CN111489067B - 一种基于动态区域分配的炼钢车间天车调度方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于动态区域分配的炼钢车间天车调度方法，能够有效提高天车调度的效率。所述方法包括：S1，获取炼钢车间生产跨的历史天车任务表；S2，根据获取的历史天车任务表，确定用于任务产生概率计算的参数；S3，判断当前时刻是否达到重新分区的时刻，若达到，则依次执行S4、S5，以实现动态区域分配的天车调度；S4，根据确定的用于任务产生概率计算的参数，计算生产跨在当前的下一时刻空间总的任务产生概率分布；S5，根据得到的任务产生概率分布，将生产跨空间划分为任务密度均匀的等天车数量的区域，每台天车执行一个区域内的任务。本发明涉及天车调度领域。

Description

一种基于动态区域分配的炼钢车间天车调度方法
技术领域
本发明涉及天车调度领域，特别是指一种基于动态区域分配的炼钢车间天车调度方法。
背景技术
钢铁生产过程中天车集装卸、搬运、运输功能于一身，天车是钢厂中最重要的物流运输方式。天车调度是钢厂生产调度的重要组成部分，是钢厂工序间物料匹配、衔接、调控的“枢纽”。合理、有效地进行天车调度，有助于提高钢厂单元工序的生产效率，对提高钢厂系统整体效益起着至关重要。目前已有炼钢厂仓储车间实现无人天车智能调度，但在炼钢生产车间仍依靠人工经验进行天车调度，通常采用固定的分区方式，即将天车的工作区域根据一定的规则进行划分，天车负责相应区域内的任务，且每台天车负责的区域范围基本不随时间的变化而做调整。
虽然采用固定分区方式的天车调度简单易用，但是炼钢车间由于工序处理周期存在波动性，天车任务产生是动态不确定性的，随着生产的进行，每个区域内任务产生概率密度也在变化，基于固定分区的天车调度会导致天车负荷不平衡，导致天车运输效率低，进而影响生产节奏，降低生产效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于动态区域分配的炼钢车间天车调度方法，以解决现有技术所存在的固定分区的天车调度方式，导致天车运输效率低的问题。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种基于动态区域分配的炼钢车间天车调度方法，包括：
S1，获取炼钢车间生产跨的历史天车任务表；
S2，根据获取的历史天车任务表，确定用于任务产生概率计算的参数；
S3，判断当前时刻是否达到重新分区的时刻，若达到，则依次执行S4、S5，以实现动态区域分配的天车调度；
S4，根据确定的用于任务产生概率计算的参数，计算生产跨在当前的下一时刻空间总的任务产生概率分布；
S5，根据得到的任务产生概率分布，将生产跨空间划分为任务密度均匀的等天车数量的区域，每台天车执行一个区域内的任务。
进一步地，所述历史天车任务表包括任务的序号、起始工位、目的工位、开始时间和完成时间。
进一步地，所述根据获取的历史天车任务表，确定用于任务产生概率计算的参数包括：
将起始工位且目的工位都相同的任务作为同一种任务，对获取的历史天车任务表中的任务进行统计，得到每种任务下一个时刻可以产生的关联任务，并计算每种任务的各种关联任务产生的概率、各种关联任务产生的时间间隔的均值和方差。
进一步地，计算每种任务的各种关联任务产生的时间间隔的均值和方差包括：
计算每种任务的完成时间与其每种关联任务的开始时间之间的时间差；
根据得到的时间差，确定每种任务的各种关联任务产生的时间间隔的均值和方差。
进一步地，任务j的目的工位为任务i的起始工位，称任务i为任务j的关联任务；
任务j的关联任务i产生的时间间隔的均值表示为：
Figure BDA0002428664180000021
其中，ui为任务j的关联任务i产生的时间间隔的均值；n为任务j与其关联任务i组成的任务对总个数；etjk为第k个任务对中任务j的完成时间；stik为第k个任务对中任务i的开始时间。
进一步地，任务j的关联任务i产生的时间间隔的方差表示为：
Figure BDA0002428664180000031
其中，σ2 i为任务j的关联任务i产生的时间间隔的方差；ui为任务j的关联任务i产生的时间间隔的均值；n为任务j与其关联任务i组成的任务对总个数；etjk为第k个任务对中任务j的完成时间；stik为第k个任务对中任务i的开始时间。
进一步地，任务j的关联任务i产生的概率表示为：
