CN104217058B - 厚板智能材料设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种厚板智能材料设计方法，包括步骤：步骤1：确定约束条件；步骤2：在约束条件下，根据组板模式确定组板方案；步骤3：执行组板方案；其中，组板模式包括模式：模式A1：同厚、等长横切；模式A2：同厚、等长横切、异宽；模式S1：同厚、等宽纵切、等长横切；模式S2：同厚、不等宽纵切、不等长横切、固定侧钢板较移动侧窄；模式S3：同厚、等宽纵切、不等长横切；模式S7：同厚、不等宽纵切、不等长横切、固定侧钢板较移动侧宽。本发明可代替大量的人工重复劳动，从而提高合同完成率、成材率以及操作组板系统界面的友好度，使业务人员完成真正需要智能决策的部分，减轻劳动强度，提高工作效率。

Description

厚板智能材料设计方法

技术领域

本发明涉及冶金钢铁行业厚板领域，具体涉及厚板智能材料设计方法。本发明能够广泛应用于钢铁行业厚板企业的各工序（出钢材组板、余材板坯组板、余材钢板组板）的材料设计（下称组板）系统。

背景技术

现有的冶金行业钢铁MES系统中，宽厚板组板技术主要是人工介入的组板模式。人工组板分为合同结构分析收池-虚拟板坯新增-组板参数设定-合同抽取-组板设计等多道人工操作的过程。人工组板的操作重复性高，易造成操作失误，系统操作时间响应滞后，同时由于人的经验不同，组板的效果不尽相同，容易对生产造成波动，带来不可预测的损失。随着信息化程度的深入，厚板企业对信息化的需求越来越智能化，不满足于仅仅可以组板，而是向更高的效益，更智能的技术提出了需求。

经检索发现如下现有技术。

相关检索结果1：

申请为201210271763.0、名称为一种余材钢板快速自动组板方法的中国专利文献。该发明公开了一种余材钢板快速自动组板方法，适用于钢铁企业大量库存余材钢板与合同钢板的快速匹配和布局优化。该方法：(1)从钢铁企业信息系统中抽取余材钢板、合同钢板数据；(2)通过规则匹配将数据划分为隔离的分组；(3)依次选取预置合同钢板，依据布局填充规则对余材钢板进行布局填充并暂存组板方案；(4)依据布局调整规则将布局方式调整为钢材组板规范板型；(5)对分组内所有备选组板方案进行全局搜索选取分组最优组板方案；(6)将组板方案发送至钢铁企业信息系统中。本发明方法在对组板方案进行快速搜索的同时兼顾全局优化，可以大幅提高钢铁企业余材钢板组板效率，显著改善组板成材率、合同交货期等关键业务指标。。

技术要点比较：1）该发明为余材钢板自动组板，仅面向钢铁生产的末道工序为钢板的组板技术，而不能消化和利用，钢铁企业中最为关心的出钢材、余材板坯、余材钢锭等需要考虑多制程多工序设计的余材库存，而本发明可覆盖厚板、炉卷轧制企业全部出钢材、余材板坯、余材钢板全流程、从多制程、多工序角度出发发明的智能材料设计技术。2）该发明仅从成材率和合同交期等简单的评价角度去设计发明，而本发明从余材利用率、产线平衡、多工序平衡、最优化出钢材、余材板坯、余材钢板组板设计、设计方案自学习型模型等角度出发，通过多次工程项目验证，收集了大量智能材料设计规则和信息数据。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种厚板智能材料设计方法。本发明可充分利用计算机的自动化和智能化优势，代替大量的人工重复劳动，从而提高合同完成率、成材率以及操作组板系统界面的友好度，使业务人员完成真正需要智能决策的部分，减轻劳动强度，提高工作效率。

