提高鋼鐵企業(yè)材料利用率的熱軋多產(chǎn)線板坯匹配控制方法
【專利摘要】一種提高鋼鐵企業(yè)材料利用率的熱軋多產(chǎn)線板坯匹配控制方法，包括：對板坯和合同進行分組得到板坯合同組；依據(jù)板坯-合同規(guī)格匹配判據(jù)，判斷每個板坯合同組內(nèi)板坯與合同的待匹配關(guān)系；定量化描述板坯匹配問題；將無委托板坯匹配給合同；定量化描述板坯匹配調(diào)整問題；對所有板坯與合同的匹配關(guān)系進行調(diào)整，形成最終的板坯匹配方案并下發(fā)至多熱軋產(chǎn)線執(zhí)行，完成熱軋多產(chǎn)線板坯匹配。本發(fā)明提高了無委托板坯的利用率，同時減少重復(fù)煉鋼造成的大量的能源浪費，減少了原料的消耗，降低余材量及庫存量，針對板坯與合同匹配關(guān)系的調(diào)整問題，使板坯與現(xiàn)有合同能夠優(yōu)化匹配，有效的提高合同的完整性，減少余材量及板坯切損量，保證緊急合同按時交貨。
【專利說明】提高鋼鐵企業(yè)材料利用率的熱軋多產(chǎn)線板坯匹配控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及自動化【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種提高鋼鐵企業(yè)材料利用率的熱軋多產(chǎn) 線板坯匹配控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 鋼鐵工業(yè)作為基礎(chǔ)原材料產(chǎn)業(yè)，對整個國民經(jīng)濟的發(fā)展具有非常重要的戰(zhàn)略意 義。在當(dāng)今競爭高度激烈的市場環(huán)境下，鋼鐵產(chǎn)品市場逐步從過去單一批量需求轉(zhuǎn)變方式 為多樣、小批量的需求方式。然而，這種需求方式的轉(zhuǎn)變給鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)組織帶來諸多困 難和挑戰(zhàn)，板坯生產(chǎn)需要在滿足合同的多樣化需求的前提下，盡量減少資源浪費，降低生產(chǎn) 成本。
[0003] 煉鋼轉(zhuǎn)爐和電爐屬于高能耗的大型設(shè)備，啟動和運行成本非常高，煉鋼是制約鋼 鐵總體產(chǎn)能的瓶頸工序，所以在生產(chǎn)過程中必須充分發(fā)揮產(chǎn)能。而鋼鐵企業(yè)為了在市場競 爭中獲得優(yōu)勢，需要滿足市場多樣化的要求，從而導(dǎo)致中間合同（熱軋板坯）或最終合同 (如熱軋帶鋼）的需求在鋼級、規(guī)格、物理特性、交貨期等諸因素之間存在一定多樣性差別。 而這些差異直接影響煉鋼的組爐，即爐次的合同組合。隨著鋼鐵市場合同趨于多品種、小批 量，同一爐次計劃內(nèi)的板坯總量往往低于生產(chǎn)所要求的最低生產(chǎn)量，這導(dǎo)致了大量無委托 板坯的產(chǎn)生。此外，當(dāng)客戶訂單取消時，如果合同已經(jīng)投產(chǎn)也會產(chǎn)生無委托板坯。無委托板 坯指沒有客戶合同的板坯，它的產(chǎn)生會導(dǎo)致庫存量增加，如果不能充分利用這部分板坯，還 會造成重復(fù)煉鋼，合同拖期，板坯切損量高，熱裝率低等問題，不但增加企業(yè)的生產(chǎn)成本，降 低客戶滿意度，同時造成資源和能源的浪費，增加二氧化碳的排放量，加劇環(huán)境污染。為了 克服上述問題，計劃員需要根據(jù)客戶需求將無委托板坯匹配給有欠量的合同，即制定板坯 匹配計劃。
[0004] 除此以外，由于以下生產(chǎn)管理組織的變化及客戶需求的變化等原因需要對板坯和 訂單進行重組，即板坯匹配調(diào)整：（1)連鑄機在生產(chǎn)板坯時，由于板坯寬度的調(diào)整可能使得 交接坯的規(guī)格不符合合同要求，或者由于異種連澆（一般是指相近鋼種的連澆）可能會導(dǎo) 致交接坯在質(zhì)量上不符合合同要求，從而導(dǎo)致了不滿意的板坯與合同匹配關(guān)系。（2)由于后 工序的廢料使得一些緊急的合同（交貨時間緊急）缺少板坯，為保證合同的按時交貨，因此 有必要調(diào)整板坯和合同的匹配關(guān)系。（3)當(dāng)客戶訂單在鋼級、尺寸、重量變更時，按原有合同 訂單要求已經(jīng)生產(chǎn)的板坯已經(jīng)不能適合滿足變更后合同的要求。
[0005] 中國大部分鋼鐵企業(yè)都具有多條熱軋產(chǎn)線，且各個產(chǎn)線加工的板坯規(guī)格有重疊。 由于數(shù)據(jù)規(guī)模大、問題復(fù)雜，計劃員制定板坯匹配與調(diào)整計劃時通常將各個熱軋產(chǎn)線分開 考慮，但是從整個熱軋工序考慮，這樣的匹配與調(diào)整方案并不是最優(yōu)的。綜合考慮多個產(chǎn)線 的板坯匹配與調(diào)整計劃，能夠擴大優(yōu)化空間，最大程度的降低成本和原料消耗，提高原料的 利用率，增加企業(yè)的利潤空間和增強企業(yè)競爭力。
