一种炼钢-连铸生产过程在线图形化人机交互调度方法
【专利摘要】本发明提供一种炼钢-连铸生产过程在线图形化人机交互调度方法，涉及炼钢-连铸【技术领域】，该方法包括获取初始炼钢-连铸生产调度计划数据并进行二维甘特图显示；获取炼钢-连铸生产过程生产实际信息并根据炼钢-连铸生产过程生产实际信息进行扰动情况判断；根据时间偏差扰动、温度偏差扰动和成分偏差扰动信息对初始炼钢-连铸生产调度计划数据进行调整并以二维甘特图形式显示，并下发到现场指导生产。针对炼钢-连铸生产调度系统调度人员依靠手工录入进行计划调整导致计划调整速度慢和计划调整优化程度不高，将基于二维甘特图的图形化人机交互调整方法和时间优化调度模型在线优化相结合，增强调度计划在线调整功能，提高调度计划优化效果。
【专利说明】 一种炼钢-连铸生产过程在线图形化人机交互调度方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及炼钢-连铸【技术领域】，具体是一种炼钢-连铸生产过程在线图形化人机交互调度方法。
【背景技术】
[0002]炼钢-连铸生产过程是现代钢铁企业生产流程中的核心环节，其生产过程是将液态的高温铁水经过转炉冶炼、精炼炉精炼和连铸机浇铸等三大工序的处理形成最终的固态板坯。首先，高炉产出的高温铁水，通过鱼雷车载运铁水到炼铁厂，并倒入转炉进行吹炼。吹炼的过程是铁水向钢水转化的过程，是把高温条件下的铁水进一步冶炼为含碳量更低的钢水，转炉冶炼后达到一定的温度开始出钢。其次，转炉产出的钢水倒入钢包，由天车和台车将装有钢水的钢包运送到相应的精炼设备。精炼过程要调整高温钢水成分、温度，进行深脱碳、去硫和去除杂质等处理，使普通的钢水变成优质钢水，以保证连铸机浇铸出来板坯符合特定钢种的温度和成分要求。最后，钢水精炼处理结束，由台车和行车将钢水包吊运到指定的连铸机前，通过钢包的下水口注入中间包中，中间包的钢水不断进入结晶器，通过结晶振动冷却后便从连铸机拉出板坯。
[0003]2000年以来，我国炼钢-连铸技术取得明显进步，其生产过程是现代钢铁企业生产流程中的核心环节，在炼钢-连铸整个生产过程中，钢水温度、钢水成分和加工时间是系统运行的关键参数。市场对钢材质量越来越高的要求，导致了越来越窄的成分范围，而连铸为保证好的铸坯质量及稳定的工艺过程，又对钢水温度提出了更为苛刻的要求。在高效连铸技术的推动下，炼钢-连铸系统运行过程连续化程度日益增加，对生产节奏也提出了更高的要求。钢水温度、钢水成分和加工时间的有效控制，对整个炼钢-连铸生产系统的运行优化将起到至关重要的作用。
[0004]炼钢-连铸生产具有多模式、多炉次、多工序、多设备、多扰动和动态实时性等特征，整个生产过程工艺复杂、物流交错，又具有多目标、强约束等建模特点，使得目前研究的优化调度方法很难直接应用于实际生产。目前炼钢-连铸生产调度主要依靠调度人员人工调度完成，存在着计划调度随意性大、调度精度低、调度不及时等问题，难以实现优化调度，容易造成物流堵塞或设备闲置，严重时还会造成钢水冻结、连铸断浇。炼钢-连铸实际生产过程工艺复杂、设备繁多以及现场条件频繁变化，尤其是各种异常情况，如钢水加工时间延迟、钢水温度偏低、钢水成分不合格、设备故障等，从而使得实际过程的生产调度离不开经验丰富的调度专家的干预和决策。目前的实际生产过程中的炼钢-连铸生产调度系统并没有提供强大的人机交互功能，大部分实质上是信息管理系统，调度计划基本依靠调度人员的手工录入来进行。有些虽然提供了部分人机交互功能，在一定程度上提高了调度效率，但由于没有与调度模型和算法有效集成，因此难以快速有效的对调度计划进行调整。
[0005]目前，在生产计划编制方面已有多个专利，如“200310110345.4 (—种一体化的钢铁企业生产过程在线计划调度系统与方法)”提供了生产计划编排、计划局部调整、在线生产调度等方法。“200610047001.7 ( —种通过计算机辅助指导炼钢、连铸供钢节奏的调度模型)”通过提供的调度模型，以合理误差为界定，采用前馈、反馈的调整方式，动态更新走行时刻表。“200910220267.0 (基于时间窗的炼钢-精炼-连铸生产过程的调度方法)”基于初步可行调度计划，生成时间约束网络，形成基于时间窗的生产调度计划。“201010213632.8 (炼钢-精炼-连铸生产过程的调度)”根据各工序的时间窗口建立调度优化模型，计算出各工序的最佳开始时间，形成最终调度计划。“201110274910.5 (炼钢-连铸生产智能调度的二层规划方法)”建立炼钢-连铸生产智能调度的二层规划模型，在同一模型中同时研究生产批量计划和生产时间计划问题。“ 201110318384.8 ( —种基于HRCEA的特殊钢厂炼钢-连铸生产调度方法)”通过建立的调度规则和反馈的实时数据，采用一种基于混合规则的压缩-扩张算法对后续炉次作业计划进行调整，实现动态调度。上述专利均未针对炼钢-连铸生产计划在出现生产异常情况下，特别是在钢水加工时间延迟、钢水温度偏低、钢水成分不合格、设备故障等情况下，没有提供一种在线图形化人机交互调度方法。
