专利名称：型钢定尺优化锯切的方法
技术领域：
本发明涉及一种大中型型钢锯切的方法，具体地说是在型钢锯切工艺过程中增加最佳锯切算法工序，选择出最优的锯切型钢尺寸组合，使型钢锯切后的剩余段减至最少的一种锯切方法，即型钢定尺优化锯切的方法。
现有国内外大中型型钢轧机精整生产线(轧件锯切)的工艺流程形式繁多，无论是采用定尺冷却或是采用长尺冷却工艺，归纳起来，最基本的轧件锯切工艺流程不外乎是单线流程型和双线流程型。其锯切工艺均是轧件→选择一个已设在固定距离的定尺挡板来定位→按单一尺寸定尺锯切→检验→打捆入库，由于现有的型钢生产线的自动化水平普遍较低，仅能提供极少数几个固定的定尺长度并用人工操纵控制，组织定尺生产的方法基本上是采用每个生产时间段每次取一个定尺下达作业指令进行锯切，待该定尺数量完成后再另取一个定尺下达作业指令直至完成全部定尺生产计划。这种作业方式的最大不足之处就是一.不能利用通过多个定尺进行配尺的手段达到减少或避免剩余段产生的效果；二.用户不能任意而只能在生产厂家指定的定尺长度中选择。反之，若生产厂为满足用户要求来生产，一般须离线进行，无论是在线或离线进行，均必定会增加加工成本。如果用户不能买到他所需长度的产品，那么，用户在使用中不但须进一步加工而且材料的有效利用率会降低，这种边角料的损失和浪费有时会很大。
从理论上讲，如果某个品种规格、定尺长度的钢材选择了与之匹配的坯料，那么其轧制后的轧件长度切头去尾可以全部被切成所需要的定尺长度而没有剩余段，但在实际生产中是很难做到，这是因为(1)供坯厂和轧钢厂本身由于坯料堆放和管理上的原因要求坯料规格具有一定范围的共用性，所以不能提供很多长度规格的坯料与产品品种规格长度一一对应，使每一根坯料轧出的长度被产品的定尺长度整除；(2)影响轧钢全定尺生产的因素除了坯长外，还与加热烧损、轧件温度、轧机刚度、偏差轧制的控制与稳定、轧制不均匀变形以及操作、管理等因素有关，也就是说坯重即使一样也保证不了轧后长度均一样。因此在生产实际中轧件锯切后一般不可避免地要产生剩余段，亦称非定尺。剩余段的产生会给轧钢厂带来许多严重的不利影响(1)它的存在意味着需要投入更多的原材料才能产出所需的定尺数量，同时也意味着定尺率的减少，如果定尺率减少，那么负偏差轧制的可观收益就随之减少；(2)非定尺产品的售价比较低，且占用成品场地和资金、时间长；(3)剩余段较短且长短不一，打捆不易牢固、占用场地大，在堆垛、吊放、移动的过程中易发生变形、散包，工人的劳动强度、安全风险增大。因此，剩余段是令轧钢厂头痛并尽力设法避免的产品。
一根线条如果只被一个长度截取，那么它被整除的几率就很小，一般均会有剩余段产生；如果它可以同时被几个长度段随意组合(含单独)去截取，那么它被整除的几率就很大。用户购买钢材基本均按定尺长度订货，即使同一规格有时也会订几个不同长度，因而生产厂在汇总所有合同订单后，必定会遇到在同一生产周期里，生产同一品种规格产品的定尺长度的规格数一般会有许多。如前所述，按单一尺寸定尺锯切不可避免地会产生许多剩余段，而如果将用户订货中的不同长度进行配尺优化，在锯切之前，增加一道将不同长度的产品配在一起的优化计算工序，以减少剩余段的产生，就会为工厂产生更大的效益，同时，也给用户带来许多好处和方便。
本发明的目的就是克服现有技术中的不足，提供一种可大大减少轧件锯切后剩余段的型钢锯切方法。
本发明型钢定尺优化锯切的方法是通过轧机轧制后的成品轧件经测温测长后，对轧件的锯切进行优化锯切计算，筛选出最佳的锯切配尺方案，然后由计算机及相应的自动化控制装置指挥移动热锯和定尺挡板，按最佳锯切方案进行锯切，再经冷却、矫直、检验、标号、堆垛打捆称重后入库。优化锯切数学模型是
其中i＝INT(H/(S+S))；j＝INT(H/(S+D1))；k＝INT(H/(S+D2))；m＝INT(H/(S+D3))；T0＝S+S；T1＝S+D1；T2＝S+D2；T3＝S+D3；δ＝INT(Con/S)；α＝INT(Con/D1)；β＝INT(Con/D2)；γ＝INT(Con/D3)；式中Con是初始剩余段长度；C”on、C”onm是待判断剩余段长度；S是主锯切元素，即移动热锯至固定热锯的距离；D是辅锯切元素，即定尺移动挡板至固定热锯距离；H是锯切前轧件有效长度；T是锯切单元；INT()取整函数表达式。
