CN114734210B - 一种基于滚动填炉策略的钢管合同组批方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于滚动填炉策略的钢管合同组批方法。该方法利用滚动更新的填炉操作策略进行多合同组批，得到多个合同的分炉结果和统一的铸坯长度，并在电炉综合评价指标低的情况下基于前面的组批结果计算第二个铸坯长度。本发明的方法有效解决了无缝钢管多合同组批过程中个性化需求和批量定制矛盾的问题，适用于任意材质、数量的合同的自动组批计算，实现了组批结果的原料成材率和生产效率最大化。

Description

一种基于滚动填炉策略的钢管合同组批方法

技术领域

本发明属于钢管轧制生产领域，具体涉及一种基于滚动填炉策略的钢管合同组批方法。

背景技术

无缝钢管是一种非常重要的工业材料，广泛应用于石油、化工、锅炉、电站、船舶、机械制造、汽车、航空、航天、能源、地质、建筑及军工等各个领域。在无缝钢管生产过程中需要根据合同和具体的轧制要求申请炼钢，由于申请的电炉中，同一炉铸坯只能按照一个长度进行切割，特殊情况下可以有两个铸坯长度，而不同合同对应的最佳铸坯长度不同，最佳铸坯长度一般是轧制表规定的计划坯长。当有多个不同规格要求的小合同需要申请炼钢时，就需要进行组批，计算出使得整体成材率和生产效率最大的电炉铸坯长度，同时，当总合同量多时，由于单个炉最多只能炼150吨的铸坯(设为W＝150)，因此这种情况下需要将合同进行分炉组批。

目前人工组批经验为：以当前最大重量合同的轧制表长度作为申请铸坯长度进行组批。但最大重量合同的轧制表长度在其他合同下的成材率不一定高，反之，最大重量合同可能在其他合同的轧制表长度下的成材率较好。因此很有必要提出一种更好的方法解决合同的组批优化问题。

滚动计算是指根据当前的情况执行操作，基于操作后的结果更新当前状态，然后在新的状态下继续执行操作的方法。

发明内容

为解决钢管生产过程中多规格小合同的组批优化问题，本发明提出一种基于滚动填炉策略的钢管合同组批方法，并使用“基于切割子模式的切割优化方法”对组批过程进行优化，保证在组批的长度下原料综合成材率和生产效率最大。该方法实现了有效解决了无缝钢管多合同组批过程中个性化需求和批量定制矛盾的问题，适用于任意材质、数量的合同的自动组批计算。

本发明的具体技术方案如下：

一种基于滚动填炉策略的钢管合同组批方法，该方法包括如下步骤：

步骤一：获得待组批合同的合同信息和需组批重量；

步骤二：将需组批重量大于W吨的合同单独申请整数个电炉的铸坯，电炉的铸坯长度为合同轧制表所推荐的标准铸坯长度；用计划坯长计算所申请铸坯的切割方案，并修改剩余需组批合同量；

步骤三：将剩余组批重量小于W吨的合同组成多个电炉，每个电炉申请统一的第一铸坯长度L₁，使得每个电炉在对应合同的生产条件下由原料综合成材率和生产效率组成的电炉综合评价指标最大；

步骤四：遍历步骤三的每个电炉，若所述电炉综合评价指标低于设定阈值，则再计算电炉需要申请的第二铸坯长度L₂，确定电炉在两个铸坯长度下的组批重量。

进一步地，所述步骤三通过如下的子步骤来实现：

(3.1)遍历这N个剩余组批重量小于W吨的合同，当(k*计划坯长+切割损耗)满足铸坯长度限制时，其中k为正整数，则将(k*计划坯长+切割损耗)作为第一铸坯长度L₁的备选长度

其中，C为第一铸坯长度L₁的备选长度个数；

(3.2)对于每一个备选长度

采用基于切割子模式的切割优化方法，分别计算N个合同在该备选长度下的最佳切割方案和综合评价指标；然后对备选长度

下N个合同进行填炉操作，并将填炉结果中合同的综合评价指标，按照合同组批重量进行加权，得到电炉综合评价指标；所述切割子模式为L2坯长在后续生产中经轧制、切头尾、锯切、切定尺得到成品的过程中涉及的参数的组合；所述L2坯长为在实际生产中由原料经第一次切割所得的管坯长度；

对备选长度

下N个合同进行填炉操作具体为：将已组批重量W_done初始化为0；从综合评价指标最大的合同开始，设合同n的需组批重量为w_n，若W_done+w_n≤W，则合同n被组批至当前电炉，W_done＝W_done+w_n，继续选择下一个合同；若W_done+w_n＞W，则表明当前电炉已被填满，此时将合同n的部分重量W-W_done组批至当前电炉，并修改合同n的剩余重量为w_n＝w_n-(W-W_done)，直接结束备选长度

的填炉操作；

(3.3)选取电炉综合评价指标最高的电炉作为最终组批结果之一保存，包括电炉的第一铸坯长度和电炉中合同在该第一铸坯长度下的最佳切割方案；从所有合同中减去这个新确定的电炉中涉及的合同及其组批重量，更新合同状态；