【发明内容】
[0006]针对现有技术存在的不足，本发明提供一种炼钢-连铸生产过程在线图形化人机交互调度方法。
[0007]本发明的技术方案是:
[0008]一种炼钢-连铸生产过程在线图形化人机交互调度方法，包括以下步骤:
[0009]步骤1:获取初始炼钢-连铸生产调度计划数据并进行二维甘特图显示；
[0010]步骤1-1:设置图形化人机交互界面显示基础数据:设备代码、设备名称、设备类型、设备最小允许处理时间、设备标准允许处理时间、设备最大允许处理时间、设备间运输时间、炉次在转炉的目标开工温度和目标完工温度、炉次在精炼炉的目标开工温度和目标完工温度、炉次在连铸机的目标开工温度和目标完工温度、炉次在转炉的目标开工成分和目标完工成分、炉次在精炼炉的目标开工成分和目标完工成分、炉次在连铸机的目标开工成分和目标完工成分和计划执行状态码；
[0011]步骤1-2:进行图形化人机交互界面配置:包括设备显示的轴线位置、设备轴线之间的位置顺序、设备显示的轴线类型、设备显示的轴线颜色；
[0012]步骤1-3:获取初始炼钢-连铸生产调度计划数据和图形化人机交互界面配置数据，以二维甘特图形式对生产调度计划进行图形化人机交互界面显示；
[0013]步骤2:获取炼钢-连铸生产过程生产实际信息并根据炼钢-连铸生产过程生产实际信息进行扰动情况判断；
[0014]步骤2-1:获取炼钢-连铸生产过程实际信息并将获取的实际信息存入数据库，包括炉次在转炉的实际开工时间和实际完工时间、炉次在转炉的实际开工时间和实际完工时间、炉次在精炼炉的实际开工时间和实际完工时间、炉次在连铸机的实际开工时间和实际完工时间、炉次在连铸机的实际开工时间和实际完工时间、炉次在转炉的实际开工温度和实际完工温度、炉次在精炼炉的实际开工温度和实际完工温度、炉次在连铸机的实际开工温度、炉次在转炉的实际完工成分、炉次在精炼炉的实际完工成分；
[0015]步骤2-2:将初始炼钢-连铸生产调度计划数据和炼钢-连铸生产实际信息以二维甘特图形式进行在线图形化显示；[0016]步骤2-3:当炉次在设备上的实际开工时间与初始炼钢-连铸生产调度计划中的计划开工时间之间出现偏差，或炉次在设备上的实际完工时间与初始炼钢-连铸生产调度计划中的计划完工时间之间出现偏差时，炼钢-连铸生产过程产生时间偏差扰动，此时，在图形化人机交互界面上产生时间偏差扰动报警信息；
[0017]步骤2-4:当炉次在设备上的实际开工温度与初始炼钢-连铸生产调度计划中的目标开工温度出现偏差，或炉次在设备上的实际完工温度与初始炼钢-连铸生产调度计划中的目标完工温度出现偏差时，炼钢-连铸生产过程产生温度偏差扰动，在图形化人机交互界面上产生温度偏差扰动报警信息；
[0018]步骤2-5:当炉次在设备上的实际开工成分与初始炼钢-连铸生产调度计划中的目标开工成分出现偏差，或炉次在设备上的实际完工成分与初始炼钢-连铸生产调度计划中的目标开工成分出现偏差时，炼钢-连铸生产过程产生成分偏差扰动，在图形化人机交互界面上产生温度偏差扰动报警信息；
[0019]步骤3:根据时间偏差扰动、温度偏差扰动和成分偏差扰动信息对初始炼钢-连铸生产调度计划数据进行调整；
[0020]步骤3-1:根据时间偏差扰动、温度偏差扰动和成分偏差扰动信息，在图形化人机交互界面上对调度计划进行调整，调整后的调度计划更新至数据库；
[0021]当扰动情况为时间偏差扰动时，在图形化人机交互界面上对调度计划进行调整，包括:整体调整炉次作业时间、调整炉次在设备上处理时间、调整同一炉次相邻操作之间间隔时间、调整炉次在工序上加工设备；
[0022]当扰动情况为温度偏差扰动时，则对发生扰动的炉次调整炉次在设备上处理时间，以满足温度要求；
[0023]当扰动情况为成分偏差扰动时，调整方法包括:钢种变更、删除炉次计划和插入新的炉次计划；
[0024]步骤3-2:根据在图形化人机交互界面上对调度计划进行调整后的结果，在不改变每个炉次在各工序加工设备的基础上，对炉次的开工时间和完工时间进行优化，并将最终的优化结果保存至数据库；
