基于人机交互的原矿选别过程多生产指标优化系统及方法
【专利摘要】一种基于人机交互的原矿选别过程多生产指标优化系统及方法，属于选矿生产过程【技术领域】。该系统包括数据采集模块、参数设定与修改单元、优化算法模块库、优化模型模块、优化结果输出单元和多生产指标优化系统管理单元；该方法首先根据优化模型，在优化算法模块库中查找所需的优化算法；若未找到，则将所需的优化算法封装成新的优化算法模块，若找到则获取所需的参数；构建优化方案；运行优化方案；获得一组生产指标优化值，同时将对应的原矿选别配置量优化值下发至下层选矿生产系统；若生产指标实际值在生产指标目标值范围内，则继续运行优化方案，若不在，则返回获取参数步骤。本发明能够达到节能降耗，降低生产成本，提高经济效益的目的。
【专利说明】基于人机交互的原矿选别过程多生产指标优化系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于选矿生产过程【技术领域】，具体涉及一种基于人机交互的原矿选别过程 多生产指标优化系统及方法。
【背景技术】
[0002] 伴随着全球经济的不断发展，各国对矿产资源的需求也在持续增加，但是由于矿 产资源属于不可再生资源，随着时间的推移，由于采矿活动不断增加，矿产资源储量在世界 上都在不断下降。在这种形式下，如何有效地选别各种原矿的使用量以实现选矿的优化过 程，成为选矿厂迫切需要解决的问题。
[0003] 选矿生产指标优化决策的主要任务是优化生产资源（即原矿资源配置），以达到 预期的生产目标。在这些选矿生产目标中，涉及五个主要的生产指标，即精矿品位、全选比、 精矿产量、金属回收率和单位精矿生产成本。理想的情况下，希望这五项指标在同一时间都 达到最优。但是，由于这五个指标中有几个相互矛盾的，例如：不可能同时增加精矿品位和 金属回收率，过度追求金属回收率将导致精矿品位下降；原矿全选比低则价格高，追求高收 益，可能会导致高杂质和低品位等，而现有选矿厂的选矿生产指标大部分以人工决策为主， 偏好信息放大，导致误差较大，所以生产计划部门不可能让所有的指标达到优化，因此，为 解决这些问题，设计并开发选矿过程多生产指标优化系统对选矿企业快速、优化地制定生 广计划，提商生广效率，提商生广指标决策质量具有重要的意义。
[0004] 然而根据国内外原矿选别过程多生产指标优化系统的研究现状来看，我国选矿企 业的生产管理决策部门制定生产计划的思维比较落后，很多情况下都是人工制定的，另外 很多选矿企业的现场设备比较陈旧，缺少现代的信息管理设备，因此很多多生产指标优化 决策方法不能很好地应用到现场之中，主要表现在（1)难以实现生产计划的优化：整个生 产计划的制定过程都是由生产计划人员人工完成的，工作量很大，计划制定环节比较繁琐， 最关键的是生产计划人员很难兼顾到所有的生产指标，甚至造成个别生产指标比较差，难 以实现整个生产计划的优化，更难以实现利润的最大化。（2)信息不能为选矿企业各个生产 部门间有效交互：国内大部分选矿厂采用的是传统的层次结构组织模式，生产计划从总厂 按照层次，层层下达到各个分厂，各分厂再下达给各生产部门、各生产线、各个作业区，然后 下达给各个班、组，最后到现场的操作工人，信息的反馈也是层层向上传递的。由于各个部 门之间的相互独立性及生产计划下达的环节较多，使得企业信息在各个部门之间传递时有 很大的延迟，从而使得生产计划不能迅速的从生产计划部门下达给一线的操作工人，指导 工人生产；现场的生产情况也不能快速地反馈给生产管理决策部门，辅助生产计划部门修 改完善新的生产计划。因此，由于信息不能有效地在各个部门间进行交互，会造成整个选矿 生产过程效率下降。（3)缺少一种通用的软件专门针对选矿企业的生产指标优化过程。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术存在的缺陷与不足，本发明提供一种基于人机交互的原矿选别过程 多生产指标优化系统及方法。
[0006] 本发明的技术方案：