(3.4)重复步骤(3.1)～(3.3)，直至所有合同的剩余组批重量均为0。

进一步地，所述步骤四通过如下的子步骤来实现：

(4.1)对于某一电炉，由步骤(3.1)中的备选长度集中剔除已确定的第一铸坯长度，得到第二铸坯长度的备选长度集；假设有K个备选长度

则有K种备选组批方案

对于每种备选组批方案，采用基于切割子模式的切割优化方法分别计算电炉中所有合同在L₁长度下的最佳切割方案和综合评价指标、L₂长度下的最佳切割方案和综合评价指标；对于每个合同，选择综合评价指标高的最佳切割方案对应的铸坯长度作为该合同在该备选组批方案中的最终申请的铸坯长度，再根据合同的组批重量加权计算该备选组批方案的电炉综合评价指标；

(4.2)选择电炉综合评价指标最高的备选组批方案作为该电炉最终要申请的组批结果，包含两个铸坯长度L₁、L₂及它们各自对应的组批重量。

进一步地，步骤(4.1)和步骤(3.2)中的基于切割子模式的切割优化方法计算某一备选长度的铸坯在某一合同下的最佳切割方案和综合评价指标的具体步骤如下：

①根据该合同及相应轧制表的信息，计算该合同的轧制锯切标准，包括穿孔延伸系数K_extend1、空减延伸系数K_extend2、连轧延伸系数K_extend3、张减延伸系数K_extend4、第一次切割损耗SP12、切头尾余量SP23、锯切倍尺k_saw、切定尺余量SP440、辅助交货长度l_4act、可行锯切长度l_saw；

其中，穿孔、空减、连轧、张减四道工序的延伸系数

其中，I为{1,2,3,4}中的任一正整数；

所述第一次切割损耗SP12为机器第一次切割损耗的平均值；

所述切头尾余量SP23＝轧制表张减长度-轧制表有效长度；

所述锯切倍尺k_saw为由轧制表提供的计划坯长的锯切长度l_saw0获得的成品个数；

所述切定尺余量SP440的计算公式如下：

其中，l_from为合同的交货长度起始值；

所述辅助交货长度l_4act为带有切定尺余量SP440的交货长度，计算公式如下：

其中，

为非定尺合同的最大锯切长度，即轧制机器的最大允许长度；l_to为合同的交货长度终止值；

所述可行锯切长度的计算公式如下：

②计算该合同计划坯长的切割子模式，具体为：

根据轧制表提供的计划坯长的有效长度l_valid0、锯切长度l_saw0，计算计划坯长的切割子模式中其他参数，包括锯切个数n_saw0、剩余长度l_remain0、成品个数n_pro0、辅助交货长度l_4act0，所述参数中的下标0表示参数在计划坯长下的对应值，计算公式如下：

l_remain0＝l_valid0-l_saw0×n_saw0

l_4act0＝l_saw0/k_saw

其中，

是向下取整符号；

将该合同需轧制的铸坯重量折算为轧制锯切后需要得到的辅助交货长度的总长度，定义为L_reqr，计算公式为：

L_reqr＝轧制表提供的计划根数×n_pro0×l_4act0

③根据坯料材质和成品类型，修正该合同对各道工序的长度限制；

④核对合同是否为以下情况，若是，进行相应的处理：

首先判断合同是否为冷拔无缝或冷轧无缝合同，若是，则将此类合同上的冷轧后的成品长度作为交货长度，在该类合同的热轧生产过程中用锯切长度作为此类合同的辅助交货长度；然后判断计划坯长的切割子模式中剩余长度/锯切长度的比值是否大于等于0.9，若是：将剩余长度设为0，增加1个锯切长度来反推计算L2坯长；若反推得到的L2坯长满足工序长度限制，据此修改计划坯长，并重新计算合同的轧制锯切标准的参数；若反推得到的L2坯长不满足工序长度限制，则仍按照轧制表提供的原计划坯长为准；

最后判断计划坯长的切割子模式中锯切长度为n倍尺时，剩余长度/锯切长度的比值是否小于

其中，n为正整数，若是，则将剩余长度置为0，重新计算该合同的计划坯长的成品个数及合同需轧制的总长度；若否，则不作处理；

⑤将机器对各工序的长度限制以及最大最小坯长的限制折算为与L2坯长相同管坯截面积时的长度，取所有长度的并区间为该合同的L2坯长的可行范围，记为L2_min～L2_max；

⑥逆推该合同的所有可行切割子模式；对于定尺合同，遍历L2坯长可能生产的成品个数n_pro，反推得到此L2坯长对应的切割子模式的剩余长度的成品个数k_remain、锯切个数n_saw、剩余长度l_remain、L2坯长的有效长度l_valid、L2坯长L_feas的值；对于非定尺合同，因其辅助交货长度和锯切长度是可变区间范围，因此反推时需通过遍历L2坯长可能的成品个数n_pro，得到此L2坯长对应的切割子模式的剩余长度的成品个数k_remain、锯切个数n_saw以及剩余长度l_remain、L2坯长的有效长度l_valid、L2坯长L_feas三个参数的上限和下限，并用区间表示l_remain、l_valid、L_feas；舍弃当中不能满足L2_min≤L_feas≤L2_max的结果；

