一种电炉炼钢项目废钢物流仿真数字孪生智慧系统的构建方法

1.本发明涉及电炉炼钢、物流仿真和智能制造技术领域，更具体地说，涉及一种电炉炼钢项目废钢物流仿真数字孪生智慧系统的构建方法。


背景技术：

2.使用废钢进行冶炼的电炉炼钢工艺可以缩短从烧结到高炉炼铁到转炉炼钢的工艺流程，极大减少碳排放，是推进碳减排的重要工艺。一台电炉可以实现碳减排70％～80％，节省综合能耗45％～50％。
3.随着电炉炼钢技术的发展，以量子电炉为典型代表的电炉炼钢工艺，由于公称容量大、冶炼周期短、废钢消耗量和补充量大，废钢物流能力要求高。废钢物流成为电炉炼钢项目设计、建设和运营的关键。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的缺陷与不足，本发明提供一种电炉炼钢项目废钢物流仿真数字孪生智慧系统的构建方法。本发明根据电炉炼钢项目技术方案，设计废钢物流仿真理论模型，形成废钢物流仿真核心算法，建立电炉炼钢项目废钢物流仿真数字孪生智慧平台，基于地理信息系统进行数字化建模，构建电炉炼钢项目废钢物流仿真数字孪生智慧系统，对电炉炼钢项目废钢物流进行模拟仿真，全流程全生命周期模拟电炉炼钢项目废钢物流实际情况，从而获得电炉炼钢项目最佳冶炼周期、废钢物流能力、废钢物流方案和理论年产能等关键信息，对电炉炼钢项目废钢物流各种情况下的荷载和能力进行仿真和论证，解决电炉炼钢项目设计、建设和运营的关键问题，有效填补了电炉炼钢项目建设的空白。
5.2.技术方案
6.为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
7.本发明的一种电炉炼钢项目废钢物流仿真数字孪生智慧系统的构建方法，包括废钢物流仿真理论模型、废钢物流仿真核心算法、废钢物流仿真数字孪生智慧平台和废钢物流仿真数字孪生智慧系统，其步骤为：
8.步骤一：根据电炉炼钢项目技术方案，针对电炉冶炼周期、天车吊运料篮过程、天车加料过程、天车补料过程、料篮小车运输过程、废钢车辆运输过程建立理论模型，获取废钢物流仿真工艺参数；
9.步骤二：根据步骤一所述的废钢物流仿真理论模型，使用编程语言，构建废钢物流仿真核心算法；
10.步骤三：根据废钢物流仿真理论模型，结合电炉炼钢项目技术方案，通过耦合前端、后端和数据库设计开发，建立电炉炼钢项目废钢物流仿真数字孪生智慧平台；
11.步骤四：基于地理信息系统，根据电炉炼钢项目技术方案，将电炉跨、加料跨、废钢跨的电炉、天车、料篮、料篮小车等相关设备的地理信息进行采集、储存、管理、运算、分析、
显示和描述，进行数字化建模；
12.步骤五：通过电炉炼钢项目废钢物流仿真数字孪生智慧平台，结合数字化建模，建立数字化模型，生成基于真实物理世界的电炉炼钢车间的多维数据映射的虚拟电炉炼钢车间，构建电炉炼钢项目废钢物流仿真数字孪生智慧系统；
13.步骤六：在步骤四所述的电炉炼钢项目废钢物流仿真数字孪生智慧系统中，耦合废钢物流仿真核心算法，输入理论模型工艺参数，对废钢物流进行动画仿真，全流程全生命周期演示电炉车间废钢物流，模拟电炉炼钢项目废钢物流实际情况；
14.进一步的，还包括以下步骤：
15.步骤七：在步骤五所述的电炉炼钢项目废钢物流模拟过程中，根据模拟仿真发现的物流问题，动态调节废钢物流仿真理论模型工艺参数，优化废钢物流过程，并对电炉车间设备布局和物流过程提供反馈，优化电炉炼钢项目技术方案；
16.步骤八：重复上述步骤，直至确定最优电炉炼钢项目技术方案，以及对应的废钢物流仿真理论模型、废钢物流仿真数字孪生智慧平台和废钢物流仿真数字孪生智慧系统；
17.步骤九：在步骤七所述的废钢物流仿真数字孪生智慧系统中，根据最优理论模型工艺参数模拟废钢物流过程，得到电炉炼钢项目最佳冶炼周期、废钢物流能力、废钢物流方案和理论年产能等关键信息，支持电炉炼钢项目建设。
18.本发明可以通过电炉炼钢项目废钢物流仿真方法，全流程全生命周期模拟电炉炼钢项目废钢物流实际情况，获得电炉炼钢项目最佳冶炼周期、废钢物流能力、废钢物流方案和理论年产能等关键信息，对电炉炼钢项目废钢物流各种生产情况下的荷载和能力进行仿真和论证，解决电炉炼钢项目设计、建设和运营的关键问题，显著降低电炉炼钢项目建设的投资成本和风险，有效填补电炉炼钢项目建设的空白。本项目可以通过解决废钢物流这一关键问题，促进电炉炼钢项目发展，推动我国钢铁行业的碳减排，促进绿色低碳高质量发展。
附图说明
19.图1为本发明的流程框图；
20.图2为本发明的电炉炼钢项目废钢物流仿真示意图。
