專利名稱：一種冷軋熱鍍鋅機(jī)組板卷自動(dòng)調(diào)度方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于板卷加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種冷軋熱鍍鋅機(jī)組板卷自動(dòng)調(diào)度方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
熱鍍鋅鋼板作為高附加值產(chǎn)品和高效節(jié)材產(chǎn)品是增加最快的一類鋼材品種，它在鋼材品種中所占比例逐年提高，在美國(guó)、日本等鋼材生產(chǎn)大國(guó)中，鍍鋅鋼板在鋼材中所占比例已經(jīng)高達(dá)13-15％，其中70％為熱鍍鋅鋼板。我國(guó)目前熱鍍鋅鋼板僅占剛才總產(chǎn)量的5％左右，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α徨冧\鋼板主要應(yīng)用于建筑、汽車和家電行業(yè)。熱鍍鋅鋼板的廣泛應(yīng)用促進(jìn)了鋼帶熱鍍鋅生產(chǎn)的快速發(fā)展，目前全世界帶鋼熱鍍鋅連續(xù)機(jī)組500余條，產(chǎn)量超過(guò)1億噸。
熱浸鍍簡(jiǎn)稱熱鍍，是將被鍍金屬材料經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，浸入低熔點(diǎn)的液態(tài)金屬或合金中，獲得防護(hù)性鍍層的一種工藝方法。此工藝方法的突出特點(diǎn)是基體金屬與鍍層金屬間形成冶金結(jié)合的合金層。被鍍金屬一般為普碳鋼和合金鋼，也有鑄鐵和不銹鋼。用于熱鍍的低熔點(diǎn)金屬有鋅、鉛、鋁、錫等有色金屬及其合金，其中鋅及其合金是最為廣泛的一種熱鍍金屬。熱鍍鋅鋼板產(chǎn)量最大，品種最多，用途最廣。
鋼帶連續(xù)熱鍍鋅是冷軋(熱軋)鋼帶(卷)在連續(xù)生產(chǎn)線上進(jìn)行熱浸鍍鋅，鋼帶(卷)一般通過(guò)開卷、剪切、焊接、堿或電解清洗、入口活套存料、加熱退火和還原、熱浸鍍鋅、氣刀控厚、鋅層的鋅花或合金化處理、冷卻、光整和拉矯、鈍化、出口活套存料、涂油、卷取和剪切等一系列工序，生產(chǎn)出熱鍍鋅鋼帶(卷)。
當(dāng)前國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)熱鍍鋅板卷的生產(chǎn)調(diào)度全部由人工完成，但是隨著熱鍍鋅品種生產(chǎn)途徑的增加，其生產(chǎn)組織的復(fù)雜性也日益增加，人工調(diào)度已經(jīng)不能合理優(yōu)化地進(jìn)行生產(chǎn)組織；在熱鍍鋅板卷的生產(chǎn)調(diào)度中要考慮延期交貨成本、退火溫度切換成本、粗糙度切換成本、壓花切換成本等諸多成本因素，而人工調(diào)度往往只能考慮到延期交貨成本和規(guī)格切換成本(換輥成本)，不能實(shí)現(xiàn)以降低總生產(chǎn)成本為目標(biāo)的優(yōu)化排產(chǎn)；同時(shí)，熱鍍鋅板卷的排產(chǎn)對(duì)象是板卷而不是合同，因此其生產(chǎn)調(diào)度要精確到“小時(shí)”，而人工調(diào)度的精度只能達(dá)到“天”，已不能滿足優(yōu)化排產(chǎn)的精度要求。高端鍍鋅板產(chǎn)品被用來(lái)生產(chǎn)汽車的表面結(jié)構(gòu)，根據(jù)用途不同可以分為內(nèi)板和外板。內(nèi)板用來(lái)生產(chǎn)汽車的內(nèi)表面，由于汽車內(nèi)部要加裝其他內(nèi)飾，所以對(duì)內(nèi)板的表面光潔度要求不是很高；外板用來(lái)生產(chǎn)汽車的外表面，汽車表面是否平整光潔與板卷的表面光潔度關(guān)系密切，所以對(duì)外板的表面質(zhì)量的要求是相當(dāng)高的。因此對(duì)于特定生產(chǎn)汽車板的熱鍍鋅機(jī)組而言，就會(huì)產(chǎn)生一些特別的約束，比如每連續(xù)生產(chǎn)一定數(shù)量的外板，就要生產(chǎn)一塊內(nèi)板以檢查機(jī)組的生產(chǎn)狀態(tài)以做出適當(dāng)調(diào)整，保證后續(xù)生產(chǎn)的外板的質(zhì)量。目前鋼鐵企業(yè)熱鍍鋅板卷的生產(chǎn)調(diào)度難度較大，人工調(diào)度結(jié)果很難達(dá)到降低總的生產(chǎn)成本，同時(shí)充分發(fā)揮機(jī)組產(chǎn)能的目標(biāo)。迫切需要開發(fā)出能自動(dòng)優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)及方法。


發(fā)明內(nèi)容
從現(xiàn)有鋼鐵企業(yè)熱鍍鋅熱軋機(jī)組生產(chǎn)熱鍍鋅鋼卷調(diào)度存在的問(wèn)題出發(fā)并以此為典型示例，本發(fā)明提供一種基于禁忌搜索和變深度搜索技術(shù)的熱鍍鋅機(jī)組作業(yè)方案自動(dòng)生成方法。該方法是在發(fā)明人依據(jù)實(shí)際問(wèn)題所建立的新的問(wèn)題描述基礎(chǔ)上形成的，通過(guò)考慮實(shí)際生產(chǎn)中的工藝約束(不僅考慮了生產(chǎn)計(jì)劃中板卷間在寬度、厚度、退火溫度上的跳躍以及后處理方式的集批約束，而且還考慮了合同是否能準(zhǔn)時(shí)交貨因素)，建立以最小化生產(chǎn)成本為目標(biāo)的熱鍍鋅生產(chǎn)計(jì)劃的數(shù)學(xué)模型。為求解上述模型發(fā)明人還設(shè)計(jì)了一種智能優(yōu)化方法，將變深度鄰域搜索嵌入到禁忌搜索的框架中。這種混合的智能優(yōu)化方案生成方法提高了作業(yè)方案的水平和效率，可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)排產(chǎn)。
熱鍍鋅生產(chǎn)的工藝流程分為開卷→預(yù)處理→加熱退火→熱浸鍍鋅→氣刀控厚→后處理→卷取。其主要生產(chǎn)工藝為加熱退火、熱浸鍍鋅、氣刀控厚和后處理 (1)加熱退火 用于冷軋薄板連續(xù)熱鍍鋅機(jī)組的退火爐是機(jī)組的關(guān)鍵設(shè)備。熱鍍鋅原板通常為冷軋板卷，退火可以使板卷在退火爐內(nèi)消除軋制應(yīng)力，改善力學(xué)性能，同時(shí)將板卷表面的一層微氧化膜還原成純鐵層，為熱鍍鋅準(zhǔn)備好附著力極強(qiáng)的表面狀態(tài)。