Figure BDA0002428664180000032
其中，
Figure BDA0002428664180000033
为任务j完成后，任务j的关联任务i产生的概率；ni为历史天车任务表中以任务j的目的工位为起始工位的关联任务i的个数；z表示任务j的关联任务i的种类；
Figure BDA0002428664180000034
为历史天车任务表中以任务j的目的工位为起始工位的所有任务的总个数。
进一步地，所述根据确定的用于任务产生概率计算的参数，计算生产跨在当前的下一时刻空间总的任务产生概率分布包括：
获取当前时刻已经完成且还未从目的工位产生下一个任务的所有任务，根据获取的当前已完成且未产生下一个任务的所有任务以及得到的每种任务的各种关联任务产生的概率、各种关联任务产生的时间间隔的均值和方差，计算当前的下一时刻可以产生的所有任务的产生概率；
根据下一时刻可以产生的所有任务的空间范围以及得到的所有任务的产生概率，计算生产跨在下一时刻空间总的任务产生概率分布。
进一步地，在当前的下一时刻产生任务i的概率表示为：
Figure BDA0002428664180000036
Figure BDA0002428664180000035
其中，pi(t1)表示在当前时刻t0的下一时刻t1产生任务i的概率；
Figure BDA0002428664180000037
为任务j完成后，以任务j的目的工位为起始工位的任务i产生的概率；φi(△t)为在任务j完成后，任务i产生的时间间隔的正态分布函数；△t表示时间差；σi表示标准差。
进一步地，所述根据下一时刻可以产生的所有任务的空间范围以及得到的所有任务的产生概率，计算生产跨在下一时刻空间总的任务产生概率分布包括：
根据下一时刻可以产生的所有任务的起始工位和目的工位的空间位置，将各任务的产生概率在空间进行叠加，得到生产跨在下一时刻空间总的任务产生概率分布。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，根据获取的历史天车任务表，确定不同时段的炼钢车间生产跨任务产生概率分布，根据不同时段炼钢车间生产跨任务产生概率分布不同，对天车运行区域进行动态分配，相比现有的固定分区的天车调度，能够有效提高天车调度的效率，从而提高天车运输的效率，有助于提高车间生产效率，进而提高企业效益。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于动态区域分配的炼钢车间天车调度方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的空间任务产生概率分布叠加的示意图；
图3为本发明实施例提供的空间区域划分的示意图；
图4为本发明实施例提供的炼钢车间天车调度方法的详细流程示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针对现有的固定分区的天车调度方式，导致天车运输效率低的问题，提供一种基于动态区域分配的炼钢车间天车调度方法。
实施例一
如图1所示，本发明实施例提供的基于动态区域分配的炼钢车间天车调度方法，包括：
S1，获取炼钢车间生产跨的历史天车任务表；
S2，根据获取的历史天车任务表，确定用于任务产生概率计算的参数；
S3，判断当前时刻是否达到重新分区的时刻，若达到，则依次执行S4、S5，以实现动态区域分配的天车调度；
S4，根据确定的用于任务产生概率计算的参数，计算生产跨在当前的下一时刻空间总的任务产生概率分布；
S5，根据得到的任务产生概率分布，将生产跨空间划分为任务密度均匀的等天车数量的区域，每台天车执行一个区域内的任务。
本发明实施例所述的基于动态区域分配的炼钢车间天车调度方法，根据获取的历史天车任务表，确定不同时段的炼钢车间生产跨任务产生概率分布，根据不同时段炼钢车间生产跨任务产生概率分布不同，对天车运行区域进行动态分配，相比现有的固定分区的天车调度，能够有效提高天车调度的效率，从而提高天车运输的效率，有助于提高车间生产效率，进而提高企业效益。
在前述基于动态区域分配的炼钢车间天车调度方法的具体实施方式中，进一步地，所述历史天车任务表包括任务的序号、起始工位、目的工位、开始时间和完成时间。
本实施例中，根据实际所要应用的炼钢车间某个生产跨，采集相应的历史生产数据，得到历史天车任务表，该表包含了天车任务信息，具体如表1所示。
表1历史天车任务表