[0006] 目前，鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過程中下發(fā)的板坯匹配計劃與調(diào)整計劃均為手工操作，大部 分操作人員是參照書面報表制定計劃，只有個別先進的企業(yè)是基于ERP信息平臺完成，但 此類平臺只提供數(shù)據(jù)信息，不具備自動優(yōu)化的功能，計劃依然是基于經(jīng)驗或簡單的規(guī)則進 行制定。在面對大量的數(shù)據(jù)信息和復(fù)雜的匹配規(guī)則時，操作人員很難準(zhǔn)確、快速制定高效合 理的方案，造成匹配不合理，無法做到全局優(yōu)化，從而導(dǎo)致板坯利用低、資源能源損耗大、庫 存高、合同拖期嚴(yán)重等問題。因此，鋼鐵企業(yè)迫切需要有效的優(yōu)化技術(shù)，能夠快速、高效地解 決復(fù)雜的大規(guī)模板坯匹配與匹配調(diào)整問題，以降低生產(chǎn)及庫存成本、減少資源及能源損耗、 縮短生產(chǎn)周期、提高按期交貨能力。
[0007] 國內(nèi)外已有一些文獻和專利對類似問題進行了相關(guān)研究，Tang等（L.X.Tang,J. X.Luo,J.Y.Liu.ModellingandaTabuSearchSolutionfortheSlabReallocation ProbleminSteelIndustry)申請?zhí)枮?01210101494. 3的中國專利"一種提高鋼鐵企業(yè) 板坯利用率的板坯與合同轉(zhuǎn)用匹配方法"）研究了兩種類型的單一產(chǎn)線的板坯轉(zhuǎn)用匹配方 法，分別設(shè)計了不同的智能算法進行求解。
[0008]Vasko等（F.J.Vasko,M.L.Cregger，K.L.Stott,L.R>Woodyatt.Assigningslabs toorders:Anexampleofappropriatemodelformulation.Computer&Industrial Engineering. 1994. 26:797-800)及唐立新等申請?zhí)枮?201210073591. 6"的中國專利"熱 軋板坯前庫剩余板坯的分配方法及裝置"均研究了單一產(chǎn)線的剩余板坯匹配方法。其中 Vasko研究的為板坯可以被切割的板坯匹配問題，目標(biāo)為最小化板坯的切損量，而唐立新等 研究的為板坯不能被切割的板坯匹配問題，目標(biāo)考慮了包括最小化板坯切損量在內(nèi)的多個 實際管理目標(biāo)。
[0009] 在上述解決方案中，都是針對單一產(chǎn)線的剩余板坯與合同的匹配，均未涉及多條 產(chǎn)線的板坯與合同的整體優(yōu)化匹配及調(diào)整，且沒有考慮板坯庫區(qū)，在庫時間以及匹配與調(diào) 整方案對物流費用的影響。之前的研究和專利都是分別針對板坯匹配或者板坯匹配調(diào)整問 題進行的研究，本專利將兩者集成起來進行考慮，具有更好的全局最優(yōu)性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種提高鋼鐵企業(yè)材料利用率的熱軋多產(chǎn) 線板坯匹配控制方法。
[0011] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0012] 一種提高鋼鐵企業(yè)材料利用率的熱軋多產(chǎn)線板坯匹配控制方法，包括以下步驟：
[0013] 步驟1:按照鋼級對板坯和合同進行分組得到板坯合同組；
[0014] 板坯包括所有無委托板坯及已匹配給合同的板坯；
[0015] 步驟I. 1:按照鋼級優(yōu)充關(guān)系對鋼級進行分組：首先任意選擇一鋼級，將該鋼級和 與其具有鋼級優(yōu)充關(guān)系的鋼級組成一個鋼級組，如果該鋼級與其他鋼級均不存在鋼級優(yōu)充 關(guān)系，則該鋼級單獨作為一鋼級組；以任意順序?qū)]有分組的鋼級與所有形成的鋼級組進 行比較，如果沒有分組的鋼級與某一鋼級組中的鋼級存在鋼級優(yōu)充關(guān)系，則將該沒有分組 的鋼級加入到該鋼級組中，否則該沒有分組的鋼級單獨作為一鋼級組，直至所有鋼級均被 分到鋼級組中；
[0016] 鋼級優(yōu)充關(guān)系是指在匹配板坯時某一個鋼級與另一個鋼級之間的可替代關(guān)系；
[0017] 步驟1. 2 :若板坯的鋼級和合同的鋼級屬于同一鋼級組，則將該板坯和合同分配 至該鋼級組；
[0018] 步驟2 :依據(jù)板坯-合同規(guī)格匹配判據(jù)，判斷每個板坯合同組內(nèi)板坯與合同的待匹 配關(guān)系，即判斷給定板坯與指定合同是否匹配，若板坯合同組內(nèi)板坯與合同符合板坯-合 同規(guī)格匹配判據(jù)，則該板坯與合同存在待匹配關(guān)系，構(gòu)成一個板坯合同對，否則，該板坯與 合同不存在待匹配關(guān)系；
[0019] 板坯-合同規(guī)格匹配判據(jù)：
