專利名稱：基于混沌克隆算子的鋁液抬包配載優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電解鋁廠出鋁調(diào)度中多約束優(yōu)化問題的一種基于混沌克隆算子的鋁液抬包配載優(yōu)化方法，可優(yōu)化出鋁路徑，調(diào)配電解槽鋁液組合及實(shí)現(xiàn)出鋁抬包調(diào)度。
背景技術(shù)：
電解槽配鋁是電解鋁生產(chǎn)關(guān)鍵工藝之一，在生產(chǎn)過程中，電解槽工況各不相同，其生產(chǎn)出的鋁液化驗(yàn)結(jié)果各異，化驗(yàn)成分涉及到鐵、硅、鎂、銅、鈣、鋅等，這些雜質(zhì)成分決定了生產(chǎn)出鋁的純度。電解槽配鋁工藝就是根據(jù)每臺(tái)電解槽的化驗(yàn)數(shù)據(jù)，將多臺(tái)電解槽鋁液按照生產(chǎn)出鋁重量進(jìn)行調(diào)配，使融合后的鋁液成分滿足生產(chǎn)工藝化學(xué)成分要求，即鐵、硅、鎂、銅、鈣、鋅等雜質(zhì)含量不能高于指定值?，F(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，電解槽配鋁工藝過程非常復(fù)雜，電解槽配鋁工藝規(guī)劃與出鋁抬包調(diào)度存在相關(guān)性，電解槽配鋁即要考慮到配鋁后的工藝成分要求，也需考慮出鋁的軌跡路徑問題，使出鋁抬包盡可能在臨近的電解槽出鋁，因此電解鋁配鋁問題是一個(gè)多約束條件下的工藝調(diào)度優(yōu)化問題。目前，電解槽配鋁基本采用人工配鋁，費(fèi)時(shí)費(fèi)力且容易出錯(cuò)，針對(duì)以上問題國(guó)內(nèi)外研究很少，其中一種方法是在沒有考慮到調(diào)度情況下對(duì)原鋁鑄造優(yōu)化方法進(jìn)行了研究，另外一種方法是對(duì)按照每?jī)蓚€(gè)電解槽合成一個(gè)抬包對(duì)配鋁過程的多約束優(yōu)化進(jìn)行了研究。這兩種方法都以Fe、Si含量及出鋁路徑對(duì)應(yīng)權(quán)值形成優(yōu)化目標(biāo)對(duì)配鋁調(diào)度進(jìn)行優(yōu)化，但是實(shí)際上使得電解槽配鋁與調(diào)度更加復(fù)雜?，F(xiàn)場(chǎng)化驗(yàn)數(shù)據(jù)復(fù)雜，不僅僅只處理Fe、Si兩種雜質(zhì)，電解槽工況復(fù)雜，往往存在化驗(yàn)數(shù)據(jù)非常好不需要配比調(diào)度，或者存在大的雜質(zhì)化驗(yàn)數(shù)據(jù)無法自動(dòng)配比調(diào)度，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度過程復(fù)雜，合成抬包的電解槽的數(shù)量在小于等于3的條件下變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于混沌克隆算子的鋁液抬包配載優(yōu)化方法。本發(fā)明是基于混沌克隆算子的鋁液抬包配載優(yōu)化方法，其步驟為:
步驟1:最優(yōu)情況特例排出:定義5中按照出鋁電解槽號(hào)每三個(gè)一組順序累增；如滿足約束條件則槽況良好，直接出鋁，按照槽號(hào)生成抬包調(diào)度數(shù)據(jù)，程序結(jié)束；
步驟2:最差情況特例排出:對(duì)于任意一個(gè)，和其他電解槽中任意兩個(gè)組成抬包，如所有約束條件都不滿足，則槽況惡劣，提示無法配鋁，程序結(jié)束；
步驟3:初始化:免疫克隆算法開始，初始化種群，設(shè)定算子參數(shù)，種群規(guī)模NS，進(jìn)化代數(shù)，克隆規(guī)模AS，計(jì)算個(gè)體適應(yīng)度；
步驟4:克隆擴(kuò)增:依據(jù)抗體克隆規(guī)模AS，進(jìn)行個(gè)體克隆擴(kuò)增操作，獲得新的抗體群
落；
