CN110647124A - 考虑铸轧协调的炼钢连铸热轧一体化生产计划方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑铸轧协调的炼钢连铸热轧一体化生产计划方法及系统，该方法包括如下步骤：控制器实时获取订单信息，将订单信息处理为铸坯；将炼钢、连铸、热轧各阶段生产对象统一为铸坯，编制炉次计划，浇次计划和热轧单元计划；对于已制定的浇次计划与热轧单元计划，可根据铸坯在铸轧界面的衔接关系进行协调优化，获得炼钢连铸热轧一体化生产计划；将生产计划传递给生产运行控制系统，控制炼钢连铸与热轧系统的生产运行。本发明更符合生产计划的现实需求，方便生产计划的编制及调整，有效提高热送热装率，并且能够根据铸轧时间差实现铸坯在连铸阶段的下线和热轧阶段的上线操作控制，提高钢厂生产计划应对现实动态场景变化的适应性和优化性。

Description

考虑铸轧协调的炼钢连铸热轧一体化生产计划方法及系统

技术领域

本发明涉及冶金控制技术领域，具体涉及一种考虑铸轧协调的炼钢连铸热轧一体化生产计划方法及系统。

背景技术

钢铁企业的生产工序复杂、设备众多，生产运行的精准控制具有很大的难度。随着钢铁产品的市场需求迅速朝着多品种、小批量、个性化、定制化的趋势发展，与钢铁企业装备大型化的规模化制造模式之间的矛盾日渐凸显，对钢铁企业及时响应生产订单要求的生产能力有了更高的要求。

钢铁生产的多工序流程式制造，不但涉及连续、离散、准连续等多形式特征的制造过程衔接，也有不同设备产能、工艺、生产组织模式等多制造约束间的协调。这些都需要一体化的生产计划来保证，有效的一体化生产计划是保证生产稳定、有序运行，提升生产效率、降低生产成本的重要途径。炼钢-连铸-热轧是钢铁制造流程中从一般性铁素物质流到产品品种规格质量形成的关键序贯工序，且处于高温运行状态，其生产计划包括了炉次计划、浇次计划和热轧单元计划，生产对象分别为炉次、浇次和铸坯，炼钢-连铸-热轧生产计划的各生产目标和工艺约束存在差异且相互关联甚至相互制约，一体化计划编制和生产的难度很大，既要进行满足各工序生产目标和约束条件的生产计划任务编排，更要进行各阶段生产计划协调以促进钢铁生产物流的连续、高效运行。一体化生产计划制定是钢铁企业智能制造的关键核心技术。

关于这一问题，唐立新等针对炼钢-连铸-热轧一体化批量计划编制问题特征进行分析，为一体化批量生产计划建模提供了基础。后续关于炼钢-连铸-热轧一体化计划的研究，其问题建模主要有两类方式，其一是从全工序的整体层面进行一体化生产计划编制，并将连铸坯的上下线、铸坯出入库等铸轧界面操作也集成到一体化模型中；其二是分工序进行各工序的炼钢、连铸、热轧生产计划编制，然后适当考虑铸坯在浇次计划和热轧计划中的一致性，通过连铸和热轧之间确定的协调方式完成一体化计划编制。从有利于生产组织与方便适应性调整的角度来看，第一类方式过于刚性，生产计划一旦编制完成难以进行局部调整；第二类方式尽管具备一定的柔性，但分工序计划的目标、约束，特别是铸轧协调关系固化，现有方法在适应现场生产环境变化时面临困难。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题和现场应用的适应性灵活性问题，特别创新地提出了一种考虑铸轧协调的炼钢连铸热轧一体化生产计划方法及系统。

为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种考虑铸轧协调的炼钢连铸热轧一体化生产计划方法，其包括如下步骤：

S1，控制器实时获取客户的订单信息，将订单信息处理为铸坯，具体根据生产订单要求的订货量、产品规格、钢厂要求的铸坯长度把生产订单拆分，统一转换成一块块铸坯，用于后续生产计划编制，i为铸坯编号，i＝{1,2,...,I}；w_i为铸坯i的重量；