[0020] 1)當(dāng)板坯的鋼級與合同所需的鋼級相同或存在鋼級優(yōu)充關(guān)系時，稱板坯與合同鋼 級匹配；
[0021] 2)當(dāng)板坯的寬度在合同規(guī)定的板坯寬度上下限之間時，稱板坯與合同寬度匹配；
[0022] 3)當(dāng)板坯的重量在合同規(guī)定的重量上下限之間時，稱板坯與合同重量匹配；
[0023] 4)當(dāng)板坯的長度在合同規(guī)定的長度上下限之間時，稱板坯與合同長度匹配；
[0024] 5)每個合同都有指定的熱軋產(chǎn)線，匹配給合同的板坯需要在合同指定的卷取機進 行卷取操作，板坯的重量不可超出卷取機的承重極限，當(dāng)板坯的重量在合同指定的卷取機 的承重極限內(nèi)時，稱板坯與合同極限重量匹配；
[0025] 步驟3 :定量化描述板坯匹配問題；
[0026] 步驟3. 1 :選擇板坯匹配決策變量Xkijl;
[0027] 板坯匹配決策變量Xkijl表示處于板坯庫k的板坯i與需要在產(chǎn)線1上加工的合同 j的匹配關(guān)系，當(dāng)板坯庫k內(nèi)的板坯i匹配給產(chǎn)線1的合同j時，取值為1;否則，為0;
[0028] 步驟3. 2 :定量化描述板坯匹配目標(biāo)；
[0029] 板坯匹配目標(biāo)包括：最小化板坯與合同的匹配差異成本、最小化未匹配板坯成本、 最大化板坯和合同的優(yōu)先級獎勵費用、最小化合同未完成成本；
[0030]其中：
[0031] (1)最小化板坯與合同的匹配差異成本
[0032] 板坯與合同的匹配差異成本包括：由將品質(zhì)高的板坯匹配給品質(zhì)要求低的合同導(dǎo) 致的品質(zhì)差異匹配成本；由板坯的規(guī)格與合同要求的規(guī)格不匹配所導(dǎo)致的規(guī)格差異匹配成 本；由將板坯匹配給不同熱軋產(chǎn)線的合同所導(dǎo)致的轉(zhuǎn)庫物流成本；
[0033] (2)最小化未匹配板坯成本
[0034] 將盡可能多的無委托板坯匹配給有板坯需求的合同，減少未匹配的板坯以提高材 料的利用率，從而減少重復(fù)煉鋼造成的能源消耗；
[0035] (3)最大化板坯和合同優(yōu)先級獎勵費用
[0036] 根據(jù)合同的集批情況、合同流向、材料申請寬裕量、合同狀態(tài)、合同類別確定合同 優(yōu)先級，板坯優(yōu)先匹配給優(yōu)先級獎勵費用高的合同；根據(jù)板坯在庫時間、板坯所在庫位確定 板坯優(yōu)先級，優(yōu)先匹配優(yōu)先級獎勵費用高的板坯；
[0037] (4)最小化合同未完成成本
[0038] 合同完成指合同既不存在欠量也不存在超量；
[0039] 步驟3. 3:定量化描述指定板坯匹配方案的工藝約束：
[0040] (1)生產(chǎn)工藝約束：每塊板坯最多允許匹配給一個合同；
[0041] (2)合同需求量約束：匹配給合同的板坯重量應(yīng)在合同需求范圍之內(nèi)，余材量不 能超過匹配給合同的任意一塊板坯的重量；
[0042] 余材量即匹配給合同的板坯總量與合同需求量的差；
[0043] 步驟4 :針對每個板坯合同組內(nèi)無委托板坯與合同信息，基于步驟2中的板坯與合 同的待匹配關(guān)系和步驟3中定量化描述的板坯匹配問題，將無委托板坯匹配給合同；
[0044] 步驟4. 1 :創(chuàng)建初始板坯匹配方案集，包括匹配成本低的匹配方案和分散性好的 匹配方案，分散性好的匹配方案是指與匹配成本低的匹配方案差別最大的若干匹配方案；
[0045] 基于最小化板坯與合同的匹配差異成本的板坯匹配目標(biāo)，采用不同的貪婪啟發(fā)式 構(gòu)造初始匹配方案集；
[0046] 啟發(fā)式1 :利用與合同存在待匹配關(guān)系的板坯個數(shù)和板坯與合同的匹配差異成本 來選擇板坯及其所匹配的合同，即將所有板坯合同對按照與合同存在待匹配關(guān)系的板坯個 數(shù)由小到大排序，將同一合同對應(yīng)的板坯按照匹配差異成本從小到大排序，從第一個板坯 合同對開始，選擇有合同需求量的板坯合同對，在滿足工藝約束的前提下，將所選板坯合同 對中的板坯匹配給所對應(yīng)的合同，之后，按照上述方法匹配下一個板坯，直到所有板坯被匹 配，形成匹配方案1 ;
[0047] 啟發(fā)式2 :利用最小化板坯與合同的匹配差異成本來選擇板坯合同對，即將板坯 合同對按照匹配差異成本從小到大排序，從第一個板坯合同對開始，在滿足工藝約束的前 提下，將板坯合同對中的板坯分給對應(yīng)的合同，形成匹配方案2 ;
[0048] 啟發(fā)式3 :利用合同優(yōu)先級來選擇板坯合同對，即將板坯合同對按照合同優(yōu)先級 由高到低排序，將同一合同對應(yīng)的板坯按照匹配差異成本從小到大排序，從第一個板坯合 同對開始，在工藝約束的前提下，將板坯合同對中的板坯分給對應(yīng)的合同，形成匹配方案 3 ；
[0049] 啟發(fā)式4 :利用板坯優(yōu)先級來選擇板坯合同對，即將所有板坯合同對按照板坯優(yōu) 先級由高到低排序，將同一板坯對應(yīng)的合同按照匹配差異成本從小到大排序，從第一個板 坯合同對開始，在滿足工藝約束的前提下，將板坯合同對中的板坯分給對應(yīng)的合同，形成匹 配方案4 ;