序号 开始时间/min 完成时间/min 起始工位 目的工位
1 st1 et1 工位A 工位B
2 st2 et2 工位C 工位D
3 st3 et3 工位E 工位F
4 st4 et4 工位B 工位I
5 st5 et5 工位D 工位J
6 st6 et6 工位F 工位C
… … … … …
本实施例中，表1的内容按照任务开始时间从小到大进行排序。
在前述基于动态区域分配的炼钢车间天车调度方法的具体实施方式中，进一步地，所述根据获取的历史天车任务表，确定用于任务产生概率计算的参数(S2)包括：
将起始工位且目的工位都相同的任务作为同一种任务，对获取的历史天车任务表中的任务进行统计，得到每种任务下一个时刻可以产生的关联任务，并计算每种任务的各种关联任务产生的概率、各种关联任务产生的时间间隔的均值和方差，具体可以包括以下步骤：
首先，将历史天车任务表中第一任务对应的后续最近的关联任务(以第一的目的工位为起始工位的任务)，添加到第一任务的后面作为第一任务的下一个任务，其中，第一任务为历史天车任务表中的任一任务，第一任务可以称为关联任务的上一个任务(简称：上一个任务)；去除上一个任务的开始时间信息和下一个任务的结束时间信息，计算下一个任务开始时间和上一个任务结束时间之间的时间差，填到表2最后一列的时间差下，得到处理后的历史天车任务表。例如，任务1(工位A-工位B)，其后续最近的关联任务为任务4(工位B-工位I)，将任务4填到任务1后面，并计算任务4开始时间st4和任务1结束时间et1之间的时间差填入时间差一列。将S1得到的历史天车任务表进行上述处理得到表2。
表2处理后的历史天车任务表
Figure BDA0002428664180000061
然后，将起始工位且目的工位都相同的任务作为同一种任务，统计表2中共有多少种任务，每种任务对应又有多少种后续关联任务，每种任务与后续一种关联任务构成任务对，统计表2中每种任务对的时间差，根据得到的时间差，确定每种任务的各种关联任务产生的时间间隔的均值和方差，并确定每种任务的各种关联任务产生的概率，得到用于计算任务产生概率的参数表，如表3所示。
本实施例中，任务j的目的工位为任务i的起始工位，则下一个任务i为任务j的关联任务，下一个任务i产生的时间间隔的均值用于表征任务i在上一个任务完成后，间隔多久产生的概率最大，用于后续的任务在某个时刻产生概率计算，任务j的关联任务i产生的时间间隔均值的计算式如(1)所示：
Figure BDA0002428664180000071
其中，ui为任务j的关联任务i产生的时间间隔的均值；n为任务j与其关联任务i组成的任务对总个数；etjk为第k个任务对中任务j的完成时间；stik为第k个任务对中任务i的开始时间。
本实施例中，下一个任务i产生的时间间隔的方差用于表征任务i在上一个任务完成后，产生下一个任务i的间隔时间的差异性，用于后续的任务在某个时刻产生概率计算，任务j的关联任务i产生的时间间隔的方差的计算式如(2)所示；
Figure BDA0002428664180000072
其中，σ2 i为任务j的关联任务i产生的时间间隔的方差；ui为任务j的关联任务i产生的时间间隔的均值；n为任务j与其关联任务i组成的任务对总个数；etjk为第k个任务对中任务j的完成时间；stik为第k个任务对中任务i的开始时间。
本实施例中，下一个任务i产生概率用于表征在上一个任务完成后，产生该下一个任务i的可能性，该值越大，则后续产生该任务的可能性越大，所述任务i产生概率的计算式如式(3)所示：
Figure BDA0002428664180000073
其中，
Figure BDA0002428664180000074
为任务j完成后，任务j的关联任务i产生的概率；ni为历史天车任务表中以任务j的目的工位为起始工位的关联任务i的个数；z表示任务j的关联任务i的种类；
Figure BDA0002428664180000081
为历史天车任务表中以任务j的目的工位为起始工位的所有任务的总个数。
本实施例中，例如，对于起始工位A，目的工位B的任务，其关联任务共有2种，一为起始工位B，目的工位I，二为起始工位B，目的工位Y，分别统计计算：
任务(A-B)和任务(B-I)构成的任务对的时间差的均值和方差，任务(A-B)和任务(B-Y)任务对的时间差的均值和方差；
