CN104483915B - 提高钢铁企业材料利用率的热轧多产线板坯匹配控制方法 - Google Patents

Abstract

一种提高钢铁企业材料利用率的热轧多产线板坯匹配控制方法，包括：对板坯和合同进行分组得到板坯合同组；依据板坯‑合同规格匹配判据，判断每个板坯合同组内板坯与合同的待匹配关系；定量化描述板坯匹配问题；将无委托板坯匹配给合同；定量化描述板坯匹配调整问题；对所有板坯与合同的匹配关系进行调整，形成最终的板坯匹配方案并下发至多热轧产线执行，完成热轧多产线板坯匹配。本发明提高了无委托板坯的利用率，同时减少重复炼钢造成的大量的能源浪费，减少了原料的消耗，降低余材量及库存量，针对板坯与合同匹配关系的调整问题，使板坯与现有合同能够优化匹配，有效的提高合同的完整性，减少余材量及板坯切损量，保证紧急合同按时交货。

Description

提高钢铁企业材料利用率的热轧多产线板坯匹配控制方法

技术领域

本发明涉及自动化技术领域，具体涉及一种提高钢铁企业材料利用率的热轧多产线板坯匹配控制方法。

背景技术

钢铁工业作为基础原材料产业，对整个国民经济的发展具有非常重要的战略意义。在当今竞争高度激烈的市场环境下，钢铁产品市场逐步从过去单一批量需求转变方式为多样、小批量的需求方式。然而，这种需求方式的转变给钢铁企业的生产组织带来诸多困难和挑战，板坯生产需要在满足合同的多样化需求的前提下，尽量减少资源浪费，降低生产成本。

炼钢转炉和电炉属于高能耗的大型设备，启动和运行成本非常高，炼钢是制约钢铁总体产能的瓶颈工序，所以在生产过程中必须充分发挥产能。而钢铁企业为了在市场竞争中获得优势，需要满足市场多样化的要求，从而导致中间合同(热轧板坯)或最终合同(如热轧带钢)的需求在钢级、规格、物理特性、交货期等诸因素之间存在一定多样性差别。而这些差异直接影响炼钢的组炉，即炉次的合同组合。随着钢铁市场合同趋于多品种、小批量，同一炉次计划内的板坯总量往往低于生产所要求的最低生产量，这导致了大量无委托板坯的产生。此外，当客户订单取消时，如果合同已经投产也会产生无委托板坯。无委托板坯指没有客户合同的板坯，它的产生会导致库存量增加，如果不能充分利用这部分板坯，还会造成重复炼钢，合同拖期，板坯切损量高，热装率低等问题，不但增加企业的生产成本，降低客户满意度，同时造成资源和能源的浪费，增加二氧化碳的排放量，加剧环境污染。为了克服上述问题，计划员需要根据客户需求将无委托板坯匹配给有欠量的合同，即制定板坯匹配计划。

除此以外，由于以下生产管理组织的变化及客户需求的变化等原因需要对板坯和订单进行重组，即板坯匹配调整：(1)连铸机在生产板坯时，由于板坯宽度的调整可能使得交接坯的规格不符合合同要求，或者由于异种连浇(一般是指相近钢种的连浇)可能会导致交接坯在质量上不符合合同要求，从而导致了不满意的板坯与合同匹配关系。(2)由于后工序的废料使得一些紧急的合同(交货时间紧急)缺少板坯，为保证合同的按时交货，因此有必要调整板坯和合同的匹配关系。(3)当客户订单在钢级、尺寸、重量变更时，按原有合同订单要求已经生产的板坯已经不能适合满足变更后合同的要求。

中国大部分钢铁企业都具有多条热轧产线，且各个产线加工的板坯规格有重叠。由于数据规模大、问题复杂，计划员制定板坯匹配与调整计划时通常将各个热轧产线分开考虑，但是从整个热轧工序考虑，这样的匹配与调整方案并不是最优的。综合考虑多个产线的板坯匹配与调整计划，能够扩大优化空间，最大程度的降低成本和原料消耗，提高原料的利用率，增加企业的利润空间和增强企业竞争力。

目前，钢铁企业生产过程中下发的板坯匹配计划与调整计划均为手工操作，大部分操作人员是参照书面报表制定计划，只有个别先进的企业是基于ERP信息平台完成，但此类平台只提供数据信息，不具备自动优化的功能，计划依然是基于经验或简单的规则进行制定。在面对大量的数据信息和复杂的匹配规则时，操作人员很难准确、快速制定高效合理的方案，造成匹配不合理，无法做到全局优化，从而导致板坯利用低、资源能源损耗大、库存高、合同拖期严重等问题。因此，钢铁企业迫切需要有效的优化技术，能够快速、高效地解决复杂的大规模板坯匹配与匹配调整问题，以降低生产及库存成本、减少资源及能源损耗、缩短生产周期、提高按期交货能力。

国内外已有一些文献和专利对类似问题进行了相关研究，Tang等(L.X.Tang,J.X.Luo,J.Y.Liu.Modelling and a Tabu Search Solution for the SlabReallocation Problem in Steel Industry)申请号为201210101494.3的中国专利“一种提高钢铁企业板坯利用率的板坯与合同转用匹配方法”)研究了两种类型的单一产线的板坯转用匹配方法，分别设计了不同的智能算法进行求解。

Vasko等(F.J.Vasko,M.L.Cregger,K.L.Stott,L.R>Woodyatt.Assigning slabsto orders:An example of appropriate model formulation.Computer&IndustrialEngineering.1994.26:797-800)及唐立新等申请号为“201210073591.6”的中国专利“热轧板坯前库剩余板坯的分配方法及装置”均研究了单一产线的剩余板坯匹配方法。其中Vasko研究的为板坯可以被切割的板坯匹配问题，目标为最小化板坯的切损量，而唐立新等研究的为板坯不能被切割的板坯匹配问题，目标考虑了包括最小化板坯切损量在内的多个实际管理目标。

在上述解决方案中，都是针对单一产线的剩余板坯与合同的匹配，均未涉及多条产线的板坯与合同的整体优化匹配及调整，且没有考虑板坯库区，在库时间以及匹配与调整方案对物流费用的影响。之前的研究和专利都是分别针对板坯匹配或者板坯匹配调整问题进行的研究，本专利将两者集成起来进行考虑，具有更好的全局最优性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种提高钢铁企业材料利用率的热轧多产线板坯匹配控制方法。

本发明的技术方案是：

一种提高钢铁企业材料利用率的热轧多产线板坯匹配控制方法，包括以下步骤：

步骤1：按照钢级对板坯和合同进行分组得到板坯合同组；

板坯包括所有无委托板坯及已匹配给合同的板坯；

步骤1.1：按照钢级优充关系对钢级进行分组：首先任意选择一钢级，将该钢级和与其具有钢级优充关系的钢级组成一个钢级组，如果该钢级与其他钢级均不存在钢级优充关系，则该钢级单独作为一钢级组；以任意顺序将没有分组的钢级与所有形成的钢级组进行比较，如果没有分组的钢级与某一钢级组中的钢级存在钢级优充关系，则将该没有分组的钢级加入到该钢级组中，否则该没有分组的钢级单独作为一钢级组，直至所有钢级均被分到钢级组中；