[0050] 啟發(fā)式5 :利用最小化匹配差異成本和合同優(yōu)先級來選擇板坯合同對，即將所有 板坯合同對按照匹配差異成本從小到大排序，將具有相同匹配差異成本的板坯合同對按照 合同優(yōu)先級由高到低排序，從第一個板坯合同對開始，在滿足工藝約束的前提下，將板坯合 同對中的板坯分給對應(yīng)的合同，形成匹配方案5 ;
[0051] 啟發(fā)式6 :利用最小化匹配差異成本和板坯優(yōu)先級來選擇板坯合同對，即將所有 板坯合同對按照匹配成本從小到大排序，將具有相同匹配差異成本的板坯合同對按照合同 優(yōu)先級由高到低排序，從第一個板坯合同對開始，在滿足工藝約束的前提下，將板坯合同對 中的板坯分給對應(yīng)的合同，形成匹配方案6 ;
[0052] 啟發(fā)式7 :利用合同優(yōu)先級和板坯優(yōu)先級來選擇板坯合同對，即將所有板坯合同 對按照合同優(yōu)先級由高到低排序，將同一合同優(yōu)先級的板坯按照板坯優(yōu)先級由高到低排 序，從第一個板坯合同對開始，在滿足工藝約束的前提下，將板坯合同對中的板坯分給對應(yīng) 的合同，形成匹配方案7 ;
[0053] 步驟4. 2 :創(chuàng)建參考匹配方案集；
[0054] 根據(jù)步驟3. 2的匹配目標(biāo)，從初始匹配方案集合中選出Nl個匹配成本低的匹配方 案和N2分散性好的匹配方案組成參考匹配方案集；
[0055] 步驟4. 3 :終止條件判斷：如果步驟4. 2迭代次數(shù)達到終止迭代次數(shù)，則執(zhí)行步驟 4. 7,否則執(zhí)行步驟4.4 ;
[0056] 步驟4. 4:從參考匹配方案集中產(chǎn)生匹配方案子集，即參考匹配方案集中的一個 匹配成本低的匹配方案與任意兩個匹配方案組成一個匹配方案子集；
[0057] 步驟4. 5:組合新的匹配方案：將匹配方案子集中的匹配方案重新進行組合來產(chǎn) 生新的匹配方案；
[0058] 步驟4. 6 :采用局部搜索算法和新鄰域的方法對新的匹配方案進行優(yōu)化：對新的 匹配方案
[0059] 中的多個板坯進行匹配關(guān)系的交換，得到一組新匹配方案集；
[0060] 步驟4. 7:更新參考匹配方案集：若新匹配方案集中的匹配方案的匹配成本低于 參考匹配方案集中任意一匹配方案，則用此新匹配方案更新參考匹配方案集，執(zhí)行步驟 4. 4 ;否則，如果沒有新匹配方案產(chǎn)生，則重新產(chǎn)生N2個分散性好的新匹配方案，再加上原 參考匹配方案集中的Nl個匹配成本低的匹配方案作為初始匹配方案集，轉(zhuǎn)到步驟4. 2 ;如 果無法產(chǎn)生初始匹配方案集所需的新匹配方案，執(zhí)行步驟4. 8 ;
[0061] 步驟4.8:根據(jù)更新的參考匹配方案集中匹配成本最低的匹配方案將無委托板坯 匹配給合同；
[0062] 步驟5 :定量化描述板坯匹配調(diào)整問題；
[0063] 步驟5. 1 :選擇描述板坯與合同的匹配關(guān)系的決策變量Xkijl，表示處于板坯庫k的 板坯i與需要在產(chǎn)線1上加工的合同j的匹配關(guān)系，當(dāng)板坯庫k內(nèi)的板坯i匹配給產(chǎn)線1 的合同j時，取值為1 ;否則，為0 ;
[0064] 步驟5. 2:定量化描述板坯匹配調(diào)整目標(biāo)，包括：最小化板坯與合同的匹配差異成 本、最大化合同的優(yōu)先級、最小化合同未完成成本及最小化機組超負荷量；
[0065] 最小化板坯與合同的匹配差異成本，即最小化品質(zhì)差異匹配成本、最小化規(guī)格差 異匹配成本、最小化轉(zhuǎn)庫物流成本及最小化板坯重新匹配成本，其中，最小化板坯重新匹配 成本即在進行板坯匹配調(diào)整時盡量保持板坯與合同原有的匹配關(guān)系；
[0066] 最小化機組超負荷量即減少后續(xù)機組超負荷量；
[0067] 步驟5. 3:定量化描述板坯匹配調(diào)整方案的工藝約束：
[0068] 1)生產(chǎn)工藝約束：在板坯與合同匹配關(guān)系調(diào)整時僅對板坯與合同之間的匹配關(guān) 系進行調(diào)整，即要求不能進行脫板坯操作；
[0069] 2)后續(xù)機組生產(chǎn)能力約束：在板坯的后續(xù)加工中，所匹配給該機組的板坯重量需 達到機組的最小加工能力；
[0070] 3)合同需求量約束：匹配給合同的板坯重量應(yīng)在合同需求范圍之內(nèi)，余材量不能 超過匹配給合同的任意一塊板坯的重量；
[0071] 步驟6 :針對每組已匹配合同的板坯與合同信息，基于步驟2中的板坯與合同的待 匹配關(guān)系和步驟5中定量化描述的板坯匹配調(diào)整問題，對所有板坯與合同的匹配關(guān)系進行 調(diào)整，形成最終的板坯匹配方案；
[0072] 步驟7 :將最終的板坯匹配方案下發(fā)至多熱軋產(chǎn)線執(zhí)行，完成板坯匹配控制。
