CN102421543B - 处理调度系统和方法 - Google Patents

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Abstract

通过合理的技术来解决两个不同的板坯序列的组合调度。通过计算机的处理，准备格子状的二维图形作为在计算机的存储器或者硬盘驱动器上表现的数据结构，该格子状的二维图形将直接板坯序列设为第一维并且将库存板坯序列设为第二维。计算机的处理程序根据规定的算法，在该二维图形的各个节点中生成对于直接板坯、库存板坯的两个子代节点。通过定义适当的加权函数，由计算机的处理程序对格子状的二维图形的节点之间的边缘进行加权。若在计算机的存储器或者硬盘驱动器等的计算机的存储装置上形成加权图形，则计算机的处理程序求从某一起点至终点的路径以作为已知的Dijkstra方法等的最短路径搜寻问题。

Description

处理调度系统和方法
技术领域
本发明涉及一种决定多个处理（process）的排列顺序的技术，更具体地说，涉及决定用于通过压延轧辊将被称为板坯（slab）的厚钢板馈送至热轧（hot rolling）处理的调度的系统、方法及程序。 
背景技术
以往，炼铁厂通过热轧处理（也称为热滚轧处理）来生产具有各种厚度及尺寸的钢板。热轧处理为通过压延轧辊将被称为板坯的厚钢板从上方及下方夹在中间且拉伸该板坯以生产被称为卷材（coil）的薄板的处理。 
所生产的卷材的表现质量依赖于压延轧辊的表面状态。当通过压延轧辊接连地滚轧多个板坯时，压延轧辊的表面状态逐渐地损坏。因此，要求高质量的板坯，期望其在压延轧辊仍为新的时滚轧。 
此外，滚轧具有某一宽度的板坯可能会在压延轧辊表面上产生与板坯一样宽的凹槽。因此，若先滚轧窄板坯，则凹槽可能会在以后所滚轧的宽板坯上导致瑕疵。进而，在连续滚轧厚度不同的两个板坯的情况下，根据滚轧设备的规格等，其厚度的差值限于一定范围内。进而，为了防止压延轧辊耐久性降低，不能连续滚轧多个特别薄的板坯。这样，需要满足对板坯的滚轧顺序的各种约束以维持板坯的质量且提高生产力。 
图1是表示板坯对于用于进行典型的热轧处理的热轧机的流程的图。即，如图1所示，由直接板坯铸造机104所铸造的板坯直接馈送至热轧机102。这时，由于是依次馈送至热轧机102，因此不能改变其排列顺序。另外，从直接板坯铸造机104所供应的板坯106被称为直接板坯或DHCR（直接热装料滚轧）板坯。 
但是，一般而言，在热轧机102中的热轧处理速度快于在直接板坯铸造机104中的炼钢处理的速度。因此，预先在板坯场地108中准备库存板坯110，且将直接板坯106及库存板坯110适当地进行组合的同时，将板坯馈送至热轧机102，从而有效地利用热轧机102。然后，通过热轧机102滚轧的板坯作为卷材120来保存。 
另外，这里库存板坯110也被称为HCR/CCR板坯。HCR为Hot Charger Rolling(热装料滚轧)的缩写，且也被称为热轧板条，CCR为Cold Charger Rolling(冷装料滚轧)的缩写，且也被称为冷轧板条。 
以HCR/CCR板坯这样的混合名称来称呼库存板坯110的原因在于：库存板坯110中存在来自库存板坯铸造机112的板坯流送和来自直接板坯铸造机104的板坯流送。在库存板坯110中，HCR板坯是指，在出钢之后一定时间以内(例如24小时以内)，充分地冷却之前送至热轧机102的板坯。另一方面，CCR板坯是例如已留存达至少五天从而充分地冷却的板坯。 
无论如何，库存板坯110的温度太低以致于不能直接馈送至热轧机102，因此，需要在调度HCR板坯及CCR板坯的顺序之后，通过再热炉114进行加热从而馈送至热轧机102。 
本申请的申请人的特开2007-222911号公报中公开了一种尤其通过解决整数规划问题来决定加工处理的排列顺序的技术，该技术最大化板坯的加工效率。该技术可应用于库存板坯110中HCR板坯和CCR板坯的顺序的调度。 