[0025]步骤3-2-1:不改变炉次在工序上的加工设备的条件下，建立以炉次相邻操作之间的等待时间总和最小为目标的炼钢-连铸生产在线时间优化调度模型，该模型的决策变量是炉次在设备上的开工时间和完工时间，该模型的约束条件为:
[0026](I)同一个浇次中的前后相邻炉次在连铸机上必须连续浇铸；
[0027](2)同一个设备上加工的相邻两个操作，必须等到前一个操作在该设备上加工结束之后才能开始下一个操作的加工；
[0028](3)炉次的每个操作必须按照生产工艺路径规定的先后顺序进行依次进行加工；
[0029](4)炉次操作的处理时间必须大于最小允许处理时间；
[0030](5)炉次操作的处理时间必须小于最大允许处理时间；
[0031](6)已经完工的操作的开工时间必须等于实际开工时间；
[0032](7)已经完工的操作的完工时间必须等于实际完工时间；
[0033](8)正在加工的操作的开工时间等于实际开工时间；
[0034](9)在线图形化人机交互调度修改的操作的处理时间在时间优化时不能进行改变；
[0035](10)未开工的操作开工时间不能小于当前时间；
[0036](11)正在加工的操作完工时间不能小于当前时间；
[0037]步骤3-2-2:根据在图形化人机交互界面上对调度计划进行调整后的结果和炼钢-连铸生产在线时间优化调度模型，得到优化调整后的炉次的开工时间和完工时间；
[0038]步骤3-2-3:将优化调整后的炉次的开工时间和完工时间保存至数据库，调整炼钢-连铸生产调度计划数据；
[0039]步骤4:将调整后的炼钢-连铸生产调度计划通过图形化人机交互界面以二维甘特图形式显示，并下发到现场指导生产。
[0040]步骤1-3所述的获取初始炼钢-连铸生产调度计划数据和图形化人机交互界面配置数据，以二维甘特图形式对生产调度计划进行图形化人机交互界面显示，具体步骤如下:
[0041]步骤1-3-1:获取初始炼钢-连铸生产调度计划数据，并设定图形化人机交互界面中横轴为时间轴，纵轴为设备轴线；
[0042]步骤1-3-2:用填充的矩形框表示炉次在设备上的操作时间长度，矩形框的左端点表示炉次在设备上的开工时间，矩形框的右端点表示炉次在设备上的完工时间；
[0043]步骤1-3-3:属于同一个炉次的相邻操作之间，即对应的两个实心矩形框之间，用细实线进行连接，表示相邻操作时间的间隔时间；
[0044]步骤1-3-4:属于同一台连铸机上的炉次以同一种颜色显示，不同连铸机上的炉次显示颜色不同；
[0045]步骤1-3-5:在图形化人机交互界面中设置一条纵向的时间进度线表示当前时间点，对于已经完工的炉次操作、正在加工的炉次操作和未开工的炉次操作分别以不同的颜色显示；
[0046]步骤1-3-6:对于设备出现检修或者故障的情况，图形化人机交互界面中对应的设备轴线上显示出该信息，并显示检修或者故障的开始时间和结束时间；
[0047]步骤1-3-7:根据需要对显示的炉次信息进行放大和缩小；
[0048]步骤1-3-8:当炉次计划在当前图形化人机交互界面无法全部显示时，通过调整时间窗口来显示炉次信息；
[0049]步骤1-3-9:在图形化人机交互界面显示一台连铸机上的所有炉次信息；
[0050]步骤1-3-10:在图形化人机交互界面上同时显示初始的生产调度计划数据信息和实际的生产调度计划信息。
[0051]步骤3-1所述的根据时间偏差扰动、温度偏差扰动和成分偏差扰动信息，在图形化人机交互界面上对调度计划进行调整，包括整体调整炉次作业时间、调整炉次在设备上处理时间、调整同一炉次相邻操作之间间隔时间、调整炉次在工序上加工设备、调整设备变更成功后的炉次计划、钢种变更、删除炉次计划和插入新的炉次计划；
[0052]所述整体调整炉次作业时间:将单个炉次计划或者多个炉次计划的作业时间进行整体水平移动，即向前移动或者向后移动；
[0053]所述调整炉次在设备上处理时间:对炉次在某台设备上的处理时间进行修改，包括延长处理时间和缩短处理时间；[0054]所述调整同一炉次相邻操作之间间隔时间:包括增大间隔时间和缩短间隔时间，在进行同一炉次相邻操作之间间隔时间修改时，需满足工艺顺序约束，即同一炉次的后一个操作在前一操作处理完后才能开始加工；
[0055]所述调整炉次在工序上加工设备:将炉次的某个操作换到其他设备上，从而实现炉次操作加工设备的变更时，需满足工艺生产要求约束，即炉次操作只能在操作所属类型的设备上进行加工，约束如下:如果炉次操作移动到的设备的类型与操作所属设备类型不一致，则禁止操作落在该设备线上，设备变更失败；如果炉次操作移动到的设备的类型与操作所属设备类型一致，则操作落在该设备线上，设备变更成功；