[0073]有益效果：
[0074] 針對鋼鐵企業(yè)中存在大量無委托板坯及板坯利用率低的問題，本發(fā)明提供一種提 高鋼鐵企業(yè)多產(chǎn)線材料利用率的板坯匹配與調(diào)整方法，提高了無委托板坯的利用率，同時 減少重復(fù)煉鋼造成的大量的能源浪費，減少了原料的消耗，降低余材量及庫存量，為企業(yè)節(jié) 省大量的生產(chǎn)和存儲成本。針對板坯與合同匹配關(guān)系的調(diào)整問題，使板坯與現(xiàn)有合同能夠 優(yōu)化匹配，有效的提高合同的完整性，減少余材量及板坯切損量，保證緊急合同按時交貨， 提1? 了客戶的滿意度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0075] 圖1是本發(fā)明【具體實施方式】的提高鋼鐵企業(yè)多產(chǎn)線材料利用率的板坯匹配控制 方法流程圖；
[0076] 圖2是本發(fā)明【具體實施方式】的將無委托板坯匹配給合同的流程圖；
[0077] 圖3是本發(fā)明【具體實施方式】的搜索鄰域示意圖，其中，（a)為1對1交換的搜索鄰 域，（b)m對m交換的搜索鄰域。

【具體實施方式】
[0078] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做詳細說明。
[0079] 本實施方式的實施需要如下硬件系統(tǒng)：至少一臺PC機；至少一個光纜或者電纜接 口；至少一臺路由器。由這些設(shè)備組成一個小型的局域網(wǎng)后連接到企業(yè)ERP系統(tǒng)（ERP系統(tǒng) 是指建立在信息技術(shù)基礎(chǔ)上，以系統(tǒng)化的管理思想，為企業(yè)決策層及員工提供決策運行手 段的管理平臺）中。在PC機中安裝MicrosoftSQLServer2000數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，設(shè)置硬件系 統(tǒng)的服務(wù)器地址、服務(wù)器端口、數(shù)據(jù)庫名稱、用戶名及密碼。
[0080] 對板坯和合同數(shù)據(jù)進行下載：下載的板坯信息字段包括：板坯號，原合同號（無委 托板坯原合同號為空），切割時間，板坯長度，板坯厚度，板坯寬度，板坯頭寬，板坯尾寬，板 坯重量，板坯去向，板坯狀態(tài)，板坯庫位，出錯代碼，材料組別，出鋼記號，轉(zhuǎn)庫計劃號，切割 計劃號，板述成分，夕卜購標(biāo)志；合同信息包括：合同號，BACKLOG(未完成訂單）號，出鋼記號， 合同狀態(tài)，合同性質(zhì)，合同訂貨量，訂貨公差上限，訂貨公差下限，成品重上限，成品重下限， 廠內(nèi)交貨期，用戶合同期，額定軋制厚度，申請欠量，乳制欠量，板坯寬上限，板坯寬下限，板 坯長上限，板坯長下限，板坯重下限，板坯重上限，材料組別，熱軋鋼卷去向，集批代碼，成品 板/卷寬度，煉鋼工序在庫量，熱軋工序在庫量，熱軋投料系數(shù)，合同的成分表，外購標(biāo)志。 這些數(shù)據(jù)是企業(yè)ERP系統(tǒng)自動生成的，并以文本的形式保存在指定的FTP服務(wù)器中。執(zhí)行 下載命令，即用FTP命令將下載以文本文件的形式存儲的數(shù)據(jù)文件到本機中，然后利用SQL 語句把文本文件中的信息讀入到SQLServer2000數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)表中，顯示下載成功后的 板坯和合同信息；數(shù)據(jù)下載完成之后，可以通過數(shù)據(jù)查詢與管理功能實現(xiàn)對現(xiàn)有的無委托 和全委托板坯以及用戶合同數(shù)據(jù)進行管理，包括對數(shù)據(jù)的增加、刪除、修改、查詢以及導(dǎo)出 等功能。根據(jù)實際生產(chǎn)需要設(shè)置參數(shù)，包括數(shù)據(jù)源選擇（參與匹配的合同和板坯條件，不參 與匹配的合同和板坯條件），優(yōu)先級設(shè)置（包括合同優(yōu)先級和板坯優(yōu)先級），匹配費用設(shè)置 (包括寬度匹配費用，厚度匹配費用，庫存費用等）。
[0081] 一種提高鋼鐵企業(yè)材料利用率的熱軋多產(chǎn)線板坯匹配控制方法，如圖1所示，包 括以下步驟：
[0082] 步驟1 :按照鋼級對板坯和合同進行分組得到板坯合同組；
[0083] 板坯包括所有無委托板坯及已匹配給合同的板坯；
[0084] 步驟I. 1 :按照鋼級優(yōu)充關(guān)系對鋼級進行分組：首先任意選擇一鋼級，將該鋼級和 與其具有鋼級優(yōu)充關(guān)系的鋼級組成一個鋼級組，如果該鋼級與其他鋼級均不存在鋼級優(yōu)充 關(guān)系，則該鋼級單獨作為一鋼級組；以任意順序?qū)]有分組的鋼級與所有形成的鋼級組進 行比較，如果沒有分組的鋼級與某一鋼級組中的鋼級存在鋼級優(yōu)充關(guān)系，則將該沒有分組 的鋼級加入到該鋼級組中，否則該沒有分組的鋼級單獨作為一鋼級組，直至所有鋼級均被 分到鋼級組中；