⑦对于该备选长度的铸坯，判断备选长度是否为该合同的计划坯长的整数倍，若是，直接等分切割成整数个计划坯长，即为该备选长度的铸坯关于该合同的最佳切割方案，利用下式计算该切割方案的综合评价指标；若不是，继续执行步骤⑧；

其中，x_k为切割方案中第k个切割子模式的L2坯长的个数；

为第k个切割子模式的L2坯长、成品个数和辅助交货长度；θ为利用率和生产效率的加权因子，0≤θ≤1；对于铸坯长度为计划坯长的整数倍的情况，第k个切割子模式即是步骤一中的计划坯长的切割子模式；

⑧遍历可能的等分个数，根据得到的实际坯长确定对应的切割子模式，按照和步骤⑦相同的综合评价指标计算公式计算综合评价指标值，不断更新当前综合评价指标最高的切割方案，遍历结束后保留的切割方案即为该备选长度的铸坯关于该合同的最佳切割方案；若该合同拟定申请的该备选长度的铸坯数量不大于铸坯并行切割的最大数量，或最佳等分切割方案的成材率低于预设阈值时，需要考虑对铸坯进行长短搭配的切割方式，继续执行步骤⑨；

⑨遍历该铸坯的所有可能的长短搭配切割方案，按和步骤⑦相同的公式计算综合评价指标值，不断更新当前综合评价指标最高的切割方案；遍历结束后保留的切割方案即为该备选长度的铸坯关于该合同的最佳切割方案。

本发明的有益效果为：

本发明的基于滚动填炉策略的钢管合同组批方法可以有效地解决无缝钢管多合同组批过程中个性化需求和批量定制矛盾的问题，适用于所有材质、任意数量合同的组批计算，既提供了一般情况下每个电炉的统一铸坯长度，又计算了电炉整体成材率特别低时申请两种铸坯长度的组批结果。其中，滚动更新合同当前状态，再进行填炉的操作策略让每一个新产生的组批电炉都是当前所有合同中能使得电炉综合评价指标最大的结果，故最终得到的组批结果能够使得整体的综合评价指标达到最大，即成材率和生产效率最高。

附图说明

图1是钢管生产流程图。

具体实施方式

下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，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。

本发明基于滚动填炉策略的钢管合同组批方法，方法通过滚动填炉的策略一炉一炉地确定组批结果，每次更新所有合同的当前状态后，基于当前状态只选出成材率和生产效率最大的一炉合同，然后再删除这些组批好的合同继续选择第二炉合同，以此类推，直到所有合同均完成组批。最终可产生多个组批电炉，这些电炉均有对应的申请铸坯长度，当电炉的综合指标过低时，还会计算第二个铸坯长度以提升综合评价指标。

本发明用于钢管生产过程中多个同材质合同申请炼钢时铸坯长度的组批优化，其在钢管生产过程中的环节如图1所示，方法的具体步骤如下：

步骤一：获得待组批合同的合同信息和需组批重量；

步骤二：将需组批重量大于W吨的合同单独申请整数个电炉的铸坯，电炉的铸坯长度为合同轧制表所推荐的标准铸坯长度；用计划坯长计算所申请铸坯的切割方案，并修改剩余需组批合同量；

步骤三：将剩余组批重量小于W吨的合同组成多个电炉，每个电炉申请统一的第一铸坯长度L₁，使得每个电炉在对应合同的生产条件下由原料综合成材率和生产效率组成的电炉综合评价指标最大；具体为：

(3.1)遍历这N个剩余组批重量小于W吨的合同，当(k*计划坯长+切割损耗)满足铸坯长度限制时，其中k为正整数，则将(k*计划坯长+切割损耗)作为第一铸坯长度L₁的备选长度

其中，C为第一铸坯长度L₁的备选长度个数；

(3.2)对于每一个备选长度

采用基于切割子模式的切割优化方法，分别计算N个合同在该备选长度下的最佳切割方案和综合评价指标；然后对备选长度

下N个合同进行填炉操作，并将填炉结果中合同的综合评价指标，按照合同组批重量进行加权，得到电炉综合评价指标；所述切割子模式为L2坯长在后续生产中经轧制、切头尾、锯切、切定尺得到成品的过程中涉及的参数的组合；所述L2坯长为在实际生产中由原料经第一次切割所得的管坯长度；

基于切割子模式的切割优化方法计算某一备选长度的铸坯在某一合同下的最佳切割方案和综合评价指标的具体做法为：

①根据该合同及相应轧制表的信息，计算该合同的轧制锯切标准，包括穿孔延伸系数K_extend1、空减延伸系数K_extend2、连轧延伸系数K_extend3、张减延伸系数K_extend4、第一次切割损耗SP12、切头尾余量SP23、锯切倍尺k_saw、切定尺余量SP440、辅助交货长度l_4act、可行锯切长度l_saw；