[0056]所述调整设备变更成功后的炉次计划:在设备变更成功后，需满足工艺顺序约束，即同一炉次的后一个操作必须要等前一操作处理完后才能开始加工；
[0057]所属钢种变更:将正在加工的一个炉次与另一个未开工的炉次进行交换，实现炉次所属钢种的变换；
[0058]所述删除炉次计划:在图形化人机交互界面中，对一条炉次计划或者是多条炉次计划进行删除，其他炉次计划的开工时间和完工时间不变；
[0059]所述插入新的炉次计划:从未编入调度计划的初始炉次计划中选择一条，人工确定其在各工序的加工设备，并指定炉次在转炉设备上的开工时间。
[0060]所述调整炉次在设备上处理时间需满足工艺顺序约束和处理时间约束；
[0061]工艺顺序约束即同一炉次的后一个操作在前一操作处理完后才能开始加工；
[0062]处理时间约束即处理时间必须大于等于最小允许处理时间，且处理时间必须小于大于最大允许处理时间。
[0063]实现所述的炼钢-连铸生产过程在线图形化人机交互调度方法的炼钢-连铸生产过程在线图形化人机交互调度系统，包括基础数据设置模块、图形化人机交互界面配置模块、图形化计划显示模块、实时数据接收模块、图形化人机交互调度模块、时间优化调度模块和本地数据库；
[0064]基础数据设置模块，用于设置图形化人机交互界面显示基础数据，包括设备代码、设备名称、设备类型、设备最小允许处理时间、设备标准允许处理时间、设备最大允许处理时间、设备间运输时间、炉次在转炉的目标开工温度和目标完工温度、炉次在精炼炉的目标开工温度和目标完工温度、炉次在连铸机的目标开工温度和目标完工温度、炉次在转炉的目标开工成分和目标完工成分、炉次在精炼炉的目标开工成分和目标完工成分、炉次在连铸机的目标开工成分和目标完工成分以及计划执行状态码；
[0065]图形化人机交互界面配置模块，用于进行图形化人机交互界面配置，包括设备显示的轴线位置、设备轴线之间的位置顺序、设备显示的轴线类型和设备显示的轴线颜色；
[0066]图形化计划显示模块，用于对获取初始炼钢-连铸生产调度计划数据和图形化人机交互界面配置数据，以二维甘特图形式对生产调度计划进行图形化人机交互界面显示；
[0067]实时数据接收模块，用于获取炼钢-连铸生产过程生产实际信息并根据炼钢-连铸生产过程生产实际信息进行扰动情况判断，并在图形化人机交互界面上产生扰动报警信息；
[0068]图形化人机交互调度模块，根据时间偏差扰动、温度偏差扰动和成分偏差扰动信息，在图形化人机交互界面上对调度计划进行调整，调整后的调度计划更新至数据库；[0069]时间优化调度模块，用于根据在图形化人机交互界面上对调度计划进行调整后的结果，在不改变每个炉次在各工序加工设备的基础上，建立以炉次相邻操作之间的等待时间总和最小为目标的炼钢-连铸生产在线时间优化调度模型，对炉次的开工时间和完工时间进行优化，并将最终的优化结果保存至数据库；
[0070]本地数据库用于实时保存炼钢-连铸生产过程实际信息和炼钢-连铸生产调度计划。
[0071]有益效果:
[0072]针对目前的炼钢-连铸生产调度系统没有提供强大的人机交互功能，使得调度人员主要依靠表格式的手工录入来进行计划调整而导致的计划调整速度慢和计划调整优化程度不高的问题，本发明提出了一种炼钢-连铸生产过程在线图形化人机交互调度方法，通过将基于二维甘特图的图形化人机交互调整方法和时间优化调度模型的在线优化相结合，大大增强了调度计划的在线调整功能，加快了动态调度速度，提高了调度计划调整的优化效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0073]图1为本发明【具体实施方式】的炼钢-连铸生产过程在线图形化人机交互调度系统的结构框图；
[0074]图2为本发明【具体实施方式】的炼钢-连铸生产过程在线图形化人机交互调度方法的处理流程图；
[0075]图3为本发明【具体实施方式】的炼钢-连铸生产过程在线图形化人机交互调度方法的初始的还未开始加工的炼钢-连铸生产调度计划的二维甘特图形显示画面；
[0076]图4为本发明【具体实施方式】的炼钢-连铸生产过程在线图形化人机交互调度方法的炼钢-连铸生产调度计划的二维甘特图形显示画面放大后的图形界面；
[0077]图5为本发明【具体实施方式】的炼钢-连铸生产过程在线图形化人机交互调度方法的一屏无法全部显示所有调度计划是的炼钢-连铸生产调度计划的二维甘特图形显示画面；
[0078]图6为本发明【具体实施方式】的炼钢-连铸生产过程在线图形化人机交互调度方法的将时间窗口向后移动5小时后的炼钢-连铸生产调度计划的二维甘特图形显示画面；