(2)熱浸鍍鋅 在熱浸鍍鋅階段，帶鋼浸入鋅鍋中的鋅液進(jìn)行浸鍍，繞過(guò)沉沒輥后出鋅鍋，帶鋼表面附著著一層鋅液。鋅鍋中的鋅液的成分決定了鍍鋅板卷的種類，不同種類的鍍鋅板卷之間切換生產(chǎn)時(shí)，鋅液中的成分要響應(yīng)的進(jìn)行改變。
(3)氣刀控厚 為了調(diào)節(jié)鍍鋅層厚度，工藝上采用氣體沖擊的方法。氣體沖擊方法使用壓縮空氣噴吹方法，將帶鋼表面多余的鋅液吹掉。由于其噴出的氣流截面積很窄小，有如刀的外形，稱之為氣刀。氣刀控制鋅層厚度提高了鍍鋅機(jī)組的生產(chǎn)效率和對(duì)厚度控制的精度。
(4)后處理 連續(xù)熱鍍鋅的后處理包括鍍鋅后冷卻，鋅花處理，粗糙度處理，機(jī)械光整，拉彎矯直以及鈍化、涂油等處理。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，包括以下步驟 (1)將所有外板板卷按寬度從寬到窄排列，形成初始外板作業(yè)方案； (2)向初始外板作業(yè)方案內(nèi)插入內(nèi)板，使得滿足連續(xù)生產(chǎn)外板數(shù)量不超過(guò)上限個(gè)數(shù)，以及跳躍約束，跳躍約束包括板卷間厚度跳躍約束、板卷間寬度跳躍約束和退火溫度跳躍約束，形成外板作業(yè)方案； (3)在外板作業(yè)方案后按最近鄰方式產(chǎn)生內(nèi)板作業(yè)方案，最近鄰方式就是每次都在未計(jì)劃的板卷中挑選和已有作業(yè)方案中最后一個(gè)板卷過(guò)渡費(fèi)用最小的板卷在隊(duì)列中做為新的最后板卷； (4)將外板作業(yè)方案和內(nèi)板作業(yè)方案連接起來(lái)構(gòu)成初始作業(yè)方案； (5)板卷交換及調(diào)整，滿足判定條件1和跳躍約束下，采用變深度鄰域搜索和禁忌搜索結(jié)合的框架，嵌入四種鄰域，重定位鄰域，交換鄰域，插入鄰域和刪除鄰域，對(duì)初始作業(yè)方案改進(jìn)，使得模型的目標(biāo)值最小； (6)將交換及調(diào)整后的作業(yè)方案下發(fā)執(zhí)行。
在提出熱鍍鋅機(jī)組板卷自動(dòng)調(diào)度方法的基礎(chǔ)上，相應(yīng)地還開發(fā)一種熱鍍鋅優(yōu)化作業(yè)方案生成系統(tǒng)。本發(fā)明的熱鍍鋅優(yōu)化作業(yè)方案生成系統(tǒng)是以本發(fā)明提出的數(shù)學(xué)模型和算法為基礎(chǔ)，把軟件開發(fā)中的可視化技術(shù)引入系統(tǒng)，將生產(chǎn)計(jì)劃編制技術(shù)與可視化技術(shù)有機(jī)結(jié)合。通過(guò)該系統(tǒng)，用戶可以根據(jù)實(shí)際情況下載算法所需的數(shù)據(jù)，得到所需的數(shù)據(jù)并經(jīng)過(guò)一些處理后，系統(tǒng)通過(guò)與算法的接口調(diào)用作業(yè)方案生成模塊進(jìn)行計(jì)算，作業(yè)方案生成模塊得到作業(yè)方案后，交給系統(tǒng)可視化部分轉(zhuǎn)化成二維圖形顯示的優(yōu)化結(jié)果。系統(tǒng)完成上述過(guò)程后，用戶可以根據(jù)實(shí)際問(wèn)題的需要，對(duì)圖形結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到人機(jī)交互的目的。這樣，就實(shí)現(xiàn)了工藝、數(shù)據(jù)、模型、算法和用戶經(jīng)驗(yàn)的有效集成。
本發(fā)明所提出的熱鍍鋅生產(chǎn)自動(dòng)作業(yè)調(diào)度方法主要由問(wèn)題描述和問(wèn)題求解兩個(gè)部分組成。
1.問(wèn)題描述模塊 熱鍍鋅生產(chǎn)自動(dòng)調(diào)度問(wèn)題可以看作是PCTSP(Prize-Collecting Traveling SalesmanProblem，帶獎(jiǎng)勵(lì)收集的旅行商問(wèn)題)問(wèn)題的衍生問(wèn)題。每個(gè)待生產(chǎn)的板卷可以看作是一個(gè)待訪問(wèn)的城市，其獎(jiǎng)勵(lì)值等于其自身的重量。任意兩個(gè)板卷之間的過(guò)渡費(fèi)用相當(dāng)于對(duì)應(yīng)的兩個(gè)城市之間的旅行費(fèi)用。由于問(wèn)題不要求將所有板卷排入調(diào)度中，所以不是每個(gè)城市都必須被訪問(wèn)，當(dāng)旅行商收集到的獎(jiǎng)勵(lì)在預(yù)設(shè)好的上下限之內(nèi)就可以，這里的上下限指的是在系統(tǒng)觸發(fā)作業(yè)方案生成模塊時(shí)，由用戶輸入的期望的作業(yè)方案的重量上下限。另外，由于合同的拖期交貨的懲罰費(fèi)用很大，所以每個(gè)板卷都要求盡量按期交貨。對(duì)應(yīng)在PCTSP問(wèn)題當(dāng)中，就是旅行商應(yīng)當(dāng)在每個(gè)城市的最晚允許訪問(wèn)時(shí)間之前訪問(wèn)該城市，否則會(huì)受到拖期懲罰。旅行商在訪問(wèn)每個(gè)城市，需要一個(gè)在此城市的服務(wù)時(shí)間，這個(gè)服務(wù)時(shí)間對(duì)應(yīng)熱鍍鋅自動(dòng)調(diào)度問(wèn)題中的板卷的加工時(shí)間。
根據(jù)以上敘述，我們建立了整數(shù)規(guī)劃數(shù)學(xué)模型如下 決策變量

模型參數(shù) N為待調(diào)度的板卷集合，N＝{0，1，2，...n}，其中0為一個(gè)虛擬板卷，表示作業(yè)方案的開始和結(jié)束。
O為板卷中外板的集合。
I為板卷中內(nèi)板的集合，I∪O＝N，I∩O＝φ。
LO為最多可以連續(xù)生產(chǎn)的外板的上限。
P(i)為板卷i的類型，當(dāng)板卷i為外板時(shí)P(i)＝1，否則P(i)＝0。
PT為所有的后處理方式的集合。
wdi為板卷i的寬度。
wti為板卷i的重量。
tki為板卷i的厚度。
tpri為板卷i的退火溫度 tkiZn為板卷i的鋅層寬度。
di為板卷i的交貨期，dj為板卷j的交貨期。
pi為板卷i的加工時(shí)間。
ti為板卷i的交貨期。
pti為板卷i的后處理方式，pti∈PT。
cij為板卷i和板卷j之間的過(guò)渡費(fèi)用。