步驟5:混沌克隆變異:計(jì)算擾動(dòng)混沌向量，按照混沌向量中為I的位對(duì)克隆擴(kuò)增群落個(gè)體進(jìn)行變異操作，計(jì)算變異后的親和度；
步驟6:克隆選擇:依據(jù)親和度、種群規(guī)模、抗體克隆規(guī)模，進(jìn)行克隆選擇操作，將抗體種群的數(shù)目縮減回NS;
步驟7:中止條件判斷，不滿足終止條件跳轉(zhuǎn)到步驟4，反之則停止程序；
步驟8:輸出最優(yōu)個(gè)體:即為抬包調(diào)度數(shù)據(jù)。本發(fā)明創(chuàng)造在數(shù)學(xué)模型分析基礎(chǔ)上，以出鋁路徑為優(yōu)化目標(biāo)，設(shè)計(jì)了混合策略優(yōu)化方法完成優(yōu)化，考慮到優(yōu)化過程中存在著大量的約束造成過多的無效解，引入混沌克隆算子解決鋁液配載調(diào)度問題。所采用優(yōu)化方法簡(jiǎn)單，且具有更好的效果，能滿足生產(chǎn)工藝的要求，在電解槽配鋁的實(shí)際應(yīng)用中替代人工，優(yōu)化了出鋁路徑，合理的調(diào)配電解槽鋁液組合，實(shí)現(xiàn)出鋁抬包自動(dòng)調(diào)度。


圖1電解車間的電解槽排放方式。
具體實(shí)施例方式電解槽按順序排放，如圖1所示，電解槽配載問題包括配和載，生產(chǎn)中每三個(gè)電解槽的招液配成一個(gè)抬包，在抬包中的招液滿足工藝化驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)前提下，決策出電解槽抬包裝載方案使鋁液出鋁路程最短。定義1:設(shè)η個(gè)出鋁電解槽集合為iV =.---.A-;.-}，η為出鋁槽數(shù)。定義2:設(shè)鋁液調(diào)配工藝標(biāo)準(zhǔn)集合為—m為工藝要求化驗(yàn)
元素個(gè)數(shù)，Mi為第i種元素的最大含量I (= [I Hf] ’ u ^為鋁液中m種元素含量總和的最大值。定義3:設(shè)η個(gè)電解槽出招重量集合為^— ,..Jij。
`
定義4:設(shè)(Pn.....相卜其中PiJ表示第i個(gè)電解槽第j種元素的
含量，表示第i個(gè)電解槽m種元素的含量總和。定義5: —為抬包組，其中cn、ci2, Ci3為槽號(hào)，代表該槽在第i組
鋁液抬包中。O，.:1l I 3 ^〗，為便于計(jì)算，要求-: , <；￡.,(最后一組鋁液調(diào)配組合個(gè)數(shù)可以小于3)。定義6:設(shè)I=|Λ:- λ；」，Li表示出鋁抬包在第i個(gè)組合內(nèi)天
車行駛路程，若最后一組剩兩個(gè)電解槽，則抬包行駛路程僅為這兩個(gè)電解槽間的路程，若只剩一個(gè)電解槽，那么行駛路程記為O (單位為電解槽間距)。在符合調(diào)配標(biāo)準(zhǔn)的前提下，完成一批次電解槽的鋁液調(diào)配任務(wù)，以出鋁電解槽集合所有抬包路程之和最短為目標(biāo)，定義目標(biāo)函數(shù)如下:
權(quán)利要求
1.基于混沌克隆算子的鋁液抬包配載優(yōu)化方法，其步驟為: 步驟1:最優(yōu)情況特例排出:定義5中按照出鋁電解槽號(hào)每三個(gè)一組順序累增；如滿足約束條件則槽況良好，直接出鋁，按照槽號(hào)生成抬包調(diào)度數(shù)據(jù)，程序結(jié)束； 步驟2:最差情況特例排出:對(duì)于任意一個(gè)，和其他電解槽中任意兩個(gè)組成抬包，如所有約束條件都不滿足，則槽況惡劣，提示無法配鋁，程序結(jié)束； 步驟3:初始化:免疫克隆算法開始，初始化種群，設(shè)定算子參數(shù)，種群規(guī)模NS，進(jìn)化代數(shù)，克隆規(guī)模AS，計(jì)算個(gè)體適應(yīng)度； 步驟4:克隆擴(kuò)增:依據(jù)抗體克隆規(guī)模AS，進(jìn)行個(gè)體克隆擴(kuò)增操作，獲得新的抗體群落； 