为铸坯i的钢级；W_i ^b为铸坯i的宽度；

为铸坯i的厚度；

为铸坯i的长度；W_i ^hr为铸坯i的轧制宽度；

为铸坯i的轧制厚度；

为铸坯i的轧制长度，b表示铸坯过程，hr表示热轧过程，cc表示连铸过程,根据质量守恒以及考虑到热轧损失，作如下计算：

其中η_i表示铸坯i的热轧损失率，

和

分别表示铸坯和热轧产品的密度；T_i ^cc为铸坯i的出坯时间；T_i ^hr为铸坯i的热轧时间；

S2，以铸坯为生产对象进行炼钢、连铸、热轧各阶段的生产计划编制，建立炉次计划，浇次计划和热轧单元计划的目标函数和约束条件，分别求解得到炉次计划，浇次计划和热轧单元计划；

S3,在已经制定的浇次计划与热轧单元计划的基础上，根据铸坯在铸轧界面的衔接关系来考虑两者之间的协调，不同的衔接关系对铸坯的出坯时间与轧制时间存在不同程度的影响，同时为了保证热轧生产计划的可执行，协调过程还需要保证热轧单元计划的优化目标变化值尽量小，求取连铸坯出坯时间和热轧时间的差值以及热轧单元计划优化目标的变化值，协调模型以最小化连铸坯出坯时间和热轧时间的差值、最小化热轧单元计划优化目标变化值为目标，如下：

第七目标函数：

第八目标函数：f₈＝minΔE₁ (16)

第九目标函数：f₉＝minΔE₂ (17)

第七目标函数为最小化铸轧时间差，ΔT_i＝T_i ^hr-T_i ^cc；

第八目标函数和第九目标函数为最小化热轧单元计划优化目标变化值，ΔE₁，ΔE₂分别为热轧单元计划优化目标的变化值，ΔE₁为铸轧协调后热轧单元计划第一目标函数值与铸轧协调前热轧单元计划第一目标函数值的差值，ΔE₂为铸轧协调后热轧单元计划第二目标函数值与铸轧协调前热轧单元计划第二目标函数值的差值；在第一约束条件至第十四约束条件的约束下，求解考虑铸轧协调的炼钢连铸热轧一体化生产计划；

S4，将一体化生产计划传输给生产运行控制系统，控制炼钢连铸与热轧系统的运行。

本发明将一体化生产计划编制分解为炉次计划、浇次计划、热轧单元计划的分工序生产计划编制和铸轧衔接协调计划编制，将各工序的生产对象统一为铸坯进行分工序生产计划编制，在获得分工序生产计划后，从连铸热轧界面有利于热送热装的生产物流顺行的角度，提出铸轧时间差概念实现铸轧衔接协调，从而获取铸轧协调的炼钢连铸热轧一体化生产计划，这种生产计划编制方法更符合生产计划的现实需求，方便生产计划的编制及调整，有效提高热送热装率，并且能够根据铸轧时间差实现铸坯在连铸阶段的下线和热轧阶段的上线操作，提高钢厂生产计划应对现实动态场景变化的适应性和优化性。

为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种考虑铸轧协调的炼钢连铸热轧一体化生产控制系统，其包括控制器，所述控制器利用本发明的考虑铸轧协调的炼钢连铸热轧生产一体化计划方法获取的一体化炼钢连铸热轧计划，并传输给炼钢连铸热轧生产控制系统，控制系统按照所述一体化炼钢连铸热轧一体化计划实现炼钢连铸热轧的运行。

本发明的控制系统可提供钢厂应对现实动态场景变化情况下进行计划调整的灵活性。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是钢铁生产工艺流程示意图；

图2是本发明一种优选实施方式中考虑铸轧协调的炼钢连铸热轧一体化生产计划方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本发明从有利于多工序生产组织与及时调整的角度，提出一种分工序编制计划再进行铸轧关系协调的一体化计划策略，面向生产订单，以铸坯为对象，先建立炉次计划、浇次计划和热轧单元计划编制的组合优化模型，再考虑连铸与热轧的衔接关系建立协调优化模型，实现促进热送热装的一体化生产计划的整体优化。