[0085] 鋼級優(yōu)充關(guān)系是指在匹配板坯時某一個鋼級與另一個鋼級之間的可替代關(guān)系；
[0086] 步驟1.2:若板坯的鋼級和合同的鋼級屬于同一鋼級組，則將該板坯和合同分配 至該鋼級組；
[0087] 步驟2 :依據(jù)板坯-合同規(guī)格匹配判據(jù)，判斷每個板坯合同組內(nèi)板坯與合同的待匹 配關(guān)系，即判斷給定板坯與指定合同是否匹配，若板坯合同組內(nèi)板坯與合同符合板坯-合 同規(guī)格匹配判據(jù)，則該板坯與合同存在待匹配關(guān)系，構(gòu)成一個板坯合同組，否則，該板坯與 合同不存在待匹配關(guān)系；
[0088] 板坯-合同規(guī)格匹配判據(jù)：
[0089] 1)當(dāng)板坯的鋼級與合同所需的鋼級相同或存在鋼級優(yōu)充關(guān)系時，稱板坯與合同鋼 級匹配；
[0090] 2)當(dāng)板坯的寬度在合同規(guī)定的板坯寬度上下限之間時，稱板坯與合同寬度匹配；
[0091] 3)當(dāng)板坯的重量在合同規(guī)定的重量上下限之間時，稱板坯與合同重量匹配；
[0092] 4)當(dāng)板坯的長度在合同規(guī)定的長度上下限之間時，稱板坯與合同長度匹配；
[0093] 5)每個合同都有指定的熱軋產(chǎn)線，匹配給合同的板坯需要在合同指定的卷取機進 行卷取操作，板坯的重量不可超出卷取機的承重極限，當(dāng)板坯的重量在合同指定的卷取機 的承重極限內(nèi)時，稱板坯與合同極限重量匹配；
[0094] 步驟3 :定量化描述板坯匹配問題；
[0095] 步驟3. 1 :選擇板坯匹配決策變量Xkijl;
[0096] 板坯匹配決策變量Xkijl表示處于板坯庫k的板坯i與需要在產(chǎn)線1上加工的合同 j的匹配關(guān)系，當(dāng)板坯庫k內(nèi)的板坯i匹配給產(chǎn)線1的合同j時，取值為1 ;否則，取值為0 ;
[0097] 步驟3. 2 :定量化描述板坯匹配目標(biāo)；
[0098] 板坯匹配目標(biāo)包括：最小化板坯與合同的匹配差異成本、最小化未匹配板坯成本、 最大化板坯和合同的優(yōu)先級獎勵費用、最小化合同未完成成本；
[0099] 其中：
[0100] 1)最小化板坯與合同的匹配差異成本
[0101] 板坯與合同的匹配差異成本包括：由將品質(zhì)高的板坯匹配給品質(zhì)要求低的合同導(dǎo) 致的品質(zhì)差異匹配成本；由板坯的規(guī)格與合同要求的規(guī)格不匹配所導(dǎo)致的規(guī)格差異匹配成 本；由將板坯匹配給不同熱軋產(chǎn)線的合同所導(dǎo)致的轉(zhuǎn)庫物流成本；
[0102] 所述由板坯的規(guī)格與合同要求的規(guī)格不匹配所導(dǎo)致的規(guī)格差異匹配成本包括由 板坯的寬度與合同要求的寬度不匹配所導(dǎo)致的規(guī)格差異匹配成本、由板坯的重量與合同要 求的重量不匹配所導(dǎo)致的規(guī)格差異匹配成本、由板坯的長度與合同要求的長度不匹配所導(dǎo) 致的規(guī)格差異匹配成本；
[0103] 將上述板坯與合同的匹配差異成本采用數(shù)學(xué)表達方式進行定量化描述，得到最小 化板坯與合同的匹配差異成本：
[0104]

【權(quán)利要求】
1. 一種提高鋼鐵企業(yè)材料利用率的熱軋多產(chǎn)線板坯匹配控制方法，其特征在于：包括 以下步驟： 步驟1:按照鋼級對板坯和合同進行分組得到板坯合同組； 步驟2 :依據(jù)板坯-合同規(guī)格匹配判據(jù)，判斷每個板坯合同組內(nèi)板坯與合同的待匹配關(guān) 系，即判斷給定板坯與指定合同是否匹配，若板坯合同組內(nèi)板坯與合同符合板坯-合同規(guī) 格匹配判據(jù)，則該板坯與合同存在待匹配關(guān)系，構(gòu)成一個板坯合同對，否則，該板坯與合同 不存在待匹配關(guān)系； 板坯-合同規(guī)格匹配判據(jù)： 1) 當(dāng)板坯的鋼級與合同所需的鋼級相同或存在鋼級優(yōu)充關(guān)系時，稱板坯與合同鋼級匹 配； 2) 當(dāng)板坯的寬度在合同規(guī)定的板坯寬度上下限之間時，稱板坯與合同寬度匹配； 3) 當(dāng)板坯的重量在合同規(guī)定的重量上下限之間時，稱板坯與合同重量匹配； 4) 當(dāng)板坯的長度在合同規(guī)定的長度上下限之間時，稱板坯與合同長度匹配； 5) 每個合同都有指定的熱軋產(chǎn)線，匹配給合同的板坯需要在合同指定的卷取機進行卷 取操作，板坯的重量不可超出卷取機的承重極限，當(dāng)板坯的重量在合同指定的卷取機的承 重極限內(nèi)時，稱板坯與合同極限重量匹配； 步驟3 :定量化描述板坯匹配問題； 步驟3. 1 :選擇板坯匹配決策變量 板述匹配決策變量^._//表不處于板述庫々的板述i與需要在產(chǎn)線7上加工的合同j前 匹配關(guān)系，當(dāng)板坯庫々內(nèi)的板坯i匹配給產(chǎn)線7的合同J時，取值為1;否則，為0; 步驟3. 