Di為板卷i的拖期懲罰。
QMin，QMax為待排調(diào)度的重量上下限。
T0為調(diào)度開始執(zhí)行時(shí)間。
ci為板卷i的加工結(jié)束時(shí)間。
oi表示板卷i是連續(xù)生產(chǎn)的第多少塊外板。oi＝0。
M為一個(gè)充分大的正數(shù)。
λ1，λ2為目標(biāo)之間的權(quán)重，λ1+λ2＝1。
建立數(shù)學(xué)模型為目標(biāo)函數(shù)，描述如下 約束條件 y0＝1(3) 式(1)為目標(biāo)函數(shù)，其中的第一個(gè)分量

表示計(jì)劃內(nèi)板卷過(guò)渡費(fèi)用之和，第二個(gè)分量

表示所有合同的拖期費(fèi)用之和。約束(2)將決策變量x和y聯(lián)系起來(lái)。約束(3)表示虛擬板卷0必須被排入調(diào)度，而約束(4)和(5)保證一個(gè)板卷不能被調(diào)度超過(guò)一次。約束(6)的作用是消除子環(huán)的存在，保證所有計(jì)劃中的板卷都在板卷0開始到板卷0結(jié)束的環(huán)上。以上是調(diào)度問(wèn)題模型中的一般約束，下面的約束反應(yīng)了熱鍍鋅優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題的特點(diǎn)。
L1TK為相鄰板卷從厚過(guò)渡到薄時(shí)候允許的最大變化量。
L2TK為相鄰板卷從薄過(guò)渡到厚時(shí)候允許的最大變化量。
LWD為相鄰板卷在寬度上的最大允許變化量。
LTPR為相鄰板卷在退火溫度上的最大允許變化量。
wTar為對(duì)板卷拖期的單位懲罰系數(shù)。
cj-pj≤ci+(1-xij)M(7) cj-pj ≥ci-(1-xij)M (8) Di＝wTar max{0，ci-di}(9) -LWD≤xij(wdi-wdj)≤LWD(11) -LTPR≤xij(tpri-tprj)≤LTPR (12) oj≤(1-P(i))+P(i)(oi+1)+(1-xij)M， oj≥(1-P(i))+P(i)(oi+1)-(1-xij)M， oj≤LO， wdj≤wdi+(1-xij)M， xij＜xjk`+(1-xjk)M， 約束(7)(8)表示表示當(dāng)板卷i和板卷j緊鄰生產(chǎn)時(shí)，板卷j的生產(chǎn)開始時(shí)間必須等于板卷i的生產(chǎn)結(jié)束時(shí)間，中間不允許有空隙。約束(9)確定了一個(gè)板卷是否拖期以及拖期帶來(lái)的費(fèi)用。約束(10)使板卷之間的厚度跳躍在計(jì)劃規(guī)程的允許范圍內(nèi)，約束(11)是板卷之間的寬度跳躍不超過(guò)最大允許的跳躍范圍。約束(12)保證退火溫度的跳躍符合計(jì)劃規(guī)程。約束(13)使作業(yè)方案的總重量在預(yù)設(shè)的上下限范圍內(nèi)。通過(guò)約束(14)(15)和(16)，保證連續(xù)生產(chǎn)的外板數(shù)不超過(guò)LO個(gè)。約束(17)限制了連續(xù)生產(chǎn)外板時(shí)，外板板卷寬度不能比其前行板卷更寬。約束(18)使的在作業(yè)方案內(nèi)的所有外板都生產(chǎn)完之前，內(nèi)板不能連續(xù)生產(chǎn)。
數(shù)學(xué)模型是否能最大限度的反應(yīng)實(shí)際問(wèn)題，板卷間的過(guò)渡費(fèi)用cij的計(jì)算非常重要。板卷間的過(guò)渡費(fèi)用應(yīng)該為板卷間的厚度過(guò)渡費(fèi)用，寬度過(guò)渡費(fèi)用，退火溫度過(guò)渡費(fèi)用和鋅層厚度過(guò)渡費(fèi)用之和，即其中 (1)cijTK為板卷間厚度跳躍的過(guò)渡費(fèi)用
其中w1TK為板卷從厚寬過(guò)渡到薄時(shí)的單位跳躍懲罰系數(shù)，w2TK為板卷從薄過(guò)渡到厚時(shí)的單位跳躍懲罰系數(shù)。
(2)cijWD為板卷間寬度跳躍的過(guò)渡費(fèi)用
其中wWD為板卷之間寬度的單位跳躍懲罰系數(shù)。
(3)cijTPR為板卷間退火溫度跳躍的過(guò)渡費(fèi)用
其中wTPR為板卷之間退火溫度的單位跳躍懲罰系數(shù)。
(4)cijZT為板卷i和j之間后鋅層厚度變化是產(chǎn)生的費(fèi)用。
2.問(wèn)題求解模塊 在問(wèn)題求解模塊分為兩個(gè)階段。第一個(gè)階段是產(chǎn)生初始作業(yè)方案，第二個(gè)階段是利用禁忌搜索和變深度搜索的框架改進(jìn)初始作業(yè)方案。
1)產(chǎn)生初始作業(yè)方案 首先定義求解過(guò)程中用到的符號(hào)。內(nèi)板板卷集合SN，外板板卷集合SW。PlanW為表示外板板卷的作業(yè)方案的一個(gè)隊(duì)列。PlanN為表示內(nèi)板板卷的作業(yè)方案的隊(duì)列。Plan為表示所有板卷的作業(yè)方案的隊(duì)列。
初始化 步驟一將內(nèi)板作業(yè)方案PlanN，外板作業(yè)方案PlanW和作業(yè)方案Plan都設(shè)為空隊(duì)列。將所有外板板卷按寬度從寬到窄排列 步驟二從SW中選擇寬度最大的外板i，將i加入到Planw隊(duì)尾，令SW＝SW\{i}。重復(fù)步 驟二，直到SW＝Φ或者繼續(xù)加入板卷會(huì)使計(jì)劃重量大于預(yù)設(shè)的上限重量QMax。向外板作業(yè)方案內(nèi)插入內(nèi)板，使得計(jì)劃滿足連續(xù)生產(chǎn)外板數(shù)不超過(guò)LO個(gè) 步驟三循環(huán)PlanW，當(dāng)出現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)的外板超過(guò)LO個(gè)，或者外板之間的跳躍不符合規(guī)程時(shí)，記錄此位置為P。從SN中以最小插入費(fèi)用選擇板卷i，將i插入到PlanW隊(duì)列中P板卷后，令SN＝SN\{i}。此步驟的作用是使外板計(jì)劃部分滿足連續(xù)生產(chǎn)外板數(shù)量不超過(guò)LO個(gè)，以及跳躍約束。
按最近鄰方式產(chǎn)生內(nèi)板作業(yè)方案，最近鄰方式就是每次都在未計(jì)劃的板卷中挑選和已有作業(yè)方案中最后一個(gè)板卷過(guò)渡費(fèi)用最小的板卷將在隊(duì)列中做為新的最后板卷 步驟四在SN中找到板卷i，使得板卷i與PlanW隊(duì)尾的板卷的過(guò)渡費(fèi)用最小。將板卷i加入到PlanN中，并固定此板卷為PlanN的隊(duì)頭。SN＝SN\{i}。