钢级优充关系是指在匹配板坯时某一个钢级与另一个钢级之间的可替代关系；

步骤1.2：若板坯的钢级和合同的钢级属于同一钢级组，则将该板坯和合同分配至该钢级组；

步骤2：依据板坯-合同规格匹配判据，判断每个板坯合同组内板坯与合同的待匹配关系，即判断给定板坯与指定合同是否匹配，若板坯合同组内板坯与合同符合板坯-合同规格匹配判据，则该板坯与合同存在待匹配关系，构成一个板坯合同对，否则，该板坯与合同不存在待匹配关系；

板坯-合同规格匹配判据：

1)当板坯的钢级与合同所需的钢级相同或存在钢级优充关系时，称板坯与合同钢级匹配；

2)当板坯的宽度在合同规定的板坯宽度上下限之间时，称板坯与合同宽度匹配；

3)当板坯的重量在合同规定的重量上下限之间时，称板坯与合同重量匹配；

4)当板坯的长度在合同规定的长度上下限之间时，称板坯与合同长度匹配；

5)每个合同都有指定的热轧产线，匹配给合同的板坯需要在合同指定的卷取机进行卷取操作，板坯的重量不可超出卷取机的承重极限，当板坯的重量在合同指定的卷取机的承重极限内时，称板坯与合同极限重量匹配；

步骤3：定量化描述板坯匹配问题；

步骤3.1：选择板坯匹配决策变量x_kijl；

板坯匹配决策变量x_kijl表示处于板坯库k的板坯i与需要在产线l上加工的合同j的匹配关系，当板坯库k内的板坯i匹配给产线l的合同j时，取值为1；否则，为0；

步骤3.2：定量化描述板坯匹配目标；

板坯匹配目标包括：最小化板坯与合同的匹配差异成本、最小化未匹配板坯成本、最大化板坯和合同的优先级奖励费用、最小化合同未完成成本；

其中：

(1)最小化板坯与合同的匹配差异成本

板坯与合同的匹配差异成本包括：由将品质高的板坯匹配给品质要求低的合同导致的品质差异匹配成本；由板坯的规格与合同要求的规格不匹配所导致的规格差异匹配成本；由将板坯匹配给不同热轧产线的合同所导致的转库物流成本；

(2)最小化未匹配板坯成本

将尽可能多的无委托板坯匹配给有板坯需求的合同，减少未匹配的板坯以提高材料的利用率，从而减少重复炼钢造成的能源消耗；

(3)最大化板坯和合同优先级奖励费用

根据合同的集批情况、合同流向、材料申请宽裕量、合同状态、合同类别确定合同优先级，板坯优先匹配给优先级奖励费用高的合同；根据板坯在库时间、板坯所在库位确定板坯优先级，优先匹配优先级奖励费用高的板坯；

(4)最小化合同未完成成本

合同完成指合同既不存在欠量也不存在超量；

步骤3.3：定量化描述指定板坯匹配方案的工艺约束：

(1)生产工艺约束：每块板坯最多允许匹配给一个合同；

(2)合同需求量约束：匹配给合同的板坯重量应在合同需求范围之内，余材量不能超过匹配给合同的任意一块板坯的重量；

余材量即匹配给合同的板坯总量与合同需求量的差；

步骤4：针对每个板坯合同组内无委托板坯与合同信息，基于步骤2中的板坯与合同的待匹配关系和步骤3中定量化描述的板坯匹配问题，将无委托板坯匹配给合同；

步骤4.1：创建初始板坯匹配方案集，包括匹配成本低的匹配方案和分散性好的匹配方案，分散性好的匹配方案是指与匹配成本低的匹配方案差别最大的若干匹配方案；

基于最小化板坯与合同的匹配差异成本的板坯匹配目标，采用不同的贪婪启发式构造初始匹配方案集；

启发式1：利用与合同存在待匹配关系的板坯个数和板坯与合同的匹配差异成本来选择板坯及其所匹配的合同，即将所有板坯合同对按照与合同存在待匹配关系的板坯个数由小到大排序，将同一合同对应的板坯按照匹配差异成本从小到大排序，从第一个板坯合同对开始，选择有合同需求量的板坯合同对，在满足工艺约束的前提下，将所选板坯合同对中的板坯匹配给所对应的合同，之后，按照上述方法匹配下一个板坯，直到所有板坯被匹配，形成匹配方案1；

启发式2：利用最小化板坯与合同的匹配差异成本来选择板坯合同对，即将板坯合同对按照匹配差异成本从小到大排序，从第一个板坯合同对开始，在满足工艺约束的前提下，将板坯合同对中的板坯分给对应的合同，形成匹配方案2；

启发式3：利用合同优先级来选择板坯合同对，即将板坯合同对按照合同优先级由高到低排序，将同一合同对应的板坯按照匹配差异成本从小到大排序，从第一个板坯合同对开始，在工艺约束的前提下，将板坯合同对中的板坯分给对应的合同，形成匹配方案3；

启发式4：利用板坯优先级来选择板坯合同对，即将所有板坯合同对按照板坯优先级由高到低排序，将同一板坯对应的合同按照匹配差异成本从小到大排序，从第一个板坯合同对开始，在满足工艺约束的前提下，将板坯合同对中的板坯分给对应的合同，形成匹配方案4；

启发式5：利用最小化匹配差异成本和合同优先级来选择板坯合同对，即将所有板坯合同对按照匹配差异成本从小到大排序，将具有相同匹配差异成本的板坯合同对按照合同优先级由高到低排序，从第一个板坯合同对开始，在满足工艺约束的前提下，将板坯合同对中的板坯分给对应的合同，形成匹配方案5；

启发式6：利用最小化匹配差异成本和板坯优先级来选择板坯合同对，即将所有板坯合同对按照匹配成本从小到大排序，将具有相同匹配差异成本的板坯合同对按照合同优先级由高到低排序，从第一个板坯合同对开始，在满足工艺约束的前提下，将板坯合同对中的板坯分给对应的合同，形成匹配方案6；

启发式7：利用合同优先级和板坯优先级来选择板坯合同对，即将所有板坯合同对按照合同优先级由高到低排序，将同一合同优先级的板坯按照板坯优先级由高到低排序，从第一个板坯合同对开始，在满足工艺约束的前提下，将板坯合同对中的板坯分给对应的合同，形成匹配方案7；

步骤4.2：创建参考匹配方案集；

根据步骤3.2的匹配目标，从初始匹配方案集合中选出N1个匹配成本低的匹配方案和N2分散性好的匹配方案组成参考匹配方案集；

步骤4.3：终止条件判断：如果步骤4.2迭代次数达到终止迭代次数，则执行步骤4.7，否则执行步骤4.4；

步骤4.4：从参考匹配方案集中产生匹配方案子集，即参考匹配方案集中的一个匹配成本低的匹配方案与任意两个匹配方案组成一个匹配方案子集；

步骤4.5：组合新的匹配方案：将匹配方案子集中的匹配方案重新进行组合来产生新的匹配方案；

步骤4.6：采用局部搜索算法和新邻域的方法对新的匹配方案进行优化：对新的匹配方案

中的多个板坯进行匹配关系的交换，得到一组新匹配方案集；

步骤4.7：更新参考匹配方案集：若新匹配方案集中的匹配方案的匹配成本低于参考匹配方案集中任意一匹配方案，则用此新匹配方案更新参考匹配方案集，执行步骤4.4；否则，如果没有新匹配方案产生，则重新产生N2个分散性好的新匹配方案，再加上原参考匹配方案集中的N1个匹配成本低的匹配方案作为初始匹配方案集，转到步骤4.2；如果无法产生初始匹配方案集所需的新匹配方案，执行步骤4.8；