现有典型的钢铁生产从原料到产品的工艺流程如图1所示，炼钢-连铸-热轧是生产流程中从一般性质的铁水转变成特定钢铁品种、质量、规格产品的最重要的三大工序，对整个钢铁生产的质量、成本、效率、效益起着重要作用。炼钢-连铸-热轧实现一定品种质量的钢水转变成一定规格质量的钢材，生产物流处于高温状态运行，其中连铸与热轧工序的衔接模式包括：冷装、温装、直接热装和直接热轧，由于直接热轧一般需要专门化的设备及工艺，不在本发明考虑范围，其余三种衔接模式决定了连铸坯的三种去向：板坯库、保温坑和加热炉，同时也决定了热轧单元计划铸坯的来源，不同的铸坯去向和来源决定了铸坯的下线和上线操作。

本发明提供了一种考虑铸轧协调的炼钢连铸热轧一体化生产计划方法，如图2所示，其包括如下步骤：

S1，控制器实时获取客户的订单信息，将订单信息处理为铸坯，具体根据生产订单要求的订货量、产品规格、钢厂要求的铸坯长度把生产订单拆分，统一转换成一块块铸坯，用于后续生产计划编制，i为铸坯编号，i＝{1,2,...,I}；w_i为铸坯i的重量；

为铸坯i的钢级；W_i ^b为铸坯i的宽度；

为铸坯i的厚度；

为铸坯i的长度；W_i ^hr为铸坯i的轧制宽度；

为铸坯i的轧制厚度；

为铸坯i的轧制长度，b表示铸坯过程，hr表示热轧过程，cc表示连铸过程,根据质量守恒以及考虑到热轧损失，作如下计算：

其中η_i表示铸坯i的热轧损失率，

和

分别表示铸坯和热轧产品的密度；T_i ^cc为铸坯i的出坯时间；T_i ^hr为铸坯i的热轧时间。

S2，以铸坯为生产对象进行炼钢、连铸、热轧各阶段的生产计划编制，建立炉次计划，浇次计划和热轧单元计划的目标函数和约束条件，分别求解得到炉次计划，浇次计划和热轧单元计划。

在本实施方式中，可以根据现有的制定炉次计划，浇次计划和热轧单元计划的任意方法进行计算，得到炉次计划，浇次计划和热轧单元计划。具体可以为但不限于：运筹学方法：分支定界法、约束满足法；仿真建模方法：元胞自动机、Petri网络模型法；智能优化方法：蚁群算法、遗传算法、粒子群算法；启发式算法；以及混合优化方法。

建立的炉次计划组合模型的约束条件为：

第一约束条件：

第二约束条件：

第三约束条件：

第四约束条件：

建立的浇次计划和热轧单元组合排序模型的约束条件为：

第五约束条件：

第六约束条件：

第七约束条件：

第八约束条件：

第九约束条件：

第十约束条件：a_j≤A (10)

第十一约束条件：Y_d,d',h·VW_d,d'≤W^max(jp) (11)

第十二约束条件：Y_d,d',h·VH_d,d'≤H^max(jp) (12)

第十三约束条件：Y_d,d',h·VS_d,d'≤S^max(jp) (13)

第十四约束条件：

表1不同生产阶段的生产对象、生产目标和约束条件

如表1所示，炼钢阶段的生产对象炉次是铸坯组合得到的，连铸阶段的生产对象浇次是炉次组合排序得到的，进而也可以认为是铸坯组合排序得到的，热轧阶段的生产对象就是铸坯，综上，炼钢、连铸、热轧各阶段的生产对象可以统一为铸坯进行生产计划编制。

