一種提高酸軋計劃實施中物流設備運行效率的方法和裝置的製作方法

2023-09-19 07:59:40

專利名稱：一種提高酸軋計劃實施中物流設備運行效率的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於金屬材料加工信息技術領域，涉及自動化技術，特別涉及供鋼鐵 行業生產應用的一種提高酸軋計劃實施中物流設備運行效率的方法和裝置。
技術背景酸洗和軋制聯合機組(以下簡稱"酸軋")是鋼鐵生產過程中冷軋生產階段的 第一道工序。酸軋所用的原料主要是經過熱軋後的熱巻，熱巻在原料庫中被堆放 成兩層，如圖1所示。熱巻在原料庫經過冷卻後，用吊車將鋼巻調運至入口步進 梁式運輸機上，步進梁將鋼巻運送給鋼巻轉向臺。由鋼巻運輸車將鋼巻送到入口 段開巻機。鋼巻經開巻、切頭、焊接後經過拉伸矯直進入酸洗槽、通過酸洗槽進 行切邊後進入連軋機組進行軋制，最後進行巻曲。在焊接過程中，如果相鄰兩個 帶鋼厚度跳躍過大或是鋼種跳躍過大都會導致焊接在一起的帶鋼在進行拉伸矯 直時出現斷帶，影響生產效率，同時增加了廢鋼產量。對於軋制工序，軋制機組一般由5個機架組成。每一個機架上的工作輥，由於高速軋制，軋輥磨損很大， 為保證鋼巻質量需要經常更換工作輥，更換前後兩次工作輥之間的軋制對象稱為 軋制單元。每個軋制單元對應一個軋制排產計劃。酸軋作為鋼鐵企業冷軋生產過程中的一個關鍵環節，其物流過程對生產計劃 調度、物流生產的執行、提高設備利用率、提高產品質量、降低料損和能耗等有 重要的作用。目前，鋼鐵企業管理信息系統(簡稱MS)通常分成4個層，由下至上分別 是L1 L4。酸軋軋制計劃的編制在企業管理信息系統L4層上由人工編制完成後， 生成生產指令，從MS的L4層下達到L3層，L3層接收到軋制計劃後對計劃作 進一步調整，調整的原因主要是由於酸軋軋制計劃編制時考慮生產工藝條件復 雜，人工編制無法考慮到板巻實際存放的垛位信息,如果按L4下迖的指令直接 取板巻上料，因為一些板巻處於垛位下層且被其他板巻覆蓋，勢必增大板巻移出 時的倒垛量，影響吊機、行車的運行效率和節奏。L3層對軋制計劃的調整是為 計劃單元中導致倒垛次數增加的板巻選擇一個可替換板巻，使得整個軋制計劃內板巻移出時產生的總的倒垛次數最小，保證計劃實施時及時上料，提高吊機、行 車利用率，降低物流損耗。L3層將調整後的軋制計劃分別下達給L2層的原料庫 以及生產車間，原料庫的行車工根據調整後的軋制計劃取板巻上料，生產車間將 根據調整後的軋制計劃設置酸軋機組酸洗、軋制時機組運行設備參數，將這些參 數下達至Ll生產設備層進行生產加工。由於L4層人工編制計劃的局限性，無法考慮到板巻實際存放的垛位信息， L3層需要進行調整，這使得調整成為軋制單元計劃實施中的關鍵和瓶頸，調整 的效果和效率直接影響到物流設備吊機和行車的運行效率以及酸軋機組的生產 效率和產品質量。如果調整不合理，不但不會降低吊機的倒垛次數，同時還能影 響產品質量、增加設備的磨損程度。因此，發明一種能提高酸軋產品質量的同時 提高酸軋計劃實施中物流設備運行效率的方法有十分重要的意義。發明內容為了解決以上酸軋計劃實施中物流過程控制存在的不足，本發明提供一種基 於集成信息分析提高酸軋計劃實施中物流設備運行效率的方法，根據酸軋生產和 物流設備運行效率指標，選擇酸軋軋制單元內板巻以及安排這些板巻的軋制過 程，使酸軋軋制單元的生產和計劃實施中物流設備(吊機、行車)運行處於最優的 工作狀態，以提高產品質量和物流設備運行效率。本發明的基於集成信息分析提高酸軋計劃實施中物流設備運行效率的方法 由集成信息分析智能優化軟體並通過酸軋生產及其原料庫現場總線控制系統的 硬體平臺來實施。本發明的集成信息智能優化軟體包括(1)決策變量的設定；(2)輔助變量 的設定；(3)酸軋生產和物流設備運行目標的選擇；(4)系統滿足約束的選擇； (5)酸軋軋制單元優化生成；(6)酸軋軋制計劃結果輸出。其中(1) 決策變量的設定 酸軋軋制單元內板巻軋制關係變量^ ;板巻選擇變量},;(2) 輔助變量的設定 板巻/的倒垛次數^;酸軋軋制單元內下層板巻與其對應的上層板巻的軋制關係量^ ;原料庫同一行內相鄰兩個下層板巻與它們上層板巻在軋制單元內軋制順序關係、；(3) 酸軋生產和物流設備運行目標的選擇。