一種提高鋼鐵企業板坯利用率的板坯與合同轉用匹配方法
2023-05-10 00:05:56 2
專利名稱：一種提高鋼鐵企業板坯利用率的板坯與合同轉用匹配方法
技術領域：
本發明涉及鋼鐵企業板坯匹配環節，屬於到自動化技術領域，特別涉及一種提高鋼鐵企業板坯利用率的板坯與合同轉用匹配方法。
背景技術：
鋼鐵企業的生產合同大部分是根據用戶對企業所提出的鋼材的規格、鋼級、成分、硬度等要求所制定。鋼鐵生產過程中，首先根據生產合同編排煉鋼連鑄生產計劃，產出板坯 後根據合同對產品的要求進行熱軋、冷軋等進一步的處理，最後生產出最終產品交付給客戶。然而，以下幾種原因導致了超量的合同和板坯與合同之間的不合理匹配關係1)多品種小批量的需求與鋼鐵生產屬於集中式的批量生產相矛盾，如轉爐或電爐一爐的處理鋼水量為300噸或者250噸，這樣導致了一些合同的板坯超過了需求量；2)在處理無委託板坯匹配時，由於人工經驗不足或數據源不全面，導致板坯與合同的匹配質量不高；3)由於後工序廢料，使得某些緊急的合同缺少板坯。板坯與合同的不合理關係嚴重影響鋼鐵企業的資源利用率、利潤最大化及客戶滿意度。因此，如何提高板坯利用率是鋼鐵企業亟待解決的關鍵性技術問題。在實際生產過程中，可以通過板坯與合同的轉用匹配來改變合同與板坯的匹配關係，即將所有可以脫掉板坯的合同全部脫掉，打破原來的板坯與合同的對應關係，在滿足物流平衡的前提下，進行所有可配板坯和可配合同的重新優化匹配。高效合理的轉用匹配方案可以有效提高板坯匹配質量、降低板坯切損量、降低合同餘材量、提高合同完整性，從而提聞板還利用率，提聞客戶滿意度。
發明內容
針對鋼鐵企業由於板坯與合同匹配不合理而造成的板坯切損量大、合同餘材量大、合同不能按時交貨等問題，本發明提供一種提高板坯利用率的板坯與合同轉用匹配方法，從而實現最大化資源利用，提高客戶滿意度，最大化企業利潤的目的。本發明所提供的板坯與合同轉用匹配方法主要包括以下步驟一種提高鋼鐵企業板坯利用率的板坯與合同轉用匹配方法，包括以下步驟步驟一下載板坯信息與合同信息；步驟二 根據步驟一的信息建立數學模型，定量化描述板坯與合同轉用匹配問題；步驟三根據實際工藝運行參數，對步驟二的數學模型中的參數進行設置；步驟四將板坯和合同分組，使不同組的板坯與合同不具有匹配關係；步驟五對步驟四每組合同和板坯數據，採用基於多鄰域的禁忌搜索算法重新獲得板坯與合同的匹配關係；步驟六對步驟五的結果進行檢查，如果對結果不滿意，則對結果進行修改；如果對結果滿意，則送交執行。作為優選，步驟二所述的根據步驟一信息建立數學模型，定量化描述板坯與合同轉用匹配問題的步驟如下Stepl. I :選擇決策變量；Stepl. 2 :確定優化目標；Stepl. 3 :定量化描述板坯與合同轉用匹配約束條件。作為優選，所述Stepl. I-Stepl. 3的各個步驟如下Stepl. I :選擇決策變量 設決策變量Xij表示板坯i與合同j的匹配關係，當板坯i分配給合同j時，Xij取值為I;否則，為O ;Stepl. 2 :確定優化目標，包括最小化板還以優充次
m ηMin
J=I i=l(I)其中，m為所有可配合同的個數，η為所有可配板坯的個數，Clij為將可配板坯i分配給可配合同j時，由於鋼級差異所導致的費用；最小化板坯的切損量
m ηMin
；=1 i=l(2)其中，ο2υ為將板坯i匹配給合同j時，由於重量、寬度、長度等規格差異所導致的切損費用；最小化合同餘材量
η Min U1-^nax)
/=1(3)其中，U1表示由合同餘材量而引起的懲罰費用，％為板坯i的重量，為合同j的需求量上限；最小化合同欠量
ηMin U2 min{max(0,4mm - J^a1Xtj),UW}