[0007] -种基于人机交互的原矿选别过程多生产指标优化系统，包括：生产指标数据采 集模块、参数设定与修改单元、多生产指标优化算法模块库、多生产指标优化模型模块、多 生产指标优化结果输出单元和多生产指标优化系统管理单元；
[0008] 所述生产指标数据采集模块用于通过与下层选矿生产系统建立的0PC通讯机制， 采集下层选矿生产系统的多生产指标实际值并进行显示；所述多生产指标，包括：精矿品 位、全选比、金属回收率、单位精矿成本和精矿产量；
[0009] 所述参数设定/修改单元，用于对多生产指标优化方案所需的参数进行设定/修 改，包括：生产指标目标值模块、边界约束模块、优化算法内部参数模块；这些模块均通过 相应的人机交互界面进行人机交互；所述参数，包括：多生产指标目标值、边界约束条件和 生产指标优化算法内部参数；
[0010] 所述生产指标目标值模块，用于在相应的人机交互界面上对各生产指标的目标值 范围进行设定与修改；所述生产指标的目标值范围，包括：精矿品位的上下限、全选比的上 限、金属回收率的下限、单位精矿成本的上限和精矿产量的上下限；
[0011] 所述边界约束模块，用于在相应的人机交互界面上对原矿选别过程涉及的边界约 束条件进行设定与修改；所述边界约束，包括：生产指标目标值范围、设备能力、尾矿品位、 可用能源资源，可利用原矿资源；其中生产指标目标值范围不在本模块进行设定与修改， 而是通过调用生产指标目标值模块获得。
[0012] 所述优化算法内部参数模块，用于在相应的人机交互界面上对用户设计的生产指 标优化算法的内部参数进行设置与修改；所述内部参数，为算法本身需要的参数；
[0013] 所述多生产指标优化算法模块库，为多个不同的多生产指标优化算法模块构成的 集合；
[0014] 所述多生产指标优化算法模块，用于封装确定的多生产指标优化算法，即将每种 多生产指标优化算法封装为一个多生产指标优化算法模块；
[0015] 所述多生产指标优化模型模块，用于加载多生产指标优化模型；
[0016] 所述多生产指标优化结果输出单元包括：优化结果输出模块、生产指标实时监控 模块、原矿选别配置量下发模块；
[0017] 所述优化结果输出模块用于实时输出和显示通过多生产指标优化方案优化后得 到的原矿选别配置量优化值和生产指标优化值；所述原矿选别配置量指的是各种原矿资源 的消耗量；
[0018] 所述生产指标实时监控模块用于显示生产指标实际值与生产指标优化值的实时 变化趋势；
[0019] 所述原矿选别配置量下发模块用于通过优化结果输出模块与下层选矿生产系统 建立的0PC通讯机制，将相应的原矿选别配置量优化值下发至下层选矿生产系统；
[0020] 所述生产指标优化系统管理单元，包括：用户信息管理模块、密码管理模块、登陆 /退出管理模块和帮助模块；所述用户信息管理模块用于管理用户信息，包括：权限管理、 用户管理和日志管理；所述密码管理模块用于管理用户密码；
[0021] 所述登陆/退出模块：用于管理用户登录/退出过程；
[0022] 所述帮助模块用于根据用户需要，为用户提供系统使用帮助信息。
[0023] -种基于人机交互的原矿选别过程多生产指标优化方法，采用所述的基于人机交 互的原矿选别过程多生产指标优化系统实现，其包括如下步骤：
[0024] 步骤1 :确定多生产指标优化模型，根据多生产指标优化模型，在多生产指标优化 算法模块库中，根据算法参数配置查找所需的多生产指标优化算法，若未找到，则执行步骤 2,若找到，则执行步骤3 ;
[0025] 步骤2 :将所需的多生产指标优化算法封装成新的多生产指标优化算法模块，并 把该新的多生产指标优化算法模块添加到多生产指标优化算法模块库中，并执行步骤1 ;
[0026] 步骤2. 1 :通过保存路径，建立待封装的多生产指标优化算法与多生产指标优化 算法模块库之间的对应关系；
[0027] 步骤2.2 :设置用于读取不同语言的算法参数配置接口，其包括算法的输入输出 参数，算法的名称；