酸軋產品質量目標SZcv^ ，該目標函數值越小說明經過酸軋機組生產的板巻質量越高，反之，質量越低；酸軋機組產能目標^>,乂，該目標值越大說明酸軋機組產能越大，反之，產能越低；酸軋計劃實施中物流設備運行效率目標2>,義-1/2 5] Z ，該目標通過 酸軋計劃實施中板巻出庫產生的倒垛次數來表示，該目標函數值越小說明物流設備(吊機)的運行效率越大，反之，運行效率越低；上述三個目標可以通過參數調節來滿足實際生產中不同情況下的需求，引入參數;^,a，;i3，它們分別在[o，i]之間取值並且滿足^+;i2+^3-i，那麼可以將上 述三個目標合成一個f(s)=aZ5>A—^IXk+WI;^,—1/2Z Z、)。(4) 系統滿足約束的選擇為了保證酸軋生產和酸軋生產計劃實施過程中物流設備的正常運行，必須對 其進行生產條件約束，即需要滿足機組正常運行生產能力上限、酸軋機組保證生 產正常運行的機組工藝約束(包括相鄰板巻寬度、厚度、鋼種跳躍範圍上限)、酸 軋計劃實施中板巻出庫時倒垛約束。其中生產能力上限和相鄰板巻寬度、厚度、 鋼種跳躍範圍上限的具體數值根據具體產品種類確定。(5) 酸軋軋制單元優化生成根據用戶追求的目標不同，提出兩種酸軋軋制單元優化生成方法， 一種是側 重提高產品質量的優化方法，一種是側重提高計劃實施中物流設備運行效率的優 化方法。i)當用戶追求的目標側重於提高產品質量時，即輸入的參數a2;i3時，使用第一種方法。包括以下步驟Step 1選擇軋制單元首板巻，由數據分析單元獲得的數據選擇寬度最大的板 巻作為首板巻，如果存在多個這樣的板巻，選擇一個垛位信息為上層的板巻或者位於下層但其上層沒有任何板巻的板巻，將選擇的首板巻存放在s(初始狀態下s為空集合)序列中；Step2根據S中的板巻，計算相關參數。『(S)^為S內寬度最小的板巻寬度，w(s)^為s內寬度最大的板巻寬度，《為針對軋制產品設定的相鄰板巻間 寬度跳躍最大值，g為針對軋制產品設定的軋制單元能軋制的板巻總重量的最大 值，d(S) = Z《為S內的所有板巻的重量(其中《為板巻的重量)；Step3創建可插入板巻集合，針對S內的板巻，從未選板巻中選擇寬度範圍 在[『(S)^ -《，]區間內並且重量不大於0- 的板巻存放到/(S)中， 判斷/(S)是否為空，如果/(S)為空時，轉到Step5;否則，轉到Step4。Step4選擇軋制板巻，確定S內板巻的軋制關係，即確定決策變量^和^， 將/(S)中的每個板巻分別插入到S中的每個位置上，根據(4)中的約束判斷插入 位置的可行性並獲得/(S)中每個板巻插入到S中每個位置上對應的F(S)，從獲 得的這些F(S)中選擇一個F(S)〈oo的最小值。如果不存在這樣的板巻，轉到Step 5。否則，把最小的屍(S)對應的板巻插入到S中能夠獲得最小F(S)的位置上，轉 到Step 2;Step 5調整決策變量少,和^ ，優化決策目標。對通過Step 2~ Step 4過程獲得的軋制單元採用禁忌搜索(Tabu Search,簡稱TS)優化方法進行調整優化，以進 一步改善軋制單元。TS算法通過允許訪問質量較差解的方式使得算法能夠搜索 較大的解空間，並通過禁忌表來記錄最近所採用的移動從而防止算法在搜索的過 程中出現循環。TS算法主要依賴於鄰域的選擇，我們採用變鄰域的TS算法進行 調整優化軋制單元。使用插入、刪除、交換三種領域構成變鄰域Jf/^是從計劃 S中已選板巻中選擇一個刪除後能使F(S)減少的板巻進行刪除；插乂是從數據分 析單元獲得的數據中未選入S的所有板巻(以下簡稱"未選板巻")中選擇一個板 巻/插入到計劃S中的某個位置上，使將板巻/插入到計劃S中後能使F(S)值減 少；^"襲分別在計劃S中和為選板巻中各選一個板巻進行交換，交換後使F(S)減 少。採用變鄰域的TS算法執行過程如下算法開始於Step2 Step4過程獲得的 初始軋制單元，在每次迭代中在刪除鄰域、插入鄰域和交換鄰域中尋找一個最好 的鄰居(也就是鄰域中的最好解)，執行引導向這個鄰居的移動，得到一個新的當前解，從得到的這個新的當前解去進行下一次這樣的迭代，直到滿足TS算法 終止準則時停止整個調整過程。2)當用戶追求的目標側重於追求酸軋機組產能指標和提高酸軋計劃實施中物流設備運行效率時，即輸入的參數^<;13時，使用第二種方法。包括以下步驟.