根据本发明的一个方面，提供一种厚板智能材料设计方法，包括如下步骤：

步骤1：确定约束条件；

步骤2：在约束条件下，根据组板模式确定组板方案，其中，组板模式包括如下模式：

-模式A1：同厚、等长横切；

-模式A2：同厚、等长横切、异宽；

-模式S1：同厚、等宽纵切、等长横切；

-模式S2：同厚、不等宽纵切、不等长横切、固定侧钢板较移动侧窄；

-模式S3：同厚、等宽纵切、不等长横切；

-模式S7：同厚、不等宽纵切、不等长横切、固定侧钢板较移动侧宽；

步骤3：执行组板方案。

优选地，所述约束条件包括如下任一种或任多种条件：

材料约束条件，包括余材板坯、钢板、结晶器规格；

合同约束条件：包括钢种、牌号、结晶器规格、取样频率、展宽比；

拼板组合约束条件：包括交货期、轧制方向、加热炉要求、缓冷、边部；

组板设计约束条件：包括基准收得率、异宽、小板分割、粗切、RS代码。

优选地，步骤2包括如下步骤：

通过图形化交互画面，展示组板方案中的每块组板结果。

优选地，步骤2包括如下步骤：

根据组板方案进行组板统计分析，根据组板统计分析的结果决定进行组板的合同与材料范围。

优选地，所述组板方案中的组板模式为单一的如下模式或者如下模式的组合：

-模式A1；

-模式A2；

-模式S1；

-模式S2；

-模式S3；

-模式S7。

优选地，模式的组合包括如下模式组合：

-A1-A2组合；

-A2-A1组合；

-S1-A1组合；

-S1-A1-A2组合；

-S1-S3-S2组合；

-S1-S3-S2-A1-A2-S7组合。

优选地，所述步骤2包括如下步骤：

-自动修改入炉板坯长度，自动根据设定的递增钢板长度来增加，转换成板坯要增加的长度。

优选地，所述步骤2包括如下步骤：

步骤2.1：在长度方向进行取板试行排放，当超过最大轧制长度时，将超过部分小板替换为长度略小的小板，尽量使组合板长度接近最大轧制长度，具体为：

生成初始组合，然后根据如下情况1、情况2、情况3进行调整；

情况1：若组合板长度大于可能采用长、并且小于组板最大轧制长度，则无条件采用该种初始组合；

情况2：若组合板长度大于容许采用长、并且小于可能采用长，则进行取板试行排放或替换，直到情况1的条件满足为止，但是，如果找不到进行替换的合同，则仍采用已排列的该种初始组合；

情况3：若组合板长度小于容许采用长，则进行取板试行排放或替换，直到情况2的条件满足为止，但是，如果无法组合到满足情况2条件的长度，则放弃以该合同为轴心的组合。

优选地，试行排放或替换的具体方法为：

计算相同尺寸合同剩余小板总长度＝Σ各合同剩余小板块数×订货长度；

如果相同尺寸合同剩余小板总长度<容许采用长，则放弃本组相同宽度的组板，跳到下一组相同宽度的组板合同小分组，即返回读取组板下一组宽度键值记录；

如果相同尺寸合同剩余小板总长度≥最大轧制长度，说明可能可以组合成至少1块大板，则调用子程序进行取板试行排放或替换；

如果相同尺寸合同剩余小板总长度≥可能采用长，同时相同尺寸合同剩余小板总长度<最大轧制长度，说明经试行排放或替换可能可以找到比较满意（满足情况1）的结果；

如果相同尺寸合同剩余小板总长度≥容许采用长，同时相同尺寸合同剩余小板总长度<可能采用长，说明经试行排放或替换可能可以找到满足情况2的结果。

优选地，所述步骤2包括如下步骤：

-预设展宽比的范围；

-根据展宽比的范围确定轧制方向和RS代码。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

（1）本发明能够将人工组板（A1型占比78%）的平均成材率91.1752%提高到92.0096%，仅此一项为厚板厂一年预计节省至少6000吨钢，直接带来经济效益预计1800万左右。