如表1所示，炉次计划约束条件为：

第一约束条件为设备约束：炉次计划转炉最大容量约束；

第二约束条件到第四约束条件为工艺约束：分别为同一炉次中铸坯宽度、钢级、厚度相同；

求解炉次计划的目标函数，得到炉次计划，具体炉次计划的目标函数为：

炉次计划第一目标函数：最小化无委材量

炉次计划第二目标函数：不满足组炉约束(包括但不限于铸坯轧制宽度相近、交货期相近)的惩罚

C_d,d'为不满足组炉约束的惩罚值；

如表1所示，浇次计划和热轧单元计划约束条件为：

第五约束条件到第六约束条件为设备约束，具体为：

第五约束条件为不同阶段生产计划容量约束，浇次计划为中间包最大可浇铸炉数，轧制计划为热轧单元计划主体材最大轧制长度；

第六约束条件为轧制单元内轧制产品同宽最大轧制长度；

第七约束条件到第十四约束条件为工艺约束，具体为：

第七约束条件为浇次内每个炉次浇铸厚度相同；

第八约束条件为浇次内不同炉次浇铸宽度变化范围，其中C为最大调宽范围；

第九约束条件为浇次内不同炉次钢级连浇约束，gC为钢级跳跃范围；

第十约束条件为浇次内最大调宽次数约束；

第十一约束条件、第十二约束条件和第十三约束条件为对应浇次计划内相邻炉次和轧制单元计划内相邻铸坯轧制宽度、厚度和硬度跳跃限制，其中W^max(jp)、H^max(jp)、S^max(jp)分别为浇次内相邻炉次或热轧单元计划内相邻铸坯的最大轧制宽度、厚度和硬度跳跃值，VW_d,d'、VH_d,d'、VS_d,d'分别为浇次内相邻炉次或热轧单元计划内相邻铸坯在轧制宽度、厚度、硬度方面的跳跃值；

第十四约束条件为热轧单元计划内主体材宽度非增变化；

建立的浇次计划和热轧单元计划的组合排序优化模型的统一目标函数为：

第一目标函数：最大化计划容量，

第二目标函数：最小化不满足工艺约束的惩罚，

分别求解浇次计划和热轧单元计划的目标函数，得到浇次计划和热轧单元计划，具体浇次计划和热轧单元计划的目标函数为：

浇次计划第一目标函数：最大化每个浇次内炉次数，也可以转化为最小化每个浇次内炉次数与中间包寿命的差值，

浇次计划第二目标函数：最小化不满足组浇约束(包括但不限于浇次内炉次轧制宽度差异、交货期差异)的惩罚，

C_d,d'为不满足组浇约束的惩罚值；

热轧单元计划第一目标函数：最大化每个轧制单元计划的轧制公里数，也可以转化为最小化轧辊最大轧制长度与每个轧制单元计划的计划轧制长度的差值，

热轧单元计划第二目标函数：最小化相邻铸坯规格跳跃惩罚，

C_d,d'为热轧单元计划规格跳跃的惩罚值；

其中，n为炉次编号，n＝{1,2,...,N}；M为炉容量；

为炉次n的钢级；

为炉次n的浇铸宽度；

为炉次n的浇铸厚度；j为浇次编号，j＝{1,2,…,J}；L^cc为中间包寿命，即浇次计划最大可包含的炉次数，a_j为同一浇次调宽次数，A为同一浇次最大调宽次数；k为热轧单元计划编号，k＝{1,2,…,K}；

为热轧单元k的最大轧制长度；

为热轧产品同宽最大轧制长度；

决策变量：

u_i,n为0/1变量，当且仅当铸坯被分配到炉次n时为1；

u_i,i',n为0/1变量，当且仅当铸坯i和铸坯i'同时被分配到炉次n时为1；

η_n,j为0/1变量，当且仅当炉次n被分配到浇次计划j时为1；

η_n,n',j为0/1变量，当且仅当炉次n、n'同时被分配到浇次计划j时为1；

x_i,k为0/1变量，当且仅当铸坯i在轧制单元k内轧制时为1；

x_i,i',k为0/1变量，当且仅当铸坯i和铸坯i'都在热轧单元k内，且铸坯i'被安排到铸坯i后轧制时为1；

ξ_i,i'为0/1变量，当且仅当铸坯i和铸坯i'的热轧宽度相同时为1。

在本实施方式中，具体可以但不限于采用蚁群算法求解炉次计划、浇次计划；采用遗传算法求解热轧单元计划。

为了实现生产计划一体化编制，需要实现浇次计划和热轧单元计划在生产物流及时间方面的衔接协调。连铸和热轧工序通过铸坯的上下线以及铸坯在板坯库、保温坑和加热炉内的停留实现连铸出坯序列和热轧轧制序列的匹配，从而实现工序之间的衔接协调。基于此，可以将连铸和热轧之间的物流进行简化，直接通过当前可用的铸坯集合作为浇次计划和热轧单元计划的衔接桥梁，每块铸坯除固有的属性之外，增加出坯时间和热轧时间等属性，通过出坯时间和热轧时间的协调实现浇次计划和热轧单元计划的衔接协调。为了提高钢铁生产过程中铸坯的“热装率”，则要求出坯时间和热轧时间越接近越好。