-Step 1創建酸軋計劃實施中倒垛次數為0的板巻集合^ ，由數據分析單元獲 得的數據，將初始狀態下(未編制軋制計劃前)板巻倒垛次數為0的板巻存放在集 合A中，倒垛次數為1的板巻存放在集合B中，倒垛次數為2個板巻存放在集 合C中；Step 2選擇軋制單元首板巻，從集合A中選擇寬度最大的板巻作為首板巻， 將選擇的首板巻存放在S(初始狀態下S為空集合)序列中；Step3根據S中的板巻，計算相關參數，『(S)^為S內寬度最小的板巻寬度，『(S),為S內寬度最大的板巻寬度，《為針對軋制產品設定的相鄰板巻間 寬度跳躍最大值，0為針對軋制產品設定的軋制單元能軋制的板巻總重量的最大 值，t/(S) = j;《為S內的所有板巻的重量(其中《為板巻的重量)，Step 4創建可插入板巻集合，針對S內的板巻，從A、 B和C的未選板巻 中選擇寬度範圍在[『(S)^-《，『(S)^]區間內並且重量不大於Q-d(S)的板巻分貝對應存放到"(S)、 "(S)和/e(S)中，判斷"(S)、 "(S)和,(S)是否全都 是空集，如果全都是空時，轉到Step6;否則，轉到Step5。Step 5選擇軋制板巻，確定S內板巻的軋制關係，即確定決策變量^和^，將屍(S)中的每個板巻分別插入到S中的每個位置上，根據(4)中的約束判斷插入 位置的可行性並獲得"(S)中每個板巻插入到S中每個位置上對應的F(S)，從獲 得的這些F(S)中選擇一個屍(S)〈oo的最小值，如果存在這樣的板巻，那麼把最 小的F(S)對應的板巻插入到S中能夠獲得最小F(S)的位置上；如果"(S)中不 存在這樣的板巻，那麼從/^0 )中搜索使F(S)〈oo且值最小的板巻；如果,(S)中 存在這樣的板巻，將該板巻插入到S中相應的位置上如果,(S)中也不存在這樣 的板巻，那麼從,(S)中搜索使F(S)〈oo且值最小的板;，如果,(S)中存在這樣的板巻，將該板巻插入到S中相應的位置上；如果,(S)中也不存在這樣的板巻， 那麼轉到Step 6;否則轉到Step 3;
Step 6調整決策變量x和^ ,優化決策目標。對通過Step 3~ Step 5過程獲
得的軋制單元採用禁忌搜索(Tabu Search,簡稱TS)優化方法進行調整優化，以進 一步改善軋制單元。具體調整優化方法與l)中Step5相同。 (6)酸軋軋制計劃結果輸出。
由(5)最終得到的結果傳送到生產和物流設備運行指令發布單元。 本發明還提供了一種為實施提高酸軋計劃實施中物流設備運行效率的方法 而設計的裝置，它由乙太網區域網路1連接原料庫數據採集器2、酸軋生產車間 監控器和原料庫監控器13、集成信息分析優化器4、輸入/輸出設備10、數據存 儲器9以及現場控制單元11構成。
本發明的裝置中集成信息分析優化器是核心部分。它包括信息集成、數據分 析、軋制單元編制、生產和物流設備運行指令發布單元。並且在軋制單元編制模 塊中固化有集成信息智能優化軟體。原料庫中的數據採集器實時的將採集到的原 料庫中板巻在庫垛位信息通過乙太網傳遞到集成信息分析優化器中信息集成單 元，信息集成單元按照板巻號將已存放在數據存儲器中的相應板巻信息(包括規 格、交貨期等信息)提取出來與板巻在庫垛位信息合成，形成新的板巻信息條。 用戶通過輸入/輸出設備査看集成信息後的在庫板巻信息，根據客戶需求和生產 狀態條件，輸入酸軋軋制單元需求(包括軋制單元容量、軋制單元內板巻規格範 圍等)。集成信息分析優化器中數據分析單元根據用戶輸入的需求信息和集成的 板巻信息，選擇軋制單元的候選板巻並且將所有的候選板巻按照寬度從寬到窄的 順序排列，相同寬度的板巻按照存放垛位移出時最多發生倒垛次數從少到多的順 序排列。軋制單元編制模塊針對數據分析單元中選擇的候選板巻，根據酸軋生產 工藝要求以及酸軋生產和物流設備運行效率指標，選擇軋制板巻並安排這些板巻 的軋制過程。在軋制單元編制模塊中形成最終的酸軋軋制計劃後，由生產發布單 元根據酸軋軋制計劃向生產車間一級PLC發布生產設備工藝參數，通過PLC調整 酸軋機組設備相關參數；由物流設備運行指令發布單元向原料庫物流設備控制器 發布板巻上料順序，行車、吊機根據指令順序通過GPS定位系統依次搜索目標板 巻的位置並弔取目標板巻移至入口步進梁式運輸機上。集成信息分析優化器軋制單元編制模塊是由智能優化軟體實現，該軟體運行 在計算機控制系統的監控計算機上，該軟體通過與以太區域網路或者企業L3層 控制計算機進行通訊，獲得實時過程數據並給出控制優化設定值。
本發明的優點和技術進步是明顯的
1. 本發明通過對酸軋生產和物流設備運行目標的選擇，可以針對實際生產 狀況和用戶需求設置合理的目標；通過系統滿足約束的選擇，可以針對不同企業 的生產環境和生產工藝進行約束選擇，可以針對生產品種種類的不同設置生產需 要的相關參數，例如生產能力上限和相鄰板巻寬度、厚度、鋼種跳躍範圍上限等， 因此本發明提出的方法能夠反映多個目標，有很好的通用性。
2. 本發明提出的方法不但考慮了實際酸軋生產工藝的要求，同時還考慮了 軋制單元對原料庫物流設備運行的影響，在能有效降低生產成本、提高產品質量 和產能的同時，還能有效地提高酸軋計劃實施中物流設備的運行效率。