（2）本发明颠覆了原来繁琐的人工组板设计模式，可以将同样4000份合同的工作量，由原先的4人工作7小时效率提高到了1人工作20分钟，从而实实在在的为业务人员减轻了工作压力，减少了人力成本。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为出钢材自动组板功能流程图；

图2为余材自动组板功能流程图；

图3为出钢材自动组板模型逻辑图；

图4为余材自动组板模型逻辑图；

图5为模式A1（同厚、等长横切）的示意图；

图6为模式A2（同厚、等长横切、异宽）的示意图；

图7为模式S1（同厚、等宽纵切、等长横切）的示意图；

图8为模式S2（同厚、不等宽纵切、不等长横切、固定侧钢板较移动侧窄）的示意图；

图9为模式S3（同厚、等宽纵切、不等长横切）的示意图；

图10为模式S7（同厚、不等宽纵切、不等长横切、固定侧钢板较移动侧宽）的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明中涉及到的核心算法复杂，属于CPU密集型应用，与普通应用受制于I/O的特点不同。核心算法的运行时间受制于合同欠件数、合同结构、CPU能力、内存总线带宽、数据的载入时间、数据的写回时间以及算法自身的计算复杂度。算法的运行时间跨度区间较大，运行时间的降低需要进行大量的优化工作。

1）智能材料设计小板组合方式是整个智能材料设计程序的核心，组板的优与劣全在小板组合方式上，组合的基本原则是组合长度最大化（不大于最大轧制长度，同一规格的最大轧制长度根据所选取的断面不同最大轧制长度不同）。现在主要以同厚度内宽度、长度排序后进行顺序组合。智能材料设计模型包含A1、A2、S1、S2、S3、S7板型设计。

模式A1：同厚、等长横切；

模式A2：同厚、等长横切、异宽；

模式S1：同厚、等宽纵切、等长横切；

模式S2：同厚、不等宽纵切、不等长横切、固定侧钢板较移动侧窄；

模式S3：同厚、等宽纵切、不等长横切；

模式S7：同厚、不等宽纵切、不等长横切、固定侧钢板较移动侧宽。

智能材料设计也可以执行“A1-A2”或“A2-A1”或”S1-A1”或”S1-A1-A2”或”S1-S3-S2”或”S1-S3-S2-A1-A2-S7”或者自定义组合等策略。

以模式A1型组板为例，具体组合情况如下：

A1组板小板宽度均相同，宽度方向只能1块小板，在长度方向进行取板试行排放，当超过最大轧制长度时，将超过部分小板替换为长度略小的小板，尽量使组合板长度接近最大轧制长度。

情况1：若组合板长度大于可能采用长、并且小于组板最大轧制长度，则无条件采用该种组合。

情况2：若组合板长度大于容许采用长、并且小于可能采用长，则进行取板试行排放或替换，直到情况1的条件满足为止，但是，如果找不到进行替换的合同，则仍采用已排列的该种组合。

情况3：若组合板长度小于容许采用长，则进行取板试行排放或替换，直到情况2的条件满足为止，但是，如果无法组合到满足情况2条件的长度，则放弃以该合同为轴心的组合。

其中，试行排放或替换的具体逻辑为：

（1）首先检查是否值得进行试行排放或替换：

计算相同尺寸合同剩余小板总长度＝Σ各合同剩余小板块数*订货长度；

如果相同尺寸合同剩余小板总长度<容许采用长，则放弃本组相同宽度的A1型组板，跳到下一组相同宽度的A1型组板合同小分组，即返回读取A1型组板下一组宽度键值记录；

如果相同尺寸合同剩余小板总长度≥最大轧制长度，说明可能可以组合成至少1块大板，则调用子程序进行取板试行排放或替换；

如果相同尺寸合同剩余小板总长度≥可能采用长，同时相同尺寸合同剩余小板总长度<最大轧制长度，说明经试行排放或替换可能可以找到比较满意（满足情况1）的结果；

如果相同尺寸合同剩余小板总长度≥容许采用长，同时相同尺寸合同剩余小板总长度<可能采用长，说明经试行排放或替换可能可以找到满足情况2的结果。

2）智能材料设计的模型控制参数是决定智能材料设计能否成功的重要参数，可以说是为整个模型提供保驾护航的关键要素。

智能材料设计可以执行“A1-A2”或“A2-A1”或”S1-A1”或”S1-A1-A2”或”S1-S3-S2”或”S1-S3-S2-A1-A2-S7”等的组板策略。