[0079]图7为本发明【具体实施方式】的炼钢-连铸生产过程在线图形化人机交互调度方法的只显示某一台连铸机上的所有炉次信息时的炼钢-连铸生产调度计划的二维甘特图形显示画面；
[0080]图8为本发明【具体实施方式】的炼钢-连铸生产过程在线图形化人机交互调度方法的生产过程中的没有异常情况时的实时调度计划的图形化显示画面；
[0081]图9为本发明【具体实施方式】的炼钢-连铸生产过程在线图形化人机交互调度方法的生产调度计划的匹配率情况显示画面；
[0082]图10为本发明【具体实施方式】的炼钢-连铸生产过程在线图形化人机交互调度方法的设备出现检修时的生产调度计划的图形化显示画面；
[0083]图11为本发明【具体实施方式】的炼钢-连铸生产过程在线图形化人机交互调度方法的炉次计划在转炉上的开工时间延迟10分钟后的生产调度计划图形显示画面；[0084]图12为本发明【具体实施方式】的炼钢-连铸生产过程在线图形化人机交互调度方法的转炉出现设备检修时的生产调度计划图形显示画面；
[0085]图13为本发明【具体实施方式】的炼钢-连铸生产过程在线图形化人机交互调度方法的炉次计划在转炉上的开工时间延迟10分钟时经过人机交互调整后的生产调度计划图形显示画面；
[0086]图14为本发明【具体实施方式】的炼钢-连铸生产过程在线图形化人机交互调度方法的转炉出现设备检修时经过人机交互调整后的生产调度计划图形显示画面；
[0087]图15为本发明【具体实施方式】的炼钢-连铸生产过程在线图形化人机交互调度方法的转炉出现设备检修时经过人机交互调整后，再次经过在线时间优化调度后的生产调度计划图形显示画面。
【具体实施方式】
[0088]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细说明。
[0089]本发明的本实施方式的炼钢-连铸生产过程在线图形化人机交互调度方法采用炼钢-连铸生产过程在线图形化人机交互调度系统实现，如图1所示，该系统包括基础数据设置模块、图形化人机交互界面配置模块、图形化计划显示模块、实时数据接收模块、图形化人机交互调度模块、时间优化调度模块和本地数据库；
[0090]基础数据设置模块，用于设置图形化人机交互界面显示基础数据，包括设备代码、设备名称、设备类型、设备最小允许处理时间、设备标准允许处理时间、设备最大允许处理时间、设备间运输时间、炉次在转炉的目标开工温度和目标完工温度、炉次在精炼炉的目标开工温度和目标完工温度、炉次在连铸机的目标开工温度和目标完工温度、炉次在转炉的目标开工成分和目标完工成分、炉次在精炼炉的目标开工成分和目标完工成分、炉次在连铸机的目标开工成分和目标完工成分以及计划执行状态码；
[0091]图形化人机交互界面配置模块，用于进行图形化人机交互界面配置，包括设备显示的轴线位置、设备轴线之间的位置顺序、设备显示的轴线类型和设备显示的轴线颜色；
[0092]图形化计划显示模块，用于对获取初始炼钢-连铸生产调度计划数据和图形化人机交互界面配置数据，以二维甘特图形式对生产调度计划进行图形化人机交互界面显示；
[0093]实时数据接收模块，用于获取炼钢-连铸生产过程生产实际信息并根据炼钢-连铸生产过程生产实际信息进行扰动情况判断，并在图形化人机交互界面上产生扰动报警信息；
[0094]图形化人机交互调度模块，根据时间偏差扰动、温度偏差扰动和成分偏差扰动信息，在图形化人机交互界面上对调度计划进行调整，调整后的调度计划更新至数据库；
[0095]时间优化调度模块，用于根据在图形化人机交互界面上对调度计划进行调整后的结果，在不改变每个炉次在各工序加工设备的基础上，建立以炉次相邻操作之间的等待时间总和最小为目标的炼钢-连铸生产在线时间优化调度模型，对炉次的开工时间和完工时间进行优化，并将最终的优化结果保存至数据库；
[0096]本地数据库用于实时保存炼钢-连铸生产过程实际信息和炼钢-连铸生产调度计划。
[0097]生产线包括:3座转炉(1LD、2LD、3LD)、精炼设备(1RH、2RH、3RH、1LF、2LF、IR_UT)、3 条连铸(1CC、2CC、3CC)。
[0098]本实施方式所涉及的字符及其含义如下:
[0099]1:浇次 序号；
[0100]j:炉次序号；
[0101]k:操作序号；
[0102]N:浇次总数；
[0103]In1:烧次i的炉次总数；
[0104]Sij:烧次i的炉次j的操作总数；
[0105]g:设备类型序号；
[0106]G:设备类型总数；
[0107]b:设备序号；
[0108]hg:类型g的设备总数；
[0109]31 gbl:类型g的第b台设备上第I个加工的炉次操作；