3. 本發明通過提出的方法通過與目前企業的生產方式進行比較，在產品質 量目標降低1%(上述解釋到產品質量目標越低說明產品質量越高)，酸軋機組 產能提高3.37%的前提下，酸軋計劃實施中物流設備運行效率目標降低了 47%。 該結果說明，本發明提出的方法大大提高了酸軋計劃實施中物流設備的運行效 率。


圖1為原料庫內板巻堆垛圖，
圖2為硬體系統結構圖，
圖3為軋制單元編制模塊實現流程圖，
圖4為目標側重提高產品質量時，酸軋軋制單元優化生成方法流程圖， 圖5為目標側重提高酸軋計劃實施中物流設備運行效率時，酸軋軋制單元優 化生成方法流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的內容作進一步的說明與補充。
如圖2所示，首先，將原料庫數據採集器2、酸軋生產車間和原料庫監控器 13、集成信息分析優化器4、輸入/輸出設備10、數據存貯器9和現場控制單元 11以以太區域網為中心組裝好。然後將集成信息智能優化軟體固化到軋制單元 編制模塊中。再將軋制單元編制模塊同信息集成模塊、數據分析模塊、生產和物流設備運行指令發布模塊組合起來，構成集成信息分析優化器。原料庫中的數據 採集器通過PLC實時的將採集到的原料庫中板巻在庫垛位信息通過乙太網傳遞 到集成信息分析優化器中信息集成單元，信息集成單元按照板巻號將已存放在數 據存儲器中的相應板巻信息(包括規格、交貨期等信息)提取出來與板巻在庫垛位 信息合成，形成新的板巻信息條。
軋制單元編制模塊的實現流程如圖3所示，開始;首先進行決策變量的設定， 它包括(1)酸軋軋制單元內板巻軋制關係變量^;和(2)板巻選擇變量:^;
然後進行輔助變量的設定，包括(1)板巻/的倒垛次數^; (2)酸軋軋制單元 內下層板巻與其對應的上層板巻的軋制關係量&;和(3)原料庫同一行內相鄰 兩個下層板巻與它們上層板巻在軋制單元內軋制順序關係 ；往下依序為酸軋 生產和物流設備運行目標的選擇；系統滿足約束的選擇、酸軋軋制單元優化生成 和酸軋軋制計劃結果的輸出，最終結束。
酸軋生產和物流設備運行目標的選擇如下
酸軋產品質量目標Z Z，該目標函數值越小說明經過酸軋機組生產的
板巻質量越高，反之，質量越低；
酸軋機組產能目標Z《義，該目標值越大說明酸軋機組產能越大，反之，產
能越低；
酸軋計劃實施中物流設備運行效率目標5>,義-1/22 Z、，該目標通過 酸軋計劃實施中板巻出庫產生的倒垛次數來表示，該目標函數值越小說明物流設
備(吊機)的運行效率越大，反之，運行效率越低；
上述三個目標可以通過參數調節來滿足實際生產中不同情況下的需求，引入
參數A，;^,^3，它們分別在[o,i]之間取值並且滿足4+A+;i3-i，那麼可以將上 述三個目標合成一個FOASSc^-^S々,+;i3(Sw'—1/22] 2>*)。
系統滿足約束的選擇如下
為了保證酸軋生產和酸軋生產計劃實施過程中物流設備的正常運行，必須對 其進行生產條件約束，即需要滿足機組正常運行生產能力上限、酸軋機組保證生 產正常運行的機組工藝約束(包括相鄰板巻寬度、厚度、鋼種跳躍範圍上限)、酸軋計劃實施中板巻出庫時倒垛約束。其中生產能力上限和相鄰板巻寬度、厚度、 鋼種跳躍範圍上限的具體數值根據具體產品種類確定。 酸軋軋制單元優化生成如下
根據用戶追求的目標不同，提出兩種酸軋軋制單元優化生成方法， 一種是側 重提高產品質量的優化方法，一種是側重提高酸軋機組產能指標和計劃實施中物 流設備運行效率的優化方法。兩種方法的運行程序分別示於圖4和圖5中，下面 將分別用實施例來加以說明。
實施例一 酸洗軋制汽車外板。
用戶通過輸入/輸出設備査看集成信息後的在庫板巻信息，根據客戶需求和 生產狀態條件，輸入酸軋軋制單元需求軋制單元最大容量0為IOOO噸、軋制
單元內板巻規格範圍為1600mm 1000mm，相鄰板巻間寬度跳躍最大值《為
150mm。集成信息分析優化器中數據分析單元根據用戶輸入的需求信息和集成的 板巻信息，選擇軋制單元的候選板巻並且將所有的候選板巻按照寬度從寬到窄的 順序排列，相同寬度的板巻按照存放垛位移出時最多發生倒垛次數從少到多的順 序排列，共有這樣的候選板巻149個。
軋制單元編制模塊針對數據分析單元中選擇的候選板巻，根據酸軋生產工藝 要求以及酸軋生產和物流設備運行效率指標，選擇軋制板巻並安排這些板巻的軋
制過程，具體過程如下。
(1) 決策變量的設定。
酸軋軋制單元內板巻軋制關係變量^ ; 板巻選擇變量少,；