其中，穿孔、空减、连轧、张减四道工序的延伸系数

其中，I为{1,2,3,4}中的任一正整数；

所述第一次切割损耗SP12为机器第一次切割损耗的平均值；

所述切头尾余量SP23＝轧制表张减长度-轧制表有效长度；

所述锯切倍尺k_saw为由轧制表提供的计划坯长的锯切长度l_saw0获得的成品个数；

所述切定尺余量SP440的计算公式如下：

其中，l_from为合同的交货长度起始值；

所述辅助交货长度l_4act为带有切定尺余量SP440的交货长度，计算公式如下：

其中，

为非定尺合同的最大锯切长度，即轧制机器的最大允许长度；l_to为合同的交货长度终止值；

所述可行锯切长度的计算公式如下：

②计算该合同计划坯长的切割子模式，具体为：

将该合同需轧制的铸坯重量折算为轧制锯切后需要得到的辅助交货长度总长度，定义为L_reqr；所述切割子模式为L2坯长在后续生产中经轧制、切头尾、锯切、切定尺得到成品的过程中涉及的参数的组合；所述步骤具体为：

根据轧制表提供的计划坯长的有效长度l_valid0、锯切长度l_saw0，计算计划坯长的切割子模式中其他参数，包括锯切个数n_saw0、剩余长度l_remain0、成品个数n_pro0、辅助交货长度l_4act0，所述参数中的下标0表示参数在计划坯长下的对应值，计算公式如下：

l_remain0＝l_valid0-l_saw0×n_saw0

l_4act0＝l_saw0/k_saw

其中，

是向下取整符号；

将该合同需轧制的铸坯重量折算为轧制锯切后需要得到的辅助交货长度的总长度，定义为L_reqr，计算公式为：

L_reqr＝轧制表提供的计划根数×n_pro0×l_4act0

③根据坯料材质和成品类型，修正该合同对各道工序的长度限制；

④核对合同是否为以下情况，若是，进行相应的处理：

首先判断合同是否为冷拔无缝或冷轧无缝合同，若是，则将此类合同上的冷轧后的成品长度作为交货长度，在该类合同的热轧生产过程中用锯切长度作为此类合同的辅助交货长度；然后判断计划坯长的切割子模式中剩余长度/锯切长度的比值是否大于等于0.9，若是：将剩余长度设为0，增加1个锯切长度来反推计算L2坯长；所述L2坯长为在实际生产中由原料经第一次切割所得的管坯长度；若反推得到的L2坯长满足工序长度限制，据此修改计划坯长，并重新计算合同的轧制锯切标准的参数；若反推得到的L2坯长不满足工序长度限制，则仍按照轧制表提供的原计划坯长为准；

最后判断计划坯长的切割子模式中锯切长度为n倍尺时，剩余长度/锯切长度的比值是否小于

其中，n为正整数，若是，则将剩余长度置为0，重新计算该合同的计划坯长的成品个数及合同需轧制的总长度；若否，则不作处理；

⑤将机器对各工序的长度限制以及最大最小坯长的限制折算为与L2坯长相同管坯截面积时的长度，取所有长度值的并区间为该合同的L2坯长的可行范围，记为L2_min～L2_max；

⑥逆推该合同的所有可行切割子模式；对于定尺合同，遍历L2坯长可能生产的成品个数n_pro，反推得到此L2坯长对应的切割子模式的剩余长度的成品个数k_remain、锯切个数n_saw、剩余长度l_remain、L2坯长的有效长度l_valid、L2坯长L_feas的值；对于非定尺合同，因其辅助交货长度和锯切长度是可变区间范围，因此反推时需通过遍历L2坯长可能的成品个数n_pro，得到此L2坯长对应的切割子模式的剩余长度的成品个数k_remain、锯切个数n_saw以及剩余长度l_remain、L2坯长的有效长度l_valid、L2坯长L_feas三个参数的上限和下限，并用区间表示l_remain、l_valid、L_feas；舍弃当中不能满足L2_min≤L_feas≤L2_max的结果；

⑦对于该备选长度的铸坯，判断备选长度是否为计划坯长的整数倍，若是，直接等分切割成整数个计划坯长，即为该备选长度的铸坯关于该合同的最佳切割方案，利用下式计算该切割方案的综合评价指标；若不是，继续执行步骤⑧；

其中，x_k为切割方案中第k个切割子模式的L2坯长的个数；

为第k个切割子模式的L2坯长、成品个数和辅助交货长度；θ为利用率和生产效率的加权因子，0≤θ≤1；对于铸坯长度为计划坯长的整数倍的情况，第k个切割子模式即是步骤一中的计划坯长的切割子模式；

⑧遍历可能的等分个数，根据得到的实际坯长确定对应的切割子模式，按照和步骤⑦相同的综合评价指标计算公式计算综合评价指标值，不断更新当前综合评价指标最高的切割方案，遍历结束后保留的切割方案即为该备选长度的铸坯关于该合同的最佳切割方案；若该合同拟定申请的该备选长度的铸坯数量不大于铸坯并行切割的最大数量，或最佳等分切割方案的成材率低于预设阈值时，需要考虑对铸坯进行长短搭配的切割方式，继续执行步骤⑨；