S3,在已经制定的浇次计划与热轧单元计划的基础上，根据铸坯在铸轧界面的衔接关系来考虑两者之间的协调，不同的衔接关系对铸坯的出坯时间与轧制时间存在不同程度的影响，同时为了保证热轧生产计划的可执行，协调过程还需要保证热轧单元计划的优化目标变化值尽量小，求取连铸坯出坯时间和热轧时间的差值以及热轧单元计划优化目标变化值，协调模型以最小化连铸坯出坯时间和热轧时间的差值、最小化热轧单元计划优化目标变化值为目标，如下：第七目标函数：

第八目标函数：f₈＝minΔE₁ (16)

第九目标函数：f₉＝minΔE₂ (17)

第七目标函数为最小化铸轧时间差，ΔT_i＝T_i ^hr-T_i ^cc；

第八目标函数和第九目标函数为最小化热轧单元计划优化目标变化值，ΔE₁，ΔE₂分别为热轧单元计划优化目标的变化值，ΔE₁为铸轧协调后热轧单元计划第一目标函数值与铸轧协调前热轧单元计划第一目标函数值的差值，ΔE₂为铸轧协调后热轧单元计划第二目标函数值与铸轧协调前热轧单元计划第二目标函数值的差值；在第一约束条件至第十四约束条件的约束下，求解考虑铸轧协调的炼钢连铸热轧一体化生产计划；

根据铸坯在铸轧界面的衔接关系来考虑连铸和热轧之间的协调优化的方法为：

S31，采用已制定的炉次和浇次计划，根据每台连铸机的开浇时间，计算浇次计划中每块铸坯的开始出坯时间

其中

为浇次计划s的计划开浇时间，CCV_s为浇次计划s的拉坯速度，

为铸坯i在浇次计划s中的位置，在编制计划时确定，并将其作为属性加入到铸坯中；

S32，采用已制定的热轧单元计划，根据热轧机的开始轧制时间确定每块铸坯开始轧制的时间

其中为热轧单元计划k的计划开始轧制时间，RV_k为热轧单元计划k的轧制速度，为铸坯i在热轧单元计划k内的位置，在编制计划时确定，并将其作为属性加入到铸坯中；

S33，利用第七目标函数

综合评价一体化计划的热装比，检测当前一体化计划中使|ΔT_i|最大的铸坯，在满足各阶段约束的条件下进行位置调整，若调整后，|ΔT_i|降低，且第八目标函数和第九目标函数的变化值在预设的阈值范围内(可以由计划人员确定，例如调整后目标函数值变差不超过10％)，则进行铸坯位置的调整；若未达到终止条件(终止条件可以为所有铸坯都无法进行调整)，则继续执行步骤S33；

S34，输出经过铸轧协调的炼钢-连铸-热轧一体化计划。

进行铸坯位置的调整方法为：

计算每块铸坯的ΔT_i的大小，确定具有最大|ΔT_i|的铸坯为调整对象，调整的方式包括调整铸坯在浇次计划中的位置和铸坯在热轧单元计划中的位置；

首先随机确定该铸坯在浇次计划中的位置，并检测该铸坯是否满足该阶段的生产约束条件，否则重新随机确定浇次计划中的位置；

然后随机确定该铸坯在热轧单元计划中的位置，并检测该铸坯是否满足该阶段的生产约束条件，否则重新随机确定热轧单元计划中的位置；

若调整后所有的铸坯的|ΔT_i|之和降低，则调整铸坯在浇次计划和热轧单元计划中的位置。

S4，将一体化生产计划传输给生产运行控制系统，控制炼钢连铸与热轧系统的运行。

为了验证模型和方法的有效性，本发明依据某钢厂2017年4月份的765个生产订单实际数据和生产计划的具体目标、约束设计了三种规模的实验算例：262块、552块和650块铸坯的算例数据，见表2。计算过程中设置迭代次数为1000次。