此功能提高系统自动化程度，减少人工介入，其中S1-A1-A2，可以覆盖95%以上小板，95%以上出钢材虚拟板坯，95%以上余材板坯，98%以上余材钢板，系统平均1分钟组合1000个合同。

系统可以自动判断最优轧制方向“L”或“C”，同时自动选择最优轧制策略（RS代码）“1”或“3”、“2”或“4”

此功能解决了人工介入智能材料设计轧制方向和RS代码，同时系统可以最优的组合合同。

智能材料设计可以由前台设置3种“长度分段门槛值”，该值的设定可以直接影响智能材料设计长度、收得率、组合策略等。

此功能可人工介入门槛值的设定决定了组合的合理性和最优性。

“A2”型，不同宽度组板型，可以在前台设置3种宽度分段，依次执行，可以最大限度的使用更多的合同。

此功能提高了A2型组板的效率和组合合理性，并可人工介入。

“L1”与“C4”的轧制方向和RS代码，可以通过前台设定展宽比的范围，进行自动抉择；”L3”则不需要校验展宽比。

此功能为特色功能，人工控制展宽比，增加智能材料设计的个性化。

智能材料设计，根据组合板式样添加长，板坯自动加长，或人工加长。

自动修改入炉板坯长度，自动根据设定的递增钢板长度来增加，转换成板坯要增加的长度。

通过优化小板组合,智能材料设计提高厚板出钢材命令收得率超过0.5%

A2型与S1、S2、S3、S7型在提高命令收得率起到更大作用。

优化智能材料设计程序，存储过程提高大小分组效率，以及优化智能材料设计规则比对效率。

接下来对本发明进行更为详细的说明。

1.灵活配置的组板规则

多达90余套静态配置数据信息，超过200个智能材料设计规则，完全适用于厚板产线各种结晶器规格、连铸机类型、加热炉类型、轧机类型等。

2.专业的组板约束设计

针对厚板材料组板设计情况，智能材料设计系统设计多道次多维度约束

●材料抽取：余材板坯、钢板、结晶器规格等20余项约束

●合同抽取：钢种、牌号、结晶器规格、取样频率、展宽比等20余项约束

●拼板组合：交货期、轧制方向、加热炉要求、缓冷、边部等20余项约束

●组板设计：基准收得率、异宽、小板分割、粗切、RS代码等30余项约束

正是通过分阶段多维度的约束决策支持，才能设计出最优出钢材、板坯、钢板组板结果。

3.图形化组板结果展示与调整

组板结果展示是一个图形化交互画面，直观展示每块组板结果，并支持图形中直接编辑交互。具有展示信息量大、展示效果直观丰富、功能全面、操作体验流畅等特点，可使系统操作者快速掌握组板情况和详细数据，便于快速进行组板调整，从而提高组板人员工作效率。

4.从合同、材料等多维度的组板统计分析

提供多维度的组板统计分析，可以精准的决定进行组板的合同与材料范围。通过组板结果分析可以准确把握材料设计的动向，方便实时获取收得率情况，并且方便后续出钢材材料申请和余材入加热炉的计划编制。

5.快速、高效的组板效率

此功能提高系统自动化程度，减少人工介入，其中S1-A1-A2，可以覆盖95%以上小板，95%以上出钢材虚拟板坯，95%以上余材板坯，98%以上余材钢板，系统平均1分钟组合1000个合同。