/=1(4)其中，U2表示由合同欠量而引起的懲罰費用，f為合同j的需求量下限，UW為最大欠量懲罰值；最大化合同按時交貨獎勵
m ηMax YLRJXV
J=I 1=1(5)其中，Rj表示合同j的交貨期優先級獎勵，合同的交貨期距離當前計劃時刻越近，其交貨期優先級獎勵值越大；最小化未完成合同懲罰
權利要求
1.一種提高鋼鐵企業板坯利用率的板坯與合同轉用匹配方法，其特徵在於，包括以下步驟 步驟ー下載板坯信息與合同信息； 步驟ニ 根據步驟一的信息建立數學模型，定量化描述板坯與合同轉用匹配問題； 步驟三根據實際エ藝運行參數，對步驟ニ的數學模型中的參數進行設置； 步驟四將板坯和合同分組，使不同組的板坯與合同不具有匹配關係； 步驟五對步驟四每組合同和板坯數據，採用基於多鄰域的禁忌捜索算法重新獲得板坯與合同的匹配關係； 步驟六對步驟五的結果進行檢查，如果對結果不滿意，則對結果進行修改；如果對結果滿意，則送交執行。
2.根據權利要求I所述的ー種提高鋼鐵企業板坯利用率的板坯與合同轉用匹配方法，其特徵在於步驟ニ所述的根據步驟一信息建立數學模型，定量化描述板坯與合同轉用匹配問題的步驟如下 Stepl. I :選擇決策變量； Stepl. 2 :確定優化目標； Stepl. 3 :定量化描述板還與合同轉用匹配約束條件。
3.根據權利要求2所述的ー種提高鋼鐵企業板坯利用率的板坯與合同轉用匹配方法，其特徵在於，所述StepL I-Stepl. 3的各個步驟如下 Stepl. I :選擇決策變量 設決策變量表示板坯i與合同j的匹配關係，當板坯i分配給合同j吋，取值為I ;否則，為O ; Stepl. 2 :確定優化目標,包括 最小化板坯以優充次
4.根據權利要求3所述的ー種提高鋼鐵企業板坯利用率的板坯與合同轉用匹配方法，其特徵在於 匹配規格約束中，板坯和合同按照鋼級分組，同吋，對機組平衡約束進行如下近似處理進行替換
5.根據權利要求I所述的ー種提高鋼鐵企業板坯利用率的板坯與合同轉用匹配方法，其特徵在幹設m為合同的個數，η為板坯的個數，令Sb為當前最好的轉用匹配方案；S為當前的轉用匹配方案；算法迭代次數為k ;連續未改進的迭代次數為t ；Lswap及Lshift分別為交換鄰域及轉換鄰域對應的禁忌表；禁忌表長度為Lmax ;算法最大迭代次數為Kmax ;允許連續未改進最大次數為Tmax，則基於多鄰域的禁忌捜索算法步驟如下 Step4. I :採用啟發式算法H獲得板坯與合同的初始轉用匹配方案Stl ；St印4. 2 :設置 k = O，t = O，Sb = SQ，S = S。，禁忌表 Lswap 及 Lshift 為空； St印4. 3 :如果k > Kmax或者t > Tmax,則執行St印4. 9 ； Step4. 4 :對當前轉用匹配方案進行交換移動鄰域搜索，並記錄捜索到的使目標函數值改進最大且在禁忌表中的交換移動Swapl和使得目標函數值改進最大且不在禁忌表中的交換移動Swap2 ;對當前解S進行Swapl移動及Swap2移動後得到的轉用匹配方案分別記為 S1 和 S2，如果 f (S1) < f (S2)且 f (S1) < f (Sb)，則令轉用匹配方案 Sswap =Sswap=S2 ； Step4. 5 :對當前轉用匹配方案進行轉換移動鄰域搜索，並記錄捜索到的使目標函數值改進最大且在禁忌表中的移動Shiftl和使得目標函數值改進最大且不在禁忌表中的移動Shift2 ;對當前解S進行Shiftl移動及Shift2移動後得到的轉用匹配方案分別記為S』 I和S』2，如果f (S') <f(S』2)且f(S') < f (S』b)，則令轉用匹配方案Sshift = s'，否則，令 Sshift = S，2 ; St印4.6 :如果f (Sswap) <f (Sshift),則更新當前轉用匹配方案S = Sswap，將轉用匹配方案Sswap對應的交換移動添加到禁忌表Lswap中，並更新禁忌表；否則，更新當前轉用匹配方案S=Sshift，將轉用匹配方案Sshift對應的交換移動添加到禁忌表Lshift中，並更新禁忌表；如果f (S) Tmax/4,則構造當前轉用匹配方案的輔助圖，並採用Di jkstra算法依次捜索以板坯i(i = l，2，...