[0110]qgb:类型g的第b台设备上加工的炉次操作总数；
[0111]1(31 gbl):类型g的第b台设备上第I个加工的炉次操作对应的浇次序号；
[0112]J( Ji gbl):类型g的第b台设备上第I个加工的炉次操作对应的炉次序号；
[0113]K( gbl):类型g的第b台设备上第I个加工的炉次操作对应的操作序号；
[0114]δ iJk:烧次i的炉次j的第k个操作的加工状态；当浇次i的炉次j的第k个操作未加工时，δ iJk=0 ;当浇次i的炉次j的第k个操作未加工时，δ iJk=l ;当浇次i的炉次j的第k个操作加工完毕时，δ iJk=2 ；
[0115]X iJk:浇次i的炉次j的第k个操作的处理时间修改属性；当在线图形化人机交互调度对浇次i的炉次j的第k个操作的处理时间进行修改时，X uk=l，否则X iJk=0 ；
[0116]C:浇次i的炉次j的第k个操作与第k+Ι个操作之间的运输时间；
[0117]浇次i的炉次j的第k个操作在设备上的最小允许处理时间；
[0118]Α::浇次i的炉次j的第k个操作在设备上的最大允许处理时间；
[0119]p, iJk:在线图形化人机交互调度对浇次i的炉次j的第k个操作进行修改后的处理时间；
[0120]Stil浇次i的炉次j的第k个操作的实际开工时间；
[0121]et},.浇次i的炉次j的第k个操作的实际完工时间；
[0122]T%系统当前时间；
[0123]xiJk:烧次i的炉次j的第k个操作在设备上的优化后的开工时间；
[0124]yiJk:烧次i的炉次j的第k个操作在设备上的优化后的完工时间；
[0125]&+U ,+1:浇次i的炉次j+Ι的第Si,j+1个操作在设备上的优化后的开工时间；
[0126]yi,j浇次i的炉次j的第Su个操作在设备上的优化后的完工时间；
[0127].Xl/ΚΑ?+1μΚ,,,/+1)Λ'(^,Μ):浇次 lUg,b,1+1)的炉次 J(Jig,b,1+1)的第 K ( π g, b, 1+1)个操作在设备上的优化后的开工时间；[0128]-Vi(^w),j(^w),A'(^w):浇次 I (Ji gbl)的炉次 J (Ji gbl)的第 K (3i gbl)个操作在设备上的优化后的完工时间；
[0129]xijJjk+1:烧次i的炉次j的第k+Ι个操作在设备上的优化后的开工时间；
[0130]炉次相邻操作之间的等待时间惩罚费用为
【权利要求】
1.一种炼钢-连铸生产过程在线图形化人机交互调度方法，其特征在于:包括以下步骤: 步骤1:获取初始炼钢-连铸生产调度计划数据并进行二维甘特图显示； 步骤1-1:设置图形化人机交互界面显示基础数据:设备代码、设备名称、设备类型、设备最小允许处理时间、设备标准允许处理时间、设备最大允许处理时间、设备间运输时间、炉次在转炉的目标开工温度和目标完工温度、炉次在精炼炉的目标开工温度和目标完工温度、炉次在连铸机的目标开工温度和目标完工温度、炉次在转炉的目标开工成分和目标完工成分、炉次在精炼炉的目标开工成分和目标完工成分、炉次在连铸机的目标开工成分和目标完工成分和计划执行状态码； 步骤1-2:进行图形化人机交互界面配置:包括设备显示的轴线位置、设备轴线之间的位置顺序、设备显示的轴线类型、设备显示的轴线颜色； 步骤1-3:获取初始炼钢-连铸生产调度计划数据和图形化人机交互界面配置数据，以二维甘特图形式对生产调度计划进行图形化人机交互界面显示； 步骤2:获取炼钢-连铸生产过程生产实际信息并根据炼钢-连铸生产过程生产实际信息进行扰动情况判断； 步骤2-1:获取炼钢-连铸生产过程实际信息并将获取的实际信息存入数据库，包括炉次在转炉的实际开工时间和实际完工时间、炉次在转炉的实际开工时间和实际完工时间、炉次在精炼炉的实际开工时间和实际完工时间、炉次在连铸机的实际开工时间和实际完工时间、炉次在连铸机的实际开工时间和实际完工时间、炉次在转炉的实际开工温度和实际完工温度、炉次在精炼炉的实际开工温度和实际完工温度、炉次在连铸机的实际开工温度、炉次在转炉的实际完工成分、炉次在精炼炉的实际完工成分； 步骤2-2:将初始炼钢-连铸生产调度计划数据和炼钢-连铸生产实际信息以二维甘特图形式进行在线图形化显示； 步骤2-3:当炉次在设备上的实际开工时间与初始炼钢-连铸生产调度计划中的计划开工时间之间出现偏差，或炉次在设备上的实际完工时间与初始炼钢-连铸生产调度计划中的计划完工时间之间出现偏差时，炼钢-连铸生产过程产生时间偏差扰动，此时，在图形化人机交互界面上产生时间偏差扰动报警信息； 