[0028] 步骤2. 3 :根据设置的算法参数配置接口将算法保存至多生产指标优化算法模块 库中；
[0029] 步骤3 :获取所需的参数；
[0030] 分别在生产指标目标值模块、边界约束模块、优化算法内部参数模块的人机交互 界面上，在线设定或修改相应的参数，或者，从数据库中获取相应的参数；
[0031] 步骤4 :构建多生产指标优化方案；
[0032] 调用生产指标数据采集模块、生产指标目标值模块、边界约束模块、优化算法内部 参数模块、优化结果输出模块、原矿选别配置量下发模块、生产指标实时监控模块、多生产 指标优化算法模块，构建多生产指标优化方案；
[0033] 步骤5 :运行步骤4构建的多生产指标优化方案，则同时在优化结果输出模块得到 原矿选别配置量优化值和生产指标优化值、在生产指标实时监控模块得到生产指标优化值 与生产指标实际值的实时变化趋势信息；
[0034] 步骤6 :从优化结果输出模块显示的生产指标优化值中，根据生产指标值的实时 变化趋势信息、决策者偏好信息和实际需要，选择一组生产指标优化值，同时，将该组生产 指标优化值对应的原矿选别配置量优化值下发至下层选矿生产系统；
[0035] 步骤7 :判断生产指标数据采集模块显示的生产指标实际值是否在生产指标目标 值范围内，是，则执行步骤6,否，则执行步骤3。
[0036] 有益效果：利用本发明的基于人机交互的原矿选别过程多生产指标优化系统及方 法，用户可以通过新建项目，根据用户的自身需求将多生产指标优化算法封装到软件平台， 搭建个性化的原矿选别过程多生产指标优化系统，达到节能降耗，降低生产成本，提高经济 效益的目的。因此本次发明具有以下优点：
[0037] 1)方便的算法封装功能：用户可以根据需要，自定义多生产指标优化算法，并通 过本系统封装成对应的多生产指标优化算法模块，且可以配置模块图形界面，然后将该新 封装的多生产指标优化算法模块添加到多生产指标优化算法模块库中，且可以对模块及模 块构成的多生产指标优化算法模块库进行修改维护。
[0038] 2)快捷的多生产指标优化方案生成功能：用户可以根据自己的需要很方便地对 自己的多生产指标优化方案进行灵活的模块化配置，设定模块的运行顺序及运行周期，最 终形成可以运行的多生产指标优化方案。
[0039] 3)数据表及趋势监控：用户可以通过按功能类别进行分组的数据，分别查看生产 指标目标，边界条件，设定值具体数据；通过趋势图可以方便的查看生产指标的历史趋势和 实时趋势。
[0040] 4) 0PC通讯：通过0PC通讯功能，可以方便地实现原矿选别配置量的下达和生产指 标实际值的上传，便于管理策略部门及时调整生产计划。
【专利附图】
【附图说明】
[0041] 图1为本发明一种实施方式的基于人机交互的原矿选别过程多生产指标优化系 统的结构示意图；
[0042] 图2为本发明一种实施方式的原矿选别过程多生产指标优化方法流程图；
[0043] 图3为本发明一种实施方式的多生产指标优化方案的结构示意图；
[0044] 图4为本发明一种实施方式的生产指标优化值与生产指标实际值的实时变化趋 势图；
[0045] 图5为本发明一种实施方式的生产指标优化算法一基于梯度信息的非支配排序 遗传算法流程图。
【具体实施方式】
[0046] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做进一步说明。
[0047] 本实施方式的基于人机交互的原矿选别过程多生产指标优化系统，如图1所示， 其包括：生产指标数据采集模块、参数设定与修改单元、多生产指标优化算法模块库、多生 产指标优化模型模块、多生产指标优化结果输出单元和多生产指标优化系统管理单元；本 实施方式中采用C#语言完成系统的搭建，采用WPF语言完成人机交互界面；
[0048] 所述生产指标数据采集模块用于通过与下层选矿生产系统建立的0PC(0LE for Process Control)通讯机制，采集下层选矿生产系统的多生产指标实际值并进行显示；所 述多生产指标，包括：精矿品位、全选比、金属回收率、单位精矿成本和精矿产量；