步驟五找到板卷i∈SN和PlanN中的板卷j，使得將板卷i插入到板卷j后增加的過(guò)渡費(fèi)用比SN中任何其他板卷插入到PlanN中任何其他位置產(chǎn)生的過(guò)渡費(fèi)用都小。將板卷i插入到PlanN中板卷j后面，并SN＝SN\{i}。重復(fù)步驟五，直到SN＝Φ，繼續(xù)插入的板卷會(huì)產(chǎn)生不可行的作業(yè)方案或者繼續(xù)加入板卷會(huì)使計(jì)劃重量大于預(yù)設(shè)的上限重量QMax。
將外板作業(yè)方案和內(nèi)板作業(yè)方案連接起來(lái)構(gòu)成初始作業(yè)方案 步驟六將PlanW，PlanN中板卷按順序加入到Plan中即得到初始的熱鍍鋅機(jī)組作業(yè)方案。
如圖1所示。
2)改進(jìn)初始作業(yè)方案 在改進(jìn)階段，我們采用變深度鄰域搜索和禁忌搜索結(jié)合的框架，嵌入我們根據(jù)實(shí)際問(wèn)題設(shè)計(jì)的四種鄰域重定位(Relocation)鄰域，交換(Swap)鄰域，插入鄰域(Insertion)和刪除鄰域(Deletion)。鄰域搜索是根據(jù)上述四種操作對(duì)當(dāng)前解進(jìn)行移動(dòng)，并找到一系列新解，在這一系列新解當(dāng)中選擇更符合目標(biāo)函數(shù)要求的解做為下一次迭代的出發(fā)點(diǎn)。鄰域搜索的目的是逐步改進(jìn)當(dāng)前解以最終達(dá)到改進(jìn)作業(yè)方案的目的。所述的重定位鄰域?qū)⒊跏甲鳂I(yè)方案中的板卷移動(dòng)至新的位置，所述的交換鄰域?qū)Τ跏甲鳂I(yè)方案中的板卷進(jìn)行交換，所述的插入鄰域是將計(jì)劃外的板卷插入到初始作業(yè)方案中，所述的刪除鄰域是將板卷從初始作業(yè)方案中刪除。鄰域是指由從當(dāng)前基解出發(fā)，根據(jù)特定的操作，找出的新解的集合。這樣，根據(jù)已知給定的一個(gè)解，結(jié)合以上四種操作，就可以得到對(duì)應(yīng)的四種鄰域了。因?yàn)槲覀兊淖鳂I(yè)方案生成方法采用了禁忌搜索的思想，所以產(chǎn)生鄰域的移動(dòng)分為禁忌和非禁忌兩種。一個(gè)移動(dòng)被視為禁忌的，當(dāng)這次移動(dòng)的逆向移動(dòng)在最近TL次迭代中被執(zhí)行過(guò)，例如在圖2中，板卷2在板卷1后面，在重定位移動(dòng)中被放在板卷7后面，如果在一次迭代當(dāng)中當(dāng)這個(gè)移動(dòng)被執(zhí)行，那么他的逆向移動(dòng)就是將板卷2重定位至板卷1后面，因此在此后的TL次迭代過(guò)程內(nèi)，將板卷2移動(dòng)至板卷1后面的移動(dòng)被視為是禁忌的；反之，稱其為非禁忌的。一個(gè)禁忌的移動(dòng)所產(chǎn)生的新解不能被放入鄰域集合中，除非這個(gè)新解的目標(biāo)函數(shù)值優(yōu)于歷史最優(yōu)值。
四種鄰域如圖2，3，4，5所示。
根據(jù)本問(wèn)題的特征，我們總結(jié)出一下兩個(gè)判定條件，用來(lái)在鄰域搜索過(guò)程中減小無(wú)為的嘗試，以提高改進(jìn)過(guò)程的效率。
(1)在進(jìn)行插入操作時(shí)，如果被移動(dòng)的板卷是一個(gè)外板，它只能被插入到寬度大于或等于它的寬度的板卷后面；如果它緊后生產(chǎn)的板卷是外板的話，則其的寬度必須小于或等于插入板卷的寬度；新插入板卷距離其他外板板卷的最近距離不能大于2。
(2)另外，在進(jìn)行搜索時(shí)，當(dāng)板卷位置發(fā)生移動(dòng)后，都要檢查改變位置的板卷，是否能和其相鄰的板卷相兼容，即兩個(gè)板卷之間的過(guò)渡是否滿足寬度、厚度、鋅層厚度和退火溫度這些約束。如果任意一條約束不被滿足，那么這個(gè)操作屬于非法操作，也不能被放入鄰域中。
判定條件(1)的理由是，任何外板不能比任一其先行板卷更寬，且外板只能和其他外板連續(xù)生產(chǎn)或至多相隔一個(gè)內(nèi)板。判定條件(2)是根據(jù)問(wèn)題描述中的約束部分，對(duì)相鄰生產(chǎn)板卷在寬度、厚度、退火溫度和鋅層厚度上的約束制定的，即跳躍約束。根據(jù)以上的這些判定條件，我們可以得到一個(gè)高效率的鄰域。有了這樣的鄰域，結(jié)合先進(jìn)的變深度鄰域搜索和禁忌搜索框架，可以得到優(yōu)異的改進(jìn)算法。下面介紹變深度搜索和禁忌搜索結(jié)合的算法結(jié)構(gòu)。
為了將算法的結(jié)構(gòu)說(shuō)明得清楚，我們先介紹一些符號(hào)。最大循環(huán)次數(shù)為MaxIter，當(dāng)前循環(huán)次數(shù)Iter，變深度鄰域構(gòu)造的最大層數(shù)MaxLvl，初始作業(yè)方案S，最優(yōu)解S*，當(dāng)前循環(huán)層數(shù)為L(zhǎng)vl，在每個(gè)深度上解的集合S(1)，S(2)，...S(MaxLvl)，每個(gè)集合的大小為N1，以及解集合中每個(gè)解產(chǎn)生新解的個(gè)數(shù)N2，候選解集合Spool。
初始化 步驟一初始化。令I(lǐng)ter＝0，Lvl＝0。令Spool＝Φ，S(1)＝S(2)＝...＝S(MaxLvl)＝Φ，S(0)＝{S}。對(duì)S(lvl)中的每個(gè)作業(yè)方案都進(jìn)行鄰域搜索，并找到N1個(gè)新的作業(yè)方案。集合S(lvl)中共有N2個(gè)作業(yè)方案，所以共找到N1*N2個(gè)新的作業(yè)方案。從這N1*N2個(gè)新的作業(yè)方案中找出N2個(gè)最好的作業(yè)方案放入到集合S(lvl+1)中做為下一個(gè)深度搜索的出發(fā)點(diǎn) 步驟二循環(huán)S(lvl)中的解，對(duì)每個(gè)解都在Relocation鄰域和Swap鄰域中找到最好的N1/3個(gè)移動(dòng)，在Insertion鄰域和Deletion鄰域中各找到最好N1/6個(gè)移動(dòng)，并找到對(duì)應(yīng)這些移動(dòng)的新解。在進(jìn)行鄰域搜索時(shí)，不滿足判定條件(1)和(2)，將所有產(chǎn)生的N1*N2個(gè)(當(dāng)Lvl＝0時(shí)，新解的個(gè)數(shù)為N1個(gè))解放入Spool中，從中選出N2個(gè)最好的解放入集合S(lvl+1)。