任务(B-I)数量在任务(B-I)和任务(B-Y)总数量中的占比，为在任务(A-B)完成后，任务(B-I)产生的概率；同理任务(B-Y)数量在任务(B-I)和任务(B-Y)总数量中的占比，为任务(A-B)完成后，任务(B-Y)产生的概率。
本实施例中，还需要将下一个任务i对应的起始工位的横向空间位置和目的工位的横向空间位置添加到表3中，即表3中的空间范围。
表3计算任务产生概率的参数表
Figure BDA0002428664180000082
在前述基于动态区域分配的炼钢车间天车调度方法的具体实施方式中，进一步地，所述根据确定的用于任务产生概率计算的参数，计算生产跨在当前的下一时刻空间总的任务产生概率分布(S3)包括：
S31，获取当前时刻已经完成且还未从目的工位产生下一个任务的所有任务，根据获取的当前已完成且未产生下一个任务的所有任务以及得到的每种任务的各种关联任务产生的概率、各种关联任务产生的时间间隔的均值和方差，计算当前的下一时刻可以产生的所有任务的产生概率；
本实施例中，在实际应用过程中，首先获取当前时刻已经完成且还未从目的工位产生下一个任务(具体为：吊运任务)的所有任务，例如，经过任务信息获取，在t0时刻，共完成了任务(A-B)和任务(E-F)，则后续某个时刻，必然会产生以工位B为起始工位和以F为起始工位的任务；接着根据表3，可以查询后续可以产生的所有任务为任务(B-I)、任务(B-Y)、任务(F-A)、任务(F-Z)；最后根据表3中的参数，利用下一时刻t1任务产生概率计算公式分别计算这四个任务在下一个时刻t1的产生概率，如表4所示。
表4t1时刻可以产生的任务产生概率表
Figure BDA0002428664180000091
本实施例中，下一时刻任务产生概率计算公式用于计算任务j在t0时刻完成后在t1产生任务i的概率，计算得到的值越大，则在t1时刻产生任务i的可能性就越大，所述下一时刻任务产生概率计算公式如式(4)所示：
Figure BDA0002428664180000092
其中，pi(t1)表示在当前时刻t0的下一时刻t1产生任务i的概率；
Figure BDA0002428664180000093
为任务j完成后，以任务j的目的工位为起始工位的任务i产生的概率；φi(△t)为在任务j完成后，任务i产生的时间间隔的正态分布函数；△t表示时间差；σi表示标准差，即任务j的关联任务i产生的时间间隔的方差的开方。
S32，根据下一时刻可以产生的所有任务的空间范围以及得到的所有任务的产生概率，计算生产跨在下一时刻空间总的任务产生概率分布。
本实施例中，根据下一时刻可以产生的所有任务的起始工位和目的工位的空间位置，将各任务的产生概率在空间进行叠加，得到生产跨在下一时刻空间总的任务产生概率分布。
本实施例中，将每个可以产生的任务的产生概率根据任务对应的起始工位和目的工位的空间位置，进行空间上的概率叠加，得到下一个时刻空间总的任务产生概率分布，如图2所示。
在前述基于动态区域分配的炼钢车间天车调度方法的具体实施方式中，进一步地，所述根据得到的任务产生概率分布，将生产跨空间划分为任务密度均匀的等天车数量的区域，每台天车执行一个区域内的任务包括：
根据得到的任务产生概率分布，按照等概率原则，将生产跨空间划分为任务产生概率相等的等天车数量的区域，每台天车执行一个区域内的任务。
本实施例中，假设该生产跨中共有三台天车，跨的总空间范围为(0，Xend)，则将S103计算得到的空间总的任务产生概率分布，按照等概率的原则，即将图3中的面积(即：空间总的任务产生概率分布)分成3个面积相等的区域，得到两个分界坐标XI和XII，则得到了(0，XI)，(XI，XII)，(XII，Xend)三个分区，使每个区域的任务产生概率相同，每台天车负责一个区域内的任务。
本实施例中，如图4所示，在得到表3所示的计算任务产生概率的参数表后，可同时执行1)、2)的操作：
1)判断当前时刻是否达到重新分区的时刻，若达到，则重新执行S4、S5的操作，以更新天车负责的区域范围。
2)当新任务产生时，根据新任务的起始工位所属的区域，将新任务分配给对应的天车，完成新任务的分配调度。
这样，在时间线上不断重复S3、S4、S5的操作过程，就实现了基于动态区域分配的天车调度。
以上所述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，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于动态区域分配的炼钢车间天车调度方法，其特征在于，包括：
