CN107403264B - 一种考虑生产设备调度计划约束的运输设备钢包路径编制方法 - Google Patents

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CN107403264B CN201710590616.2A CN201710590616A CN107403264B CN 107403264 B CN107403264 B CN 107403264B CN 201710590616 A CN201710590616 A CN 201710590616A CN 107403264 B CN107403264 B CN 107403264B
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Abstract

本发明公开了一种考虑生产设备调度计划约束的运输设备钢包路径编制方法，以钢包运输路径最短、起吊放下次数最小、同一路径中先后相邻两个钢包的间隔时间最长、钢包运输温降最小和运输时间最小为性能指标；以路径上的天车载重大于满载钢水的钢包重量、路径上的天车可运输时间在炉次计划规定范围内、天车最大速度和炉次计划所决定的可用路径长度范围、路径中运输的钢水温降不超过炉次工艺规定温度范围为约束条件；以钢包运输的路径为决策变量，构建了问题的数学模型；设计了基于多优先级的钢包路径启发式编制方法；在厂区布局和炉次计划确定的基础上，按性能指标重要程度确定钢包路径优先级并对可用路径排序，决策出钢包运输路径。

Description

一种考虑生产设备调度计划约束的运输设备钢包路径编制 方法
技术领域
本发明涉及钢包路径编制领域，具体涉及一种考虑生产设备调度计划约束的运输设备钢包路径编制方法。
背景技术
钢包到转炉接受钢水后，经扒渣工位(有的钢水不走扒渣工位)，然后到精炼设备进行精炼处理；经精炼(一重，两重，三重)处理后，到大包回转台或模注工位准备浇铸；浇铸结束后，钢包到相应的倒渣工位倒渣；倒渣结束后，将空包运送到倾转台上对钢包的吹Ar孔、水口、滑板等进行检查处理。检查处理后的空包有几个去处，直接到转炉接受钢水，或到快烘位等待接受钢水，或到烘烤位进行烘烤准备接受钢水，或到修理场进行大、中、小修理。修好的钢包若需要接受钢水，需先进入烘烤位烘烤，然后根据出钢时间的要求，或直接到转炉接受钢水，或到快烘位等待接受钢水。其中，从转炉出钢-倒渣为重包行走路径；从倒渣工位-接下一炉钢水之前为空包的行走路径。空包的行走路径又分为钢包配备的行走路径和钢包去向的行走路径。钢包的运行分为重包行走和空包行走两部分，重包行走是现场需要考虑进行调度的重点，其整体运行如图1所示。
炼钢-精炼-连铸钢包路径编制是以生产设备调度计划为基础，决策炉次在转炉、精炼炉之间的具体运输路径，在转炉、精炼炉及连铸机之间运输设备工作的开始时间。由于炉次生产的设备有多个，炉次究竟在哪些设备间的运输路径需要决策。
目前的炼钢-精炼-连铸调度以人工调度为主。在一个大型、高速、多种工艺路径混合的生产企业中，靠人工来进行炼钢生产调度难度很大。目前依靠人工排定的出钢顺计划只有连铸开浇时刻和转炉出钢终了时刻，调度人员对执行结果没有一个直观的感性认识，容易造成物流堵塞或设备闲置，严重时还会造成钢水冻结、连铸断浇，影响炼钢厂炼钢生产的顺畅运行。钢包作为生产流程中钢水的载体，是为生产质量和生产计划的执行服务的，而天车是钢包的载运工具，是为钢包转运服务的，如图2所示。
通过对钢包转运过程的分析，可将钢包的转运过程分为重包(钢包装满钢水)转运阶段和空包(钢包无钢水)转运阶段。钢厂更关心重包转运阶段，因为重包的转运过程正是钢厂的生产过程或计划的执行过程，它直接影响连铸坯的生产质量和产量，影响到钢厂的经济利益。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种考虑生产设备调度计划约束的运输设备钢包路径编制方法。
一种考虑生产设备调度计划约束的运输设备钢包路径编制方法，包括如下步骤：
S1、以钢包运输路径最短、起吊放下次数最小、同一路径中先后相邻两个钢包的间隔时间最长、钢包运输温降最小和运输时间最小为性能指标；以路径上的天车载重大于满载钢水的钢包重量、路径上的天车可运输时间在炉次计划规定范围内、天车最大速度和炉次计划所决定的可用路径长度范围、路径中运输的钢水温降不超过炉次工艺规定温度范围为约束条件；以钢包运输的路径为决策变量，构建了问题的数学模型；
S2、构建基于多优先级的钢包路径启发式编制方法；
S3、在厂区布局和炉次计划确定的基础上，按性能指标重要程度确定钢包路径优先级并对可用路径排序，决策出钢包运输路径。
其中，所述步骤S2包括如下步骤：
Step1：初始化炉次集合Φ为空，通过生产设备调度计划获取当前生产的所有炉次Lij(i＝1，2，3；j＝1，2，…，Ni)放入集合Φ中；
Φ＝Φ+{Lij}；
Step2：初始化运输区间集合Ψ为空，对集合Φ中的炉次Lij(i＝1，2，3；j＝1，2，…，Ni)按照炉次Lij从转炉到连铸工序的操作总数
Figure BSA0000147841420000021
划分运输区间，放入集合Ψ中；