(2) 輔助變量的設定。 板巻/的倒垛次數s,.;
酸軋軋制單元內下層板巻與其對應的上層板巻的軋制關係量& ; 原料庫同 一行內相鄰兩個下層板巻與它們上層板巻在軋制單元內軋制順序 關係 ；
(3) 酸軋生產和物流設備運行目標的選擇。4=0.3，那麼有;^-o.2。
(4) 系統滿足約束的選擇。
為了保證酸軋生產和酸軋生產計劃實施過程中物流設備的正常運行，必須對 其進行生產條件約束。
軋制單元內板巻總重量不能超過最大值-
jy,義《g, 0=1000噸。
相鄰板巻寬度從寬到窄跳躍約束-
W;《《+(1- )M，其中w,.為板巻的寬度，M為非常大的一個常 數，《=150mm。
相鄰板巻入口厚度跳躍約束
C-。.，《+(l;)M，其中^為板巻的入口厚度，M為非常大的一個常
數，《=1.0w/w。
% S& +(l;)Af ， <54 =1.28 。
相鄰板巻出口厚度跳躍約束
《—《+(1-、)AZ，其中C為板巻的入口厚度，M為非常大的一個常
數，《=0.5附附。
(5) 酸軋軋制單元優化生成。
對於汽車外板來說，用戶更側重於產品質量，故此時採用圖4所示的程序 Step 1選擇軋制單元首板巻。由數據分析單元獲得的數據選擇寬度最大的板
巻作為首板巻。如果存在多個這樣的板巻，選擇一個垛位信息為上層的板巻或者
位於下層但其上層沒有任何板巻的板巻。將選擇的首板巻存放在S(初始狀態下S 為空集合)序列中；
Step2根據S中的板巻，計算相關參數。『(S)^為S內寬度最小的板巻寬 度，『(S),為S內寬度最大的板巻寬度，《為針對軋制產品設定的相鄰板巻間 寬度跳躍最大值，^為針對軋制產品設定的軋制單元能軋制的板巻總重量的最大 值，^(5) = 2]《為S內的所有板巻的重量(其中《為板巻的重量)。
16Step3創建可插入板巻集合。針對S內的板巻，從未選板巻中選擇寬度範圍 在[『(S)^ -《，]區間內並且重量不大於^ - 的板巻存放到/(S)中。 判斷/(S)是否為空，如果/(S)為空時，轉到Step5，否則，轉到Step4。
Step4選擇軋制板巻，確定S內板巻的軋制關係，即確定決策變量^和^。 將/(S)中的每個板巻分別插入到S中的每個位置上，根據(4)中的約束判斷插入 位置的可行性並獲得/(S)中每個板巻插入到S中每個位置上對應的F(S)，從獲 得的這些屍(S)中選擇一個F(S)〈oo的最小值。如果不存在這樣的板巻，轉到Step 5。否則，把最小的屍(S)對應的板巻插入到S中能夠獲得最小FCS)的位置上，轉 至ij Step 2。
Step 5調整決策變量y,.和 ，優化決策目標。對通過Step 2~ Step 4過程獲
得的軋制單元採用禁忌搜索(Tabu Search,簡稱TS)優化方法進行調整優化，以進 一步改善軋制單元。我們採用變鄰域的TS算法進行調整優化軋制單元。使用插 入、刪除、交換三種領域構成變鄰域刪除是從計劃S中已選板巻中選擇一個刪 除後能使F(S)減少的板巻進行刪除；i^A是從數據分析單元獲得的數據中未選 入S的所有板巻(以下簡稱"未選板巻")中選擇一個板巻z'插入到計劃S中的某 個位置上，使將板巻i'插入到計劃S中後能使屍(S)值減少；史襲分別在計劃S 中和為選板巻中各選一個板巻進行交換，交換後使F(S)減少。採用變鄰域的TS 算法執行過程如下算法開始於Step2 Step4過程獲得的初始軋制單元，在每 次迭代中在刪除鄰域、插入鄰域和交換鄰域中尋找一個最好的鄰居(也就是鄰域 中的最好解)，執行引導向這個鄰居的移動，得到一個新的當前解，眾得到的這 個新的當前解去進行下一次這樣的迭代，直到滿足TS算法終止準則(設定終止 準則為TS算法最大迭代次數1000次或連續最大未改進迭代次數100次)時停 止整個調整過程。
(6)酸軋軋制計劃結果輸出。
由(5)最終得到的結果傳送到生產和物流設備運行指令發布單元。
根據在軋制單元編制模塊中形成最終的酸軋軋制計劃，由生產發布單元根據 酸軋軋制計劃向生產車間一級PLC發布生產設備工藝參數，通過PLC調整酸軋機 組設備相關參數；由物流設備運行指令發布單元向原料庫物流設備控制器發布板 巻上料順序，行車、吊機根據指令順序通過GPS定位系統依次搜索目標板巻的位置並弔取目標板巻移至入口步進梁式運輸機上。 實施例二 酸洗軋制汽車內板。
用戶通過輸入/輸出設備査看集成信息後的在庫板巻信息，根據客戶需求和 生產狀態條件，輸入酸軋軋制單元需求軋制單元最大容量Q為1500噸、軋制
單元內板巻規格範圍為1700mm 1300mm，相鄰板巻間寬度跳躍最大值《為