特开2000-167610号公报涉及一种在热轧中的滚轧顺序决定方法及滚轧顺序决定装置，且公开一种新滚轧顺序决定方法，其可重视具有相同加热条件的滚轧材料的分组，从而最佳地组成加热及滚轧程序。 
特开2004-209495号公报公开一种调度方法，其一边考虑加热炉与滚轧机之间的能力同步、滚轧约束/加热约束及电力成本，一边使热轧中的处理能力最大。 
特开2003-305508号公报涉及一种滚轧要领决定方法，公开了基于要滚轧的各个材料的轧制方案(pass schedule)来获得包括当执行滚轧时滚轧机的占用时间等的信息，并基于该获得的信息，将在通过加热炉之后所滚轧的所有材料的滚轧完成时的滚轧完成时间设为目标，将不能在滚轧机中同时实施滚轧等约束条件公式化为最佳化问题，并将经公式化的最佳化问题变换成混合整数规划问题，从而决定来自加热炉的材料的提取顺序以及在滚轧机中的滚轧的实施顺序，以便最小化滚轧完成时间。 
特开2005-342787号公报公开了调度对象钢材信息处理装置、模拟装置及最佳调度计算装置的组合，其中调度对象钢材信息处理装置存储从炼钢厂到达热轧厂的调度对象钢材的物流信息以及关于调度对象钢材的信息，且经 由网络自动地更新该信息，模拟装置从调度对象钢材信息处理装置输入调度对象钢材的当前时刻的状况，且预测将来的物流状态，最佳调度计算装置根据由模拟装置所预测的调度对象钢材的未来热滚轧到达状态以及在热轧厂中的操作进度状况来计算调度指示。 
在先技术文献 
专利文献1：特开2007-222911号公报 
专利文献2：特开2004-209495号公报 
专利文献3：特开2000-167610号公报 
专利文献4：特开2003-305508号公报 
专利文献5：特开2005-342787号公报 
发明内容
发明要解决的课题 
上述以往技术公开对于要馈送至热轧处理的板坯的顺序进行调度的一般技术，但在图1所示的结构中，通过应用在特开2007-222911号公报中所描述那样的技术而进行调度的、直接板坯序列及库存板坯序列已经单独地存在，且并未提供有关此后要如何调度板坯序列的组合序列的方针。 
以往，部分通过试误法人为地决定直接板坯序列和库存板坯序列和组合序列的顺序，因此耗时，并且不存在通用的组合策略，使得难以找到最佳调度的解答。 
从而，本发明的目的在于提供一种用于通过合理的技术来解决被个别地调度的、两个不同的板坯序列的组合调度的系统及方法。 
本发明的另一目的在于提供一种用于解决预先被个别地调度的、直接板坯序列和库存板坯序列的组合调度的系统及方法。 
用于解决课题的方案 
本发明为了解决上述课题而完成，首先，准备以现有技术调度的直接板坯序列及库存板坯序列，且以计算机可读取的数据格式存储于硬盘驱动器等的计算机的存储装置中。 
尽管至今仍使用现有技术，但根据本发明，通过计算机的处理，准备格子状的二维图形作为在计算机的存储器或者硬盘驱动器上表现的数据结构，该格子状的二维图形将直接板坯序列设为第一维并且将库存板坯序列设为第 二维。 
计算机的处理程序根据规定的算法，在该二维图形的各个节点中生成对于直接板坯、库存板坯的两个子代节点。 
直接板坯序列及库存板坯序列的各个板坯优选具有以下属性：卷材宽度、卷材厚度、可处理时间、所需滚轧时间、板坯号。 
此外，图形的各个节点优选具有以下属性：指向父代板坯的指针(pointer)、已处理的直接板坯号、已处理的库存板坯号、处理完成时间。 
由此，从任意节点生成对于直接板坯及库存板坯的两个子代节点。 
使用上述属性，通过定义适当的加权函数，由计算机的处理程序对格子状的二维图形的节点之间的边缘进行加权。此时，优选分别计算板坯间连接性、热轧的闲置时间、以及直接板坯的等待时间的三个评价指标，并附上适当的权重后求和，从而计算边缘的权重或成本。 
若这样在计算机的存储器或者硬盘驱动器等的存储装置上形成加权图形，则计算机的处理程序求从某一起点至终点的路径以作为已知的Dijkstra方法等的最短路径搜寻问题。除了Dijkstra方法以外，也可以使用A*等任意的路径搜寻。该路径中含有所提供的直接板坯及库存板坯的所有节点，因此沿着该路径的节点的序列成为想要求出的直接板坯和库存板坯的组合序列。 