Figure BSA0000147841420000022
Step3：去除运输区间集合Ψ＝{ψ1，ψ2，…，ψN}
Figure BSA0000147841420000023
中已经编制路径的运输区间，即
Figure BSA0000147841420000024
Step4：依据路径编制次序约束，使用快速排序法对集合Ψ＝{ψ1，ψ2，…，ψN}中的元素ψi(1≤i≤N)按照时间先后进行排序；
Step5：对未选配路径的运输区间集合Ψ＝{ψ1，ψ1，…，ψN}从钢包路径集合Ω选配钢包路径；在钢包路径集合Ω去除不符合天车载重约束、路径长度约束、钢包温降约束的路径，然后按照路径起吊放下次数，路径长度，运输时间，弹性时间和钢包温降对钢包路径集合Ω排序，从中选取最优的路径。
其中，所述步骤Step4具体包括如下步骤：
Step4.1：设中间变量m＝1，n＝N；
Step4.2：设中间变量ψkey＝ψ1；
Step4.3：从n开始向前搜索，即从后开始n＝n-1；找到第一个运输开始时间小于ψkey的炉次ψn；将ψn赋值给ψm；即
Figure BSA0000147841420000031
Step4.4：从m开始向后搜索，即从后开始m＝m+1；找到第一个运输开始时间大于ψkey的炉次ψm韵，将ψm赋值给ψn，即
Figure BSA0000147841420000032
Step4.5：若m≠n，转Step4.3；否则，转Step5。
其中，所述步骤Step5具体包括如下步骤：
Step5.1：设中间变量θ＝1；
Step5.2：初始化
Figure BSA0000147841420000033
Step5.3：设初始化钢包路径集合Ω；
Step5.4：去除钢包路径集合Ω中不符合天车载重约束的路径，即
IF Loij＞Lo(k7) THEN Ω＝Ω-{k7}；
Step5.5：去除钢包路径集合Ω中不符合路径长度约束的路径，即
IF l(k7)/v+2d＞trij(kg(θ)，kg(θ+1)) THEN Ω＝Ω-{k7}；
Step5.6：去除钢包路径集合Ω中不符合钢包温降约束的路径，即
Figure BSA0000147841420000034
通过控制炉次运输时的温度下降来保证钢包温度在工艺约束的范围之内，即炉次Lij在运输时钢包温度下降值
Figure BSA0000147841420000035
在限定范围之内；
Figure BSA0000147841420000036
Step5.7：按照路径起吊放下次数，路径长度，运输时间，弹性时间和钢包温降对钢包路径集合Ω排序；
因为炉次Lij的钢包运输时，每一次转向都要起吊放下各一次，每一次钢包起吊放下都要花费d时间，为了提高生产效率，需要炉次Lij选择路径k7起吊与放下的总次数
Figure BSA0000147841420000037
尽可能小：
Figure BSA0000147841420000038
炉次Lij从第θ个操作到θ+1个操作设备之间的运输选择路径k7的长度不能超过炉次允许的最大运行长度，即
Figure BSA0000147841420000041
并尽可能小：
Figure BSA0000147841420000042
生产中，运输资源非常紧缺，所以，在炉次Lij的钢包路径编制要尽早释放占用的运输资源，炉次Lij从第θ个操作到θ+1个操作设备之间运输时间为：
trij(kg(θ)，kg(θ+1))＝yij(kg(θ)，kg(θ+1))-xij(kg(θ)，kg(θ+1))；
要求炉次Lij的运输时间尽可能小，即运输结束时间yij(kg(θ)，kg(θ+1))和运输开始时间xij(kg(θ)，kg(θ+1))的差值最小，其中，
Figure BSA0000147841420000043
Figure BSA0000147841420000044
Figure BSA0000147841420000045
则对于任意一个炉次Lij选择路径k7后在相邻两个操作θ
Figure BSA0000147841420000046
到θ+1设备的弹性时间定义如下：
Figure BSA0000147841420000047
为了防止意外情况发生，运输的弹性时间需要尽可能大：
Figure BSA0000147841420000048
炉次Lij的钢包在运输时会损失温度，为了节能降耗，需要炉次Lij在运输时钢包的温度下降值
Figure BSA0000147841420000049
尽可能的小：
Figure BSA00001478414200000410
Step5.8：θ＝θ+1，更新状态；如果θ＞N，转Step6，否则，转Step5.2；
Step6：结束。
其中，所述步骤S5.7具体选择规则如下：
按照路径起吊放下次数，路径长度，运输时间，弹性时间和钢包温降的优先级选取路径；优先级描述如下：
优先级1：优先选择起吊放下次数少的路径
Figure BSA00001478414200000411
优先级2：优先选择长度短的路径
R2：IF k7＝arg max{l(k7)，l(k′7)}THEN lijθ(k7)＝1；
优先级3：优先选择运输时间短的路径