[0049] 所述参数设定/修改单元，用于对多生产指标优化方案所需的参数进行设定/修 改，包括：生产指标目标值模块、边界约束模块、优化算法内部参数模块；这些模块均通过 相应的人机交互界面进行人机交互；所述参数，包括：多生产指标目标值、边界约束条件和 生产指标优化算法内部参数；
[0050] 所述生产指标目标值模块，用于在相应的人机交互界面上对各生产指标的目标值 范围进行设定与修改；所述选矿生产指标的目标值范围，包括：精矿品位的上下限、全选比 的上限、金属回收率的下限、单位精矿成本的上限和精矿产量的上下限；
[0051] 所述边界约束模块，用于在相应的人机交互界面上对原矿选别过程涉及的边界约 束条件进行设定与修改；所述边界约束，包括：生产指标目标值范围、设备能力、尾矿品位、 可用能源资源，可利用原矿资源；所述设备/过程能力约束，主要包括（月度/周日）主体 设备能力，坚炉台时处理量、强磁磨机台时处理量、弱磁磨机台时处理量、磁选机台时处理 量、过滤机台时处理量等；所述生产运行时间约束条件，主要包括坚炉、强磁磨机、弱磁磨机 等各类设备运行时间、生产系列等各系列运行时间；所述优化算法内部参数模块，用于在相 应的人机交互界面上对用户设计的生产指标优化算法的内部参数进行设置与修改；所述内 部参数，为算法本身需要的参数，如决策变量个数、目标函数个数、种群数目、迭代次数等；
[0052] 在选矿生产过程中，生产计划部门可以结合生产指标优化结果和现场生产实际情 况，通过相应的人机交互界面在线修改相关的控制参数，从而及时调整现场的生产情况。
[0053] 所述多生产指标优化算法模块库，为多个不同的多生产指标优化算法模块构成的 集合；
[0054] 所述多生产指标优化算法模块，用于封装确定的多生产指标优化算法，即将每种 多生产指标优化算法封装为一个多生产指标优化算法模块；
[0055] 所述多生产指标优化模型模块，用于加载多生产指标优化模型；本实施方式的多 生产指标优化模型：因为选矿企业生产指标优化目标主要有精矿产量，精矿品位，全选比， 金属回收率和单位成本，其中在满足精矿需求量及约束条件下，在产量的目标范围内最大 化精矿产量；在品位目标区间内最大化精矿品位；在选矿比上限的约束条件下，尽量减小 选矿比，降低单位产品的原矿消耗；在选矿厂设定的金属回收率下限的约束下最大化选矿 厂的金属回收率；为追求利润，在给定的单位成本上限的约束下最大化精矿成本；因此，本 实施方式的生产指标优化模型中的生产指标优化目标函数包括：
[0056] 1.最大化精矿产量：
[0057] Max Q(X) = Max{
【权利要求】
1. 一种基于人机交互的原矿选别过程多生产指标优化系统，其特征在于：包括：生产 指标数据采集模块、参数设定与修改单元、多生产指标优化算法模块库、多生产指标优化模 型模块、多生产指标优化结果输出单元和多生产指标优化系统管理单元； 所述生产指标数据采集模块用于通过与下层选矿生产系统建立的OPC通讯机制，采集 下层选矿生产系统的多生产指标实际值并进行显示；所述多生产指标，包括：精矿品位、全 选比、金属回收率、单位精矿成本和精矿产量； 所述参数设定/修改单元，包括：生产指标目标值模块、边界约束模块、优化算法内部 参数模块；这些模块均通过相应的人机交互界面进行人机交互；所述参数，包括：多生产指 标目标值、边界约束条件和生产指标优化算法内部参数； 所述生产指标目标值模块，用于在相应的人机交互界面上对各生产指标的目标值范围 进行设定与修改；所述生产指标的目标值范围，包括：精矿品位的上下限、全选比的上限、 金属回收率的下限、单位精矿成本的上限和精矿产量的上下限； 所述边界约束模块，用于在相应的人机交互界面上对原矿选别过程涉及的边界约束条 件进行设定与修改；所述边界约束，包括：生产指标目标值范围、设备能力、尾矿品位、可用 能源资源，可利用原矿资源；其中生产指标目标值范围不在本模块进行设定与修改，而是 通过调用生产指标目标值模块获得； 