步驟5:混沌克隆變異:計(jì)算擾動(dòng)混沌向量，按照混沌向量中為I的位對(duì)克隆擴(kuò)增群落個(gè)體進(jìn)行變異操作，計(jì)算變異后的親和度； 步驟6:克隆選擇:依據(jù)親和度、種群規(guī)模、抗體克隆規(guī)模，進(jìn)行克隆選擇操作，將抗體種群的數(shù)目縮減回NS; 步驟7:中止條件判斷，不滿足終止條件跳轉(zhuǎn)到步驟4，反之則停止程序； 步驟8:輸出最優(yōu)個(gè)體:即為抬包調(diào)度數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于混沌克隆算子的鋁液抬包配載優(yōu)化方法，其特征在于在符合調(diào)配標(biāo)準(zhǔn)的前提下，完成一批次電解槽的鋁液調(diào)配任務(wù)，以出鋁電解槽集合所有抬包路程之和最短為目標(biāo)，定義目標(biāo)函數(shù)如下:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于混沌克隆算子的鋁液抬包配載優(yōu)化方法，其特征在于根據(jù)權(quán)利要求1中步驟3所述的初始化種群先定義Η ....1in )為符合調(diào)配標(biāo)準(zhǔn)的電解槽序列基因編碼，每三個(gè)電解槽組成一個(gè)抬包，也就是基因編碼從前往后每三個(gè)基因合成一個(gè)抬包，Iii表示電解槽Nni，則其中抬包組出鋁方案表示為:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于混沌克隆算子的鋁液抬包配載優(yōu)化方法，其特征在于根據(jù)權(quán)利要求1中步驟3所述的初始化種群過程如下:步驟1:在之間隨機(jī)產(chǎn)生起始槽位i ;形成順序基因鏈(i, i+1, i+2......η, I, 2,......，i_l); 步驟2:Fe元素含量按冒泡法由高到低排列調(diào)整基因鏈； 步驟3:從起始基因位開始，每三個(gè)基因組成抬包，如抬包數(shù)據(jù)不滿足約束條件，則順序向后調(diào)換基因位置直到滿足約束條件； 步驟4:產(chǎn)生初始基因鏈。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于混沌克隆算子的鋁液抬包配載優(yōu)化方法，其特征在于根據(jù)權(quán)利要求1中步驟5所述 的變異算子用來調(diào)配電解槽鋁液組合及改變槽裝車路線；在混沌向量指引下產(chǎn)生變異基因位i，其中3 < I < n ;[l,n]不包括i所在基因組的3個(gè)基因位，若[1，η]基因位中存在j，使得i與j所在的兩個(gè)基因組在二者互換后，仍舊滿足約束條件，變異操作結(jié)束；否則，按未發(fā)生變異操作看待。
全文摘要
基于混沌克隆算子的鋁液抬包配載優(yōu)化方法，針對(duì)電解鋁生產(chǎn)過程中電解槽調(diào)配及出鋁調(diào)度中多約束優(yōu)化問題，引入免疫混沌克隆算子，與人工經(jīng)驗(yàn)組成混合優(yōu)化算法，排出特例，以出鋁路徑為優(yōu)化親和度函數(shù)，變異算子調(diào)配電解槽鋁液組合及改變槽裝車路線。通過具體的算例證明了本發(fā)明創(chuàng)造所采用優(yōu)化方法具有更好的效果，能滿足生產(chǎn)工藝的要求，使得化驗(yàn)數(shù)據(jù)變小了，提高了鋁的品質(zhì)，優(yōu)化了出鋁路徑，合理的調(diào)配電解槽鋁液組合優(yōu)化了槽裝車路線。
文檔編號(hào)G06N3/12GK103116806SQ20131007966
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月13日
發(fā)明者李建華, 芮執(zhí)元, 趙正天, 魏興春, 郭俊鋒, 馮瑞成, 魏星, 羅德春, 任麗娜, 雷春麗, 劉滿強(qiáng) 申請(qǐng)人:蘭州理工大學(xué), 蘭州愛賽特機(jī)電科技有限公司