R3：IF k7＝arg max{trij(kg(θ)，kg(θ+1))，tr′ij(kg(θ)，kg(θ+1))}THEN lijθ(k7)＝1；
优先级4：优先选择运输的弹性时间大的路径
Figure BSA0000147841420000051
优先级5：优先选择钢包温降小的路径
Figure BSA0000147841420000052
本发明具有以下有益效果：
满足现场需求，减少无用运输时间，实现了节能降耗。使用本节方法能方便的为炼钢厂钢包编制路径，现场应用效果良好；同时对计划人员编制与调整计划具有很好的参考指导价值，能够使管理人员和工作人员及时了解生产的执行情况。
附图说明
图1为钢包周转业务流程图。
图2为钢包运行基本路径说明图。
图3为本发明实施例中1LD-3CC路径搜索图。
图4为本发明实施例中钢包路径编制流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下实施例中所涉及的参量和变量符号及含义描述如下：
Figure BSA0000147841420000053
Figure BSA0000147841420000061
Figure BSA0000147841420000071
(1)已知条件
已知信息包括：
①设备类型，以及每种类型的设备个数；
②静态调度计划中浇次个数，以及每个浇次所在的连铸机；
③静态调度计划中每个浇次包含的炉次数，以及这些炉次在浇次内的先后加工顺序；
④静态调度计划中每个炉次的生产工艺路径：炉次经过的加工阶段数，以及在每个阶段的加工设备类型；
⑤静态调度计划中每个炉次在每个阶段的加工设备，以及在设备上的开工时间和完工时间；
⑥静态调度计划中每台设备上加工的炉次，以及对这些炉次的先后加工顺序；
⑦炉次在各设备上的加工状态：包括已完工、正在加工和未开工；
⑧在转炉上发生开工时间延迟的炉次，以及该炉次在转炉设备上的实际开工时间；
(2)性能指标
①由于炉次Lij的钢包路径长度直接影响着炉次Lij第θ个操作到θ+1个操作的运输时间，间接影响钢水的温度和质量，为了提高生产效率，保证产品质量，需要炉次Lij从第θ个操作到θ+1个操作设备之间的运输选择路径k7的长度不能超过炉次允许的最大运行长度
Figure BSA0000147841420000072
并尽可能小
Figure BSA0000147841420000073
②因为炉次Lij的钢包运输时，每一次转向都要起吊放下各一次，每一次钢包起吊放下都要花费d时间，为了提高生产效率，需要炉次Lij选择路径k7起吊与放下的总次数
Figure BSA0000147841420000074
尽可能小
Figure BSA0000147841420000081
③钢包路径编制的目标是让每一个炉次Lij在不同设备之间的运输的弹性时间尽可能大，防止意外情况发生，确保生产能够顺利进行，即同一路径中先后经过的两个钢包的间隔时间最大。对于任意一个浇次i中的任意一个炉次Lij，假设它从转炉到连铸工序所经过的设备数为
Figure BSA0000147841420000082
则Lij相邻两个操作θ
Figure BSA0000147841420000083
到θ+1设备的可用时间等价于Lij在下一个(θ+1)操作设备的开始时间
Figure BSA0000147841420000084
与第θ操作设备上的结束时间
Figure BSA0000147841420000085
和运输时间Trij(kg(θ)，kg(θ+1))的差值。即
Figure BSA0000147841420000086
则对于任意一个炉次Lij选择路径k7后在相邻两个操作θ
Figure BSA0000147841420000087
到θ+1设备的弹性时间，即不同运输使用同一路径前后钢包间隔时间为
Figure BSA0000147841420000088
为了防止意外情况发生，同一路径中先后经过的两个钢包的间隔时间最大
Figure BSA0000147841420000089
④炉次Lij的钢包在运输时会损失温度，为了节能降耗，需要炉次Lij在运输时钢包的温度下降值
Figure BSA00001478414200000810
尽可能的小
Figure BSA00001478414200000811
⑤生产中，运输资源非常紧缺，所以，在炉次Lij的钢包路径编制要尽早释放占用的运输资源，炉次Lij从第θ个操作到θ+1个操作设备之间运输时间为
trij(kg(θ)，kg(θ+1))＝yij(kg(θ)，kg(θ+1))-xij(kg(θ)，kg(θ+1)). (7)
要求炉次Lij的运输时间尽可能小，即运输结束时间yij(kg(θ)，kg(θ+1))和运输开始时间xij(kg(θ)，kg(θ+1))的差值最小
min trij(kg(θ)，kg(θ+1)). (8)
同时，炉次Lij从第θ个操作到θ+1个操作设备之间运输开始时间xij(kg(θ)，kg(θ+1))和结束时间yij(kg(θ)，kg(θ+1))必须在生产设备加工第θ个操作结束时间和θ+1个操作开始时间之间
Figure BSA00001478414200000812