2 :定量化描述板坯匹配目標(biāo)； 板坯匹配目標(biāo)包括：最小化板坯與合同的匹配差異成本、最小化未匹配板坯成本、最大 化板坯和合同的優(yōu)先級獎勵費用、最小化合同未完成成本； 其中： (1) 最小化板坯與合同的匹配差異成本 板坯與合同的匹配差異成本包括：由將品質(zhì)高的板坯匹配給品質(zhì)要求低的合同導(dǎo)致的 品質(zhì)差異匹配成本；由板坯的規(guī)格與合同要求的規(guī)格不匹配所導(dǎo)致的規(guī)格差異匹配成本； 由將板坯匹配給不同熱軋產(chǎn)線的合同所導(dǎo)致的轉(zhuǎn)庫物流成本； (2) 最小化未匹配板坯成本 將盡可能多的無委托板坯匹配給有板坯需求的合同，減少未匹配的板坯以提高材料的 利用率，從而減少重復(fù)煉鋼造成的能源消耗； (3) 最大化板坯和合同優(yōu)先級獎勵費用 根據(jù)合同的集批情況、合同流向、材料申請寬裕量、合同狀態(tài)、合同類別確定合同優(yōu)先 級，板坯優(yōu)先匹配給優(yōu)先級獎勵費用高的合同；根據(jù)板坯在庫時間、板坯所在庫位確定板坯 優(yōu)先級，優(yōu)先匹配優(yōu)先級獎勵費用高的板坯； (4) 最小化合同未完成成本 合同完成指合同既不存在欠量也不存在超量； 步驟3. 3 :定量化描述指定板坯匹配方案的工藝約束： (1)生產(chǎn)工藝約束：每塊板坯最多允許匹配給一個合同； (2)合同需求量約束：匹配給合同的板坯重量應(yīng)在合同需求范圍之內(nèi)，余材量不能超過 匹配給合同的任意一塊板坯的重量； 余材量即匹配給合同的板坯總量與合同需求量的差； 步驟4 :針對每個板坯合同組內(nèi)無委托板坯與合同信息，基于步驟2中的板坯與合同的 待匹配關(guān)系和步驟3中定量化描述的板坯匹配問題，將無委托板坯匹配給合同； 步驟4. 1 :創(chuàng)建初始板坯匹配方案集，包括匹配成本低的匹配方案和分散性好的匹配 方案，分散性好的匹配方案是指與匹配成本低的匹配方案差別最大的若干匹配方案； 步驟4. 2 :創(chuàng)建參考匹配方案集； 根據(jù)步驟3. 2的匹配目標(biāo)，從初始匹配方案集合中選出N1個匹配成本低的匹配方案和 N2分散性好的匹配方案組成參考匹配方案集； 步驟4. 3 :終止條件判斷：如果步驟4. 2迭代次數(shù)達到終止迭代次數(shù)，則執(zhí)行步驟4. 7， 否則執(zhí)行步驟4. 4 ; 步驟4. 4 :從參考匹配方案集中產(chǎn)生匹配方案子集，即參考匹配方案集中的一個匹配 成本低的匹配方案與任意兩個匹配方案組成一個匹配方案子集； 步驟4. 5 :組合新的匹配方案：將匹配方案子集中的匹配方案重新進行組合來產(chǎn)生新 的匹配方案； 步驟4. 6 :采用局部搜索算法和新鄰域的方法對新的匹配方案進行優(yōu)化：對新的匹配 方案中的多個板坯進行匹配關(guān)系的交換，得到一組新匹配方案集； 步驟4. 7 :更新參考匹配方案集：若新匹配方案集中的匹配方案的匹配成本低于參考 匹配方案集中任意一匹配方案，則用此新匹配方案更新參考匹配方案集，執(zhí)行步驟4. 4 ;否 貝U，如果沒有新匹配方案產(chǎn)生，則重新產(chǎn)生N2個分散性好的新匹配方案，再加上原參考匹 配方案集中的N1個匹配成本低的匹配方案作為初始匹配方案集，轉(zhuǎn)到步驟4. 2 ;如果無法 產(chǎn)生初始匹配方案集所需的新匹配方案，執(zhí)行步驟4. 8 ; 步驟4. 8 :根據(jù)更新的參考匹配方案集中匹配成本最低的匹配方案將無委托板坯匹配 給合同； 步驟5 :定量化描述板坯匹配調(diào)整問題； 步驟5. 1 :選擇描述板坯與合同的匹配關(guān)系的決策變量，表示處于板坯庫A的板坯 i與需要在產(chǎn)線7上加工的合同J前匹配關(guān)系，當(dāng)板坯庫々內(nèi)的板坯i匹配給產(chǎn)線7的合同 J時，取值為1 ;否則，為〇 ; 步驟5.2 :定量化描述板坯匹配調(diào)整目標(biāo)，包括：最小化板坯與合同的匹配差異成本、 最大化合同的優(yōu)先級、最小化合同未完成成本及最小化機組超負荷量； 最小化板坯與合同的匹配差異成本，即最小化品質(zhì)差異匹配成本、最小化規(guī)格差異匹 配成本、最小化轉(zhuǎn)庫物流成本及最小化板坯重新匹配成本，其中，最小化板坯重新匹配成本 即在進行板坯匹配調(diào)整時盡量保持板坯與合同原有的匹配關(guān)系； 最小化機組超負荷量即減少后續(xù)機組超負荷量； 步驟5. 