步骤4.8：根据更新的参考匹配方案集中匹配成本最低的匹配方案将无委托板坯匹配给合同；

步骤5：定量化描述板坯匹配调整问题；

步骤5.1：选择描述板坯与合同的匹配关系的决策变量x_kijl，表示处于板坯库k的板坯i与需要在产线l上加工的合同j的匹配关系，当板坯库k内的板坯i匹配给产线l的合同j时，取值为1；否则，为0；

步骤5.2：定量化描述板坯匹配调整目标，包括：最小化板坯与合同的匹配差异成本、最大化合同的优先级、最小化合同未完成成本及最小化机组超负荷量；

最小化板坯与合同的匹配差异成本，即最小化品质差异匹配成本、最小化规格差异匹配成本、最小化转库物流成本及最小化板坯重新匹配成本，其中，最小化板坯重新匹配成本即在进行板坯匹配调整时尽量保持板坯与合同原有的匹配关系；

最小化机组超负荷量即减少后续机组超负荷量；

步骤5.3：定量化描述板坯匹配调整方案的工艺约束：

1)生产工艺约束：在板坯与合同匹配关系调整时仅对板坯与合同之间的匹配关系进行调整，即要求不能进行脱板坯操作；

2)后续机组生产能力约束：在板坯的后续加工中，所匹配给该机组的板坯重量需达到机组的最小加工能力；

3)合同需求量约束：匹配给合同的板坯重量应在合同需求范围之内，余材量不能超过匹配给合同的任意一块板坯的重量；

步骤6：针对每组已匹配合同的板坯与合同信息，基于步骤2中的板坯与合同的待匹配关系和步骤5中定量化描述的板坯匹配调整问题，对所有板坯与合同的匹配关系进行调整，形成最终的板坯匹配方案；

步骤7：将最终的板坯匹配方案下发至多热轧产线执行，完成板坯匹配控制。

有益效果：

针对钢铁企业中存在大量无委托板坯及板坯利用率低的问题，本发明提供一种提高钢铁企业多产线材料利用率的板坯匹配与调整方法，提高了无委托板坯的利用率，同时减少重复炼钢造成的大量的能源浪费，减少了原料的消耗，降低余材量及库存量，为企业节省大量的生产和存储成本。针对板坯与合同匹配关系的调整问题，使板坯与现有合同能够优化匹配，有效的提高合同的完整性，减少余材量及板坯切损量，保证紧急合同按时交货，提高了客户的满意度。

附图说明

图1是本发明具体实施方式的提高钢铁企业多产线材料利用率的板坯匹配控制方法流程图；

图2是本发明具体实施方式的将无委托板坯匹配给合同的流程图；

图3是本发明具体实施方式的搜索邻域示意图，其中，(a)为1对1交换的搜索邻域，(b)m对m交换的搜索邻域。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。

本实施方式的实施需要如下硬件系统：至少一台PC机；至少一个光缆或者电缆接口；至少一台路由器。由这些设备组成一个小型的局域网后连接到企业ERP系统(ERP系统是指建立在信息技术基础上，以系统化的管理思想，为企业决策层及员工提供决策运行手段的管理平台)中。在PC机中安装Microsoft SQL Server 2000数据库系统，设置硬件系统的服务器地址、服务器端口、数据库名称、用户名及密码。

对板坯和合同数据进行下载：下载的板坯信息字段包括：板坯号，原合同号(无委托板坯原合同号为空)，切割时间，板坯长度，板坯厚度，板坯宽度，板坯头宽，板坯尾宽，板坯重量，板坯去向，板坯状态，板坯库位，出错代码，材料组别，出钢记号，转库计划号，切割计划号，板坯成分，外购标志；合同信息包括：合同号，BACKLOG(未完成订单)号，出钢记号，合同状态，合同性质，合同订货量，订货公差上限，订货公差下限，成品重上限，成品重下限，厂内交货期，用户合同期，额定轧制厚度，申请欠量，轧制欠量，板坯宽上限，板坯宽下限，板坯长上限，板坯长下限，板坯重下限，板坯重上限，材料组别，热轧钢卷去向，集批代码，成品板/卷宽度，炼钢工序在库量，热轧工序在库量，热轧投料系数，合同的成分表，外购标志。这些数据是企业ERP系统自动生成的，并以文本的形式保存在指定的FTP服务器中。执行下载命令，即用FTP命令将下载以文本文件的形式存储的数据文件到本机中，然后利用SQL语句把文本文件中的信息读入到SQL Server 2000数据库的数据表中，显示下载成功后的板坯和合同信息；数据下载完成之后，可以通过数据查询与管理功能实现对现有的无委托和全委托板坯以及用户合同数据进行管理，包括对数据的增加、删除、修改、查询以及导出等功能。根据实际生产需要设置参数，包括数据源选择(参与匹配的合同和板坯条件，不参与匹配的合同和板坯条件)，优先级设置(包括合同优先级和板坯优先级)，匹配费用设置(包括宽度匹配费用，厚度匹配费用，库存费用等)。

一种提高钢铁企业材料利用率的热轧多产线板坯匹配控制方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1：按照钢级对板坯和合同进行分组得到板坯合同组；

板坯包括所有无委托板坯及已匹配给合同的板坯；

步骤1.1：按照钢级优充关系对钢级进行分组：首先任意选择一钢级，将该钢级和与其具有钢级优充关系的钢级组成一个钢级组，如果该钢级与其他钢级均不存在钢级优充关系，则该钢级单独作为一钢级组；以任意顺序将没有分组的钢级与所有形成的钢级组进行比较，如果没有分组的钢级与某一钢级组中的钢级存在钢级优充关系，则将该没有分组的钢级加入到该钢级组中，否则该没有分组的钢级单独作为一钢级组，直至所有钢级均被分到钢级组中；

钢级优充关系是指在匹配板坯时某一个钢级与另一个钢级之间的可替代关系；

步骤1.2：若板坯的钢级和合同的钢级属于同一钢级组，则将该板坯和合同分配至该钢级组；

步骤2：依据板坯-合同规格匹配判据，判断每个板坯合同组内板坯与合同的待匹配关系，即判断给定板坯与指定合同是否匹配，若板坯合同组内板坯与合同符合板坯-合同规格匹配判据，则该板坯与合同存在待匹配关系，构成一个板坯合同组，否则，该板坯与合同不存在待匹配关系；