Figure BSA00001478414200000813
(3)约束条件
1)天车载重约束
满载钢水的钢包最大可重450t，空包的重量为150t，现场天车的负荷能力是不同的，钢包路径编制要满足天车载重的约束要求。炉次Lij选择路径k7的天车最大载重负荷要大于炉次Lij满载钢水的重量。
Loij＜Lo(k7). (11)
2)时间范围约束
在炼钢-精炼-连铸的生产过程中，钢包匹配是按照炉次Lij使用钢包的时间先后顺序进行的，炉次Lij的第θ
Figure BSA0000147841420000091
个操作到第θ+1个操作都需要选择路径k7，每个炉次都需要选择
Figure BSA0000147841420000092
个路径。设运输区间集合Ψ＝{ψ1，ψ2，…，ψN}，
Figure BSA0000147841420000093
钢包路径编制在按时间排序后的集合Φ中，依次对每一个元素进行路径编制。例：现有三个炉次需要钢包路径编制，按照使用钢包路径的时间顺序排序后，设三个炉次其θ操作结束时间分别为
Figure BSA0000147841420000094
可知
Figure BSA0000147841420000095
由此可得
Figure BSA0000147841420000096
其中，
Figure BSA0000147841420000097
分别表示按照时间先后顺序排序的炉次转炉结束时间。
对于炉次Lij的钢包路径编制，运输时间必须满足生产设备调度计划的要求，炉次Lij从第θ个操作到θ+1个操作设备之间运输开始时间xij(kg(θ)，kg(θ+1))和结束时间yij(kg(θ)，kg(θ+1))必须在生产设备加工第θ个操作结束时间和θ+1个操作开始时间之间
Figure BSA0000147841420000098
Figure BSA0000147841420000099
Figure BSA00001478414200000910
3)天车运行距离长度约束
炉次Lij在相邻加工设备间的运输时间是有限的。同时，天车的运输速度也是一个常量，炉次Lij选择的运输路径长度也要满足天车运行速度和距离的约束，不能超过生产设备调度计划规定的时间要求。
l(k7)/v+2d＜trij(kg(θ)，kg(θ+1)). (16)
4)钢包温降约束
根据生产工艺的要求，炉次Lij对每一个匹配的钢包都有温度的要求，钢包的温度不能超出工艺要求上下限范围，即
Figure BSA0000147841420000101
钢包在不同加工设备间运输会造成温度损失，一旦温度降低到工艺规定的范围之外，就不得不增加冶炼时间或OB(增加精炼路径)提升温度，严重的还会导致整炉钢水报废。所以钢包路径编制通过控制炉次运输时的温度下降来保证钢包温度在工艺约束的范围
Figure BSA0000147841420000102
之内，即炉次Lij在运输时钢包温度下降值
Figure BSA0000147841420000103
在限定范围之内。
Figure BSA0000147841420000104
(4)决策变量
钢包路径编制问题要为炉次Lij的每一个运输区间决策对应的路径k7，并将其赋值，即
lijθ(k7)＝1. (19)
综上所述，钢包路径编制以钢包运输路径最短、起吊放下次数最小、同一路径中先后相邻两个钢包的间隔时间最长、钢包运输温降最小和运输时间最小为性能指标；以路径上的天车载重大于满载钢水的钢包重量、路径上的天车可运输时间在炉次计划规定范围内、天车最大速度和炉次计划所决定的可用路径长度范围、路径中运输的钢水温降不超过炉次工艺规定温度范围为约束条件；以钢包运输的路径为决策变量。
实施例1
现场天车共有7部，台车共有9部。确定钢包路径策略分析如下：
(1)满包时刻的钢包计划已经编排完成，按照预订出钢顺计划的路径和时间取得将要发生的钢包运输(造成钢包位置移动的工作即认为是钢包运输)。根据预定的出钢顺计划取得钢包移动的起始点S和结束点T，查找基本路径集合φ判断是否能够到达。
(2)按照设备状况和约定，删除不可用的路径节点，得到可用路径集合φ′。如果起始点S和结束点T之间可以直接到达，则转步骤(8)，否则进行步骤(3)。
(3)根据出钢顺计划和钢包计划，对可用路径进行分解，分解为若干个钢包运行区间(Positionstart，Positionend)。区间数为n，设计数器i＝1。
(4)根据钢包运行区间(Positionstart，Positionend)和设备状况取得所需使用的天车集合φcrane和台车集合φtrolley；
(5)如果同一跨，优先选取靠近Positionend位置且空闲的天车，时刻为计划表时刻，位置为计划位置。如果不同跨，即需要不同天车，取得两个跨位α，β，第一个天车优先选取α跨靠近Positionstart位置且空闲的天车Cα，第二个天车优先选取β跨靠近Positionend位置且空闲的天车Cβ。计算天车Cα的结束位置(即天车Cβ的开始位置)Tmid。