这样得到的直接板坯和库存板坯的组合序列的数据实际上用于调度中，该调度用于将来自直接板坯铸造机之直接板坯和来自板坯场地的库存板坯依次馈送至热轧机。 
发明效果 
根据本发明，根据直接板坯序列和库存板坯序列的各个列，形成格子状的图形，且基于各个板坯的属性对该图形的边缘附上权重，从而能够将直接板坯和库存板坯的组合序列计算为最短路径搜寻问题，因此可获得能够高速求解最佳的组合序列的效果。 
附图说明
图1是表示将直接板坯序列和库存板坯序列进行组合而馈送至热轧机的处理的图。 
图2是表示硬件结构的结构方框图。 
图3是有关本发明的处理的功能方框图。 
图4是通过图示说明直接板坯序列和库存板坯序列的图。 
图5是表示本发明的处理的概要流程图的图。 
图6是表示通过路径搜寻技术决定直接板坯序列和库存板坯序列的组合序列的情况的图。 
图7是表示一个节点内的库存板坯序列的节点和直接板坯序列的节点的图。 
具体实施方式
以下，基于附图说明本发明的实施例。设为只要没有特别事先说明，则相同的参照标号通过附图表示相同的对象。另外，希望理解以下要说明的是本发明的一个实施方式，并非要将本发明限定到在该实施例中说明的内容。 
图2是用于实施本发明的方法的硬件结构的方框图。在图2中，计算机200包括连接至总线206的CPU 202及主存储器204。主存储器204具有至少1GB的存储容量，且较佳地具有4GB以上的存储容量。主存储器204的容量越大越好，以便载入后述的图形的所有顶点数据等。CPU较佳地为基于32比特或64比特的架构，例如可以使用因特尔公司的Pentium(R)4、Core(商标)2DUO、Xeon(R)、AMD公司的Athlon(R)等。LCD监视器等的显示器210经由显示器控制器208连接至总线206。显示器210用以查看及编辑针对本发明的处理所撰写的程序。此外，也用于显示根据本发明搜寻到的路径。还有硬盘驱动器214和DVD驱动器216经由IDE控制器212连接至总线206。操作系统、编译程序及其他程序，以可载入至主存储器204的方式存储于硬盘驱动器214中。硬盘驱动器214具有至少120GB的存储容量，且较佳地具有300GB以上的存储容量。根据需要，使用DVD驱动器216将程序从CD-ROM或DVD的盘追加导入到硬盘驱动器214中。还有键盘220及鼠标222经由键盘/鼠标控制器218连接至总线206。使用键盘220及鼠标222利用编译程序来撰写执行本发明的处理的程序，或者执行该程序。 
若更详细地说明计算机200的软件环境，则可使用Linux(R)、微软公司的Windows XP(R)、Windows(R)2000、Windows(R)2003服务器、苹果计算机的Mac OS(R)等作为上述操作系统，但操作系统并不限于此。用于建立本发明的处理程序的编译程序有能够在所使用的操作系统上执行的、微软公司的Visual Basic(R)、Visual C++(R)、Visual Studio(R)、Borland 公司的Borland(R)C++Compiler 5.5、Delphi(商标)、C++Builder(商标)、IBM公司的VisualAge for Java(商标)等，可以使用它们中的任一个。即使是不支持GUI且仅以CUI为基础的编译程序，也可实现本发明的功能。这些处理系统或工具存储于硬盘驱动器214中，且根据需要载入至主存储器204中以供执行。 
图3是本发明的处理程序的功能方框图。在图3中，直接板坯调度器302是用于调度从直接板坯铸造机104所供应的直接板坯106的序列的程序，较佳地，在上述处理系统中的任一者中撰写并存储于硬盘驱动器214中，并且根据需要载入至主存储器204中以供执行。直接板坯调度器302例如使用特开2007-222911号公报中所描述的技术来决定直接板坯106的序列，但不限于此。所决定的直接板坯106的序列的数据以计算机可读取的数据格式存储于硬盘驱动器214中，且发送至后述的组合调度器306。 