3 :定量化描述板坯匹配調(diào)整方案的工藝約束： 1) 生產(chǎn)工藝約束：在板坯與合同匹配關(guān)系調(diào)整時僅對板坯與合同之間的匹配關(guān)系進行 調(diào)整，即要求不能進行脫板坯操作； 2) 后續(xù)機組生產(chǎn)能力約束：在板坯的后續(xù)加工中，所匹配給該機組的板坯重量需達到 機組的最小加工能力； 3)合同需求量約束：匹配給合同的板坯重量應(yīng)在合同需求范圍之內(nèi)，余材量不能超過 匹配給合同的任意一塊板坯的重量； 步驟6 :針對每組已匹配合同的板坯與合同信息，基于步驟2中的板坯與合同的待匹 配關(guān)系和步驟5中定量化描述的板坯匹配調(diào)整問題，對所有板坯與合同的匹配關(guān)系進行調(diào) 整，形成最終的板坯匹配方案； 步驟7 :將最終的板坯匹配方案下發(fā)至多熱軋產(chǎn)線執(zhí)行，完成板坯匹配控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高鋼鐵企業(yè)材料利用率的熱軋多產(chǎn)線板坯匹配控制方法， 其特征在于：所述步驟1按照鋼級對板坯和合同進行分組得到板坯合同組，板坯包括所有 無委托板坯及已匹配給合同的板坯； 具體步驟如下： 步驟1. 1 :按照鋼級優(yōu)充關(guān)系對鋼級進行分組：首先任意選擇一鋼級，將該鋼級和與 其具有鋼級優(yōu)充關(guān)系的鋼級組成一個鋼級組，如果該鋼級與其他鋼級均不存在鋼級優(yōu)充關(guān) 系，則該鋼級單獨作為一鋼級組；以任意順序?qū)]有分組的鋼級與所有形成的鋼級組進行 比較，如果沒有分組的鋼級與某一鋼級組中的鋼級存在鋼級優(yōu)充關(guān)系，則將該沒有分組的 鋼級加入到該鋼級組中，否則該沒有分組的鋼級單獨作為一鋼級組，直至所有鋼級均被分 到鋼級組中； 鋼級優(yōu)充關(guān)系是指在匹配板坯時某一個鋼級與另一個鋼級之間的可替代關(guān)系； 步驟1.2 :若板坯的鋼級和合同的鋼級屬于同一鋼級組，則將該板坯和合同分配至該 鋼級組。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高鋼鐵企業(yè)材料利用率的熱軋多產(chǎn)線板坯匹配控制方法， 其特征在于：所述步驟4. 1創(chuàng)建初始板坯匹配方案集是基于最小化板坯與合同的匹配差異 成本的板坯匹配目標(biāo)，采用不同的貪婪啟發(fā)式構(gòu)造初始匹配方案集，具體如下： 啟發(fā)式1 :利用與合同存在待匹配關(guān)系的板坯個數(shù)和板坯與合同的匹配差異成本來選 擇板坯及其所匹配的合同，即將所有板坯合同對按照與合同存在待匹配關(guān)系的板坯個數(shù)由 小到大排序，將同一合同對應(yīng)的板坯按照匹配差異成本從小到大排序，從第一個板坯合同 對開始，選擇有合同需求量的板坯合同對，在滿足工藝約束的前提下，將所選板坯合同對中 的板坯匹配給所對應(yīng)的合同，之后，按照上述方法匹配下一個板坯，直到所有板坯被匹配， 形成匹配方案1 ; 啟發(fā)式2 :利用最小化板坯與合同的匹配差異成本來選擇板坯合同對，即將板坯合同 對按照匹配差異成本從小到大排序，從第一個板坯合同對開始，在滿足工藝約束的前提下， 將板坯合同對中的板坯分給對應(yīng)的合同，形成匹配方案2 ; 啟發(fā)式3 :利用合同優(yōu)先級來選擇板坯合同對，即將板坯合同對按照合同優(yōu)先級由高 到低排序，將同一合同對應(yīng)的板坯按照匹配差異成本從小到大排序，從第一個板坯合同對 開始，在工藝約束的前提下，將板坯合同對中的板坯分給對應(yīng)的合同，形成匹配方案3 ; 啟發(fā)式4 :利用板坯優(yōu)先級來選擇板坯合同對，即將所有板坯合同對按照板坯優(yōu)先級 由高到低排序，將同一板坯對應(yīng)的合同按照匹配差異成本從小到大排序，從第一個板坯合 同對開始，在滿足工藝約束的前提下，將板坯合同對中的板坯分給對應(yīng)的合同，形成匹配方 案4 ; 啟發(fā)式5 :利用最小化匹配差異成本和合同優(yōu)先級來選擇板坯合同對，即將所有板坯 合同對按照匹配差異成本從小到大排序，將具有相同匹配差異成本的板坯合同對按照合同 優(yōu)先級由高到低排序，從第一個板坯合同對開始，在滿足工藝約束的前提下，將板坯合同對 中的板坯分給對應(yīng)的合同，形成匹配方案5 ; 啟發(fā)式6 :利用最小化匹配差異成本和板坯優(yōu)先級來選擇板坯合同對，即將所有板坯 合同對按照匹配成本從小到大排序，將具有相同匹配差異成本的板坯合同對按照合同優(yōu)先 級由高到低排序，從第一個板坯合同對開始，在滿足工藝約束的前提下，將板坯合同對中的 板坯分給對應(yīng)的合同，形成匹配方案6 ; 啟發(fā)式7 :利用合同優(yōu)先級和板坯優(yōu)先級來選擇板坯合同對，即將所有板坯合同對按 照合同優(yōu)先級由高到低排序，將同一合同優(yōu)先級的板坯按照板坯優(yōu)先級由高到低排序，從 第一個板坯合同對開始，在滿足工藝約束的前提下，將板坯合同對中的板坯分給對應(yīng)的合 同，形成匹配方案7。
【文檔編號】G05B19/418GK104483915SQ201410606180
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】唐立新, 孟盈 申請人:東北大學(xué)