如果當(dāng)前深度還沒有達(dá)到預(yù)設(shè)的最大深度，那么重復(fù)上一個(gè)步驟，進(jìn)行下一深度的搜索；否則從集合S(1)，S(2)，...S(MaxLvl)的并集中找到最好的作業(yè)方案，并將此作業(yè)方案做為下一次迭代搜索的出發(fā)點(diǎn)。為了防止搜索過(guò)程在局部最優(yōu)處震蕩，我們將一次迭代的出發(fā)點(diǎn)和這次迭代搜索到的最佳作業(yè)方案之間的所有移動(dòng)加入到禁忌表當(dāng)中。
步驟三令Spool＝Φ，lvl＝lvl+1。如果lvl＜MaxLvl，轉(zhuǎn)步驟二，進(jìn)行下一深度的搜索；否則轉(zhuǎn)步驟四，進(jìn)行下一次迭代。
步驟四從S(1)，S(2)，...S(MaxLvl)中找出最好解S′。將從S到S′的每次移動(dòng)加入到禁忌表當(dāng)中，避免在后面的鄰域搜索中重復(fù)搜索。更新禁忌表。令S＝S′，S(0)＝{S}， S(1)＝S(2)＝…＝S(MaxLvl)＝Φ，lvl＝0，Iter＝Iter+1。若S的目標(biāo)函數(shù)值優(yōu)于S*的目標(biāo)函數(shù)，則令S*＝S。如果Iter＜MaxIter，轉(zhuǎn)步驟二開始下一次迭代搜索。否則結(jié)束改進(jìn)初始作業(yè)方案方法，S*即為改進(jìn)后得到的改進(jìn)作業(yè)方案。
變深度搜索樹如圖6所示。
改進(jìn)算法流程圖如圖7所示。問(wèn)題求解模塊總體流程圖如圖8所示。
3)作業(yè)方案系統(tǒng)模塊 為了方便使用者更方便快捷的使用前述的作業(yè)方案產(chǎn)生辦法，我們提供了一個(gè)包含圖形界面和可以通過(guò)拖拽來(lái)編輯作業(yè)方案的系統(tǒng)。該系統(tǒng)以Windows為支撐平臺(tái)，開發(fā)環(huán)境為Visual c++6.0，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)采用Microsoft SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)開發(fā)的優(yōu)化系統(tǒng)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是采用模塊設(shè)計(jì)思想與圖形接口相結(jié)合，模塊化設(shè)計(jì)使系統(tǒng)便于修改與移植，而圖形接口便于用戶操作。本發(fā)明從軟件產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的各功能的角度考慮把系統(tǒng)分成多個(gè)模塊，每個(gè)模塊保持一定的功能獨(dú)立，在協(xié)同工作時(shí)，通過(guò)相互之間的接口完成實(shí)際任務(wù)。當(dāng)系統(tǒng)的外界軟、硬件的環(huán)境發(fā)生變化或者用戶的需求有所更改時(shí)，并不需要對(duì)所有的組件進(jìn)行修改，而僅對(duì)受影響的組件進(jìn)行必要的修改，然后重新組合便可適應(yīng)新的環(huán)境。該系統(tǒng)的功能模塊包括授權(quán)用戶登錄模塊、數(shù)據(jù)下載和管理模塊、作業(yè)方案自動(dòng)生成模塊、作業(yè)方案顯示與編輯模塊、生產(chǎn)計(jì)劃結(jié)果檢查與評(píng)價(jià)模塊、生產(chǎn)計(jì)劃結(jié)果上傳模塊、系統(tǒng)配置模塊，并將問(wèn)題實(shí)例化模塊和問(wèn)題求解模塊嵌于作業(yè)方案自動(dòng)生成模塊當(dāng)中。各模塊功能如下 1)授權(quán)用戶登錄模塊 檢驗(yàn)用戶是否為系統(tǒng)的合法用戶，并且根據(jù)用戶的類別為用戶提供相應(yīng)的權(quán)限。
2)數(shù)據(jù)下載和管理模塊 用戶觸發(fā)下載數(shù)據(jù)命令，系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的ip地址自動(dòng)從數(shù)據(jù)服務(wù)器上下載包括板卷信息的數(shù)據(jù)文件。所下載的字段包括板卷號(hào)、合同號(hào)、板卷厚度、板卷寬度、板卷重量、退火溫度、鋅層厚度、出鋼記號(hào)、交貨期、按周交貨標(biāo)志、鍍層種類、檢驗(yàn)基準(zhǔn)、后處理方式和粗糙度。根據(jù)需求，對(duì)從服務(wù)器上下載的數(shù)據(jù)進(jìn)行增加、刪除和修改的操作，并支持?jǐn)?shù)據(jù)查詢與統(tǒng)計(jì)功能。
3)作業(yè)方案自動(dòng)生成模塊 此模塊中包含了問(wèn)題描述模塊---數(shù)學(xué)模型和問(wèn)題求解模塊。用數(shù)據(jù)和參數(shù)將數(shù)學(xué)模型實(shí)例化后，用問(wèn)題求解模塊來(lái)計(jì)算此實(shí)例，從而得到作業(yè)方案。首先用戶在這一模塊中輸入動(dòng)態(tài)參數(shù)，比如作業(yè)方案中板卷重量的上下限，作業(yè)方案中板卷的類型等等。然后系統(tǒng)將這些動(dòng)態(tài)參數(shù)參數(shù)與系統(tǒng)靜態(tài)參數(shù)一并傳遞給作業(yè)方案生成方法。系統(tǒng)靜態(tài)參數(shù)包括預(yù)先設(shè)置好的技術(shù)規(guī)程，比如最大寬度跳躍等；還包括最大迭代次數(shù)等與方法相關(guān)的參數(shù)。在系統(tǒng)將數(shù)據(jù)也傳遞給作業(yè)方案生成方法之后，根據(jù)所得到的數(shù)據(jù)，按照在問(wèn)題描述模塊中各個(gè)符號(hào)的定義，問(wèn)題描述模塊中的抽象的問(wèn)題，變成了一個(gè)具體的實(shí)例。此實(shí)例被傳遞給問(wèn)題求解模塊，在問(wèn)題求解模塊當(dāng)中，根據(jù)預(yù)設(shè)步驟產(chǎn)生初始作業(yè)方案-＞改進(jìn)初始作業(yè)方案，最終得到一個(gè)優(yōu)化的熱鍍鋅板卷生產(chǎn)方案。模塊流程圖如圖9。圖8為圖9中啟動(dòng)問(wèn)題求解模塊步驟的詳細(xì)流程圖。