库存板坯调度器304是用于调度库存板坯110的序列的程序，较佳地，根据需要，在上述处理系统或者工具中的任一者中撰写并存储于硬盘驱动器214中，并且根据需要载入至主存储器204中以供执行。组合板坯调度器304例如使用特开2007-222911号公报中所描述的技术来决定库存板坯110的序列，但不限于此。所决定的库存板坯110的序列的数据以计算机可读取的数据格式存储于硬盘驱动器214中，且发送至后述的组合调度器306。 
组合调度器306接收来自直接板坯调度器302的直接板坯106的序列的数据、以及来自库存板坯调度器304的库存板坯110的序列的数据，使用根据本发明的算法来产生直接板坯106和库存板坯110的组合序列的数据308，且较佳地将数据308存储于硬盘驱动器214中。 
较佳地，组合调度器306在上述处理系统中的任一者中撰写并存储于硬盘驱动器214中，并且根据需要载入至主存储器204中以供执行。 
参照图5的流程图、图6及图7来详细地说明组合调度器306的处理，但作为其前提，参照图4来说明用于产生直接板坯106和库存板坯110的组合序列的前提条件。 
在图4中，库存板坯序列402是通过库存板坯调度器304所产生的板坯的序列，且由多个板坯110的排列组成。库存板坯序列402由热轧板条板坯和冷轧板条板坯组成，且关于厚度、宽度、时间间隔、是热轧板条还是冷轧板条等，例如通过特开2007-222911号公报中所描述的技术来调度。 
直接板坯序列404是通过直接板坯调度器302所产生的板坯的序列，且由多个板坯106的排列组成。关于厚度、宽度、时间间隔等，例如通过特开2007-222911号公报中所描述的技术来调度直接板坯序列404。 
当存在这样的库存板坯序列402和直接板坯序列404时，在组合板坯406中，首先相邻板坯之间的连接性(宽度差、厚度差等)要好。此外，还需要最小化热轧机的闲置时间。进而，还需要最小化直接板坯的等待时间。 
在如上所述的前提下，说明图5的流程图。图5是由组合调度器306执行以生成组合板坯序列的处理，在步骤502中，组合调度器306使用所输入的直接板坯106和库存板坯110，生成将其分别作为两个轴的格子状的图形。具体地说，如图6所示，在一轴上排列从直接板坯调度器302输出的直接板坯序列，且在另一轴上排列从库存板坯调度器304得到的库存板坯序列，其中由此形成的格子点形成板坯的节点602、604、606、608、610、612、614、616、618…。此图形结构可以采用C、C++及Java等的适当结构来撰写，且可较佳地，可以通过指派存储区域且分配具有二维坐标的结构从而实现此图形结构。或者，也可将该图形结构撰写为存储于硬盘中的永久数据结构。 
以下，说明直接板坯序列和库存板坯序列的程序式的处理。那么，将直接板坯序列表示为dhcrSlab[n]，将库存板坯序列表示为hccrSlab[n]。这里，n为顺序。 
各个板坯具有以下属性。 
Width(卷材宽度) 
thickness(卷材厚度) 
availableTime(可处理时间) 
rollingDuration(所需滚轧时间) 
sequenceNo(板坯号) 
此外，各个节点具有以下属性。 
incomingSlab(指向父代板坯的指针) 
dhcrNo(已处理的直接板坯号) 
hccrNo(已处理的库存板坯号) 
finishingTime(处理完成时刻) 
这里，需要说明板坯和节点具有不同属性。因此，参照图7说明。图7中示出了图6的图形表示中的节点的细节。此处，代表性地示出节点602， 如图示那样，节点602具有对应于库存板坯的副节点602a及对应于直接板坯的副节点602b。 
当一个节点以此方式由两个副节点组成时，节点到节点的过渡实际上采取如下四条路径中的一个：库存板坯→库存板坯、库存板坯→直接板坯、直接板坯→直接板坯、以及直接板坯→库存板坯。 
即，扩展一个节点会生成对应于直接板坯及库存板坯的两个子代节点。使用节点及板坯作为自变量而分别计算以下所示的三个评价指标，并通过附上适当的权重后求和，从而计算边缘的成本。 