250mm。集成信息分析優化器中數據分析單元根據用戶輸入的需求信息和集成的 板巻信息，選擇軋制單元的候選板巻並且將所有的候選板巻按照寬度從寬到窄的 順序排列，相同寬度的板巻按照存放垛位移出時最多發生倒垛次數從少到多的順 序排列，共有這樣的候選板巻312個。
軋制單元編制模塊針對數據分析單元中選擇的候選板巻，根據酸軋生產工藝 要求以及酸軋生產和物流設備運行效率指標，選擇軋制板巻並安排這些板巻的軋
制過程，具體過程如下。
(1) 決策變量的設定。 酸軋軋制單元內板巻軋制關係變量 ；
板巻選擇變量y,;
(2) 輔助變量的設定。 板巻/的倒垛次數^;
酸軋軋制單元內下層板巻與其對應的上層板巻的軋制關係量^ ;
原料庫同一行內相鄰兩個下層板巻與它們上層板巻在軋制單元內軋制順序
(3) 酸軋生產和物流設備運行目標的選擇。
柳《I^《^+^Xv,-l/2S^X)。輸入A=0.3 ，
4=0.5，那麼有A二0.2。
(4) 系統滿足約束的選擇。
為了保證酸軋生產和酸軋生產計劃實施過程中物流設備的正常運行，必須對 其進行生產條件約束。
軋制單元內板巻總重量不能超過最大值Z《義《0， 0-15OO噸。
相鄰板巻寬度從寬到窄跳躍約束
w,.-^、《+(l- )M,其中w,為板巻的寬度，M為非常大的一個常數，
《=250mm。
相鄰板巻寬度從窄到寬跳躍約束
^-W,^^+(1-、)A/，其中w,為板巻的寬度，M為非常大的一個常數，
52 = 20 mm。
相鄰板巻入口厚度跳躍約束
^-《卜《+(l、)M，其中C為板巻的入口厚度，M為非常大的一個常
數，53=1.0 wn。
相鄰板巻出口厚度跳躍約束
IC-《^《+(1-~)A/，其中("為板巻的入口厚度，M為非常大的一個常
數，^5=0.5附加。
(5)酸軋軋制單元優化生成。
對於汽車內板來說，企業更側重於酸軋機組的產能指標和酸軋計劃實施中物
流設備的運行效率，故下面將按圖5所示的程序進行
Step 1創建酸軋計劃實施中倒垛次數為0的板巻集合X 。由數據分析單元獲 得的數據，將初始狀態下(未編制軋制計劃前)板巻倒垛次數為0的板巻存放在集 合A中，倒垛次數為1的板巻存放在集合B中，倒垛次數為2個板巻存放在集 合C中；
Step 2選擇軋制單元首板巻。從集合A中選擇寬度最大的板巻作為首板巻。 將選擇的首板巻存放在S(初始狀態下S為空集合)序列中；
Step3根據S中的板巻，計算相關參數。『(S)^為S內寬度最小的板巻寬 度，『(S)^為S內寬度最大的板巻寬度，《為針對軋制產品設定的相鄰板巻間 寬度跳躍最大值，。為針對軋制產品設定的軋制單元能軋制的板巻總重量的最大 值，J(S)-S《為S內的所有板巻的重量(其中《為板巻的重量)，
19Step 4創建可插入板巻集合。針對S內的板巻，從A、 B和C的未選板巻 中選擇寬度範圍在[『OS)^-《,『(S)^J區間內並且重量不大於0-rf(S)的板巻
分貝對應存放到"(S)、 ,(S)和,(S)中。判斷產(S)、 "(S)和,(S)是否全都 是空集，如果全都是空時，轉到Step6，否則，轉到Step5。
Step 5選擇軋制板巻，確定S內板巻的軋制關係，即確定決策變量;;,和 。
將"(S)中的每個板巻分別插入到S中的每個位置上，根據(4)中的約束判斷插入 位置的可行性並獲得"(S)中每個板巻插入到S中每個位置上對應的F(S)，從獲 得的這些F(S)中選擇一個F(S)〈oo的最小值。如果存在這樣的板巻，那麼把最 小的F(S)對應的板巻插入到S中能夠獲得最小F(S)的位置上。如果/"(S)中不 存在這樣的板巻，那麼從/"(S)中搜索使F(S)〈oo且值最小的板巻，如果屍(S)中 存在這樣的板巻，將該板巻插入到S中相應的位置上。如果"(S)中也不存在這 樣的板巻，那麼從,(5)中搜索使屍(5)<00且值最小的板巻，如果,(S)中存在 這樣的板巻，將該板巻插入到S中相應的位置上。如果,(S)中也不存在這樣的 板巻，那麼轉到Step6。
Step 6調整決策變量y,和 ，優化決策目標。對通過Step 3~ Step 5過程獲