4)作業(yè)方案的顯示與編輯模塊 在這個(gè)模塊中，作業(yè)方案以圖形的方式被顯示出來(lái)，如圖10。在此模塊中，用戶可以通過(guò)鼠標(biāo)拖拽的方式修改編輯作業(yè)方案，以使作業(yè)方案進(jìn)一步的滿足使用者的需求。
5)作業(yè)方案的檢查和評(píng)價(jià)模塊 在這個(gè)模塊中，系統(tǒng)對(duì)每一次作業(yè)方案的變化進(jìn)行違規(guī)檢查，判斷是否有違規(guī)出現(xiàn)。若存在違規(guī)現(xiàn)象，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)提示使用者，并要求使用者更正違規(guī)。若沒有違規(guī)出現(xiàn)，這模塊會(huì)給出對(duì)當(dāng)前作業(yè)方案的評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)的指標(biāo)包括當(dāng)前作業(yè)方案在寬度、厚度、鋅層厚度、退火溫度上的變化量，拖期板卷個(gè)數(shù)以及懲罰和作業(yè)方案的規(guī)模。模塊流程圖如圖11。
6)生產(chǎn)計(jì)劃結(jié)果上傳模塊 作業(yè)方案被產(chǎn)生并確認(rèn)無(wú)違規(guī)后，系統(tǒng)把作業(yè)方案然后通過(guò)FTP協(xié)議上傳到數(shù)據(jù)服務(wù)器。
7)系統(tǒng)配置模塊 系統(tǒng)配置模塊為一個(gè)獨(dú)立的模塊，用來(lái)對(duì)系統(tǒng)的參數(shù)配置進(jìn)行設(shè)定。使用者可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行配置，包括配置靜態(tài)參數(shù)和服務(wù)器參數(shù)。計(jì)算參數(shù)主要包括板卷之間的最大跳躍值，機(jī)組的產(chǎn)能、各項(xiàng)跳躍的懲罰系數(shù)、目標(biāo)函數(shù)權(quán)重；服務(wù)器配置主要是服務(wù)器的地址、端口、用戶名和密碼。系統(tǒng)總體流程如圖12。
本發(fā)明由于采用了上述的技術(shù)方案，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果 與鋼鐵企業(yè)現(xiàn)有的作業(yè)方案產(chǎn)生相比。目前全世界幾乎所有熱鍍鋅機(jī)組的作業(yè)方案都是有計(jì)劃人員手工編排的。本發(fā)明通過(guò)將運(yùn)籌學(xué)與智能優(yōu)化方法結(jié)合，使企業(yè)能夠利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)產(chǎn)生熱鍍鋅機(jī)組的作業(yè)方案，并且極大的提高了作業(yè)方案的質(zhì)量和縮短了產(chǎn)生作業(yè)方案的方法，通過(guò)在企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中的測(cè)試，優(yōu)于有豐富工作經(jīng)驗(yàn)的計(jì)劃人員進(jìn)行的調(diào)整。本發(fā)明由于性能穩(wěn)定，可以提高熱鍍鋅機(jī)組的生產(chǎn)效率和穩(wěn)定性。



圖1初始解產(chǎn)生流程圖， 圖2重定位鄰域示意圖， 圖3交換鄰域示意圖， 圖4插入鄰域鄰域示意圖， 圖5刪除鄰域示意圖， 圖6變深度搜索樹示意圖， 圖7變深度鄰域搜索-禁忌搜索流程圖， 圖8問(wèn)題求解模塊總體流程圖， 圖9作業(yè)方案自動(dòng)生成流程圖， 圖10作業(yè)方案的顯示與編輯模塊， 圖11檢查和評(píng)價(jià)模塊流程圖， 圖12系統(tǒng)總體流程圖， 圖13變深度鄰域搜-禁忌搜索案例示意圖。

具體實(shí)施例方式 下面我們給出一個(gè)具體的實(shí)施案例。首先我們給出案例中用到的數(shù)據(jù)和參數(shù)。此案例的所用到的數(shù)據(jù)是一個(gè)經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化的版本，是從某大型鋼鐵企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)中隨機(jī)抽取產(chǎn)生的。實(shí)際生產(chǎn)中數(shù)據(jù)的規(guī)模要比此案例大。在案例中，待生產(chǎn)的板卷有20個(gè)，全部為高強(qiáng)鋼。其中外板8個(gè)，分別以1，2，…，8索引，內(nèi)板12個(gè)，分別以9，10，…，20索引。熱鍍鋅生產(chǎn)機(jī)組我們以某大型鋼鐵企業(yè)的技術(shù)規(guī)程為例，如表1。作業(yè)方案生成過(guò)程中用到的靜態(tài)參數(shù)如表2。表2中的目標(biāo)函數(shù)權(quán)重和過(guò)渡費(fèi)用懲罰系數(shù)的確定又該大型鋼鐵企業(yè)的資深的計(jì)劃員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)給出，作業(yè)方案產(chǎn)生方法的參數(shù)根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)和國(guó)際上相關(guān)研究常用的參數(shù)確定。 表1技術(shù)規(guī)程 表2靜態(tài)參數(shù)表

步驟1以系統(tǒng)管理員(最高級(jí)別權(quán)限)帳號(hào)sa登錄，在登錄界面中設(shè)置數(shù)據(jù)服務(wù)器名為server，設(shè)數(shù)據(jù)庫(kù)名為Galvanization。
步驟2點(diǎn)擊數(shù)據(jù)下載按鈕，觸發(fā)數(shù)據(jù)服務(wù)器上的數(shù)據(jù)收集程序，該數(shù)據(jù)收集程序通過(guò)生產(chǎn)車間的PLC等設(shè)備得到目前熱鍍鋅機(jī)組前庫(kù)的板卷信息，并生成數(shù)據(jù)文件data.dat。系統(tǒng)通過(guò)FTP方式訪問(wèn)數(shù)據(jù)服務(wù)器，下載該數(shù)據(jù)文件到本地硬盤，讀取并解析該文件，同時(shí)將其中包含的板卷數(shù)據(jù)寫入到本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中。在數(shù)據(jù)管理過(guò)程中，我們修改索引為13的板卷的寬厚、厚度等屬性，將索引為17的板卷從系統(tǒng)中刪除，并且新增加一個(gè)屬性與原13板卷相同的板卷，仍以17索引它。