锯切优化计算步骤是首先，必须依据成品收集台架独立工作单元的数量决定每一个生产期间所能容纳锯切元素的个数，称此为“锯切元素容量”，数学模型仅取四个锯切元素为例建立(也可随收集台架的增多再增加)；其次，选定主、辅锯切元素S和D；程序启动后，将测得轧件成品长度R，切头切尾值a、b输入，算出有效长度H＝R-a-b；根据选定的主、辅锯切元素S和D组成各锯切单元T0＝S+D0，T1＝S+D1，T2＝S+D2，T3＝S+D3。设D0＝S，i＝INT(H/T0)代入数学公式，其它系数均初始化为零，求得C01，系数不断赋值变动，依次引入元素D1、D2、D3，把不同的锯切元素组合求解出来，其解集为(C”01或C”01s，C”011，C”012，C”013，……C”01m)
(C’01或C’01s，C’011，C’012，C’013，……C’01m)比较集合中的各值，取其中最小值为C1，若相同则比较系数之和的大小等因素选取C1＝min(C’01或C’01s，C’011，C’012，C’013，……C’01m)接着按一定的格式，变动公式(1)的系数，可以得到C02值，并按前面处理C01的办法、步骤来处理C02值…从而求出第二个剩余段C2。
比较C1与C2的值，若那个小，则保留这组锯切的配尺方案，若相同则比较系数之和的大小等因素选取，以待和待求的C3比较。
接着将锯切单元T0的系数再递减，同时T1的系数相应再递增，这时又会得到一个C03的值，然后按照前面的方法求出C03和C3。
把C3与前面保留的C1或C2的值比较，取最小的值。
依照上述规律逐渐将锯切单元T2、T3引入，通过不断地对系数赋值，变动系数，求出所有不同锯切单元组合的对应值，比较C值，筛选出一个最佳的锯切配尺方案，并按该配尺方案指挥热锯去执行锯切动作。
本发明的优点是可以大大减少轧件锯切后的剩余段，提高生产效益，给用户带来便利。
下面再对本发明作详细的说明。
按钢材产品交货期、品种规格、钢种、建立定尺长度生产作业计划和根据精整线设备的结构尺寸及其所能接受的物料长度的具体情况，把钢材的定尺长度分成几档范围。例如，本计算方法设定为四个范围长定尺段、中长定尺段、普通长度定尺段和短定尺段。
根据成品收集台架可独立工作单元或其组合的数量确定锯切元素容量，再选定每次参与锯切的锯切元素，然后选定锯切单元T即进锯一次切得两根定尺材称为一个锯切单元T。移动锯至固定锯的距离称为锯切主元素S，定尺机移动挡板至固定锯的距离称为锯切辅元素D，所以T＝S+D或Ti＝S+Di。
以四个锯切单元建立优化锯切的数学公式如下
其中系数i＝INT(H/(S+S))；j＝INT(H/(S+D1))k＝INT(H/(S+D2))；m＝INT(H/(S+D3))；T0＝S+S；T1＝S+D1；T2＝S+D2；T3＝S+D3；δ＝INT(Con/S)；α＝INT(Con/D1)；β＝INT(Con/D2)；γ＝INT(Con/D3)。
用C规则处置剩余段C，C规则条文如下(1)当C＞＝e此时的剩余段称为独立剩余段Ci，经切尾后送入冷床；(2)当0＜＝C＜＝g此时的剩余段称舍去剩余段Ca，此段作切尾处理舍去以提高定尺率；(3)当g＜C＜e此时剩余段称为寄生剩余段Cp，该段因长度不够不能通过精整线，舍去又浪费，为提高成材率，将其附加到当前参与锯切的最小锯切元素上。
其中符号说明如下e轧件能通过整条精整线的最小长度值；g允许将剩余段作切头处理的最大长度值；H锯切前轧件的有效长度；Con或Co初始剩余段长度；C”on，C”ons，C”onm待判定剩余段长度；C’或C’on，C’ons，C’onm准剩余段长度；C或Ck终了剩余段长度；INT()取整函数表达式；R锯切前轧件长度；a切头长度；b切尾长度。
运用上述表达式进行优化计算步骤是首先根据锯切元素容量选定主、辅锯切元素S和D；
