的具有最好改进量的改进路径(S，n)的任务时，迭代过程完毕，搜索交替路径变换邻域所得的最优钢卷排序方案可通过求解获得。