S1，获取炼钢车间生产跨的历史天车任务表；
S2，根据获取的历史天车任务表，确定用于任务产生概率计算的参数；
S3，判断当前时刻是否达到重新分区的时刻，若达到，则依次执行S4、S5，以实现动态区域分配的天车调度；
S4，根据确定的用于任务产生概率计算的参数，计算生产跨在当前的下一时刻空间总的任务产生概率分布；
S5，根据得到的任务产生概率分布，将生产跨空间划分为任务密度均匀的等天车数量的区域，每台天车执行一个区域内的任务；
其中，任务j的目的工位为任务i的起始工位，称任务i为任务j的关联任务；
所述根据确定的用于任务产生概率计算的参数，计算生产跨在当前的下一时刻空间总的任务产生概率分布包括：
获取当前时刻已经完成且还未从目的工位产生下一个任务的所有任务，根据获取的当前已完成且未产生下一个任务的所有任务以及得到的每种任务的各种关联任务产生的概率、各种关联任务产生的时间间隔的均值和方差，计算当前的下一时刻可以产生的所有任务的产生概率；
根据下一时刻可以产生的所有任务的空间范围以及得到的所有任务的产生概率，计算生产跨在下一时刻空间总的任务产生概率分布；
其中，在当前的下一时刻产生任务i的概率表示为：
Figure FDA0003829712940000011
Figure FDA0003829712940000012
Figure FDA0003829712940000013
其中，pi(t1)表示在当前时刻t0的下一时刻t1产生任务i的概率；ui为任务j的关联任务i产生的时间间隔的均值；
Figure FDA0003829712940000021
为任务j完成后，以任务j的目的工位为起始工位的任务i产生的概率，即：任务j的关联任务i产生的概率；ni为历史天车任务表中以任务j的目的工位为起始工位的关联任务i的个数；z表示任务j的关联任务i的种类；
Figure FDA0003829712940000022
为历史天车任务表中以任务j的目的工位为起始工位的所有任务的总个数；φi(△t)为在任务j完成后，任务i产生的时间间隔的正态分布函数；△t表示时间差；σi表示标准差。
2.根据权利要求1所述的基于动态区域分配的炼钢车间天车调度方法，其特征在于，所述历史天车任务表包括任务的序号、起始工位、目的工位、开始时间和完成时间。
3.根据权利要求1所述的基于动态区域分配的炼钢车间天车调度方法，其特征在于，所述根据获取的历史天车任务表，确定用于任务产生概率计算的参数包括：
将起始工位且目的工位都相同的任务作为同一种任务，对获取的历史天车任务表中的任务进行统计，得到每种任务下一个时刻可以产生的关联任务，并计算每种任务的各种关联任务产生的概率、各种关联任务产生的时间间隔的均值和方差。
4.根据权利要求3所述的基于动态区域分配的炼钢车间天车调度方法，其特征在于，计算每种任务的各种关联任务产生的时间间隔的均值和方差包括：
计算每种任务的完成时间与其每种关联任务的开始时间之间的时间差；
根据得到的时间差，确定每种任务的各种关联任务产生的时间间隔的均值和方差。
5.根据权利要求4所述的基于动态区域分配的炼钢车间天车调度方法，其特征在于，任务j的关联任务i产生的时间间隔的均值表示为：
Figure FDA0003829712940000023
其中，n为任务j与其关联任务i组成的任务对总个数；etjk为第k个任务对中任务j的完成时间；stik为第k个任务对中任务i的开始时间。
6.根据权利要求4所述的基于动态区域分配的炼钢车间天车调度方法，其特征在于，任务j的关联任务i产生的时间间隔的方差表示为：
Figure FDA0003829712940000031
其中，σ2 i为任务j的关联任务i产生的时间间隔的方差；ui为任务j的关联任务i产生的时间间隔的均值；n为任务j与其关联任务i组成的任务对总个数；etjk为第k个任务对中任务j的完成时间；stik为第k个任务对中任务i的开始时间。
7.根据权利要求1所述的基于动态区域分配的炼钢车间天车调度方法，其特征在于，所述根据下一时刻可以产生的所有任务的空间范围以及得到的所有任务的产生概率，计算生产跨在下一时刻空间总的任务产生概率分布包括：
根据下一时刻可以产生的所有任务的起始工位和目的工位的空间位置，将各任务的产生概率在空间进行叠加，得到生产跨在下一时刻空间总的任务产生概率分布。
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