步驟3靜態(tài)參數(shù)配置。點(diǎn)擊參數(shù)配置按鈕，啟動(dòng)參數(shù)配置模塊。在這個(gè)模塊中，我們可以修改技術(shù)規(guī)程中的參數(shù)，如厚度從薄到厚跳躍最大為15mm等，以及作業(yè)方案產(chǎn)生算法中的最大迭代次數(shù)。由于系統(tǒng)在此之前已經(jīng)配置好，我們?cè)谶@里不對(duì)靜態(tài)參數(shù)做任何修改。步驟4點(diǎn)擊作業(yè)方案生成按鈕，啟動(dòng)作業(yè)方案自動(dòng)生成模塊。首先用戶在這一模塊中輸入動(dòng)態(tài)參數(shù)。原始數(shù)據(jù)中，20個(gè)板卷的總重量是404噸，我們?cè)O(shè)定新作業(yè)方案的重量的上下限為，下限280噸，上限350噸，作業(yè)方案類型為高強(qiáng)鋼。系統(tǒng)以板卷的數(shù)據(jù)，手動(dòng)輸入的上下限參數(shù)和系統(tǒng)預(yù)設(shè)的靜態(tài)參數(shù)對(duì)作業(yè)方案生成方法進(jìn)行初始化，并啟動(dòng)作業(yè)方案生成方法。作業(yè)方案生成方法分為兩個(gè)部分，首先是產(chǎn)生初始作業(yè)方案。
步驟4.1產(chǎn)生初始作業(yè)方案。外板板卷集合SW＝{1，2，…，8}，內(nèi)板板卷集合SN＝{9，10，…，20}。Planw為表示外板板卷的作業(yè)方案的一個(gè)隊(duì)列。Plann為表示內(nèi)板板卷的作業(yè)方案的隊(duì)列。Plan為表示所有板卷的作業(yè)方案的隊(duì)列。
步驟4.1.1令Planw＝Φ，Plann＝Φ，Plan＝Φ。
步驟4.1.2從SW中選擇寬度最大的外板8，將8加入到Planw隊(duì)尾，令SW＝SW\{i}。重復(fù)步驟4.1.2，直到SW＝Φ。此步驟的目的是將所有外板板卷按寬度從寬到窄排列。
當(dāng)步驟4.1.2第一次被執(zhí)行時(shí)，Planw＝8，SW＝{1，2，…，7}；第二次被執(zhí)行時(shí)，Planw＝8，1，SW＝{2，3，…，7}；直到SW＝Φ時(shí)，Planw＝8，1，4，5，6，3，2，7。
步驟4.1.3循環(huán)Planw，在外板1和4之間，板卷間的寬度跳躍達(dá)到了300mm，這是不符合計(jì)劃規(guī)程的，此時(shí)從SN中以最小插入費(fèi)用選擇板卷15，將板卷15插入到Planw隊(duì)列中板卷1后。此時(shí)Planw＝8，1，15，4，5，6，3，2，7，SN＝{9，…，14，16，…，20}。當(dāng)循環(huán)到板卷3時(shí)，已經(jīng)連續(xù)生產(chǎn)了4塊外板，4，5，6，3，此時(shí)雖然板卷3和2之間的過(guò)渡滿足規(guī)程，也要插入一塊內(nèi)板。從SN中以最小插入費(fèi)用選擇板卷20插入到板卷3和2之間。此時(shí)Planw＝8，1，15，4，5，6，3，20，2，7，SN＝{9，…，14，16，…，19}。
步驟4.1.4在SN中找到板卷11，使得板卷11與Planw隊(duì)尾的板卷7的過(guò)渡費(fèi)用最小。將板卷11加入到Plann中，并固定此板卷為Plann的隊(duì)頭，SN＝SN\{i}。此時(shí)Plann＝11，SN＝{9，10，12，13，14，16，17，18，19}。
步驟4.1.5以最小插入費(fèi)用方式規(guī)則，依次將SN中的板卷逐一插入到Plann中。當(dāng)Plann＝11，13，14，16，9，19，17時(shí)，作業(yè)方案內(nèi)的重量達(dá)到369噸，繼續(xù)加入板卷作業(yè)方案的重量會(huì)超過(guò)預(yù)設(shè)的上限380噸，所以進(jìn)行下一步。
步驟4.1.6將Planw，Plann中板卷按順序加入到Plan中即得到初始的熱鍍鋅機(jī)組作業(yè)方案Plan＝8，1，15，4，5，6，3，20，2，7，11，13，14，16，9，19，17，剩余板卷被加入到集合L中，L＝{18，12，10}。
步驟4.2改進(jìn)初始作業(yè)方案。初始作業(yè)方案S為Plan＝8，1，15，4，5，6，3，20，2，7，11，13，14，16，9，19，17，未選板卷L＝{18，12，10}。產(chǎn)生初始作業(yè)方案后開始改進(jìn)作業(yè)方案。
步驟4.2.1令I(lǐng)ter＝0，Lvl＝0。令Spool＝Φ，S(1)＝S(2)＝...＝S(MaxLvl)＝Φ，S(0)＝{S}。
步驟4.2.2循環(huán)S(lvl)中的解，對(duì)每個(gè)解都在Relocation鄰域和Swap鄰域中找到最好的N1/3個(gè)移動(dòng)，在Insertion鄰域和Deletion鄰域中各找到N1/6各移動(dòng)，并找到對(duì)應(yīng)這些移動(dòng)的新解。將所有產(chǎn)生的N1*N2個(gè)解放入Spool中，從中選出N2個(gè)最好的解放入集合S(lvl+1)。
步驟4.2.3令Spool＝Φ，lvl＝lvl+1。如果lvl＜MaxLvl，轉(zhuǎn)步驟二，進(jìn)行下一深度的搜索；否則轉(zhuǎn)步驟四，進(jìn)行下一次迭代。