表2.铸坯信息

炼钢-连铸-热轧一体化协调优化的算例运算结果如表3所示，ΔT₁、ΔT₂分别为优化前后的铸轧时间差，算例结果表示生产计划优化前和优化后的目标值的变化情况，从图中看出优化后热轧单元计划的优化目标出现少量的变差，但铸坯铸轧时间差大幅度减小。因此通过本发明设计的一体化衔接协调模型，可以使热轧单元计划优化目标在可接受的范围内大幅度降低铸坯轧制时间和出坯时间差，证明了模型的优化性。同时也表明，独立编制炉次计划、浇次计划和热轧单元计划虽然能够获得较优工序目标值，但由于计划间没有信息交流导致连铸阶段和热轧阶段的生产物流难以协同高效稳定运行。

表3.一体化计划协调优化算例

算例	ΔE<sub>1</sub>/E<sub>1</sub>	ΔE<sub>2</sub>/E<sub>2</sub>	(ΔT<sub>1</sub>-ΔT<sub>2</sub>)/ΔT<sub>1</sub>
				算例1	4.9％	8.9％	92.04％
算例2	3.1％	2.5％	85.89％
				算例3	4.3％	9.5％	90.5％

本发明针对炼钢-连铸-热轧一体化批量计划编制问题，将一体化生产计划编制问题分解为炉次计划、浇次计划和热轧单元计划的分工序生产计划编制和铸轧界面协调计划编制，依据各阶段生产对象、生产目标和生产约束，将分工序生产计划模型统一为针对铸坯对象的组合优化与组合排序优化问题；通过连铸热轧界面有利于热送热装的生产物流顺行的角度，提出铸轧时间差概念并考虑铸坯在连铸与热轧间协调优化，实现生产计划的一体化编制。这种一体化生产计划方法可提供钢厂应对现实动态场景变化情况下进行计划调整的灵活性。通过针对某具体钢厂炼钢-连铸-热轧生产订单和生产条件的仿真实验，验证了本发明构建的一体化生产计划编制方法的有效性。

本发明还提供了一种考虑铸轧协调的炼钢连铸热轧一体化生产控制系统，其包括控制器，所述控制器利用本发明所述的考虑铸轧协调的炼钢连铸热轧生产一体化计划方法获取的一体化炼钢连铸热轧计划，并传输给炼钢连铸热轧生产控制系统，控制系统按照所述一体化炼钢连铸热轧一体化计划实现炼钢连铸热轧的运行。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种考虑铸轧协调的炼钢连铸热轧一体化生产计划方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，控制器实时获取客户的订单信息，将订单信息处理为铸坯，具体根据生产订单要求的订货量、产品规格、钢厂要求的铸坯长度把生产订单拆分，统一转换成一块块铸坯，用于后续生产计划编制，i为铸坯编号，i＝{1,2,…,I}；w_i为铸坯i的重量；

为铸坯i的钢级；W_i ^b为铸坯i的宽度；

为铸坯i的厚度；为铸坯i的长度；W_i ^hr为铸坯i的轧制宽度；

为铸坯i的轧制厚度；

为铸坯i的轧制长度，b表示铸坯，hr表示热轧过程，cc表示连铸过程,根据质量守恒以及考虑到热轧损失，作如下计算：

其中η_i表示铸坯i的热轧损失率，

和

分别表示铸坯和热轧产品的密度；T_i ^cc为铸坯i的出坯时间；T_i ^hr为铸坯i的热轧时间；

S2，以铸坯为生产对象进行炼钢、连铸、热轧各阶段的生产计划编制，建立炉次计划，浇次计划和热轧单元计划的目标函数和约束条件，分别求解，得到炉次计划，浇次计划和热轧单元计划；

S3,在已经制定的浇次计划与热轧单元计划的基础上，根据铸坯在铸轧界面的衔接关系来考虑两者之间的协调，获取连铸坯出坯时间和热轧时间的差值、以及热轧单元计划优化目标变化值，求取如下目标函数：

第七目标函数：

第八目标函数：f₈＝minΔE₁

第九目标函数：f₉＝minΔE₂

第七目标函数为求取铸轧时间差的最小值，ΔT_i＝T_i ^hr-T_i ^cc；

第八目标函数和第九目标函数为热轧单元计划目标函数变化的最小值，ΔE₁，ΔE₂分别为热轧单元计划优化目标的变化值，ΔE₁为铸轧协调后热轧单元计划第一目标函数值与铸轧协调前热轧单元计划第一目标函数值的差值，ΔE₂为铸轧协调后热轧单元计划第二目标函数值与铸轧协调前热轧单元计划第二目标函数值的差值；在炉次计划，浇次计划和热轧单元计划的约束条件的约束下，求解考虑铸轧协调的炼钢连铸热轧一体化生产计划；