(6)根据选定的天车Cα和Cβ以及位置Tmid直接进行台车路径选择：第一个台车Tα为Positionstart位置所在的空闲且相近的台车；第二个台车Tβ为Tmid位置所在的空闲且相近的台车；第三台车Tχ为Positionend位置所在的空闲且相近的台车。如果i≥n则判定是否取得一个完整的运输路径，当有可用路径未编制完返回步骤(3)；否则i+1返回步骤(4)。所有可用路径编制完成后，继续步骤(7)。
(7)存在多条路径的情况下，采用选择规则排序。选择规则如下：
●路径可用，运输设备不能同时有其他工作；
●路径较为空闲，设备不能有其他较为临近的工作；
●物理距离较短。
(8)计划编制完成，下发计划到终端，当计划有改变时根据视图自动调整起止时间。如有路径改动，则重排计划。
搜索1LD与到3CC的路径搜索算法描述
STEP1：先搜索1跨到6跨的台车路径，发现多条。排除较远的路径和忙的路径，选取1跨-2LD台车-6跨为基本路径。
STEP2：再选择对应跨的天车，如图3所示。
1LD-1LD台车-1跨-1#天车-LF台车-6跨-4#天车-3CC。
1LD-1LD台车-1跨-5#天车-2LD台车-6跨-4#天车-3CC等。
STEP3：排优，取得最好的一个路径成为可执行路径：
1LD-1LD台车-1跨-5#天车-2LD台车-6跨-4#天车-3CC。
通过上述分析，炉次的钢包路径编制包括5个步骤：
Step1：初始化炉次集合Φ为空。通过生产设备调度计划获取当前生产的所有炉次Lij(i＝1，2，3；j＝1，2，…，Ni)放入集合Φ中；
Step2：初始化运输区间集合Ψ为空，对集合Φ中的炉次Lij(i＝1，2，3；j＝1，2，…，Ni)按照炉次Lij从转炉到连铸工序的操作总数
Figure BSA0000147841420000121
划分运输区间，放入集合Ψ中；
Step3：去除运输区间集合Ψ＝{ψ1，ψ2，…，ψN}
Figure BSA0000147841420000122
中已经编制路径的运输区间；
Step4：依据路径编制次序约束，使用快速排序法对集合Ψ＝{ψ1，ψ2，…，ψN}中的元素ψi(1≤i≤N)按照时间先后进行排序；
Step5：对未选配路径的运输区间集合Ψ＝{ψ1，ψ2，…，ψN}从钢包路径集合Ω选配钢包路径；在钢包路径集合Ω去除不符合天车载重约束、路径长度约束、钢包温降约束的路径，然后按照路径起吊放下次数，路径长度，运输时间，弹性时间和钢包温降对钢包路径集合Ω排序，从中选取最优的路径。炼钢-精炼-连铸钢包路径编制处理流程如图4所示。
具体的，钢包路径编制具体处理步骤如下：
Step1：初始化炉次集合Φ为空。通过生产设备调度计划获取当前生产的所有炉次Lij(i＝1，2，3；j＝1，2，…，Ni)放入集合Φ中；
Φ＝Φ+{Lij}. (25)
Step2：初始化运输区间集合Ψ为空，对集合Φ中的炉次Lij(i＝1，2，3；j＝1，2，…，Ni)按照炉次Lij从转炉到连铸工序的操作总数
Figure BSA0000147841420000127
划分运输区间，放入集合Ψ中。
Figure BSA0000147841420000123
Step3：去除运输区间集合Ψ＝{ψ1，ψ2，…，ψN}
Figure BSA0000147841420000124
中已经编制路径的运输区间，即
Figure BSA0000147841420000125
Step4：依据路径编制次序约束，使用快速排序法对集合Ψ＝{ψ1，ψ2，…，ψN}中的元素ψi(1≤i≤N)按照时间先后进行排序；
Step4.1：设中间变量m＝1，n＝N；
Step4.2：设中间变量ψkey＝ψ1；
Step4.3：从n开始向前搜索，即从后开始n＝n-1；找到第一个运输开始时间小于ψkey的炉次ψn；将ψn赋值给ψm；即
Figure BSA0000147841420000126
Step4.4：从m开始向后搜索，即从后开始m＝m+1；找到第一个运输开始时间大于ψkey的炉次ψm韵，将ψm赋值给ψn，即
Figure BSA0000147841420000131
Step4.5：若m≠n，转Step4.3；否则，转Step5；
Step5：对未选配路径的运输区间集合Ψ＝{ψ1，ψ2，…，ψN}从钢包路径集合Ω选配钢包路径。在钢包路径集合Ω去除不符合天车载重约束、路径长度约束、钢包温降约束的路径，然后按照路径起吊放下次数，路径长度，运输时间，弹性时间和钢包温降对钢包路径集合Ω排序，从中选取最优的路径。
Step5.1：设中间变量θ＝1；
Step5.2：初始化
Figure BSA0000147841420000132
Step5.3：设初始化钢包路径集合Ω；
Step5.4：去除钢包路径集合Ω中不符合天车载重约束的路径，即
IF Loij＞Lo(k7) THEN Ω＝Ω-{k7}. (30)
Step5.5：去除钢包路径集合Ω中不符合路径长度约束的路径，即
IF l(k7)/v+2d＞trij(kg(θ)，kg(θ+1)) THEN Ω＝Ω-{k7} (31)
Step5.6：去除钢包路径集合Ω中不符合钢包温降约束的路径，即
Figure BSA0000147841420000133
通过控制炉次运输时的温度下降来保证钢包温度在工艺约束的范围之内，即炉次Lij在运输时钢包温度下降值
Figure BSA0000147841420000134
在限定范围之内。
