韦恩泽
太钢钢铁集团不锈钢股份公司 山西省 太原市 030003
摘要：炼钢连铸生产调度是在保证连铸的前提下，以炉次为最小规划单元，追求一定的评价函数（如最小等待时间、最小提前时间）? 提出了一个多任务、多阶段、多并行机的混合flow-shop调度问题。最终的结果是确定从转炉（CF）到精炼炉（RF）再到连铸机（CC）的钢水生产过程的时间、设备和顺序。生产工艺如图1所示，为了突出主要矛盾，只考虑以下三种主要生产设备：转炉、精炼炉和连铸机? 不考虑中间车辆（其容量足够），但在安排运行计划时将考虑其运输时间。精炼过程考虑1-4次精炼。已知连铸机上炉的操作顺序和连铸机的启动时间，知道设备的加工时间和设备间的运输时间。换流站和精炼站的加热操作设备应进行选择，并确定各设备的操作时间。以工序间等待时间最短、设备负荷最均衡为目标，考虑了同一工序顺序、机连不冲突的约束条件。
关键词：炼钢连铸 混合智能 优化调度
前言：钢铁生产、精炼和挤压是钢铁生产和挤压的三个重要工序。钢铁企业发展钢材和挤压技术是大势所趋与一个国家钢铁技术的发展。高炉铁水通过将转炉熔炼成高温熔化的钢，然后通过精炼炉进行精炼，以控制其化学成分和温度。这不容易。最后流入连铸箱，通过浇铸形成不同形状的板材。这一工艺系列要求严格控制每一道工序、温度和时间。控制和检查网络。它不仅影响生产的连续性，而且可以加快各工厂的生产效率，以提高效率和质量，缩短时间。这个过程非常重要[1]。
多阶段、多阶段装置、不同精炼权重的钢铁生产和连铸生产计划问题是一个考虑工艺设施分布和工艺规划的模型。提出了一种基于专家系统配置、基于人机交互的邻域搜索和基于模型转换的时间优化的非线性规划模型三阶段钢生产与连铸混合智能优化规划方法。将该调度方法应用于某大型钢厂的生产计划中，可以减少钢水的冗余等待。在时间和设备负荷方面取得了显著效果。
一、炼钢连铸调度数学模型
（一）基本假设
① 本文以炼钢炉、精炼炉和连铸机为研究对象，忽略了其它运输工具对时间的影响。② 连铸机的工艺顺序对应于浇铸次数、浇铸次数和连铸开始时间被设置为已知条件。③ 同一台连铸机上各铸件的开始时间均能满足铸件调整时间的要求。④ 机器k在热处理计划I和操作J下所花费的时间是已知的[2]。
（二）连铸调度策略
钢铁和连铸生产是现代钢铁企业生产过程中的核心工序，其中特别包括钢铁生产、精炼和连铸的一体化作业计划。生产过程对钢液的温度和时间要求很高。将基于多阶段模糊综合评判的混合智能调度方法应用于某大型钢厂的生产计划中，大大缩短了计划时间，降低了计划成本。钢水的等待时间提高了设备的利用率。
由于目前还没有有效的方法来解决非线性规划问题，即使专家系统能够解决炼钢和连铸的生产调度问题，专家系统也只能对其稳定性和调度计划进行调整和满足要求，而对于非线性规划问题并不能真正达到寻找最优解的目的，简单地用数学方法求解问题只能得到事半功倍的结果。因此，将炼钢连铸调度问题分为三个问题来降低难度。针对这三个问题，采用专家系统与数学规划相结合的方法，快速得到可行的最优解，并通过应用取得了成功的结果。
二、基于专家系统的设备指派
如前一假设中所述，连铸机和熔炉计划的顺序是已知的。因此，在计算过程中采用了专家系统方法。推理机通过专家系统的知识库，为每台炉选择合适的炼钢炉设备和精炼设备，并为每台设备的炼钢工艺提供方案。
（一）基于关系数据库的知识库
由于专家系统方法数据库中存储了大量有价值的经验和专业技术人员的规范操作标准，为了提高检索效率，加快求解速度，对数据库中的经验和规则进行了预先分类，可分为设备规则，时间规则、过程规则、设备选择规则等，与图书馆检索系统一样，为这些规则设置索引号，以便根据索引号的匹配规则进行快速检索，提高检索效率，减少无效检索的时间浪费[3]。