S4，将一体化生产计划传输给生产运行控制系统，控制炼钢连铸与热轧系统的运行。

2.根据权利要求1所述的考虑铸轧协调的炼钢连铸热轧一体化生产计划方法，其特征在于，建立的炉次计划的组合优化模型的约束条件为：

第一约束条件：

第二约束条件：W_i ^b·u_i,n＝W_i' ^b·u_i',n,u_i,n·u_i,'n＝1

第三约束条件：

第四约束条件：

第一约束条件为设备约束：炉次计划转炉最大容量约束；

第二约束条件到第四约束条件为工艺约束，分别为同一炉次中铸坯宽度、钢级、厚度相同；

求解炉次计划的目标函数，得到炉次计划，具体炉次计划的目标函数为：

炉次计划第一目标函数：最小化无委材量

炉次计划第二目标函数：最小化不满足组炉约束的惩罚

此处Y_d,d',h＝u_i,i',n，C_d,d'为不满足组炉约束的惩罚值；

建立的浇次计划和热轧单元计划的组合排序优化模型的约束条件为：

第五约束条件：

第六约束条件：

第七约束条件：

第八约束条件：

第九约束条件：

第十约束条件：a_j≤A

第十一约束条件：Y_d,d',h·VW_d,d'≤W^max(jp)

第十二约束条件：Y_d,d',h·VH_d,d'≤H^max(jp)

第十三约束条件：Y_d,d',h·VS_d,d'≤S^max(jp)

第十四约束条件：x_i,i',k·(W_i' ^hr-W_i ^hr)≤0

第五约束条件到第六约束条件为设备约束，具体为：

第五约束条件为不同阶段计划容量约束，其中浇次计划为中间包最大可浇铸炉数，X_d,h＝η_n,j，Z_d＝1，U＝L^cc，轧制计划为热轧单元计划主体材最大轧制长度，X_d,h＝x_i,k，

第六约束条件为轧制单元内轧制产品同宽最大轧制长度；

第七约束条件到第十四约束条件为工艺约束，具体为：

第七约束条件为浇次内每个炉次浇铸厚度相同；

第八约束条件为浇次内不同炉次浇铸宽度变化范围，其中C为最大调宽范围；

第九约束条件为浇次内不同炉次钢级连浇约束，gC为钢级跳跃范围；

第十约束条件为浇次内最大调宽次数约束；

第十一约束条件、第十二约束条件和第十三约束条件为对应浇次计划内相邻炉次和轧制单元计划内相邻铸坯轧制宽度、厚度和硬度跳跃限制，其中W^max(jp)、H^max(jp)、S^max(jp)分别为浇次内相邻炉次或热轧单元计划内相邻铸坯的最大轧制宽度、厚度和硬度跳跃值，VW_d,d'、VH_d,d'、VS_d,d'分别为浇次内相邻炉次或热轧单元计划内相邻铸坯在轧制宽度、厚度、硬度方面的跳跃值；

第十四约束条件为热轧单元计划内主体材宽度非增变化；

建立的浇次计划和热轧单元计划的组合排序优化模型的统一目标函数为：

第一目标函数：最大化计划容量，

第二目标函数：最小化不满足工艺约束的惩罚，

分别求浇次计划和热轧单元计划的目标函数，得到浇次计划和热轧单元计划，具体浇次计划和热轧单元计划的目标函数为：

浇次计划第一目标函数：最大化每个浇次内炉次数，也可以转化为最小化浇次内炉次数与中间包寿命的差值，

浇次计划第二目标函数：最小化不满足组浇约束的惩罚，

此处Y_d,d',h＝η_n,n',j，C_d,d'为不满足组浇约束的惩罚值；

热轧单元计划第一目标函数：最大化每个轧制单元计划轧制公里数，也可以转化为最小化轧辊最大轧制长度与每个轧制单元计划的计划轧制长度的差值，

热轧单元计划第二目标函数：最小化相邻铸坯规格跳跃惩罚，

此处Y_d,d',h＝x_i,i',k，C_d,d'为热轧单元计划规格跳跃的惩罚值；

其中，n为炉次编号，n＝{1,2,…,N}；M为炉容量；

为炉次n的钢级；

为炉次n的浇铸宽度；

为炉次n的浇铸厚度；j为浇次编号，j＝{1,2,…,J}；L^cc为中间包寿命，即浇次计划最大可包含的炉次数，a_j为浇次j调宽次数，A为同一浇次最大调宽次数；k为热轧单元计划编号，k＝{1,2,…,K}；