板坯-合同规格匹配判据：

1)当板坯的钢级与合同所需的钢级相同或存在钢级优充关系时，称板坯与合同钢级匹配；

2)当板坯的宽度在合同规定的板坯宽度上下限之间时，称板坯与合同宽度匹配；

3)当板坯的重量在合同规定的重量上下限之间时，称板坯与合同重量匹配；

4)当板坯的长度在合同规定的长度上下限之间时，称板坯与合同长度匹配；

5)每个合同都有指定的热轧产线，匹配给合同的板坯需要在合同指定的卷取机进行卷取操作，板坯的重量不可超出卷取机的承重极限，当板坯的重量在合同指定的卷取机的承重极限内时，称板坯与合同极限重量匹配；

步骤3：定量化描述板坯匹配问题；

步骤3.1：选择板坯匹配决策变量x_kijl；

板坯匹配决策变量x_kijl表示处于板坯库k的板坯i与需要在产线l上加工的合同j的匹配关系，当板坯库k内的板坯i匹配给产线l的合同j时，取值为1；否则，取值为0；

步骤3.2：定量化描述板坯匹配目标；

板坯匹配目标包括：最小化板坯与合同的匹配差异成本、最小化未匹配板坯成本、最大化板坯和合同的优先级奖励费用、最小化合同未完成成本；

其中：

1)最小化板坯与合同的匹配差异成本

板坯与合同的匹配差异成本包括：由将品质高的板坯匹配给品质要求低的合同导致的品质差异匹配成本；由板坯的规格与合同要求的规格不匹配所导致的规格差异匹配成本；由将板坯匹配给不同热轧产线的合同所导致的转库物流成本；

所述由板坯的规格与合同要求的规格不匹配所导致的规格差异匹配成本包括由板坯的宽度与合同要求的宽度不匹配所导致的规格差异匹配成本、由板坯的重量与合同要求的重量不匹配所导致的规格差异匹配成本、由板坯的长度与合同要求的长度不匹配所导致的规格差异匹配成本；

将上述板坯与合同的匹配差异成本采用数学表达方式进行定量化描述，得到最小化板坯与合同的匹配差异成本：

其中，M为所有合同的集合，N为所有无委托板坯的集合，K_i为板坯i所在的库区集合，L_i为合同所经过的机组集合，c_ij为板坯i匹配给合同j的匹配差异成本：

c_ij＝w₁c_1ij+w₂c_2ij+w₃c_3ij+w₄c_4ij+w₅c_5ij (2)

其中：

w₁,w₂,w₃,w₄,w₅分别为钢级对匹配差异成本的贡献系数、宽度对匹配差异成本的贡献系数、重量对匹配差异成本的贡献系数、长度对匹配差异成本的贡献系数、转库匹配费用对匹配差异成本的贡献系数；

c_1ij－板坯i与合同j的钢级差异(以优充次)导致的品质差异匹配成本，即由将品质高的板坯匹配给品质要求低的合同导致的品质差异匹配成本；当合同要求的钢级与匹配的板坯的钢级并不完全相同的情况下，用户可以接受性质较为接近但更为优质的钢来填充合同的欠量，但是用优质钢充当次优钢会使企业的成本增加，因此会产生由于以优充次产生的品质差异匹配费用。

c_2ij－板坯i与合同j需求的宽度差异导致的规格差异匹配成本，即由板坯的宽度与合同要求的宽度不匹配所导致的规格差异匹配成本；每个用户合同都对板坯的宽度有一定的限制，最为理想的情况就是板坯的宽度恰好符合合同需求的宽度范围。较宽的板坯在匹配给合同时需要进行切割，因此会产生由于切割和材料浪费导致的规格差异匹配成本。

c_3ij－板坯i与合同j需求的长度差异导致的规格差异匹配成本，即由板坯的长度与合同要求的长度不匹配所导致的规格差异匹配成本；与宽度类似，板坯与合同需求的长度差异，会造成材料浪费，从而引起规格差异匹配成本。

c_4ij－板坯i与合同j需求的重量差异导致的规格差异匹配成本，即由板坯的重量与合同要求的重量不匹配所导致的规格差异匹配成本；与宽度、长度匹配惩罚类似，若板坯的重量超出合同要求的重量范围，会造成合同超量，浪费材料，从而产生规格差异匹配成本。

c_5ij－板坯i匹配给合同j的转库物流成本，即由将板坯匹配给不同热轧产线的合同所导致的转库物流成本。考虑合同的流向和板坯所在的库区，钢铁企业希望匹配给合同的板坯可以在不增加运输成本的情况下进行加工。当将板坯匹配给其他产线的合同进行加工时，需要进行转库，即将板坯从所在库区转移到合同指定的热轧产线库区，这必然导致运输成本的增加，生产周期的延长，所以在保证上述目标的情况下，要尽量减少转库的产生，有助于缩短材料的生产周期。

2)最小化未匹配板坯成本

为了缓解库存压力，应该在允许范围内，将尽可能多的无委托板坯匹配给有板坯需求的合同，减少未匹配的板坯以提高材料的利用率，从而减少重复炼钢造成的能源消耗；

将最小化未匹配板坯成本采用数学表达方式进行定量化描述：

其中，b_i表示板坯i的未匹配成本。

3)最大化板坯和合同优先级奖励费用

在匹配过程中，板坯之间存在着优先级差异，同样的情况也存在于合同之间，匹配方案应尽可能的匹配优先级奖励费用高的板坯，同样，板坯也应该优先匹配给优先级奖励费用高的合同，从而减少生产及库存成本，缩短合同生产周期。

根据合同的集批情况、合同流向、材料申请宽裕量、合同状态、合同类别确定合同优先级奖励费用，板坯优先匹配给优先级奖励费用高的合同；根据板坯在库时间、板坯所在库位确定板坯优先级奖励费用，优先匹配优先级奖励费用高的板坯；

将最大化板坯和合同优先级采用数学表达方式进行定量化描述：

其中，R_j为对合同j的优先级奖励费用，考虑了五个方面的优先因素：合同的集批情况、合同流向、材料申请宽裕量、状态、类别。如下式所示：

R_j＝R_1j+R_2j+R_3j+R_4j+R_5j (5)

R_1j－合同j的集批优先级奖励费用。为了保证机组运行的连续性，尽量将相同或者相似的合同集中在一起进行加工(即集批生产)，这样可以减少机组的切换成本。因此，应先将板坯匹配给需要集批生产的合同，保证该类合同可以及时得到加工，从而降低机组切换成本。

R_2j－合同j的流向优先级奖励费用。在实际生产中，每个合同的加工路径(即流向)会有所不同。在生产过程中，考虑到后道机组要连续运行，不能断料停机，因此，根据后道机组的需求，应将板坯优先匹配给后道机组较为需要的合同。

R_3j－合同j的宽裕量优先级奖励费用。合同的宽裕量是指当前日期距离合同交货期的天数与加工完成该合同所需的天数之间的差值，即合同完成到合同交货期的剩余时间。在合同加工过程中可能会遇到某些突发的状况，导致合同完成时间推迟，因此，合同宽裕量较小的合同较宽裕量大的合同更加紧急，需要进行优先匹配。

R_4j－合同j的状态优先级奖励费用。在合同加工过程中，合同具有不同的状态，通过合同状态可以知道合同的加工阶段。为了减少成品库库存压力、缩短合同加工周期，应将板坯优先匹配给已投入生产或即将完成生产的合同。