，n)為固定節點的負費用路徑，如果沒有找到負費用路徑，則執行Step4. 7 ;否則，實施負費用路徑所對應的基於多交換的板坯插入鏈得到新的轉用匹配方案Sctル，令S = Scycle ;如果f(S) < f (Sb)，則更新當前最好轉用匹配方案，令Sb = S，t=O,執行 Step4. 2 ； Step4. 8 :使用路徑重連算法改進當前轉用匹配方案S，記錄執行路徑重連算法過程中 得到的目標函數值最小的可行轉用匹配方案Sra，令S = Sra;如果滿足f (S) < f(Sb)，則令Sb = S, t = O ;執行 Step4. 2 ； Step4. 9 :算法結束,輸出轉用匹配結果。
6.根據權利要求5所述的ー種提高鋼鐵企業板坯利用率的板坯與合同轉用匹配方法，其特徵在於 Step4. I所述的啟發式算法H的具體步驟如下 Step4. I. I :將合同按照優先級從高到低排序，排序後的合同為[1]，. . .，[m]; Step 4. 1.2 :(釋放超量板坯)從j = I到m:若合同[j]為超量，在滿足近似處理後的機組平衡約束(14)的情況下，隨機從該合同上釋放板坯，直到合同[j]不滿足合同餘材量約束(11)為止； Step 4. I. 3 :(分階段釋放板還)令匹配規格費用閾值Limcostl = max{ο1^·+ο2^·,i e {I, · · · , m}, j e {I, ... , m}}； Step4. I. 4 :令i = 0 ; Δ I為匹配規格費用閾值減小步長,Limcostl = LimCostl-Δ I ；若 LimCostl η,返回Step4. I. 4 ;若板還i與原合同j的匹配規格費用clu+c2u不小於Limcostl，且釋放後機組平衡約束(14)仍然滿足，則釋放該板坯；否則不釋放板坯；重複St印4. I. 5 ； Step4. I. 6 :重新匹配被釋放的板坯，令匹配規格費用閾值Limcost2 = O ； Step4. I. 7 :令h = O ； Δ 2為匹配規格費用閾值增加步長，Limcost2 = Limcost2+ Δ 2 ；若 LimCost 2 > max {ο1^·+ο2^·, i e {1，· · ·，m}，j e {1，· · ·，m}} + Δ 2 ;執行 Step4. I. 10 ；Step4. I. 8 :若合同[h]已不存在板還欠量，h = h+Ι,重複此步驟；否則令i = O ; St印4. 1.9:令i = i+Ι，若板坯i已被匹配，重複此步驟；否則查看匹配規格費用，若cli[h]+c2i[h] m,返回步驟4. I. 10。
7.根據權利要求5所述的ー種提高鋼鐵企業板坯利用率的板坯與合同轉用匹配方法，其特徵在於 Step4. 4所述的交換移動是指交換兩個屬於不同合同的板坯的所屬關係。
8.根據權利要求5所述的ー種提高鋼鐵企業板坯利用率的板坯與合同轉用匹配方法，其特徵在於 Step4. 5所述的轉換移動是指改變某個板坯的所屬關係。
9.根據權利要求5所述的ー種提高鋼鐵企業板坯利用率的板坯與合同轉用匹配方法，其特徵在於 Step4. 6所述的更新禁忌表是指，當禁忌表中記錄的移動個數小于禁忌表長度Lmax吋，則將所要記錄的移動加入到禁忌表的最後端；當禁忌表中記錄的移動個數等于禁忌表長度し_時，則釋放掉禁忌表中最前端的移動，然後將所要記錄的移動加入到禁忌表的最後端。