为热轧单元k的最大轧制长度；为热轧产品同宽最大轧制长度；

决策变量：

u_i,n为0/1变量，当且仅当铸坯被分配到炉次n时为1；

u_i,i',n为0/1变量，当且仅当铸坯i和铸坯i'同时被分配到炉次n时为1；

η_n,j为0/1变量，当且仅当炉次n被分配到浇次计划j时为1；

η_n,n',j为0/1变量，当且仅当炉次n、n'同时被分配到浇次计划j时为1；

x_i,k为0/1变量，当且仅当铸坯i在轧制单元k内轧制时为1；

x_i,i',k为0/1变量，当且仅当铸坯i和铸坯i'都在热轧单元k内，且铸坯i'被安排到铸坯i后轧制时为1；

ξ_i,i'为0/1变量，当且仅当铸坯i和铸坯i'的热轧宽度相同时为1。

3.根据权利要求2所述的考虑铸轧协调的炼钢连铸热轧一体化生产计划方法，其特征在于，采用运筹学方法，仿真方法，智能优化算法或混合优化方法等求解目标函数和约束条件，得到炉次计划、浇次计划和热轧单元计划。

4.根据权利要求1所述的考虑铸轧协调的炼钢连铸热轧一体化生产计划方法，其特征在于，根据铸坯在铸轧界面的衔接关系来考虑连铸与热轧之间的协调优化的方法为：

S31，采用已制定的炉次和浇次计划，根据每台连铸机的开浇时间，计算浇次计划中每块铸坯的开始出坯时间

其中

为浇次计划s的计划开浇时间，CCV_s为浇次计划s的拉坯速度，

为铸坯i在浇次计划s中的位置，在编制计划时确定，并将其作为属性加入到铸坯中；

S32，采用已制定的热轧单元计划，根据热轧机的开始轧制时间确定每块铸坯开始轧制的时间其中

为热轧单元计划k的计划开始轧制时间，RV_k为热轧单元计划k的轧制速度，

为铸坯i在热轧单元计划k内的位置，在编制计划时确定，并将其作为属性加入到铸坯中；

S33，利用第七目标函数综合评价一体化计划的热装比，检测当前一体化计划中使|ΔT_i|最大的铸坯，在满足各阶段约束的条件下进行位置调整，若调整后，|ΔT_i|降低，且第八目标函数和第九目标函数的变化值在预设的阈值范围内，则进行铸坯位置的调整；若未达到终止条件，则继续执行步骤S33；

S34，输出经过铸轧协调的炼钢-连铸-热轧一体化计划。

5.根据权利要求4所述的考虑铸轧协调的炼钢连铸热轧一体化生产计划方法，其特征在于，进行铸坯位置的调整方法为：

计算每块铸坯的ΔT_i的大小，确定具有最大|ΔT_i|的铸坯为调整对象，调整的方式包括调整铸坯在浇次计划中的位置和铸坯在热轧单元计划中的位置；

首先随机确定该铸坯在浇次计划中的位置，并检测该铸坯是否满足该阶段的生产约束条件，否则重新随机确定浇次计划中的位置；

然后随机确定该铸坯在热轧单元计划中的位置，并检测该铸坯是否满足该阶段的生产约束条件，否则重新随机确定热轧单元计划中的位置；

若调整后所有的铸坯的|ΔT_i|之和降低，则调整铸坯在浇次计划和热轧单元计划中的位置。

6.一种考虑铸轧协调的炼钢连铸热轧一体化生产控制系统，其特征在于，包括控制器，所述控制器利用权利要求1-5之一所述的考虑铸轧协调的炼钢连铸热轧生产一体化计划方法获取的一体化炼钢连铸热轧计划，并传输给炼钢连铸热轧生产控制系统，控制系统按照所述一体化炼钢连铸热轧一体化计划实现炼钢连铸热轧的运行。

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