R_5j－合同j的类别优先级奖励费用。合同一般可以分为普通合同，重点合同，出口合同等三种。在进行板坯匹配时，应优先将板坯匹配给重点合同和出口合同。

其中，P_i为对板坯i的优先级奖励费用，其主要从板坯在库时间、板坯所在库位加以考虑。如下式所示：

P_i＝P_1i+P_2i (6)

P_1i－板坯i的在库时间优先级奖励费用。板坯的在库时间较长会增加库存量和仓储费用，为了消化在库时间较长的板坯，定义板坯在库时间优先级与在库时间成正比，即在库时间较长的板坯，其在库时间优先级奖励费用较高。

P_2i－板坯i的库位优先级奖励费用。板坯所在库位优先级与其库区的库存量、存储费用及其加工过程中产生的物流费用有关，若板坯所在库区的库存量较大，为了降低库区库存，避免胀库现象的发生，将该库区的板坯就赋予较高的库位优先级。

4)最小化合同未完成成本

合同完成指合同既不存在欠量也不存在超量；合同存在欠量会造成合同无法完成，从而导致合同无法发货，既占用成品库库存，增加合同的生产周期，同时又会造成合同拖期，降低客户的满意度和信任度。合同存在超量时，客户不会对超量部分的板坯付款，这部分费用由钢铁企业承担，这会大大降低钢铁企业的利润。

将最小化合同未完成成本采用数学表达方式进行定量化描述，得到最小化合同未完成成本：

得到最小化合同超量成本：

其中，Lack_j为合同的欠量；Com_j表示合同的完成情况；Over_j为合同的超量；q₁为未完成合同总的板坯欠量单位惩罚费用；d_j为合同j未完成的惩罚费用；q₂为超量单位惩罚费用。令A_j为合同j的板坯欠量，AL_j为合同j允许存在的最大板坯欠量，ai为板坯i的重量，UW为合同的欠量惩罚上限，AU_j为合同j允许存在的最大板坯超量，则合同的欠量Lack_j，合同完成情况Com_j，合同超量Over_j分别表示如下：

其中，sign{*}为分段函数，当*>0时，sign{*}等于1，否则，sign{*}等于0。

经过上述定量化描述板坯匹配目标，得到板坯匹配问题的目标函数如下：

其中，F₁为板坯与合同的匹配差异成本在目标函数中的权重系数，F₂为未匹配板坯成本在目标函数中的权重系数，F₃为板坯和合同的优先级奖励费用在目标函数中的权重系数，F₄为板坯优先级奖励费用在目标函数中的权重系数，F₅为未完成合同的欠量及未完成惩罚在目标函数中的权重系数，F₅'为已完成合同的超量惩罚在目标函数中的权重系数。

步骤3.3：定量化描述指定板坯匹配方案的工艺约束：

1)生产工艺约束：每块板坯最多允许匹配给一个合同；不允许将其切割成几块板坯再行匹配，当板坯规格与合同要求不符时，需要对板坯进行切割，将切割后符合规格要求的板坯匹配给合同，剩余部分则作为废料处理，不再进行任何匹配。将上述生产工艺约束转换为数学表达式为：

2)合同需求量约束：匹配给合同的板坯重量应在合同需求范围之内，余材量不能超过匹配给合同的任意一块板坯的重量；

余材量即匹配给合同的板坯总量与合同需求量的差；

合同需求量约束表示如下：

其中a_i为板坯i的重量，为合同j的板坯需求总量，为合同j可接受的板坯总量上限，为合同j可接受的板坯总量下限。

此外，决策变量取值约束：

x_kijl∈{0,1} i∈N,j∈M,k∈Ki,l∈L_j (15)

步骤4：针对每个板坯合同组内板坯与合同信息，基于步骤2中的板坯与合同的待匹配关系和步骤3中定量化描述的板坯匹配问题，将无委托板坯匹配给合同，如图2所示；

步骤4.1：创建初始板坯匹配方案集Pop，包括匹配成本低的匹配方案和分散性好的匹配方案，分散性好的匹配方案是指与匹配成本低的匹配方案差别最大的若干匹配方案；

设初始匹配方案集合中包含匹配方案的个数(即集合的大小)为Popsize。采用启发式算法及随机的方式产生PopSize个初始匹配方案作为初始匹配方案集合。如果由于板坯与合同的数据量太少，而产生匹配方案的数量少于PopSize个，则对原匹配方案进行邻域交换改进；

基于最小化板坯与合同的匹配差异成本的板坯匹配目标，采用不同的贪婪启发式构造初始匹配方案集：

启发式1：利用与合同存在待匹配关系的板坯个数和板坯与合同的匹配差异成本来选择板坯及其所匹配的合同，即将所有板坯合同对按照与合同存在待匹配关系的板坯个数由小到大排序，将同一合同对应的板坯按照匹配差异成本从小到大排序，从第一个板坯合同对开始，选择有合同需求量的板坯合同对，在满足工艺约束的前提下，将所选板坯合同对中的板坯匹配给所对应的合同，之后，按照上述方法匹配下一个板坯，直到所有板坯被匹配，形成匹配方案1；

启发式2：利用最小化板坯与合同的匹配差异成本来选择板坯合同对，即将板坯合同对按照匹配差异成本从小到大排序，从第一个板坯合同对开始，在满足工艺约束的前提下，将板坯合同对中的板坯分给对应的合同，形成匹配方案2；

启发式3：利用合同优先级来选择板坯合同对，即将板坯合同对按照合同优先级由高到低排序，将同一合同对应的板坯按照匹配差异成本从小到大排序，从第一个板坯合同对开始，在工艺约束的前提下，将板坯合同对中的板坯分给对应的合同，形成匹配方案3；

启发式4：利用板坯优先级来选择板坯合同对，即将所有板坯合同对按照板坯优先级由高到低排序，将同一板坯对应的合同按照匹配差异成本从小到大排序，从第一个板坯合同对开始，在满足工艺约束的前提下，将板坯合同对中的板坯分给对应的合同，形成匹配方案4；

启发式5：利用最小化匹配差异成本和合同优先级来选择板坯合同对，即将所有板坯合同对按照匹配差异成本从小到大排序，将具有相同匹配差异成本的板坯合同对按照合同优先级由高到低排序，从第一个板坯合同对开始，在满足工艺约束的前提下，将板坯合同对中的板坯分给对应的合同，形成匹配方案5；

启发式6：利用最小化匹配差异成本和板坯优先级来选择板坯合同对，即将所有板坯合同对按照匹配成本从小到大排序，将具有相同匹配差异成本的板坯合同对按照合同优先级由高到低排序，从第一个板坯合同对开始，在满足工艺约束的前提下，将板坯合同对中的板坯分给对应的合同，形成匹配方案6；

启发式7：利用合同优先级和板坯优先级来选择板坯合同对，即将所有板坯合同对按照合同优先级由高到低排序，将同一合同优先级的板坯按照板坯优先级由高到低排序，从第一个板坯合同对开始，在满足工艺约束的前提下，将板坯合同对中的板坯分给对应的合同，形成匹配方案7；