步骤2-4:当炉次在设备上的实际开工温度与初始炼钢-连铸生产调度计划中的目标开工温度出现偏差，或炉次在设备上的实际完工温度与初始炼钢-连铸生产调度计划中的目标完工温度出现偏差时，炼钢-连铸生产过程产生温度偏差扰动，在图形化人机交互界面上产生温度偏差扰动报警信息； 步骤2-5:当炉次在设备上的实际开工成分与初始炼钢-连铸生产调度计划中的目标开工成分出现偏差，或炉次在设备上的实际完工成分与初始炼钢-连铸生产调度计划中的目标开工成分出现偏差时，炼钢-连铸生产过程产生成分偏差扰动，在图形化人机交互界面上产生温度偏差扰动报警信息； 步骤3:根据时间偏差扰动、温度偏差扰动和成分偏差扰动信息对初始炼钢-连铸生产调度计划数据进行调整； 步骤3-1:根据时间偏差扰动、温度偏差扰动和成分偏差扰动信息，在图形化人机交互界面上对调度计划进行调整，调整后的调度计划更新至数据库；当扰动情况为时间偏差扰动时，在图形化人机交互界面上对调度计划进行调整，包括:整体调整炉次作业时间、调整炉次在设备上处理时间、调整同一炉次相邻操作之间间隔时间、调整炉次在工序上加工设备； 当扰动情况为温度偏差扰动时，则对发生扰动的炉次调整炉次在设备上处理时间，以满足温度要求； 当扰动情况为成分偏差扰动时，调整方法包括:钢种变更、删除炉次计划和插入新的炉次计划； 步骤3-2:根据在图形化人机交互界面上对调度计划进行调整后的结果，在不改变每个炉次在各工序加工设备的基础上，对炉次的开工时间和完工时间进行优化，并将最终的优化结果保存至数据库； 步骤3-2-1:不改变炉次在工序上的加工设备的条件下，建立以炉次相邻操作之间的等待时间总和最小为目标的炼钢-连铸生产在线时间优化调度模型，该模型的决策变量是炉次在设备上的开工时间和完工时间，该模型的约束条件为: （l)同一个浇次中的前后相邻炉次在连铸机上必须连续浇铸； (2)同一个设备上加工的相邻两个操作，必须等到前一个操作在该设备上加工结束之后才能开始下一个操作的加工； (3)炉次的每个操作必须按照生产工艺路径规定的先后顺序进行依次进行加工； (4)炉次操作的处理时间必须大于最小允许处理时间； (5)炉次操作的处理时间必须小于最大允许处理时间； (6)已经完工的操作的开工时间必须等于实际开工时间； (7)已经完工的操作的完工时间必须等于实际完工时间； (8)正在加工的操作的开工时间等于实际开工时间； (9)在线图形化人机交互调度修改的操作的处理时间在时间优化时不能进行改变； (10)未开工的操作开工时间不能小于当前时间； (11)正在加工的操作完工时间不能小于当前时间； 步骤3-2-2:根据在图形化人机交互界面上对调度计划进行调整后的结果和炼钢-连铸生产在线时间优化调度模型，得到优化调整后的炉次的开工时间和完工时间； 步骤3-2-3:将优化调整后的炉次的开工时间和完工时间保存至数据库，调整炼钢-连铸生产调度计划数据； 步骤4:将调整后的新调度计划通过图形化人机交互界面以二维甘特图形式显示，并下发到现场指导生产。
2.根据权利要求1所述的炼钢-连铸生产过程在线图形化人机交互调度方法，其特征在于:步骤1-3所述的获取初始炼钢-连铸生产调度计划数据和图形化人机交互界面配置数据，以二维甘特图形式对生产调度计划进行图形化人机交互界面显示，具体步骤如下:步骤1-3-1:获取初始炼钢-连铸生产调度计划数据，并设定图形化人机交互界面中横轴为时间轴，纵轴为设备轴线； 步骤1-3-2:用填充的矩形框表示炉次在设备上的操作时间长度，矩形框的左端点表示炉次在设备上的开工时间，矩形框的右端点表示炉次在设备上的完工时间； 步骤1-3-3:属于同一个炉次的相邻操作之间，即对应的两个实心矩形框之间，用细实线进行连接，表示相邻操作时间的间隔时间； 步骤1-3-4:属于同一台连铸机上的炉次以同一种颜色显示，不同连铸机上的炉次显示颜色不同； 步骤1-3-5:在图形化人机交互界面中设置一条纵向的时间进度线表示系统当前时间点，对于已经完工的炉次操作、正在加工的炉次操作和未开工的炉次操作分别以不同的颜色显示； 步骤1-3-6:对于设备出现检修或者故障的情况，图形化人机交互界面中对应的设备轴线上显示出该信息，并显示检修或者故障的开始时间和结束时间； 步骤1-3-7:根据需要对显示的炉次信息进行放大和缩小； 步骤1-3-8:当炉次计划在当前图形化人机交互界面无法全部显示时，通过调整时间窗口来显示炉次信息； 步骤1-3-9:在图形化人机交互界面显示一台连铸机上的所有炉次信息； 步骤1-3-10:在图形化人机交互界面上同时显示初始的生产调度计划数据信息和实际的生产调度计划信息。