在对应于直接板坯的边缘的状况下： 
板坯间连接性：＝Connectivity(node.incomingSlab，dhcrSlab[node.dhcrNo]) 
热轧的闲置时间：＝ 
max(dhcrSlab[node.dhcrNo].availableTime-node.finishingTime，0) 
直接板坯的等待时间：＝ 
max(node.finishingTime-dhcrSlab[node.dhcrNo].availableTime，0)。 
在对应于库存板坯的边缘的状况下： 
板坯间连接性：＝Connectivity(node.incomingSlab，hccrSlab[node.hccrNo]) 
热轧的闲置时间：＝ 
max(hccrSlab[node.hccrNo].availableTime-node.finishingTime，0) 
直接板坯的等待时间：＝0。 
这里，Connectivity是将两个板坯作为自变量且返回它们之间的连接成本的函数，例如可使用以下函数(C1，C2是适当的正值的常数，且abs为返回绝对值的函数)。 
Connectivity(slab1，slab2)：＝ 
C1*abs(slab1.width-slab2.width)+C2*abs(slab1.thickness-slab2.thickness) 
此外，某一节点的子代节点的各个属性的计算方法如下。 
在直接板坯的情况下： 
incomingSlab：＝dhcrSlab[node.dhcrNo+1] 
finishingTime：＝ 
max(node.finishingTime，dhcrSlab[node.dhcrNo+1].availableTime) 
+dhcrSlab[node.dhcrNo+1].rollingDuration 
dhcrNo：＝node.dhcrNo+1 
hccrNo：＝node.hccrNo。 
在库存板坯的情况下： 
incomingSlab：＝hccrSlab[node.hccrNo+1] 
finishingTime：＝ 
max(node.finishingTime，hccrSlab[node.hccrNo+1].availableTime) 
+dhcrSlab[node.hccrNo+1].rollingDuration 
dhcrNo：＝node.dhcrNo 
hccrNo：＝node.hccrNo+1。 
即，为了生成图6的图形，首先，组合调度器306使用上述的子代节点的各个属性的计算方法来生成节点且对其输入属性值。 
在以此方式生成必要的节点之后，组合调度器306根据上述边缘成本的计算方法来计算连接节点的边缘的所有成本。于是，以规定的数据结构形成图6所示那样的加权图形，且存储于硬盘驱动器214中。到此是图5的步骤502中的处理。 
在这样生成图6所示那样的加权图形之后，组合调度器306在步骤504中执行从起点至规定的终点的最短路径搜寻算法。 
但是，在该路径搜寻中需要注意以下内容。即，假设通过路径搜寻，当前搜寻点在节点602的位置上。那么，由于是格子状的图形，因此下一目的地为节点604或节点608中的一个。 
这里，当搜寻点位于节点602时，实际上，库存板坯的副节点602a或直接板坯的副节点602b中的一个处于选定状态。那么，若在节点602中选择了库存板坯的副节点602a，则在移动至节点604的情况下，不能选择库存板坯的副节点604a，且仅可选择直接板坯的副节点604b。因为，节点602的库存板坯的副节点602a和节点604的库存板坯的副节点604a指示同一库存板坯。但是，若移动至节点608，则不存在此约束，可选择节点608的库存板坯的副节点608a及直接板坯的副节点608b中的任一者。 