⑨遍历该铸坯的所有可能的长短搭配切割方案，按和步骤⑦相同的公式计算综合评价指标值，不断更新当前综合评价指标最高的切割方案；遍历结束后保留的切割方案即为该备选长度的铸坯关于该合同的最佳切割方案。

对备选长度

下N个合同进行填炉操作的具体做法为：将已组批重量W_done初始化为0；从综合评价指标最大的合同开始，设合同n的需组批重量为w_n，若W_done+w_n≤W，则合同n被组批至备选电炉，W_done＝W_done+w_n，继续选择下一个合同；若W_done+w_n＞W，则表明当前电炉已被填满，此时将合同n的部分重量W-W_done组批至当前电炉，并修改合同n的剩余重量为w_n＝w_n-(W-W_done)，直接结束备选长度

的填炉操作；

(3.3)选取电炉综合评价指标最高的电炉作为最终组批结果之一保存，包括电炉的第一铸坯长度和电炉中合同在该第一铸坯长度下的最佳切割方案；从所有合同中减去这个新确定的电炉中涉及的合同及其组坯重量，更新合同状态；

(3.4)重复步骤(3.1)～(3.3)，直至所有合同的剩余组批重量均为0。

步骤四：遍历步骤三的每个电炉，若所述电炉综合评价指标低于设定阈值，则再计算电炉需要申请的第二铸坯长度L₂，确定电炉在两个铸坯长度下的组批重量。

(4.1)对于某一电炉，由步骤(3.1)中的备选长度集中剔除已确定的第一铸坯长度，得到第二铸坯长度的备选长度集；假设有K个备选长度

则有K种备选组批方案

对于每种备选组批方案，采用基于切割子模式的切割优化方法分别计算电炉中所有合同的在L₁长度下的最佳切割方案和综合评价指标、L₂长度下的最佳切割方案和综合评价指标；计算方法与步骤(3.2)中的计算方法相同；对于每个合同，选择综合评价指标高的最佳切割方案对应的铸坯长度作为该合同在该备选组批方案中的最终申请的铸坯长度，再根据合同的组批重量加权计算该备选组批方案的电炉综合评价指标；

(4.2)选择电炉综合评价指标最高的备选组批方案作为该电炉最终要申请的组批结果，包含两个铸坯长度L₁、L₂及它们各自对应的组批重量。

实施例

以下结合钢管合同的实际组批过程实验来说明本发明的方法的优越性。

在钢铁厂某一次合同组批过程中，有6个同材质的合同需要组批，单个电炉可生产最多150吨的铸坯，即W＝150，该实施例中综合评价指标的加权因子θ＝0，即只考虑成材率最大化。此外，设计算第二铸坯长度L₂的成材率阈值为1.0，即当电炉综合成材率低于1.0时，会计算第二铸坯长度L₂。合同的信息如表1所示。

表1：待组批合同的信息

合同序号	成品长度起始值/m	成品长度终止值/m	计划坯长/m	计划根数	待组批重量/T
						1	11.9	11.9	4.339	15	12.56
2	11.9	11.9	2.895	23	12.56
						3	11.9	11.9	3.928	130	98.96
4	11.9	11.9	2.571	77	38.50
						5	11.9	11.9	3.573	36	25.04
6	11.9	11.9	4.113	94	75.20

(1)根据技术方案的步骤一，从数据库中获得待组批合同的合同信息和需组批重量，如表1所示。

(2)根据技术方案的步骤二，组批重量大于W吨的合同单独申请电炉。这6个合同中没有待组批重量大于150吨的合同，故无单独组批结果。

(3)根据技术方案的步骤三，对6个合同分炉并计算电炉的第一铸坯长度L₁。

步骤(3.1)中，第一次切割损耗设定为0.01m/刀，由表1中的6个合同的6种计划坯长，以及铸坯长度的允许上下限为7m～11m，一共可得到8种不同的备选长度，为{8.688，8.705，7.866，7.733，10.314，7.156，10.739，8.236}。

步骤(3.2)中，需要利用基于切割子模式的切割优化方法，分别计算这8个备选长度的铸坯对应6个合同共48种最佳切割方案及其综合评价指标。以求备选长度8.688m在合同3的轧制要求下的最佳切割方案及其综合评价指标为例，说明切割优化方法中的步骤。

根据步骤①②，计算合同3的轧制锯切标准、计划坯长的切割子模式和该合同需轧制的辅助交货长度总长度L_reqr，并根据合同上使用的坯料材质、成品管用途，修正生产过程中各道工序的长度限制后，进行步骤④的检查核对。最终修正后的步骤①②中的参数，以及步骤⑤求得的L2坯长的可行范围，如表2所示。

表2：合同3修正后的轧制锯切标准、计划坯长的切割子模式参数以及L_reqr

根据步骤⑥，由L2坯长可能的成品个数{4,3,2,1}，逆推计算合同3的所有可行切割子模式，因为当成品个数为1时，逆推计算得到的L2坯长小于L2_min，因此舍弃，最终得到定尺合同3有3种可行的切割子模式。由于合同3的锯切倍尺为1，故3种切割子模式均没有剩余长度，具体如表3所示。