3.根据权利要求1所述的炼钢-连铸生产过程在线图形化人机交互调度方法，其特征在于:步骤3-1所述的根据时间偏差扰动、温度偏差扰动和成分偏差扰动信息，在图形化人机交互界面上对调 度计划进行调整，包括整体调整炉次作业时间、调整炉次在设备上处理时间、调整同一炉次相邻操作之间间隔时间、调整炉次在工序上加工设备、调整设备变更成功后的炉次计划、钢种变更、删除炉次计划和插入新的炉次计划； 所述整体调整炉次作业时间:将单个炉次计划或者多个炉次计划的作业时间进行整体水平移动，即向前移动或者向后移动； 所述调整炉次在设备上处理时间:对炉次在某台设备上的处理时间进行修改，包括延长处理时间和缩短处理时间； 所述调整同一炉次相邻操作之间间隔时间:包括增大间隔时间和缩短间隔时间； 所述调整炉次在工序上加工设备:将炉次的某个操作换到其他设备上，从而实现炉次操作加工设备的变更时，需满足工艺生产要求约束，即炉次操作只能在操作所属类型的设备上进行加工，约束如下:如果炉次操作移动到的设备的类型与操作所属设备类型不一致，则禁止操作落在该设备线上，设备变更失败；如果炉次操作移动到的设备的类型与操作所属设备类型一致，则操作落在该设备线上，设备变更成功； 所述调整设备变更成功后的炉次计划:在设备变更成功后，需满足工艺顺序约束，即同一炉次的后一个操作必须要等前一操作处理完后才能开始加工； 所属钢种变更:将正在加工的一个炉次与另一个未开工的炉次进行交换，实现炉次所属钢种的变换； 所述删除炉次计划:在图形化人机交互界面中，对一条炉次计划或者是多条炉次计划进行删除，其他炉次计划的开工时间和完工时间不变； 所述插入新的炉次计划:从未编入调度计划的初始炉次计划中选择一条，人工确定其在各工序的加工设备，并指定炉次在转炉设备上的开工时间。
4.根据权利要求3所述的炼钢-连铸生产过程在线图形化人机交互调度方法，其特征在于:所述调整炉次在设备上处理时间需满足工艺顺序约束和处理时间约束；工艺顺序约束即同一炉次的后一个操作在前一操作处理完后才能开始加工； 处理时间约束即处理时间必须大于等于最小允许处理时间，且处理时间必须小于大于最大允许处理时间。
5.根据权利要求3所述的炼钢-连铸生产过程在线图形化人机交互调度方法，其特征在于:所述调整同一炉次相邻操作之间间隔时间，需满足工艺顺序约束，即同一炉次的后一个操作在前一操作处理完后才能开始加工 。
6.实现权利要求1所述的炼钢-连铸生产过程在线图形化人机交互调度方法的炼钢-连铸生产过程在线图形化人机交互调度系统，其特征在于:该系统包括基础数据设置模块、图形化人机交互界面配置模块、图形化计划显示模块、实时数据接收模块、图形化人机交互调度模块、时间优化调度模块和本地数据库； 基础数据设置模块，用于设置图形化人机交互界面显示基础数据，包括设备代码、设备名称、设备类型、设备最小允许处理时间、设备标准允许处理时间、设备最大允许处理时间、设备间运输时间、炉次在转炉的目标开工温度和目标完工温度、炉次在精炼炉的目标开工温度和目标完工温度、炉次在连铸机的目标开工温度和目标完工温度、炉次在转炉的目标开工成分和目标完工成分、炉次在精炼炉的目标开工成分和目标完工成分、炉次在连铸机的目标开工成分和目标完工成分以及计划执行状态码； 图形化人机交互界面配置模块，用于进行图形化人机交互界面配置，包括设备显示的轴线位置、设备轴线之间的位置顺序、设备显示的轴线类型和设备显示的轴线颜色； 图形化计划显示模块，用于对获取初始炼钢-连铸生产调度计划数据和图形化人机交互界面配置数据，以二维甘特图形式对生产调度计划进行图形化人机交互界面显示； 实时数据接收模块，用于获取炼钢-连铸生产过程生产实际信息并根据炼钢-连铸生产过程生产实际信息进行扰动情况判断，并在图形化人机交互界面上产生扰动报警信息；图形化人机交互调度模块，根据时间偏差扰动、温度偏差扰动和成分偏差扰动信息，在图形化人机交互界面上对调度计划进行调整，调整后的调度计划更新至数据库； 时间优化调度模块，用于根据在图形化人机交互界面上对调度计划进行调整后的结果，在不改变每个炉次在各工序加工设备的基础上，建立以炉次相邻操作之间的等待时间总和最小为目标的炼钢-连铸生产在线时间优化调度模型，对炉次的开工时间和完工时间进行优化，并将最终的优化结果保存至数据库； 本地数据库用于实时保存炼钢-连铸生产过程实际信息和炼钢-连铸生产调度计划。
【文档编号】G06F17/30GK103646098SQ201310703462
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月18日 优先权日:2013年12月18日
【发明者】俞胜平, 柴天佑 申请人:东北大学