得的軋制單元採用禁忌搜索(Tabu Search,簡稱TS)優化方法進行調整優化，以進 一步改善軋制單元。我們採用變鄰域的TS算法進行調整優化軋制單元。使用插 入、刪除、交換三種領域構成變鄰域刪除是從計劃S中已選板巻中選擇一個刪 除後能使F(S)減少的板巻進行刪除；i^A是從數據分析單元獲得的數據中未選 入S的所有板巻(以下簡稱"未選板巻")中選擇一個板巻/插入到計劃S中的某 個位置上，使將板巻f插入到計劃S中後能使F(S)值減少；^"資分別在計劃S 中和為選板巻中各選一個板巻進行交換，交換後使F(S)減少。採用變鄰域的TS 算法執行過程如下算法開始於Step 2~ Step 5過程獲得的初始軋制單元，在每 次迭代中在刪除鄰域、插入鄰域和交換鄰域中尋找一個最好的鄰居(也就是鄰域 中的最好解)，執行引導向這個鄰居的移動，得到一個新的當前解，從得到的這 個新的當前解去進行下一次這樣的迭代，直到滿足TS算法終止準則(設定終止準則為TS算法最大迭代次數1000次或連續最大未改進迭代次數100次)時停 止整個調整過程。
(6)酸軋軋制計劃結果輸出。
由(5)最終得到的結果傳送到生產和物流設備運行指令發布單元。
根據在軋制單元編制模塊中形成最終的酸軋軋制計劃，由生產發布單元根據 酸軋軋制計劃向生產車間一級PLC發布生產設備工藝參數，通過PLC調整酸軋機 組設備相關參數；由物流設備運行指令發布單元向原料庫物流設備控制器發布板 巻上料順序，行車、吊機根據指令順序通過GPS定位系統依次搜索目標板巻的位 置並弔取目標板巻移至入口步進梁式運輸機上。
權利要求
1.一種提高酸軋計劃實施中物流設備運行效率的方法，其特徵在於出設計集成信息智能優化軟體並通過酸軋生產及其原料庫現場總線控制系統的硬體平臺來實施。
2. 按權利要求1所述的提高酸軋計劃實施中的物流設備運行效率 的方法，其特徵在於所說的集成信息智能優化軟體包括(1) 決策變量的設定；(2) 輔助變量的設定；(3) 酸軋生產和物流設備運行目標的選擇；(4) 系統滿足約束的選擇；(5) 酸軋軋制單元優化生成；(6) 酸軋軋制計劃結果的輸出。
3. 按權利要求2所述的提高酸軋計劃實施中的物流設備運行效率 的方法，其特徵在於所說的酸軋生產和物流設備運行目標的選擇有(1) 以側重於酸軋產品質量為目標；(2) 以側重於酸軋機組產能為目標；(3) 以側重於酸軋計劃實施中物流設備運行效率為目標。
4. 按權利要求3所述的提高酸軋計劃實施中的物流設備運行效率的方法，其特徵在於所說的當用戶側重於追求酸軋產品質量為目標時，將按如下步驟運行Step 1選擇軋制單元首板巻，由數據分析單元獲得的數據選擇寬度最大的板巻作為首板巻，如果存在多個這樣的板巻，選擇一個垛位信息為上層的板巻或者位於下層但其上層沒有任何板巻的板巻，將選 擇的首板巻存放在S(初始狀態下S為空集合)序列中；Step 2根據S中的板巻，計算相關參數，『(S)^為S內寬度最小 的板巻寬度，『(S)目為S內寬度最大的板巻寬度，^為針對軋制產品 設定的相鄰板巻間寬度跳躍最大值，e為針對軋制產品設定的軋制單 元能軋制的板巻總重量的最大值，^/(5) = 5>,為S內的所有板巻的重量(其中《為板巻的重量)；Step 3創建可插入板巻集合，針對S內的板巻，從未選板巻中選 擇寬度範圍在[『(S)她-A,『(SU]區間內並且重量不大於2-d(S)的板 巻存放到/(S)中；判斷/(S)是否為空，如果/(S)為空時，轉到Step5; 否則，轉到Step4;Step4選擇軋制板巻，確定S內板巻的軋制關係，即確定決策變 量^和 ，將/(S)中的每個板巻分別插入到S中的每個位置上，根據(4)中的約束判斷插入位置的可行性並獲得/(S)中每個板巻插入到S 中每個位置上對應的，從獲得的這些中選擇一個<oo的 最小值；如果不存在這樣的板巻，轉到Step5;否則，把最小的F(S) 對應的板巻插入到S中能夠獲得最小F(S)的位置上，轉到Step 2;Step5調整決策變量x和 ，優化決策目標；對通過Step 2 Step 4過程獲得的軋制單元採用變鄰域的TS算法進行調整優化軋制單； 使用插入、刪除、交換三種領域構成變鄰域刪除是從計劃S中已選 板巻中選擇一個刪除後能使減少的板巻進行刪除；；^A是從數據 分析單元獲得的數據中未選入S的所有板巻(以下簡稱"未選板巻")中 選擇一個板巻f插入到計劃S中的某個位置上，使將板巻/插入到計 劃S中後能使F(S)值減少；^"痴分別在計劃S中和為選板巻中各選一個板巻進行交換，交換後使F(S)減少。採用變鄰域的TS算法執行過 程如下算法開始於Step 2~ Step 4過程獲得的初始軋制單元，在每 次迭代中在刪除鄰域、插入鄰域和交換鄰域中尋找一個最好的鄰居 (也就是鄰域中的最好解)，執行引導向這個鄰居的移動，得到一個 新的當前解，從得到的這個新的當前解去進行下一次這樣的迭代。