步骤4.2：创建参考匹配方案集；

根据步骤3.2的匹配目标，从初始匹配方案集合中选出N1个匹配成本低的匹配方案和N2分散性好的匹配方案组成参考匹配方案集；通过对目标函数(12)的计算来确定匹配成本，匹配成本越低，匹配质量越好；

步骤4.3：终止条件判断：如果步骤4.2迭代次数达到终止迭代次数，则执行步骤4.7，否则执行步骤4.4；

步骤4.4：从参考匹配方案集中产生匹配方案子集，即参考匹配方案集中的一个匹配成本低的匹配方案与任意两个匹配方案组成一个匹配方案子集；

步骤4.5：组合新的匹配方案：将匹配方案子集中的匹配方案重新进行组合来产生新的匹配方案；

新匹配方案包含匹配方案子集中的匹配方案的一部分好特性。在组合得到新匹配方案的过程中，需要对匹配方案进行可行性判断及修复，要求得到的新匹配方案必须满足约束条件(13)～(15)；

步骤4.6：采用局部搜索算法和新邻域的方法对新的匹配方案进行优化：对新的匹配方案

中的多个板坯进行匹配关系的交换，得到一组新匹配方案集；

步骤4.7：更新参考匹配方案集：若新匹配方案集中的匹配方案的匹配成本低于参考匹配方案集中任意一匹配方案，则用此新匹配方案更新参考匹配方案集，执行步骤4.4；否则，如果没有新匹配方案产生，则重新产生N2个分散性好的新匹配方案，再加上原参考匹配方案集中的N1个匹配成本低的匹配方案作为初始匹配方案集，转到步骤4.2；如果无法产生初始匹配方案集所需的新匹配方案，执行步骤4.8；

步骤4.8：根据更新的参考匹配方案集中匹配成本最低的匹配方案将无委托板坯匹配给合同；

步骤5：定量化描述板坯匹配调整问题；

由于问题复杂，规模较大，传统的邻域不能对匹配方案的质量进行快速的改进，因此提出一种新的邻域，如图3所示，传统的交换邻域主要是1对1的进行交换，针对一个板坯与合同的匹配关系进行调整，如图3(a)所示；与传统的邻域不同在于，本发明提出的邻域采用m对m的交换方式，即对匹配方案中的多个板坯进行匹配关系的交换，得到一组新匹配方案集，其中m为交换板坯的个数，如图3(b)所示。这样做可以更大范围的改进匹配方案的质量，很好的避免陷入局部最优。

步骤5.1：选择描述板坯与合同的匹配关系的决策变量x_kijl，表示处于板坯库k的板坯i与需要在产线l上加工的合同j的匹配关系，当板坯库k内的板坯i匹配给产线l的合同j时，取值为1；否则，取值为0；

步骤5.2：定量化描述板坯匹配调整目标，包括：最小化板坯与合同的匹配差异成本、最大化合同的优先级奖励费用、最小化合同未完成成本及最小化机组超负荷量；

最小化板坯与合同的匹配差异成本，即最小化品质差异匹配成本、最小化规格差异匹配成本、最小化转库物流成本及最小化板坯重新匹配成本，其中，最小化板坯重新匹配成本即在进行板坯匹配调整时尽量保持板坯与合同原有的匹配关系；

最小化机组超负荷量即减少后续机组超负荷量；

1)最小化板坯与合同的匹配差异成本，即最小化品质差异匹配成本、最小化规格差异匹配成本、最小化转库物流成本及最小化板坯重新匹配成本，其中，最小化板坯重新匹配成本即在进行板坯匹配调整时尽量保持板坯与合同原有的匹配关系；

将最小化板坯与合同的匹配差异成本采用数学表达方式进行定量化描述：

其中，M为所有合同的集合，N为所有合同中的板坯集合，K_i为板坯i所在的库区集合，L_i为合同所经过的机组集合，c_ij为板坯i匹配给合同j的匹配差异成本，具体如下式所示：

c_ij＝w₁c_1ij+w₂c_2ij+w₃c_3ij+w₄c_4ij+w₅c_5ij+w₆c_6ij

其中，w₁、w₂、w₃、w₄、w₅、c_1ij、c_2ij、c_3ij、c_4ij、c_5ij定义与板坯匹配问题一致。w₆为板坯重新匹配成本对板坯与合同的匹配差异成本的贡献系数；c_6ij为板坯i匹配给合同j的板坯重新匹配成本。

2)最大化匹配合同优先级奖励费用

最大化匹配合同优先级奖励费用采用数学表达方式进行定量化描述如下：

其中，R_j为合同j的优先级奖励费用；

R_j＝R_j1+R_j2+R_j3+R_j4+R_j5

R_j1、R_j2、R_j3、R_j4、R_j5与板坯匹配问题定义一致。

3)最小化未完成合同数量

在实际生产中，总是期望合同按份完成，有利于集坯生产和按期交货。将其采用数学表达方式进行定量化描述，得到最小化未完成合同数量的惩罚：

其中，A_j为合同j的板坯欠量；AL_j为合同j允许存在的最大板坯欠量；ai为板坯i的重量；d_j表示合同未完成惩罚费用。

4)最小化合同未完成成本

合同完成指合同既不存在欠量也不存在超量；合同存在欠量会造成合同无法完成，从而导致合同无法发货，既占用成品库库存，增加合同的生产周期，同时又会造成合同拖期，降低客户的满意度和信任度。合同存在超量时，客户不会对超量部分的板坯付款，这部分费用由钢铁企业承担，这会大大降低钢铁企业的利润。

将最小化合同未完成成本采用数学表达方式进行定量化描述，得到最小化合同未完成成本：

得到最小化合同超量成本：

Lack_j、Com_j、Over_j、q₁、d_j、q₂与板坯匹配问题定义一致。

5)最小化机组超负荷量

板坯匹配给合同后，板坯会按照合同规定加工路线进行后续加工。在板坯的后续加工中，有些机组是有加工能力限制的，当在某个机组加工的板坯量大于该机组的生产能力时，机组处于超负荷状态运行，不但会造成生产拥堵，增加合同生产周期，还会提高生产成本。因此，应该尽量减少后续机组超负荷量。将最小化机组超负荷量采用数学表达方式进行定量化描述：

其中，T_l表示l机组对应的生产能力阈值，超过该值时机组处于超负荷状态，M_l表示属于在机组l上进行加工的所有合同的集合。

综上，板坯匹配调整目标函数表示如下：

其中，F₁为板坯与合同的匹配差异成本的权重系数；F₂为合同优先级奖励费用的权重系数；F₃为未完成合同数量的惩罚系数；F₄为合同超量的惩罚系数；F₅为机组超负荷的惩罚系数。

步骤5.3：定量化描述板坯匹配调整方案的工艺约束：

1)生产工艺约束：在板坯与合同匹配关系调整时仅对板坯与合同之间的匹配关系进行调整，即要求不能进行脱板坯操作；

2)后续机组生产能力约束：在板坯的后续加工中，所匹配给该机组的板坯重量需达到机组的最小加工能力；比如后续酸洗机组，匹配给需要进行酸洗处理的合同的板坯总量应该达到酸洗机组的最小处理能力。