表3：合同3的可行切割子模式集合

L2坯长可行的成品个数n<sub>pro</sub>	L<sub>feas</sub>/m	l<sub>valid</sub>/m	l<sub>4act</sub>/m	锯切个数n<sub>saw</sub>	剩余长度的成品个数k<sub>remain</sub>
						4	3.928	48.76	12.18	4	0
3	2.990	36.54	12.18	3	0
						2	2.083	24.36	12.18	2	0

步骤⑦中，判断备选长度8.688m是否为合同3计划坯长3.928m的整数倍，由于8.688＝2×3.928+0.02+0.812，不是整数倍，继续执行步骤⑧。

步骤⑧中，遍历可能的等分个数{2、3、4}，对应的等分方案为{2×4.166+0.02+0.345，3×2.889+0.02，4×2.1645+0.03}，其中，0.345m是由于8.688m两等分得到的坯长大于合同3允许的最大L2坯长4.166m而不得不多切一刀、得到的废料。对应的综合评价指标分别为{0.9042，0.6782，0.9042}，因此最佳的等分切割方案为8.688＝4×2.1645+0.03，综合评价指标为0.9042。

假设当步骤⑧所得的最佳等分切割方案的综合评价指标小于1.0时，就需要考虑长短搭配的切割方案是否能提高综合评价指标，因此执行步骤⑨，合同3可能的长短搭配的切割方案为{2×3.928+0.02+0.812，2×2.99+2.688+0.02，3×2.083+2.398+0.03}，其中0.812m为废料，2.688m和2.398m为余料坯长。对应的综合评价指标分别为{0.9042，0.9042，0.9042}，因此最佳切割方案为3×2.083+2.398+0.03，综合评价指标为0.9042。

当综合评价指标中的θ不为0时，在选择最佳切割方案时，还会考虑哪种方案的L2坯长均值或者说生产效率更大，这样合同3在等分、长短搭配情况下的最佳切割方案则分别是2×4.166+0.02+0.345和2×3.928+0.02+0.812，后者也是轧制表推荐的计划坯长。

根据上述举例的基于切割子模式的切割优化方法求出48种最佳切割方案及其综合评价指标后，针对8种备选长度，在每种备选长度下执行填炉操作，产生这8个备选长度各自对应的最佳电炉，这8个最佳备选电炉为表4所示。

表4：各备选长度下的最佳电炉组批

步骤(3.3)中，选择综合评价指标最高的备选电炉为新产生的组批结果之一。从表4中可以看到第3个备选长度的电炉综合评价指标最高，因此选择第3个备选长度即7.866作为最终的电炉组批结果之一，该电炉负责生产合同3、4、5各98.96、38.5、12.54吨的铸坯，综合评价指标为0.9874。更新剩余组批合同状态，然后再按上述步骤得到第二个电炉，从而最终的一个铸坯长度的合同组批结果如表5所示。

表5：统一铸坯长度的最终组批结果

组批炉号	电炉包含的合同序号及重量/T	电炉第一铸坯长度L<sub>1</sub>/m	综合评价指标(θ＝0)
				1	3(98.96)、4(38.5)、5(12.54)	7.866	0.9874
2	1(12.56)、2(12.56)、6(75.2)、5(12.50)	8.688	0.9449

按人工经验组批的最终分炉结果会如表6所示，第二个电炉组批的结果中铸坯长度是最大重量合同即合同6的标准铸坯，但这一长度的铸坯在其他合同下的综合指标并不如基于滚动填炉策略的合同组批方法所优化选择的8.688m的综合指标，因此本发明提出的方法相较于人工经验法更加优越。

表6：基于人工经验组批的最终分炉结果及第一铸坯长度

组批炉号	电炉包含的合同序号及重量/T	电炉第一铸坯长度L<sub>1</sub>/m	综合评价指标(θ＝0)
				1	3(98.96)、4(38.5)、5(12.54)	7.866	0.9874
2	1(12.56)、2(12.56)、6(75.2)、5(12.50)	8.236	0.8996

(4)根据步骤四，假设当所述电炉综合评价指标低于1.0时，需要再计算电炉需要申请的第二铸坯长度L₂，并确定电炉在两个铸坯长度下的组批重量。由于表5中两个电炉的综合评价指标均低于1.0，因此对于每个电炉，需要计算它的第二铸坯长度，以及L₁、L₂各自需要生产的重量。

以电炉1为例，说明如何计算第二铸坯长度L₂及L₁、L₂各自需要生产的重量。合同3、4、5对应的铸坯长度备选集为{7.866，7.733，10.314，7.156，10.739}，去掉第一铸坯长度7.866，则第二铸坯长度的备选长度有{7.733，10.314，7.156，10.739}，对应着4种备选组批方案{(7.866,7.733)，(7.866,10.314)，(7.866,7.156)，(7.866,10.739)}。