10.根據權利要求5所述的ー種提高鋼鐵企業板坯利用率的板坯與合同轉用匹配方法，其特徵在幹 Step4. 7所述的構造當前轉用匹配方案的輔助圖，具體方法如下設板坯集合Ij表示匹配給合同j的板坯集合，則[I1, 12，...，Im]表示m個合同的匹配方案，令を表示板坯，Uai)表示板坯i所在的集合，Ψ (I)表示板坯集合I所匹配的合同；在板坯集合Ik(k = 1,2, , m)中加入虛擬板-an+k，則形成輔助板坯集合/= { い a2, ···， αη, αη+ι, , α + Μ};加入ー個特殊的板還 a0,代表路徑的起點，則輔助圖為G = {V，A，D}(如圖4所示)，其中輔助圖節點集合F= {補助板坯集合/的各個板坯{み};輔助圖中邊的集合A= ((Bi7Bj) =BijajGV,Kai)尹I(aJ且板坯集合I(a」.)U {ajバaj與合同Ψ (I㈨))滿足約束(9)、(11)、(14)} U {(a0，aj aj G 1} ；D = ((Iij- (a^ a」·) G A}為邊的距尚集合； 令，f(I)表示應用公式(6)計算得到的板坯集合I匹配給合同Ψ (I)的目標函數貢獻值；集合A中，邊(ai; a》的距離(Iij,為當板還(at a0)替換板還a」.時,a」.所在集合I (aj的費用減少量，即 Clij = f (I (a」)/ {a」} U {aj) -f (I (a」)) (16)
11.根據權利要求5所述的ー種提高鋼鐵企業板坯利用率的板坯與合同轉用匹配方法，其特徵在幹 Step4. 8所述的路徑重連算法中，S表示一個轉用匹配方案，令轉用匹配方案S1為路徑重連的起點，轉用匹配方案S2為路徑重連的終點，Spkb表示路徑重連過程中目標函數值最小的轉用匹配方案，S(i)表示轉用匹配方案S中匹配給板坯i的合同；路徑重連算法步驟如下， Step4. 8. I :令 i = I, Spe = S1, Speb = S1 ； Step4. 8. 2 :如果Spe(i) = S2⑴,則i = i+Ι,重複此步驟； St印4. 8. 3 :找到使得SPK(k) = S2(i)的板坯k，交換轉用匹配方案Spk中板坯i和k的所屬關係；Step4. 8.3 :如果轉用匹配方案SpMi足步驟一中的約束公式(9)、公式(11)、公式(14)，且 f (Spe) < f (Speb)，則 Spkb = Spe ； Step4. 8. 4 :如果i彡η,則路徑重連方法結束；否則i = i+Ι,轉Step4. 8. 2。
全文摘要
本發明涉及鋼鐵企業板坯匹配環節，屬於到自動化技術領域，特別涉及一種提高鋼鐵企業板坯利用率的板坯與合同轉用匹配方法，其包括以下步驟下載板坯信息與合同信息；建立數學模型；對數學模型參數設置；將板坯和合同分組；對每組合同和板坯數據，採用基於多鄰域的禁忌搜索算法重新獲得匹配關係；對步驟五的結果進行檢查，如果對結果滿意，則送交執行。針對板坯與合同匹配關係不合理的情況，本發明提出一種板坯與合同轉用匹配方法，即將所有合同中的板坯全部脫掉，打破原來的板坯與合同的匹配關係，在滿足機組產能平衡的前提下，進行所有可配板坯和可配合同的重新優化匹配，能夠有效提高板坯匹配質量、降低板坯切損量、降低合同餘材量、提高合同完整性、保證緊急合同按時交貨。
文檔編號G06Q50/04GK102651114SQ20121010149
公開日2012年8月29日 申請日期2012年4月5日 優先權日2012年4月5日
發明者唐立新, 孟盈 申請人:東北大學