程序启动后，将测得轧件成品长度R，切头切尾值a、b输入，算出有效长度H＝R-a-b；根据选定的主、辅锯切元素S和D组成各锯切单元T0＝S+D0，T1＝S+D1，T2＝S+D2，T3＝S+D3，设D＝S，i＝INT(H/T0)代入数学公式，其它系数均初始化为零，求得C01。
系数不断赋值变动，依次引入元素D1，D2，D3，把不同的锯切元素组合求解出来，其解集为(C”01或C”01s，C”011，C”012，C”013，……C”01m)用C规则处置以上解集，求得相应准剩余段集合(C’01或C’01s，C’011，C’012，C’013，……C’01m)比较集合中的各值，取其中最小值为C1若相同则比较系数之和的大小等因素选取C1＝min(C’01或C’01s，C’011，C’012，C’013，……C’01m)接着按前面处理C01的办法、步骤来处理C02值……从而求出第二个剩余段C2。
比较C1与C2的值，若那个小，则保留这组锯切的配尺方案，若相同则比较系数之和的大小等因素选取，以待和待求的C3比较。
接着将锯切单元T0的系数再递减，同时T1的系数再相应递增，这时又会得到一个C03的值，然后按照前面的方法求出C03和C3。
把C3与前面保留的C1或C3的值比较，取最小的值。
依照上述规律逐渐将锯切单元T2、T3引入，通过不断地对系数赋值，变动系数，求出所有不同锯切单元组合的对应值，比较C值，筛选出一个最佳的锯切配尺方案，并按该配尺方案指挥热锯去执行锯切动作。
图1是型钢优化锯切程序流程简图。
本发明的优点是可以大大减少轧件锯切后的剩余段，找到最经济的锯切方式，提高锯切工序生产能力和经济效益，同时也给用户带来便利。采用本发明大中型钢优化锯切方法可以使钢材定尺率提高3％～15％，按年产五十万吨材计算，大型材可增加效益约880万元，中型材可增加约
800万元。
以H型钢生产线为例，该生产线可生产H200-700毫米H型钢。其精轧机后工艺流程如下红坯→精轧→成品→测长测温→锯切配尺优化计算→定尺挡板、热锯移动定位→锯切→冷却→矫直→检验→标号→堆垛打捆→称重→入库。
其配置及优化锯切有关性能参数精整线辊道，一台移动热锯，一台固定热锯，一台定尺机，冷床，矫直机，固定冷锯，由2个宽12米可独立工作单元组成的、24米宽的收集台架二台，冷精整线的收集台架一组，计算机自动化控制系统等。
定尺长度极限尺寸最大24米，最小6米，在6～24米范围可无级调距。
定尺分段范围划分如下长定尺段 18米-≤24米中长定尺段 12米-≤18米普通长度定尺段 9米-≤12米短定尺段 6米-≤9米轧件能通过精整线的最小长度 e＝6米允许将剩余段作切头处理的最大长度 g＝1米故独立剩余段Ci＞＝6米舍去剩余段Ca＜＝1米寄生剩余段1米＜Cp＜6米精轧机出口轧件最大长度为120米由此可知定尺长度最小＞6米，锯切单元T最小＞12米，故(1)系数i、j、k、m的最大值均小于10；(2)系数α、β、γ、δ的最大值均小于4。
在实际应用时要考虑金属线膨胀系数，锯片的切削损失，产品标准所规定的长度允许偏差的补偿值等因素，此时求解C的通用公式如下
式中ε线性热膨胀系数δ锯片厚度τ定尺长度允许偏差的补偿值(τ＜国家标准或合同技术协议中所规定的长度允许偏差极限值)其中附号说明如下e轧件能通过整条精整线的最小长度值；g允许将剩余段作切头处理的最大长度值；H锯切前轧件的有效长度；Con或Co初始剩余段长度；C”on，C”ons，C”onm待判定剩余段长度；C’或C’on，C’ons，C’onm准剩余段长度；C或Ck终了剩余段长度；INT()取整函数表达式R锯切前轧件长度；a切头长度；b切尾长度。