在每种备选组批方案下，对于每个合同，选择综合评价指标(这里θ＝0)高的最佳切割方案对应的铸坯长度作为该合同在该备选组批方案中的最终申请的铸坯长度，例如对于备选组批方案(7.866,7.733)，合同3选择了综合评价指标更高的7.866m的切割方案，合同4、5则均选择了综合评价指标更高的7.733m的切割方案；由这两个铸坯长度各自负责的合同的综合评价指标经合同需组批重量加权后可得到电炉综合评价指标为0.9937。

以此类推其他备选组批方案的电炉综合评价指标，选择电炉综合评价指标最大的备选组批方案作为最终方案。最终得到电炉综合评价指标低于1.0时的两个铸坯长度的合同组批结果如表5所示。

表5：两个铸坯长度的组批结果

本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于滚动填炉策略的钢管合同组批方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一：获得待组批合同的合同信息和需组批重量；

步骤二：将需组批重量大于W吨的合同单独申请整数个电炉的铸坯，电炉的铸坯长度为合同轧制表所推荐的标准铸坯长度；用计划坯长计算所申请铸坯的切割方案，并修改剩余需组批合同量；

步骤三：将剩余组批重量小于W吨的合同组成多个电炉，每个电炉申请统一的第一铸坯长度L₁，使得每个电炉在对应合同的生产条件下由原料综合成材率和生产效率组成的电炉综合评价指标最大；

步骤四：遍历步骤三的每个电炉，若所述电炉综合评价指标低于设定阈值，则再计算电炉需要申请的第二铸坯长度L₂，确定电炉在两个铸坯长度下的组批重量。

2.根据权利要求1所述的基于滚动填炉策略的钢管合同组批方法，其特征在于，所述步骤三通过如下的子步骤来实现：

(3.1)遍历这N个剩余组批重量小于W吨的合同，当(k*计划坯长+切割损耗)满足铸坯长度限制时，其中k为正整数，则将(k*计划坯长+切割损耗)作为第一铸坯长度L₁的备选长度

其中，C为第一铸坯长度L₁的备选长度个数；

(3.2)对于每一个备选长度

采用基于切割子模式的切割优化方法，分别计算N个合同在该备选长度下的最佳切割方案和综合评价指标；然后对备选长度

下N个合同进行填炉操作，并将填炉结果中合同的综合评价指标，按照合同的组批重量进行加权，得到电炉综合评价指标；所述切割子模式为L2坯长在后续生产中经轧制、切头尾、锯切、切定尺得到成品的过程中涉及的参数的组合；所述L2坯长为在实际生产中由原料经第一次切割所得的管坯长度；

对备选长度

下N个合同进行填炉操作具体为：将已组批重量W_done初始化为0；从综合评价指标最大的合同开始，设合同n的需组批重量为w_n，若W_done+w_n≤W，则合同n被组批至当前电炉，W_done＝W_done+w_n，继续选择下一个合同；若W_done+w_n＞W，则表明当前电炉已被填满，此时将合同n的部分重量W-W_done组批至当前电炉，并修改合同n的剩余重量为w_n＝w_n-(W-W_done)，直接结束备选长度

的填炉操作；

(3.3)选取电炉综合评价指标最高的电炉作为最终组批结果之一保存，包括电炉的第一铸坯长度和电炉中合同在该第一铸坯长度下的最佳切割方案；从所有合同中减去这个新确定的电炉中涉及的合同及其组批重量，更新合同状态；

(3.4)重复步骤(3.1)～(3.3)，直至所有合同的剩余组批重量均为0。

3.根据权利要求2所述的基于滚动填炉策略的钢管合同组批方法，其特征在于，所述步骤四通过如下的子步骤来实现：

(4.1)对于某一电炉，由步骤(3.1)中的备选长度集中剔除已确定的第一铸坯长度，得到第二铸坯长度的备选长度集；假设有K个备选长度

则有K种备选组批方案

对于每种备选组批方案，采用基于切割子模式的切割优化方法分别计算电炉中所有合同在L₁长度下的最佳切割方案和综合评价指标、L₂长度下的最佳切割方案和综合评价指标；对于每个合同，选择综合评价指标高的最佳切割方案对应的铸坯长度作为该合同在该备选组批方案中的最终申请的铸坯长度，再根据合同的组批重量加权计算该备选组批方案的电炉综合评价指标；

(4.2)选择电炉综合评价指标最高的备选组批方案作为该电炉最终要申请的组批结果，包含两个铸坯长度L₁、L₂及它们各自对应的组批重量。

4.根据权利要求3所述的基于滚动填炉策略的钢管合同组批方法，其特征在于，步骤(4.1)和步骤(3.2)中的基于切割子模式的切割优化方法计算某一备选长度的铸坯在某一合同下的最佳切割方案和综合评价指标的具体步骤如下：

①根据该合同及相应轧制表的信息，计算该合同的轧制锯切标准，包括穿孔延伸系数K_extend1、空减延伸系数K_extend2、连轧延伸系数K_extend3、张减延伸系数K_extend4、第一次切割损耗SP12、切头尾余量SP23、锯切倍尺k_saw、切定尺余量SP440、辅助交货长度l_4act、可行锯切长度l_saw；