后续机组生产能力约束如下：

其中，B_l表示机组l对应的生产能力下限。

3)合同需求量约束：匹配给合同的板坯重量应在合同需求范围之内，余材量不能超过匹配给合同的任意一块板坯的重量；

合同需求量约束数学表达式为：

其中，表示合同总需求量即合同订货量，表示合同完成量下限。

此外，决策变量取值约束：

x_kijl∈{0,1} i∈N,j∈M,k∈Ki,l∈L_j (26)

在板坯匹配调整问题中，是通过式(22)来计算匹配方案的匹配成本；当有产生新的匹配方案时，需要满足约束(23)～(26)。

步骤6：针对每组已匹配合同的板坯与合同信息，基于步骤2中的板坯与合同的待匹配关系和步骤5中定量化描述的板坯匹配调整问题，对所有板坯与合同的匹配关系进行调整，形成最终的板坯匹配方案；

步骤7：将最终的板坯匹配方案下发至多热轧产线执行，完成板坯匹配控制。

以国内某大型钢厂连续7个月的实际生产数据为例，实际生产数据包括板坯数据和合同数据，采用本发明方法得到上述数据的匹配方案及调整方案与人工得到方案比较结果如下：

表1 人工(M)与本发明提出方法(A)相关的统计指标比较结果(每天)

Claims (3)

1.一种提高钢铁企业材料利用率的热轧多产线板坯匹配控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：按照钢级对板坯和合同进行分组得到板坯合同组；

步骤2：依据板坯-合同规格匹配判据，判断每个板坯合同组内板坯与合同的待匹配关系，即判断给定板坯与指定合同是否匹配，若板坯合同组内板坯与合同符合板坯-合同规格匹配判据，则该板坯与合同存在待匹配关系，构成一个板坯合同对，否则，该板坯与合同不存在待匹配关系；

板坯-合同规格匹配判据：

1)当板坯的钢级与合同所需的钢级相同或存在钢级优充关系时，称板坯与合同钢级匹配；钢级优充关系是指在匹配板坯时某一个钢级与另一个钢级之间的可替代关系；

2)当板坯的宽度在合同规定的板坯宽度上下限之间时，称板坯与合同宽度匹配；

3)当板坯的重量在合同规定的重量上下限之间时，称板坯与合同重量匹配；

4)当板坯的长度在合同规定的长度上下限之间时，称板坯与合同长度匹配；

5)每个合同都有指定的热轧产线，匹配给合同的板坯需要在合同指定的卷取机进行卷取操作，板坯的重量不可超出卷取机的承重极限，当板坯的重量在合同指定的卷取机的承重极限内时，称板坯与合同极限重量匹配；

步骤3：定量化描述板坯匹配问题；

步骤3.1：选择板坯匹配决策变量x_kijl；

板坯匹配决策变量x_kijl表示处于板坯库k的板坯i与需要在产线l上加工的合同j的匹配关系，当板坯库k内的板坯i匹配给产线l的合同j时，取值为1；否则，为0；

步骤3.2：定量化描述板坯匹配目标；

板坯匹配目标包括：最小化板坯与合同的匹配差异成本、最小化未匹配板坯成本、最大化板坯和合同的优先级奖励费用、最小化合同未完成成本；

其中：

(1)最小化板坯与合同的匹配差异成本

板坯与合同的匹配差异成本包括：由将品质高的板坯匹配给品质要求低的合同导致的品质差异匹配成本；由板坯的规格与合同要求的规格不匹配所导致的规格差异匹配成本；由将板坯匹配给不同热轧产线的合同所导致的转库物流成本；

(2)最小化未匹配板坯成本

将尽可能多的无委托板坯匹配给有板坯需求的合同，减少未匹配的板坯以提高材料的利用率，从而减少重复炼钢造成的能源消耗；

(3)最大化板坯和合同的优先级奖励费用

根据合同的集批情况、合同流向、材料申请宽裕量、合同状态、合同类别确定合同优先级，板坯优先匹配给优先级奖励费用高的合同；根据板坯在库时间、板坯所在库位确定板坯优先级，优先匹配优先级奖励费用高的板坯；

(4)最小化合同未完成成本

合同完成指合同既不存在欠量也不存在超量；

步骤3.3：定量化描述指定板坯匹配方案的工艺约束：

(1)生产工艺约束：每块板坯最多允许匹配给一个合同；

(2)合同需求量约束：匹配给合同的板坯重量应在合同需求范围之内，余材量不能超过匹配给合同的任意一块板坯的重量；

余材量即匹配给合同的板坯总量与合同需求量的差；

描述板坯匹配目标的目标函数如下：

$\begin{array}{c}\min Z=F_1\underset{j\∈M}{\Σ}\underset{i\∈N}{\Σ}\underset{k\∈K_i}{\Σ}\underset{l\∈L_j}{\Σ}{c}_{ij}{x}_{kijl}+F_2\underset{i\∈N}{\Σ}\underset{k\∈K_i}{\Σ}{B}_i(1-\underset{j\∈M}{\Σ}\underset{l\∈L_j}{\Σ}{x}_{kijl})-F_3\underset{j\∈M}{\Σ}\underset{i\∈N}{\Σ}\underset{k\∈K_i}{\Σ}\underset{l\∈L_j}{\Σ}{R}_j{x}_{kijl}\\ -F_4\underset{i\∈N}{\Σ}\underset{l\∈M}{\Σ}\underset{k\∈K_i}{\Σ}\underset{l\∈L_j}{\Σ}{P}_i{x}_{kijl}+\underset{j=1}{\overset{M}{\Σ}}\[F_5(q_1{\mathrm{Lack}}_j+d_j{\mathrm{Com}}_j)+F_5^{\′}{q}_2{\mathrm{Over}}_j\]\end{array}$

其中，M为所有合同的集合，N为所有无委托板坯的集合，K_i为板坯i所在的库区集合，L_i为合同所经过的机组集合，q₁为未完成合同总的板坯欠量单位惩罚费用，d_j为合同j未完成的惩罚费用，q₂为超量单位惩罚费用，Lack_j为合同的欠量，Com_j为合同完成情况，Over_j为合同超量，c_ij为板坯i匹配给合同j的匹配差异成本，b_i表示板坯i的未匹配成本，R_j为对合同j的优先级奖励费用，P_i为对板坯i的优先级奖励费用，板坯匹配决策变量x_kijl表示处于板坯库k的板坯i与需要在产线l上加工的合同j的匹配关系，F₁为板坯与合同的匹配差异成本在目标函数中的权重系数，F₂为未匹配板坯成本在目标函数中的权重系数，F₃为板坯和合同的优先级奖励费用在目标函数中的权重系数，F₄为板坯优先级奖励费用在目标函数中的权重系数，F₅为未完成合同的欠量及未完成惩罚在目标函数中的权重系数，F₅′为已完成合同的超量惩罚在目标函数中的权重系数；