Figure BSA0000147841420000135
Step5.7：按照路径起吊放下次数，路径长度，运输时间，弹性时间和钢包温降对钢包路径集合Ω排序。
因为炉次Lij的钢包运输时，每一次转向都要起吊放下各一次，每一次钢包起吊放下都要花费d时间，为了提高生产效率，需要炉次Lij选择路径k7起吊与放下的总次数
Figure BSA0000147841420000136
尽可能小
Figure BSA0000147841420000137
炉次Lij从第θ个操作到θ+1个操作设备之间的运输选择路径k7的长度不能超过炉次允许的最大运行长度，即
Figure BSA0000147841420000138
并尽可能小
Figure BSA0000147841420000139
生产中，运输资源非常紧缺，所以，在炉次Lij的钢包路径编制要尽早释放占用的运输资源，炉次Lij从第θ个操作到θ+1个操作设备之间运输时间为
trij(kg(θ)，kg(θ+1))＝yij(kg(θ)，kg(θ+1))-xij(kg(θ)，kg(θ+1)). (36)
要求炉次Lij的运输时间尽可能小，即运输结束时间yij(kg(θ)，kg(θ+1))和运输开始时间xij(kg(θ)，kg(θ+1))的差值最小，其中
Figure BSA0000147841420000141
Figure BSA0000147841420000142
Figure BSA0000147841420000143
则对于任意一个炉次Lij选择路径k7后在相邻两个操作θ
Figure BSA0000147841420000144
到θ+1设备的弹性时间定义如下：
Figure BSA0000147841420000145
为了防止意外情况发生，运输的弹性时间需要尽可能大
Figure BSA0000147841420000146
炉次Lij的钢包在运输时会损失温度，为了节能降耗，需要炉次Lij在运输时钢包的温度下降值
Figure BSA0000147841420000147
尽可能的小
Figure BSA0000147841420000148
Step5.8：θ＝θ+1，更新状态；如果θ＞N，转Step6，否则，转Step5.2；
Step6：结束。
按照路径起吊放下次数，路径长度，运输时间，弹性时间和钢包温降的优先级选取路径。优先级描述如下：
优先级1：优先选择起吊放下次数少的路径
Figure BSA0000147841420000149
优先级2：优先选择长度短的路径
R2：IF k7＝arg max{l(k7)，l(k′7)} THEN lijθ(k7)＝1. (21)
优先级3：优先选择运输时间短的路径
R3：IF k7＝arg max{trij(kg(θ)，kg(θ+1))，tr′ij(kg(θ)，kg(θ+1))} THEN lijθ(k7)＝1.(22)
优先级4：优先选择运输的弹性时间大的路径
Figure BSA0000147841420000151
优先级5：优先选择钢包温降小的路径
Figure BSA0000147841420000152
实施例2
初始数据描述如下：生产设备调度计划中包含3个浇次，每个浇次中包括4个炉次，即J1＝J2＝J3＝4。3个浇次的炉次加工顺序集合分别为
Figure BSA0000147841420000153
Figure BSA0000147841420000154
其中，炉次L11，L12，L21，L22，L23，L31已经进行钢包路径编制。
Step1：初始化炉次集合Φ为空。通过生产设备调度计划获取当前生产的所有炉次Lij(i＝1，2，3；j＝1，2，…，Ni)放入集合Φ中，如表1所示。
表1浇铸顺计划
Figure BSA0000147841420000155
Step2：初始化运输区间集合Ψ为空，对集合Φ中的炉次Lij(i＝1，2，3；j＝1，2，…，Ni)按照炉次Lij从转炉到连铸工序的操作总数
Figure BSA0000147841420000156
划分运输区间，放入集合Ψ中；
Step3：去除运输区间集合Ψ＝{ψ1，ψ2，…，ψN}
Figure BSA0000147841420000157
中已经编制路径的运输区间集合Ψ，如表2所示。
表2运输区间计划
Figure BSA0000147841420000158
Figure BSA0000147841420000161
Step4：依据路径编制次序约束，使用快速排序法对集合Ψ＝{ψ1，ψ2，…，ψN}中的元素ψi(1≤i≤N)按照时间先后进行排序，如表3所示。
表3运输区间计划
Figure BSA0000147841420000162
Step5：对未选配路径的运输区间集合Ψ＝{ψ1，ψ2，…，ψN}从钢包路径集合Ω选配钢包路径。在钢包路径集合Ω去除不符合天车载重约束、路径长度约束、钢包温降约束的路径，然后按照路径起吊放下次数，路径长度，运输时间，弹性时间和钢包温降对钢包路径集合Ω排序，从中选取最优的路径。
炉次Lij选择路径k7的天车最大载重负荷要大于炉次Lij满载钢水的重量，即
IF Loij＞Lo(k7) THEN Ω＝Ω-{k7}.