6.集成应用平台

IMDS V1.0是一个专业的厚板智能材料设计系统，基于.NET C#\C++技术，采用中间件、面向服务等先进技术，支持C/S架构，可灵活部署在Unix、Windows、Linux等操作系统上，支持Oracle、DB2、SQLServer等主流数据库。既可以独立形成系统运行，也可以作为制造执行系统（MES）嵌入式模块，实现与厚板制造执行系统的无缝集成。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (1)

1.一种厚板智能材料设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：确定约束条件；

步骤2：在约束条件下，根据组板模式确定组板方案，其中，组板模式包括如下模式：

-模式A1：同厚、等长横切、同宽；

-模式A2：同厚、等长横切、异宽；

-模式S1：同厚、等宽纵切、等长横切；

-模式S2：同厚、不等宽纵切、不等长横切、固定侧钢板较移动侧窄；

-模式S3：同厚、等宽纵切、不等长横切；

-模式S7：同厚、不等宽纵切、不等长横切、固定侧钢板较移动侧宽；

步骤3：执行组板方案；

所述约束条件包括如下任一种或任多种条件：

材料约束条件，包括余材板坯、钢板、结晶器规格；

合同约束条件：包括钢种、牌号、结晶器规格、取样频率、展宽比；

拼板组合约束条件：包括交货期、轧制方向、加热炉要求、缓冷、边部；

组板设计约束条件：包括基准收得率、异宽、小板分割、粗切、RS代码；

步骤2包括如下步骤：

通过图形化交互画面，展示组板方案中的每块组板结果；

步骤2包括如下步骤：

根据组板方案进行组板统计分析，根据组板统计分析的结果决定进行组板的合同与材料范围；

所述组板方案中的组板模式为单一的如下模式或者如下模式的组合：

-模式A1；

-模式A2；

-模式S1；

-模式S2；

-模式S3；

-模式S7；

模式的组合包括如下模式组合：

-A1-A2组合；

-A2-A1组合；

-S1-A1组合；

-S1-A1-A2组合；

-S1-S3-S2组合；

-S1-S3-S2-A1-A2-S7组合；

所述步骤2包括如下步骤：

-自动修改入炉板坯长度，自动根据设定的递增钢板长度来增加，转换成板坯要增加的长度；

所述步骤2包括如下步骤：

步骤2.1：在长度方向进行取板试行排放，当超过最大轧制长度时，将超过部分小板替换为长度小的小板，具体为：

生成初始组合，然后根据如下情况1、情况2、情况3进行调整；

情况1：若组合板长度大于可能采用长、并且小于组板最大轧制长度，则无条件采用该种初始组合；

情况2：若组合板长度大于容许采用长、并且小于可能采用长，则进行取板试行排放或替换，直到情况1的条件满足为止，但是，如果找不到进行替换的合同，则仍采用已排列的该种初始组合；

情况3：若组合板长度小于容许采用长，则进行取板试行排放或替换，直到情况2的条件满足为止，但是，如果无法组合到满足情况2条件的长度，则放弃以该合同为轴心的组合；

试行排放或替换的具体方法为：

计算相同尺寸合同剩余小板总长度＝Σ各合同剩余小板块数*订货长度；

如果相同尺寸合同剩余小板总长度<容许采用长，则放弃本组相同宽度的组板，跳到下一组相同宽度的组板合同小分组；

如果相同尺寸合同剩余小板总长度≥最大轧制长度，说明能够组合成至少1块大板，则调用子程序进行取板试行排放或替换；

如果相同尺寸合同剩余小板总长度≥可能采用长，同时相同尺寸合同剩余小板总长度<最大轧制长度，说明经试行排放或替换能够找到满意的结果；

如果相同尺寸合同剩余小板总长度≥容许采用长，同时相同尺寸合同剩余小板总长度<可能采用长，说明经试行排放或替换能够找到满足情况2的结果；

所述步骤2包括如下步骤：

-预设展宽比的范围；

-根据展宽比的范围确定轧制方向和RS代码。