步骤4：针对每个板坯合同组内无委托板坯与合同信息，基于步骤2中的板坯与合同的待匹配关系和步骤3中定量化描述的板坯匹配问题，将无委托板坯匹配给合同；

步骤4.1：创建初始板坯匹配方案集，包括匹配成本低的匹配方案和分散性好的匹配方案，分散性好的匹配方案是指与各匹配成本低的匹配方案差别最大的若干匹配方案；

步骤4.2：创建参考匹配方案集；

根据步骤3.2的匹配目标，从初始板坯匹配方案集中选出N1个匹配成本低的匹配方案和N2个分散性好的匹配方案组成参考匹配方案集；

步骤4.3：终止条件判断：如果步骤4.2迭代次数达到终止迭代次数，则执行步骤4.7，否则执行步骤4.4；

步骤4.4：从参考匹配方案集中产生匹配方案子集，即参考匹配方案集中的一个匹配成本低的匹配方案与任意两个匹配方案组成一个匹配方案子集；

步骤4.5：组合新的匹配方案：将匹配方案子集中的匹配方案重新进行组合来产生新的匹配方案；

步骤4.6：采用局部搜索算法和新邻域的方法对新的匹配方案进行优化，新邻域的方法即对新的匹配方案中的多个板坯进行匹配关系的交换，得到一组新匹配方案集；

步骤4.7：更新参考匹配方案集：若新匹配方案集中的匹配方案的匹配成本低于参考匹配方案集中任意一匹配方案，则用此新匹配方案更新参考匹配方案集，执行步骤4.4；否则，如果没有新匹配方案产生，则重新产生N2个分散性好的新匹配方案，再加上原参考匹配方案集中的N1个匹配成本低的匹配方案作为初始板坯匹配方案集，转到步骤4.2；如果无法产生初始板坯匹配方案集所需的新匹配方案，执行步骤4.8；

步骤4.8：根据更新的参考匹配方案集中匹配成本最低的匹配方案将无委托板坯匹配给合同；

步骤5：定量化描述板坯匹配调整问题；

步骤5.1：选择描述板坯与合同的匹配关系的决策变量x_kijl，表示处于板坯库k的板坯i与需要在产线l上加工的合同j的匹配关系，当板坯库k内的板坯i匹配给产线l的合同j时，取值为1；否则，为0；

步骤5.2：定量化描述板坯匹配调整目标，包括：最小化板坯与合同的匹配差异成本、最大化合同的优先级奖励费用、最小化合同未完成成本及最小化机组超负荷量；

最小化板坯与合同的匹配差异成本，即最小化品质差异匹配成本、最小化规格差异匹配成本、最小化转库物流成本及最小化板坯重新匹配成本，其中，最小化板坯重新匹配成本即在进行板坯匹配调整时尽量保持板坯与合同原有的匹配关系；

最小化机组超负荷量即减少后续机组超负荷量；

步骤5.3：定量化描述板坯匹配调整方案的工艺约束：

1)生产工艺约束：在板坯与合同匹配关系调整时仅对板坯与合同之间的匹配关系进行调整，即要求不能进行脱板坯操作；

2)后续机组生产能力约束：在板坯的后续加工中，所匹配给该机组的板坯重量需达到机组的最小加工能力；

3)合同需求量约束：匹配给合同的板坯重量应在合同需求范围之内，余材量不能超过匹配给合同的任意一块板坯的重量；

步骤6：针对每组已匹配合同的板坯与合同信息，基于步骤2中的板坯与合同的待匹配关系和步骤5中定量化描述的板坯匹配调整问题，对所有板坯与合同的匹配关系进行调整，形成最终的板坯匹配方案；

步骤7：将最终的板坯匹配方案下发至热轧多产线执行，完成板坯匹配控制。

2.根据权利要求1所述的提高钢铁企业材料利用率的热轧多产线板坯匹配控制方法，其特征在于：所述步骤1按照钢级对板坯和合同进行分组得到板坯合同组，板坯包括所有无委托板坯及已匹配给合同的板坯；

具体步骤如下：

步骤1.1：按照钢级优充关系对钢级进行分组：首先任意选择一钢级，将该钢级和与其具有钢级优充关系的钢级组成一个钢级组，如果该钢级与其他钢级均不存在钢级优充关系，则该钢级单独作为一钢级组；以任意顺序将没有分组的钢级与所有形成的钢级组进行比较，如果没有分组的钢级与某一钢级组中的钢级存在钢级优充关系，则将该没有分组的钢级加入到该钢级组中，否则该没有分组的钢级单独作为一钢级组，直至所有钢级均被分到钢级组中；

步骤1.2：若板坯的钢级和合同的钢级属于同一钢级组，则将该板坯和合同分配至该钢级组。

3.根据权利要求1所述的提高钢铁企业材料利用率的热轧多产线板坯匹配控制方法，其特征在于：所述步骤4.1创建初始板坯匹配方案集是基于最小化板坯与合同的匹配差异成本的板坯匹配目标，采用不同的贪婪启发式形成不同的匹配方案，将这些不同的匹配方案构造成初始板坯匹配方案集，具体如下：

启发式1：利用与合同存在待匹配关系的板坯个数和板坯与合同的匹配差异成本来选择板坯及其所匹配的合同，即将所有板坯合同对按照与合同存在待匹配关系的板坯个数由小到大排序，将同一合同对应的板坯按照匹配差异成本从小到大排序，从第一个板坯合同对开始，选择有合同需求量的板坯合同对，在满足工艺约束的前提下，将所选板坯合同对中的板坯匹配给所对应的合同，直到所有板坯被匹配，形成匹配方案1；

启发式2：利用最小化板坯与合同的匹配差异成本来选择板坯合同对，即将板坯合同对按照匹配差异成本从小到大排序，从第一个板坯合同对开始，在满足工艺约束的前提下，将板坯合同对中的板坯分给对应的合同，形成匹配方案2；

启发式3：利用合同优先级来选择板坯合同对，即将板坯合同对按照合同优先级由高到低排序，将同一合同对应的板坯按照匹配差异成本从小到大排序，从第一个板坯合同对开始，在工艺约束的前提下，将板坯合同对中的板坯分给对应的合同，形成匹配方案3；

启发式4：利用板坯优先级来选择板坯合同对，即将所有板坯合同对按照板坯优先级由高到低排序，将同一板坯对应的合同按照匹配差异成本从小到大排序，从第一个板坯合同对开始，在满足工艺约束的前提下，将板坯合同对中的板坯分给对应的合同，形成匹配方案4；

启发式5：利用最小化匹配差异成本和合同优先级来选择板坯合同对，即将所有板坯合同对按照匹配差异成本从小到大排序，将具有相同匹配差异成本的板坯合同对按照合同优先级由高到低排序，从第一个板坯合同对开始，在满足工艺约束的前提下，将板坯合同对中的板坯分给对应的合同，形成匹配方案5；

启发式6：利用最小化匹配差异成本和板坯优先级来选择板坯合同对，即将所有板坯合同对按照匹配差异成本从小到大排序，将具有相同匹配差异成本的板坯合同对按照合同优先级由高到低排序，从第一个板坯合同对开始，在满足工艺约束的前提下，将板坯合同对中的板坯分给对应的合同，形成匹配方案6；

启发式7：利用合同优先级和板坯优先级来选择板坯合同对，即将所有板坯合同对按照合同优先级由高到低排序，将同一合同优先级的板坯按照板坯优先级由高到低排序，从第一个板坯合同对开始，在满足工艺约束的前提下，将板坯合同对中的板坯分给对应的合同，形成匹配方案7。