21.图中：1、电炉跨；2、电炉；3、加料跨；4、1#废钢跨；5、2#废钢跨；6、3#废钢跨；7、 4#废钢跨；8、天车；9、料篮小车；10、废钢运输车辆。
具体实施方式
22.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述：
23.实施例1
24.本实施例的一种电炉炼钢项目废钢物流仿真数字孪生智慧系统的构建方法，包括废钢物流仿真理论模型、废钢物流仿真核心算法、废钢物流仿真数字孪生智慧平台和废钢物流仿真数字孪生智慧系统，其步骤为：
25.步骤一：根据电炉炼钢项目技术方案，如图2所示，包括一个1-电炉跨、一台2-电炉、一个3-加料跨、两个8-加料跨天车、四个废钢跨(4-废钢跨、5-废钢跨、6-废钢跨、7-废钢跨)、八个废钢跨天车、四个9-料篮小车、数个10-废钢运输车辆。针对电炉冶炼周期、天车吊
运料篮过程、天车加料过程、天车补料过程、料篮小车运输过程、废钢车辆运输过程建立理论模型，获取废钢物流仿真工艺参数；
26.步骤二：根据步骤一所述的废钢物流仿真理论模型，使用java等计算机编程语言，针对一台电炉冶炼周期、两个加料跨天车吊运四个料篮、四个废钢跨八个天车加料、四个废钢跨八个天车补料、四个料篮小车运输、数个废钢车辆运输过程，形成废钢物流仿真核心算法；
27.步骤三：根据废钢物流仿真理论模型，结合电炉炼钢项目技术方案，通过耦合html、 css、javascript、vue.js、three.js等前端开发技术，java、spring、mybatis、scala等后端开发技术，oracle、mysql、redis等数据库开发技术，建立电炉炼钢项目废钢物流仿真数字孪生智慧平台；
28.步骤四：基于地理信息系统，根据电炉炼钢项目技术方案，将图2所示一个电炉跨、一个加料跨、四个废钢跨的一台电炉、十个天车、四个料篮小车和数个废钢车辆等相关设备的地理信息进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述，进行数字化建模；
29.步骤五：通过电炉炼钢项目废钢物流仿真数字孪生智慧平台，结合数字化建模，建立电炉炼钢项目的数字化模型，生成基于多维数据映射的虚拟电炉炼钢车间，构建电炉炼钢项目废钢物流仿真数字孪生智慧系统；
30.步骤六：在电炉炼钢项目废钢物流仿真数字孪生智慧系统中，耦合废钢物流仿真核心算法，控制输入电炉冶炼周期(30～40min)、天车加料模式、天车补料模式、天车运行速度(大车0～120m/min、小车0～38m/min、升降0～16m/min)、天车吊运能力(1～10t/次)、天车作业率(50％～100％)、检修情况(每天0～2h、每周24～72h、每月24～240h、每年240～480h) 等200余个理论模型工艺参数，对废钢物流进行动画仿真，全流程全生命周期演示电炉车间废钢物流，模拟电炉炼钢项目废钢物流实际情况；
31.步骤七：在步骤五所述的模拟电炉炼钢项目废钢物流实际情况中，根据模拟仿真发现的电炉冶炼周期、天车作业能力、天车加料模式、天车补料模式等200余个理论模型工艺参数导致的物流问题，动态调节废钢物流仿真理论模型工艺参数，优化废钢物流过程，并对电炉车间设备布局和物流过程提供反馈，优化电炉炼钢项目技术方案；
32.步骤八：重复上述步骤，直至确定最优电炉炼钢项目技术方案，以及对应的废钢物流仿真理论模型、废钢物流仿真数字孪生智慧平台和废钢物流仿真数字孪生智慧系统；
33.步骤九：在步骤七所述的废钢物流仿真数字孪生智慧系统中，根据最优理论模型工艺参数模拟废钢物流过程，得到电炉炼钢项目最佳冶炼周期32～36min、废钢物流能力2.0～2.4万吨/年、废钢物流方案和理论年产能150～200万吨等关键信息，支持电炉炼钢项目建设。
34.本发明通过电炉炼钢项目技术方案建立废钢物流理论模型和废钢物流核心算法，通过前端、后端和数据库开发技术，建立电炉炼钢项目废钢物流仿真数字孪生智慧平台，基于地理信息系统进行数字化建模，构建电炉炼钢项目废钢物流仿真数字孪生智慧系统，通过大量工艺参数优化设置和仿真动画渲染输出，对废钢物流进行模拟仿真，全流程全生命周期演示电炉车间废钢物流，为电炉炼钢和废钢物流决策提供全面可靠的数据和技术支持。通过内置多种机器学习方法，实现理论模型的持续优化、核心算法的迭代更新，实现虚拟和现实完美结合，为电炉炼钢项目设计、建设和运营提供支持，为电炉炼钢项目废钢物流
能力提供技术支持，优化生产管理和物流调度。
35.以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。