炉次Lij选择的运输路径也要满足天车运行速度和距离的约束，不能超过生产设备调度计划规定的时间要求，即
IF l(k7)/v+2d＞trij(kg(θ)，kg(θ+1)) THEN Ω＝Ω-{k7}.
钢包路径编制通过控制炉次运输时的温度下降来保证钢包温度在工艺约束的范围
Figure BSA0000147841420000171
之内，即炉次Lij在运输时钢包温度下降值
Figure BSA0000147841420000172
在限定范围之内。
Figure BSA0000147841420000173
按照如下优先级规则R1～R5选择钢包路径，编制结果如表4所示。
表4运输区间计划
Figure BSA0000147841420000174
综上所述，本具体实施的钢包路径编制方法，满足现场需求，减少无用运输时间，实现了节能降耗。使用本节方法能方便的为炼钢厂钢包编制路径，现场应用效果良好；同时对计划人员编制与调整计划具有很好的参考指导价值，能够使管理人员和工作人员及时了解生产的执行情况。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种考虑生产设备调度计划约束的运输设备钢包路径编制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、以钢包运输路径最短、起吊放下次数最小、同一路径中先后相邻两个钢包的间隔时间最长、钢包运输温降最小和运输时间最小为性能指标；以路径上的天车载重大于满载钢水的钢包重量、路径上的天车可运输时间在炉次计划规定范围内、天车最大速度和炉次计划所决定的可用路径长度范围、路径中运输的钢水温降不超过炉次工艺规定温度范围为约束条件；以钢包运输的路径为决策变量，构建了问题的数学模型；
S2、构建基于多优先级的钢包路径启发式编制方法；
S3、在厂区布局和炉次计划确定的基础上，按性能指标重要程度确定钢包路径优先级并对可用路径排序，决策出钢包运输路径；
所述步骤S2包括如下步骤：
Step1：初始化炉次集合Φ为空，通过生产设备调度计划获取当前生产的所有炉次Lij(i＝1,2,3；j＝1,2,…,Ni)放入集合Φ中；
Φ＝Φ+{Lij}；
Step2：初始化运输区间集合Ψ为空，对集合Φ中的炉次Lij(i＝1,2,3；j＝1,2,…,Ni)按照炉次Lij从转炉到连铸工序的操作总数
Figure FDA0003112067650000014
划分运输区间，放入集合Ψ中；
Figure FDA0003112067650000011
其中，
Figure FDA0003112067650000012
表示炉次lij在进行第θ个操作时的g类设备的第kg个设备序号，炉次lij的生产工艺路径和选配钢包已知，任何一个操作θ所走过的设备类型g是已知的，即g＝g(θ)，其中，θ表示炉次lij从转炉到连铸的加工操作顺序号；
Figure FDA0003112067650000013
表示炉次lij在进行第θ+1个操作时的g类设备的第kg个设备序号；
Step3：去除运输区间集合
Figure FDA0003112067650000021
中已经编制路径的运输区间，即
Figure FDA0003112067650000022
其中，lijθ(k7)表示炉次lij的第θ个操作到第θ+1个操作是否选择路径k7，lijθ(k7)＝1表示选择，lijθ(k7)＝0表示不选择；k7表示运输钢包的可选路径，k7＝1,2，…，9；
Step4：依据路径编制次序约束，使用快速排序法对集合Ψ＝{ψ1,ψ2,…,ψN}中的元素ψi(1≤i≤N)按照时间先后进行排序；
Step5：对未选配路径的运输区间集合Ψ＝{ψ1,ψ2,…,ψN}从钢包路径集合Ω选配钢包路径；在钢包路径集合Ω去除不符合天车载重约束、路径长度约束、钢包温降约束的路径，然后按照路径起吊放下次数，路径长度，运输时间，弹性时间和钢包温降对钢包路径集合Ω排序，从中选取最优的路径；
所述步骤Step5中按照路径起吊放下次数，路径长度，运输时间，弹性时间和钢包温降对钢包路径集合Ω排序，从中选取最优的路径，具体包括：
按照路径起吊放下次数，路径长度，运输时间，弹性时间和钢包温降的优先级选取路径；优先级描述如下：
优先级1：优先选择起吊放下次数少的路径
Figure FDA0003112067650000023
其中，
Figure FDA0003112067650000024
表示炉次lij选择路径k7起吊与放下的总次数；
优先级2：优先选择长度短的路径
R2:IF k7＝arg max{l(k7),l(k′7)}THEN lijθ(k7)＝1；
其中，l(k7)表示路径k7的长度；
优先级3：优先选择运输时间短的路径
R3:IF k7＝arg max{trij(kg(θ),kg(θ+1)),tr′ij(kg(θ),kg(θ+1))}THEN lijθ(k7)＝1；
其中，trij(kg(θ),kg(θ+1))表示炉次lij从第θ个操作到θ+1个操作之间的运输时间；
优先级4：优先选择运输的弹性时间大的路径
Figure FDA0003112067650000031
其中，
Figure FDA0003112067650000032
表示炉次lij选择路径k7后在相邻两个操作θ到θ+1设备的弹性时间；
优先级5：优先选择钢包温降小的路径
Figure FDA0003112067650000033
其中，