进行优化锯切工序的步骤如下(1).根据锯切元素容量选定主、辅锯切元素S和D；(2).如附图1程序启动后，将测得轧件成品长度R，切头切尾值a、b输入，算出有效长度H，H＝R-a-b；(3).根据选定的主、辅锯切元素S和D组成各锯切单元T0＝S+D0，T1＝S+D1，T2＝S+D2，T3＝S+D3。设D＝D0＝S，i＝INT(H/T0)代入数学公式，其它系数j＝INT(H/T1)，k＝INT(H/T2)，m＝INT(T3)均初始化为零。求得C01C01＝H-INT(H/T0)*T0(3.1).若C01小于各锯切元素，根据式(2)C”01＝C01，用C规则处置，求出C’01。若C01不小于各锯切元素(或其中的一个)，则(3.2)根据式(3)和式(4)，得C”01s＝C01-INT(C01/S)*S同时，暂设β＝0，γ＝0，用α＝INT(C01/D1)，求出C”011C”011＝C01-INT(C01/D1)；(3.3)把D1项系数减1，用β＝INT((C”011+D1)/D2)作系数引入D2项，求出C”012C”012＝C01-(INT(C01/D1)-1)*D1-INT((C”011+D1)/D2)*D2若β＜1，则需把系数α再减去1，直至β≥1；(3.4)将系数α再减去1，而β再按前述方法相应递增，可求出C”013C”013＝C01-(INT(C01/D1)-2)*D1-INT(C”011+2D1)/D2)*D2；(3.5)随着系数不断赋值变动，再引入元素D3，依此循环，把不同的锯切元素组合求解出来，其解集为(C”01或C”01s，C”011，C”012，C”013，……C”01m)。
(4)用C规则处置解集，可求得相应准剩余段值集合(C’01或C’01s，C’011，C’012，C’013，……C’01m)比较集合中的各值，取其中最小值为C1，若相同则比较系数之和的大小等因素选取C1＝min(C’01或C’01s，C’011，C’012，C’013，……C’01m)(5)接下来用C01+T0与T1作比较，若INT((C01+T0)/T1)＞＝1，则把系数i＝INT(H/T0)减去1，然后取j＝INT((C01+T0)/T1)作系数引入锯切单元T1，可求得C02C02＝H-(INT(H/T0)-1)*T0-INT((C01+T0)/T1)*T1若j＜1，则需把系数i再减去1，直至j≥1。
接着按前面处理C01的办法、步骤来处理C02值……从而求出第二个剩余段C2。
(6)比较C1与C2的值，若那个小，则保留这组锯切的配尺方案，若相同则比较系数之和的大小等因素选取，以待和待求的C3比较。
(7)接着将锯切单元T0的系数再递减，同时T1的系数相应再递增，这时又会得到一个C03的值，然后按照前面的方法求出C03和C3。
把C3与前面保留的C1、C2的值比较，取最小的值。
依照上述规律逐渐将锯切单元T2、T3引入，通过不断地对系数赋值，变动系数，求出所有不同锯切单元组合的对应值，比较C值，筛选出一个最佳的锯切配尺方案，并按该配尺方案指挥热锯去执行锯切动作。
现简单举一个例子加以说明以实施例的H型钢生产线为例已知该生产线某日某班安排生产H400×200×8/13毫米(理论单重66公斤/米)共6个定尺长度的H型钢230吨，材质Q235；使用500×300×120毫米的异型连铸坯，理论单重700公斤/米，坯长11米，重量7700公斤；烧损和切舌损失和为2％，成品切头为450毫米，切尾为550毫米；锯切元素最大容量为4。该班生产此产品的定尺的计划列表如下表1
现为能简便地说明问题只列举轧制5支坯料的情况(暂也不考虑热账冷缩等因素)，其轧出长度，有效长度列表如下表2
本次生产的定尺长度4个类型均有，根据表1的频数，定尺长度12米、10米可作为锯切主元素。故可以凭简单经验第一次选取12米作为锯切主元素，8米、20米作为辅元素，此时，锯切元素容量为3个。则有S＝12D0＝S＝12 D1＝8D2＝20D3＝(空)T0＝12+12＝24 T1＝12+8＝20T2＝12+20＝32 T3＝(空)兹将以上和已知数据输入本计算机软件中，成品测长、测温数据是在线自动进行、自动即时输入，装载本软件的计算机可立即得简表3锯切优化的配尺方案，表中的数据是锯切得到的各锯切单元、锯切元素的数量和剩余段长度(m)、属性。表3
如果仍按传统的方法来进行锯切，那么，上述5只坯料锯切后剩余段长度的情况见表4表4(单位m
现在，可以从以上的数据对锯切工序经过优化和不优化的传统方法进行简单、粗略技术经济分析、比较1.表3的数据表明无论轧制的成品长度、选择的定尺长度如何变化其产生的剩余段为最小，而表4则不然，有67％的数据比优化的差，其中，仅8米短定尺的情况较好。