其中，穿孔、空减、连轧、张减四道工序的延伸系数

其中，I为{1,2,3,4}中的任一正整数；

所述第一次切割损耗SP12为机器第一次切割损耗的平均值；

所述切头尾余量SP23＝轧制表张减长度-轧制表有效长度；

所述锯切倍尺k_saw为由轧制表提供的计划坯长的锯切长度l_saw0获得的成品个数；

所述切定尺余量SP440的计算公式如下：

其中，l_from为合同的交货长度起始值；

所述辅助交货长度l_4act为带有切定尺余量SP440的交货长度，计算公式如下：

其中，

为非定尺合同的最大锯切长度，即轧制机器的最大允许长度；l_to为合同的交货长度终止值；

所述可行锯切长度的计算公式如下：

②计算该合同计划坯长的切割子模式，具体为：

根据轧制表提供的计划坯长的有效长度l_valid0、锯切长度l_saw0，计算计划坯长的切割子模式中其他参数，包括锯切个数n_saw0、剩余长度l_remain0、成品个数n_pro0、辅助交货长度l_4act0，所述参数中的下标0表示参数在计划坯长下的对应值，计算公式如下：

l_remain0＝l_valid0-l_saw0×n_saw0

l_4act0＝l_saw0/k_saw

其中，

是向下取整符号；

将该合同需轧制的铸坯重量折算为轧制锯切后需要得到的辅助交货长度的总长度，定义为L_reqr，计算公式为：

L_reqr＝轧制表提供的计划根数×n_pro0×l_4act0

③根据坯料材质和成品类型，修正该合同对各道工序的长度限制；

④核对合同是否为以下情况，若是，进行相应的处理：

首先判断合同是否为冷拔无缝或冷轧无缝合同，若是，则将此类合同上的冷轧后的成品长度作为交货长度，在该类合同的热轧生产过程中用锯切长度作为此类合同的辅助交货长度；然后判断计划坯长的切割子模式中剩余长度/锯切长度的比值是否大于等于0.9，若是：将剩余长度设为0，增加1个锯切长度来反推计算L2坯长；若反推得到的L2坯长满足工序长度限制，据此修改计划坯长，并重新计算合同的轧制锯切标准的参数；若反推得到的L2坯长不满足工序长度限制，则仍按照轧制表提供的原计划坯长为准；

最后判断计划坯长的切割子模式中锯切长度为n倍尺时，剩余长度/锯切长度的比值是否小于

其中，n为正整数，若是，则将剩余长度置为0，重新计算该合同的计划坯长的成品个数及合同需轧制的总长度；若否，则不作处理；

⑤将机器对各工序的长度限制以及最大最小坯长的限制折算为与L2坯长相同管坯截面积时的长度，取所有长度的并区间为该合同的L2坯长的可行范围，记为L2_min～L2_max；

⑥逆推该合同的所有可行切割子模式；对于定尺合同，遍历L2坯长可能生产的成品个数n_pro，反推得到此L2坯长对应的切割子模式的剩余长度的成品个数k_remain、锯切个数n_saw、剩余长度l_remain、L2坯长的有效长度l_valid、L2坯长L_feas的值；对于非定尺合同，因其辅助交货长度和锯切长度是可变区间范围，因此反推时需通过遍历L2坯长可能的成品个数n_pro，得到此L2坯长对应的切割子模式的剩余长度的成品个数k_remain、锯切个数n_saw以及剩余长度l_remain、L2坯长的有效长度l_valid、L2坯长L_feas三个参数的上限和下限，并用区间表示l_remain、l_valid、L_feas；舍弃当中不能满足L2_min≤L_feas≤L2_max的结果；

⑦对于该备选长度的铸坯，判断备选长度是否为该合同的计划坯长的整数倍，若是，直接等分切割成整数个计划坯长，即为该备选长度的铸坯关于该合同的最佳切割方案，利用下式计算该切割方案的综合评价指标；若不是，继续执行步骤⑧；

其中，x_k为切割方案中第k个切割子模式的L2坯长的个数；

为第k个切割子模式的L2坯长、成品个数和辅助交货长度；θ为利用率和生产效率的加权因子，0≤θ≤1；对于铸坯长度为计划坯长的整数倍的情况，第k个切割子模式即是步骤一中的计划坯长的切割子模式；

⑧遍历可能的等分个数，根据得到的实际坯长确定对应的切割子模式，按照和步骤⑦相同的综合评价指标计算公式计算综合评价指标值，不断更新当前综合评价指标最高的切割方案，遍历结束后保留的切割方案即为该备选长度的铸坯关于该合同的最佳切割方案；若该合同拟定申请的该备选长度的铸坯数量不大于铸坯并行切割的最大数量，或最佳等分切割方案的成材率低于预设阈值时，需要考虑对铸坯进行长短搭配的切割方式，继续执行步骤⑨；

⑨遍历该铸坯的所有可能的长短搭配切割方案，按和步骤⑦相同的公式计算综合评价指标值，不断更新当前综合评价指标最高的切割方案；遍历结束后保留的切割方案即为该备选长度的铸坯关于该合同的最佳切割方案。

Images