Figure FDA0003112067650000034
表示炉次lij选择路径k7的钢包运输温度下降值。
2.如权利要求1所述的一种考虑生产设备调度计划约束的运输设备钢包路径编制方法，其特征在于，所述步骤Step4具体包括如下步骤：
Step4.1：设中间变量m＝1,n＝N；
Step4.2：设中间变量ψkey＝ψ1；
Step4.3：从n开始向前搜索，即从后开始n＝n-1；找到第一个运输开始时间小于ψkey的运输任务ψn；将ψn赋值给ψm；即
Figure FDA0003112067650000035
Step4.4：从m开始向后搜索，即从后开始m＝m+1；找到第一个运输开始时间大于ψkey的运输任务ψm，将ψm赋值给ψn，即
Figure FDA0003112067650000036
Step4.5：若m≠n，转Step4.3；否则,转Step5。
3.如权利要求1所述的一种考虑生产设备调度计划约束的运输设备钢包路径编制方法，其特征在于，所述步骤Step5具体包括如下步骤：
Step5.1：设中间变量θ＝1；
Step5.2：初始化
Figure FDA0003112067650000041
Step5.3：设初始化钢包路径集合Ω；
Step5.4：去除钢包路径集合Ω中不符合天车载重约束的路径，即
IF Loij＞Lo(k7)THENΩ＝Ω-{k7}；
其中，Loij表示炉次Lij满载钢水的重量，Lo(k7)表示路径k7的天车最大载重负荷；
Step5.5：去除钢包路径集合Ω中不符合路径长度约束的路径，即
IF l(k7)/v+2d＞trij(kg(θ),kg(θ+1))THENΩ＝Ω-{k7}；
其中，v表示天车的运行速度，d表示天车起吊或放下的时间；
Step5.6：去除钢包路径集合Ω中不符合钢包温降约束的路径，即
Figure FDA0003112067650000042
其中，
Figure FDA0003112067650000043
表示工艺对炉次lij钢包温度要求的下限，Tij(k)表示炉次lij的钢包k运输开始时的温度，
Figure FDA0003112067650000044
表示工艺对炉次lij钢包温度要求的上限；
通过控制炉次运输时的温度下降来保证钢包温度在工艺约束的范围之内，即炉次Lij在运输时钢包温度下降值
Figure FDA0003112067650000045
在限定范围之内；
其中，
Figure FDA0003112067650000046
表示钢包k中的钢水运输时单位时间内温度下降值；
Figure FDA0003112067650000047
Step5.7：按照路径起吊放下次数，路径长度，运输时间，弹性时间和钢包温降对钢包路径集合Ω排序；
因为炉次Lij的钢包运输时，每一次转向都要起吊放下各一次，每一次钢包起吊放下都要花费d时间，为了提高生产效率，需要炉次Lij选择路径k7起吊与放下的总次数
Figure FDA0003112067650000048
尽可能小：
Figure FDA0003112067650000051
其中，STij(θ+1)表示炉次lij的第θ+1个工序的加工开始时间，ETijθ表示炉次lij的第θ+1个工序的加工完成时间；
炉次Lij从第θ个操作到θ+1个操作设备之间的运输选择路径k7的长度不能超过炉次允许的最大运行长度，即
Figure FDA0003112067650000052
并尽可能小：
Figure FDA0003112067650000053
生产中，运输资源非常紧缺，所以，在炉次Lij的钢包路径编制要尽早释放占用的运输资源，炉次Lij从第θ个操作到θ+1个操作设备之间运输时间为：
trij(kg(θ),kg(θ+1))＝yij(kg(θ),kg(θ+1))-xij(kg(θ),kg(θ+1))；
其中，trij(kg(θ),kg(θ+1))表示炉次lij从第θ个操作到θ+1个操作之间的运输时间，yij(kg(θ),kg(θ+1))表示炉次lij从第θ个操作到θ+1个操作之间的运输结束时间，xij(kg(θ),kg(θ+1))表示炉次lij从第θ个操作到θ+1个操作之间的运输开始时间；
要求炉次Lij的运输时间尽可能小，即运输结束时间yij(kg(θ),kg(θ+1))和运输开始时间xij(kg(θ),kg(θ+1))的差值最小，其中，
Figure FDA0003112067650000054
Figure FDA0003112067650000055
Figure FDA0003112067650000056
则对于任意一个炉次Lij选择路径k7后在相邻两个操作
Figure FDA0003112067650000057
到θ+1设备的弹性时间定义如下：
Figure FDA0003112067650000058
为了防止意外情况发生，运输的弹性时间需要尽可能大：
Figure FDA0003112067650000061
炉次Lij的钢包在运输时会损失温度，为了节能降耗，需要炉次Lij在运输时钢包的温度下降值
Figure FDA0003112067650000062
尽可能的小：
Figure FDA0003112067650000063
Step5.8：θ＝θ+1，更新状态；如果θ＞N，转Step6，否则，转Step5.2；
Step6：结束。
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