5.按權利要求3所述的提高酸軋計劃實施中的物流設備運行效 率的方法，其特徵在於所說的當用戶側重於追求酸軋機組產能指標和 追求酸軋計劃實施中物流設備運行效率為目標時，將按如下步驟運 行Step 1創建酸軋計劃實施中倒垛次數為0的板巻集合^ ，由數據 分析單元獲得的數據，將初始狀態下(未編制軋制計劃前)板巻倒垛次 數為0的板巻存放在集合A中，倒垛次數為1的板巻存放在集合B 中，倒垛次數為2個板巻存放在集合C中；Step 2選擇軋制單元首板巻，從集合A中選擇寬度最大的板巻 作為首板巻，將選擇的首板巻存放在S(初始狀態下S為空集合)序列 中；Step3根據S中的板巻，計算相關參數，『(SU為S內寬度最小 的板巻寬度，W(S)^為S內寬度最大的板巻寬度，《為針對軋制產品 設定的相鄰板巻間寬度跳躍最大值，0為針對軋制產品設定的軋制單 元能軋制的板巻總重量的最大值，,為S內的所有板巻的重量(其中《為板巻的重量)，/(5)-s2^+2^;Step 4創建可插入板巻集合，針對S內的板巻，從A、 B和C的未選板巻中選擇寬度範圍在[『(su-《，『(s;u]區間內並且重量不大 於2-^(s)的板巻分貝對應存放到"cs)、 /b(S)和,(S)中，判斷"(S)、戶(S)和,(S)是否全都是空集，如果全都是空時，轉到Step6，否則， 轉到Step5;Step 5選擇軋制板巻，確定S內板巻的軋制關係，即確定決策變 量乂和 ，將/、S)中的每個板巻分別插入到S中的每個位置上，根 據(4)中的約束判斷插入位置的可行性並獲得"(S)中每個板巻插入到 S中每個位置上對應的F(S)，從獲得的這些F(S)中選擇一個F(S)〈oo的 最小值，如果存在這樣的板巻，那麼把最小的F(S)對應的板巻插入到 S中能夠獲得最小F(S)的位置上，如果"(S)中不存在這樣的板巻，那 麼從/，)中搜索使F(S)w且值最小的板巻，如果"(S)中存在這樣的 板巻，將該板巻插入到S中相應的位置上，如果,(S)中也不存在這 樣的板巻，那麼從/c(S)中搜索使F(SXoo且值最小的板巻，如果,(S) 中存在這樣的板巻，將該板巻插入到S中相應的位置上，如果/、S)中 也不存在這樣的板巻，那麼轉到Step6;否則轉到Step3;Step6調整決策變量^和^，優化決策目標，對通過Step 3~ Step5過程獲得的軋制單元採用變鄰域的TS算法進行調整優化軋制單元； 使用插入、刪除、交換三種領域構成變鄰域刪除是從計劃S中已選 板巻中選擇一個刪除後能使減少的板巻進行刪除；；^A是從數據 分析單元獲得的數據中未選入S的所有板巻(以下簡稱"未選板巻")中 選擇一個板巻/插入到計劃S中的某個位置上，使將板巻/插入到計 劃S中後能使F(S)值減少；3T疾分別在計劃S中和為選板巻中各選一 個板巻進行交換，交換後使F(S)減少；採用變鄰域的TS算法執行過 程如下算法開始於Step 3~ Step 5過程獲得的初始軋制單元，在每次迭代中在刪除鄰域、插入鄰域和交換鄰域中尋找一個最好的鄰居 (也就是鄰域中的最好解)，執行引導向這個鄰居的移動，得到一個 新的當前解，從得到的這個新的 前解去進行下一次這樣的迭代。
6. —種為實施權利要求1所述的提高酸軋計劃實施中物流設備運 行效率的方法而設計的裝置，其特徵在於由採用乙太網區域網路1連 接原料庫數據採集器2、酸軋生產車間監控器和原料庫監控器13、集 成信息分析優化器4、輸入/輸出設備10、數據存儲器9以及現場控制單元11構成o
7. 按權利要求7所述的提高酸軋計劃實施中物流設備運行效率 的裝置，其特徵在於所說的集成信息分析優化器4中包括信息集成、 數據分析、軋制單元編制、生產和物流設備運行指令發布個單元，並 且在軋制單元編制模塊中固化有集成信息智能優化軟體。
全文摘要
一種提高酸軋計劃實施中物流設備運行效率的方法，其特徵在於設計出集成信息智能優化軟體並通過酸軋生產及其原料庫現場總線控制系統的硬體平臺來實施。集成信息智能優化軟體包括(1)決策變量的設定；(2)輔助變量的設定；(3)酸軋生產和物流設備運行目標的選擇；(4)系統滿足約束的選擇；(5)酸軋軋制單元優化生成；(6)酸軋軋制計劃結果的輸出。一種實施提高酸軋計劃實施中物流設備運行效率的方法的裝置，它由採用乙太網區域網路1連接原料庫數據採集器2、酸軋生產車間監控器和原料庫監控器13、集成信息分析優化器4、輸入/輸出設備10、數據存儲器9以及現場控制單元11構成。而集成信息分析優化器4中的軋制單元編制模塊中固化有集成信息智能優化軟體。
文檔編號G05B19/418GK101598941SQ200910012330
公開日2009年12月9日 申請日期2009年7月1日 優先權日2009年7月1日
發明者唐立新, 任 趙 申請人:東北大學