另一方面，若在节点602中选择直接板坯的副节点602b，则在移动至节点608时，由于同样的理由，不能选择节点608的直接板坯的副节点608b，且仅可选择节点608的库存板坯的副节点608a。但是，若移动至节点604，则不存在此约束，且可选择节点604的库存板坯的副节点604a及直接板坯的副节点604b中的任一者。 
只要将上述约束也考虑在内，即可使用Dijkstra方法、A*方法及Floyd-Warshall方法等的任意的最短路径搜寻算法。另外，对于可应用的现有的最短路径搜寻算法，根据需要也可参照本申请的申请人的特开2008-157698号公报等。 
在图6的路径搜寻中，提前决定了起点，但原则上选择终点使得当到达终点时已使库存板坯序列及直接板坯序列的所有板坯通过。图6中的参考号620表示的是通过最短路径搜寻算法所决定的路径的例子。 
在步骤506中，组合调度器306根据求得的最短路径来求组合板坯序列。在图6的例子中，路径为(I1、D1、D2、I2、I3、D3)。以此方式获得的组合板坯序列的数据临时存储于硬盘驱动器214中，且随后用于实际的热轧处理调度。 
以上，使用实施方式说明了本发明，但对于上述实施方式可进行各种变更或改进，且本领域的技术人员应该清楚进行了这样的变更或改进的方式也可包括于本发明的技术范围内。 
标号说明 
106…直接板坯 
110…库存板坯 
302…直接板坯调度器 
304…库存板坯调度器 
306…组合调度器 

Claims (10)

1.一种用于根据计算机的处理来决定从库存板坯序列以及直接板坯序列馈送至热轧机的板坯的序列的方法，其包含以下步骤：
在所述计算机的存储部件上，将所述库存板坯序列的数据和所述直接板坯序列的数据作为分别排列于第一方向上及第二方向上的数据结构来表现；
从所述第一方向上的库存板坯序列的数据和所述第二方向上的直接板坯序列的数据，形成以交点作为节点的格子状的图形；
基于所述库存板坯序列中的各个板坯的属性及所述直接板坯序列中的各个板坯的属性来加权所述格子状的图形的边缘；以及
在所述加权后的格子状的图形中，通过从原点至终点的最短路径搜寻来决定库存板坯序列和直接板坯序列的板坯组合序列。
2.如权利要求1所述的方法，其中，
使用板坯间连接性、热轧的闲置时间及直接板坯的等待时间的三个指标来进行所述加权。
3.如权利要求1所述的方法，其中，
所述最短路径搜寻为Dijkstra方法。
4.如权利要求1所述的方法，其中，
所述格子状的图形的节点包括库存板坯的副节点和直接板坯的副节点。
5.如权利要求4所述的方法，还包括以下步骤：
分别针对所述库存板坯的副节点和所述直接板坯的副节点，生成库存板坯的子代节点和直接板坯的子代节点。
6.一种用于根据计算机的处理来决定从库存板坯序列以及直接板坯序列馈送至热轧机的板坯的序列的系统，其包括：
存储部件；
所述库存板坯序列的数据，其保存在所述存储部件中；
所述直接板坯序列的数据，其保存在所述存储部件中；
在所述计算机的存储部件上，将所述库存板坯序列的数据和所述直接板坯序列的数据作为分别排列于第一方向上及第二方向上的数据结构来表现的部件；
从所述第一方向上的库存板坯序列的数据和所述第二方向上的直接板坯序列的数据，形成以交点作为节点的格子状的图形的部件；
基于所述库存板坯序列中的各个板坯的属性及所述直接板坯序列中的各个板坯的属性来加权所述格子状的图形的边缘的部件；以及
在所述加权后的格子状的图形中，通过从原点至终点的最短路径搜寻来决定库存板坯序列和直接板坯序列的板坯组合序列的部件。
7.如权利要求6所述的系统，其中，
使用板坯间连接性、热轧的闲置时间及直接板坯的等待时间的三个指标来进行所述加权。
8.如权利要求6所述的系统，其中，
所述最短路径搜寻为Dijkstra方法。
9.如权利要求6所述的系统，其中，
所述格子状的图形的节点包括库存板坯的副节点和直接板坯的副节点。
10.如权利要求9所述的系统，还包括：
分别针对所述库存板坯的副节点和所述直接板坯的副节点，生成库存板坯的子代节点和直接板坯的子代节点的部件。
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