2.由表4的数据统计可以粗略地推算出按传统方法平均每取得一根20m、12m、8m的成品各会产生3.06米、1.84米、0.26米长的剩余段。又由表3可知，按优化方案锯切5根坯料共获得20米、12米、8米的成品各13根、21根、3根，总共产生剩余段17.5米，若按传统方法来取得这些同量产品则大约会产生79.2米的剩余段〔13×3.06+21×1.84+3×0.26＝79.2(m)〕，剩余段增加了61.7米；本例5支坯料的定尺率可提高约9.71％。
3.取得表3数量的产品，经测算须进锯29次就能完成，而如果按传统的方法锯切经按表4的数据测算则须进锯32次才能完成，增加了3次，锯切工序一般均是生产中的瓶颈，因此，采用优化锯切可以减少节省锯切次数、提高锯切工序的生产能力，降低金属锯切和锯片的损耗。
权利要求
1.一种大中型型钢定尺优化锯切的方法，其特征是轧件经测长测温后，装有此程序的计算机对轧件的锯切进行优化锯切计算，筛选出最佳的锯切配尺方案，然后，计算机通过自动化控制系统指挥移动热锯和定尺挡板按最佳锯切方案进行锯切，优化锯切数学计算公式是
其中i＝INT(H/(S+S))；j＝INT(H/(S+D1))；k＝INT(H/(S+D2))；m＝INT(H/(S+D3))；T0＝S+S；T1＝S+D1；T2＝S+D2；T3＝S+D3；δ＝INT(Con/S)；α＝INT(Con/D1)；β＝INT(Con/D2)；γ＝INT(Con/D3)；式中Con是初始剩余段长度；C”on、C”onm是待判断剩余段长度；S是主锯切元素，即移动热锯至固定热锯的距离；D是辅锯切元素，即定尺移动挡板至固定热锯距离；H是锯切前轧件有效长度；T是锯切单元；INT()取整函数表达式。
2.根据权利要求1所述的型钢优化锯切方法，其特征是锯切优化计算步骤是首先根据锯切元素容量选定主、辅锯切元素S和D；程序启动后，将测得轧件成品长度R，切头切尾值a、b输入，算出有效长度H＝R-a-b；根据选定的主、辅锯切元素S和D组成各锯切单元T0＝S+D0，T1＝S+D1，T2＝S+D2，T3＝S+D3，设D0＝S，i＝INT(H/T0)代入数学公式，其它系数均初始化为零，求得C01，系数不断赋值变动，依次引入元素D1、D2、D3，把不同的锯切元素组合求解出来，其解集为(C”01或C”01s，C”011，C”012，C”013，……C”1m)用C规则处置以上解集，求得相应准剩余段集合(C’01或C’01s，C’011，C’012，C’013，……C’01m)比较集合中的各值，取其中最小值为C1，若相同则比较系数之和的大小等因素选取C1＝min(C’01或C’01s，C’011，C’012，C’013，……C’01m)接着按前面处理C01的办法、步骤来处理C02值……从而求出第二个剩余段C2。比较C1与C2的值，若那个小，则保留这组锯切的配尺方案，若相同则比较系数之和的大小等因素选取，以待和待求的C3比较。接着将锯切单元T0的系数再递减，同时T1的系数再递增，这时又会得到一个C03的值，然后按照前面的方法求出C03和C3。把C3与前面保留的C1或C2的值比较，取最小的值。依照上述规律逐渐将锯切单元T2、T3引入，通过不断地对系数赋值，变动系数，求出所有不同锯切单元组合的对应值，比较C值，筛选出一个最佳的锯切配尺方案，并按该配尺方案指挥热锯去执行锯切动作。
全文摘要
本发明公开了一种大中型型钢优化锯切的方法,是轧件经测长测温后,对轧件的锯切进行优化锯切计算,筛选出最佳的锯切配尺方案,然后由计算机指挥移动热锯和定尺挡板按最佳锯切方案进行锯切,优化锯切数学模型是:该方法可以大大减少轧件锯切后的剩余段,提高生产效益,给用户带来便利。
文档编号G06F19/00GK1253054SQ98111549
公开日2000年5月17日 申请日期1998年10月30日 优先权日1998年10月30日
发明者林镇钟 申请人:马鞍山钢铁股份有限公司