所述优化算法内部参数模块，用于在相应的人机交互界面上对用户设计的生产指标优 化算法的内部参数进行设置与修改；所述内部参数，为算法本身需要的参数； 所述多生产指标优化算法模块库，为多个不同的多生产指标优化算法模块构成的集 合； 所述多生产指标优化算法模块，用于封装确定的多生产指标优化算法，即将每一多生 产指标优化算法封装为一个多生产指标优化算法模块； 所述多生产指标优化模型模块，用于加载多生产指标优化模型； 所述多生产指标优化结果输出单元包括：优化结果输出模块、生产指标实时监控模块、 原矿选别配置量下发模块； 所述优化结果输出模块用于实时输出和显示通过多生产指标优化方案优化后得到的 原矿选别配置量优化值和生产指标优化值；所述原矿选别配置量指的是各种原矿资源的消 耗量； 所述生产指标实时监控模块用于显示生产指标实际值与生产指标优化值的实时变化 趋势； 所述原矿选别配置量下发模块用于通过优化结果输出模块与下层选矿生产系统建立 的OPC通讯机制，将相应的原矿选别配置量优化值下发至下层选矿生产系统； 所述生产指标优化系统管理单元，包括：用户信息管理模块、密码管理模块、登陆/退 出管理模块和帮助模块；所述用户信息管理模块用于管理用户信息，包括：权限管理、用户 管理和日志管理；所述密码管理模块用于管理用户密码； 所述登陆/退出模块：用于管理用户登录/退出过程； 所述帮助模块用于根据用户需要，为用户提供系统使用帮助信息。
2. -种基于人机交互的原矿选别过程多生产指标优化方法，采用所述的基于人机交互 的原矿选别过程多生产指标优化系统实现，其特征在于：包括如下步骤： 步骤1 :确定多生产指标优化模型，根据多生产指标优化模型，在多生产指标优化算法 模块库中，根据算法参数配置查找所需的多生产指标优化算法，若未找到，则执行步骤2,若 找到，则执行步骤3; 步骤2 :将所需的多生产指标优化算法封装成新的多生产指标优化算法模块，并把该 新的多生产指标优化算法模块添加到多生产指标优化算法模块库中，并执行步骤1 ; 步骤3:获取所需的参数； 分别在生产指标目标值模块、边界约束模块、优化算法内部参数模块的人机交互界面 上，在线设定或修改相应的参数，或者，从数据库中获取相应的参数； 步骤4 :构建多生产指标优化方案； 调用生产指标数据采集模块、生产指标目标值模块、边界约束模块、优化算法内部参数 模块、优化结果输出模块、原矿选别配置量下发模块、生产指标实时监控模块、多生产指标 优化算法模块，构建多生产指标优化方案； 步骤5 :运行步骤4构建的多生产指标优化方案，则同时在优化结果输出模块得到原矿 选别配置量优化值和生产指标优化值、在生产指标实时监控模块得到生产指标优化值与生 产指标实际值的实时变化趋势信息； 步骤际：从优化结果输出模块显示的生产指标优化值中，根据生产指标值的实时变化 趋势信息、决策者偏好信息和实际需要，选择一组生产指标优化值，同时，将该组生产指标 优化值对应的原矿选别配置量优化值下发至下层选矿生产系统； 步骤陆：判断生产指标数据采集模块显示的生产指标实际值是否在生产指标目标值范 围内，是，则执行步骤际，否，则执行步骤3。
3.根据权利要求2所述的基于人机交互的原矿选别过程多生产指标优化方法，其特 征在于，所述的步骤2中将所需的多生产指标优化算法封装成新的多生产指标优化算法模 块，所述封装的方法，包括如下步骤： 步骤2. 1 :通过保存路径，建立待封装的多生产指标优化算法与多生产指标优化算法 模块库之间的对应关系； 步骤2. 2 :设置用于读取不同语言的算法参数配置接口，其包括算法的输入输出参数， 算法的名称； 步骤2. 3:根据设置的算法参数配置接口将算法保存至多生产指标优化算法模块库 中。
【文档编号】G05B19/418GK104281134SQ201410500198
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年9月26日 优先权日:2014年9月26日
【发明者】丁进良, 肖琼, 刘长鑫, 柴天佑 申请人:东北大学