（二）推理机
该推理机由两部分组成：一部分是前向推理机，由于热启动时间的不同而影响连铸机的运行时间。因此，有必要借助前向推理机，根据连铸机的启动时间来提前判断连铸机的运行时间。另一种是反向推理机，它根据连铸机的运行时间，选择合理有效的工艺方案进行热处理。
（三）基于人机交互的邻域搜索
本文建立邻域的方法有两种：一种是基于邻域结构的交换运动，即两个不同的设备交换一个热处理方案，或两个热处理方案的位置相同的设备；第二种是基于插入移动的邻域构造，即每个操作设备上的一个计划移动被插入到另一个操作设备中。这两种方法具有实时反馈、可修改反馈和直观反馈三个特点。
（四）基于模型转换的时间优化
由于上述方法有助于解决热力调度中设备与工艺之间的矛盾，但可能对时间产生不利影响，因此在第三部分提出了两种时间优化模型：第一种是时间优化模型，第二种是模型转换。
三、应用实例
（一）应用背景
该炼钢厂年生产额过亿，生产数百种高难度的产品。将第一阶段给出的专家系统方法应用到炼钢、连铸的实际生产过程中，为每一个生产过程提供参考，如解决炉排中的设备选型问题，根据同一设备不同工序的运行时间，确定设备选型。
（二）炼钢连铸混合智能调度方法
这两种方法在工艺和设备的约束下，将转炉设备和精炼炉设备分配到每炉次，并根据每炉次的启动时间确定每台操作设备的加工时间。利用多级模糊综合评判模型，根据排队等候时间、设备利用率和排队次数对后两种方法的评价结果进行综合评判。根据综合指标值确定实际调度计划[4]。
四、 基于规则的专家调度方法
（一）基于关系数据库的知识库
为了提高搜索效率，系统在知识库中分类了120多条规则：① 设备分类规则：包括设备可用规则、设备故障处理规则等。② 工艺规程：除渣规程、脱磷规程、钢种确定规程、炉况限制规程等。③ 时间规则：包括设备冲突解决规则、中断施法解决规则、施法时间计算规则。④ 设备选型规则：转炉选型规则、精炼炉选型规则等，知识库的分类模式如图3所示，构建了基于关系数据库的知识库系统，主要由规则先行库、规则先行库、综合库、数据库等组成，词典数据库和口译数据库。规则用产生式表示
（二）基于多级模糊综合的评价方法
根据钢铁生产和连铸计划的特点，建立了多阶段、综合评价的模糊系统（见图4），用于在计划的基础上对时间计划进行快速评价。根据评价指标确定实际方案。{U1，U2，U3}={车站等待时间，设备，车站等待次数}。为确定指标权重，采用层次分析法（AHP）和评分集={好，好，平均，差，差}。等待时间越短，设备利用率越高，队列越少。
结语：钢铁及连铸系统的生产计划与规划一直是工业技术的前沿领域，也是该领域的研究热点。本文研究的是多设备、多工序、多功能。针对复杂的生产计划问题，提出了一种混合智能调度算法，并在工程实践中得到了成功应用。应用结果表明，该方法有效地改变了人工操作流程，降低了成本。它可以缩短计划时间，缩短钢水等待时间，提高设备质量的利用率。
参考文献：
[1]赵俊豪. 钢铁企业热电系统优化调度方法研究及应用[D]. 大连理工大学, 2019,21(23):45-46.
[2]李强. 炼钢—连铸生产动态调度方法研究及应用[D]. 东北大学, 2019，12(34):45-46.
[3]俞胜平. 炼钢—连铸生产重调度软件系统的研究[D]. 东北大学, 2019，67(31):56-57.
[4]史玉良, 张坤, 荣以平,等. 智能电网系统中费控服务的优化调度研究[J]. 计算机学报, 2020,1043(002):272-285.