步驟4.2.4從S(1)，S(2)，..S(MaxLvl)中找出最好解S′。將從S到S′的每次移動(dòng)加入到禁忌表當(dāng)中，避免在后面的鄰域搜索中重復(fù)搜索。令S＝S′，S(0)＝{S}，S(1)＝S(2)＝...＝S(MaxLvl)＝Φ，lvl＝0，Iter＝Iter+1。若S的目標(biāo)函數(shù)值優(yōu)于S*的目標(biāo)函數(shù)，則令S8＝S。如果Iter＜MaxIter，轉(zhuǎn)步驟二開始下一次迭代搜索。否則結(jié)束改進(jìn)初始作業(yè)方案方法，S*即為改進(jìn)后得到的改進(jìn)作業(yè)方案。比如從S(0)到S(10)*經(jīng)過(guò)了10次移動(dòng)，分別是(1)交換6和2；(2)將14移動(dòng)至17后；(3)將9刪除掉；(4)將12插入到11后面；(5)交換15和13；(6)將15和20交換；(7)將17移動(dòng)至20后面以及(8)(9)(10)等移動(dòng)。如圖13所示當(dāng)完成搜索后，在S(1)，S(2)，...，S(10)集合中，最好的解為S(7)*，則我們將移動(dòng)(1)到移動(dòng)(7)分別加入到對(duì)應(yīng)的禁忌表中，移動(dòng)中涉及的板卷加入到板卷禁忌表中。在下次迭代過(guò)程中，如果被探測(cè)的移動(dòng)在禁忌表當(dāng)中，那么這個(gè)移動(dòng)是禁忌的，除非它能改進(jìn)歷史最優(yōu)值。
步驟5當(dāng)作業(yè)方案產(chǎn)生以后，啟動(dòng)作業(yè)方案顯示和編輯模塊。作業(yè)方案通過(guò)圖形的方式顯示出來(lái)。此時(shí)，我們可以通過(guò)鼠標(biāo)拖拽的方式修改編輯作業(yè)方案，以使作業(yè)方案進(jìn)一步的滿足我們的需求。這里我們將板卷7拖拽到板卷5后面。
步驟6當(dāng)作業(yè)方案被改變時(shí)，檢查和評(píng)價(jià)模塊將被啟動(dòng)。模塊中的檢查功能發(fā)現(xiàn)在從板卷7到板卷2過(guò)渡時(shí)，發(fā)生了外板作業(yè)寬度反跳違規(guī)，檢查功能給出違規(guī)提示，要求我們將這個(gè)違規(guī)改正。當(dāng)我們重新將板卷拖拽到板卷1的后面時(shí)，檢查功能發(fā)現(xiàn)作業(yè)方案沒有違規(guī)發(fā)生，屬于可行的作業(yè)方案，于是啟動(dòng)檢查與評(píng)價(jià)模塊中評(píng)價(jià)功能，彈出一個(gè)對(duì)話框并給出作業(yè)方案的各個(gè)指標(biāo)。比如寬度總跳躍為117mm，厚度從厚到薄總跳躍為0.78mm，從薄到厚的總跳躍為0.31mm等。
步驟7我們對(duì)新產(chǎn)生的作業(yè)方案很滿意，于是打算將此作業(yè)方案下發(fā)到機(jī)組，使機(jī)組按作業(yè)方案中的順序生產(chǎn)板卷。我們點(diǎn)擊計(jì)劃上傳按鈕，系統(tǒng)將作業(yè)方案寫入到結(jié)果文件ret.dat中，通過(guò)FTP方式將結(jié)果文件上傳的數(shù)據(jù)服務(wù)器上，觸發(fā)服務(wù)器的方案下發(fā)程序。服務(wù)器將我們的系統(tǒng)上傳的ret.dat文件解析后，通過(guò)以太網(wǎng)將作業(yè)方案下達(dá)到熱鍍鋅機(jī)組的PLC等設(shè)備中。熱鍍鋅機(jī)組的吊機(jī)將會(huì)按照作業(yè)方案中的順序依次將板卷放置在開卷機(jī)上生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1、一種冷軋熱鍍鋅機(jī)組板卷自動(dòng)調(diào)度方法，其特征在于滿足生產(chǎn)約束條件下，建立了以最小化生產(chǎn)成本為目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型，調(diào)度方法包括以下步驟
(1)將所有外板板卷按寬度從寬到窄排列，形成初始外板作業(yè)方案；
(2)向初始外板作業(yè)方案內(nèi)插入內(nèi)板，使得外板作業(yè)方案滿足連續(xù)生產(chǎn)外板數(shù)量不超過(guò)上限個(gè)數(shù)，以及各跳躍約束，包括板卷間厚度跳躍約束、板卷間寬度跳躍約束和退火溫度跳躍約束，形成外板作業(yè)方案；
(3)在外板作業(yè)方案后按最近鄰方式產(chǎn)生內(nèi)板作業(yè)方案，最近鄰方式就是每次都在未計(jì)劃的板卷中挑選和已有作業(yè)方案中最后一個(gè)板卷過(guò)渡費(fèi)用最小的板卷在隊(duì)列中作為新的最后板卷；
(4)將外板作業(yè)方案和內(nèi)板作業(yè)方案連接起來(lái)構(gòu)成初始作業(yè)方案；
(5)作業(yè)方案的調(diào)整和優(yōu)化，滿足判定條件1和判定條件2下，采用變深度鄰域搜索和禁忌搜索結(jié)合的框架，嵌入四種鄰域，重定位鄰域，交換鄰域，插入鄰域和刪除鄰域，對(duì)初始作業(yè)方案改進(jìn)，使得模型的目標(biāo)值最小；
(6)將交換及調(diào)整后的作業(yè)方案下發(fā)執(zhí)行。
2、按照權(quán)利要求1所述一種冷軋熱鍍鋅機(jī)組板卷自動(dòng)調(diào)度方法，其特征在于所述的數(shù)學(xué)模型
其中
N為待調(diào)度的板卷集合，N＝{0，1，2，...n}，其中0為一個(gè)虛擬板卷，表示作業(yè)方案的開始和結(jié)束，Di為板卷的拖期懲罰，λ1，λ2為目標(biāo)之間的權(quán)重，λ1+λ2＝1；
Cij為板卷i和板卷j之間的過(guò)渡費(fèi)用；
所述的約束條件是
y0＝1 (3)
式(1)為目標(biāo)函數(shù)，其中的第一個(gè)分量表示計(jì)劃內(nèi)板卷過(guò)渡費(fèi)用之和，第二個(gè)分量表示計(jì)劃內(nèi)所有板卷的拖期費(fèi)用之和，約束(2)將決策變量x和y聯(lián)系起來(lái)，約束(3)表示虛擬板卷0必須被排入調(diào)度，而約束(4)和(5)保證一個(gè)板卷不能被調(diào)度超過(guò)一次，約束(6)的作用是消除子環(huán)的存在。
3、按照權(quán)利要求1所述的一種冷軋熱鍍鋅機(jī)組板卷自動(dòng)調(diào)度方法，其特征在于所述的生產(chǎn)約束條件，包括(1)板卷間跳躍約束；(2)連續(xù)生產(chǎn)外板個(gè)數(shù)不能超過(guò)指定數(shù)量；(3)任意外板不能比其前行板卷寬；(4)外板作業(yè)方案中內(nèi)板不能連續(xù)生產(chǎn)；板卷間跳躍約束包括板卷間厚度跳躍約束、板卷間寬度跳躍約束和退火溫度跳躍約束，其中板卷間厚度跳躍約束是，板卷間寬度跳躍約束是，-LWD≤xij(wdi-wdj)≤LWD；
退火溫度跳躍約束是，-LTPR≤xij(tpri-tprj)≤LTPR；式中L1TK為相鄰板卷從厚過(guò)渡到薄時(shí)候允許的最大變化量，L2TK為相鄰板卷從薄過(guò)渡到厚時(shí)候允許的最大變化量，LWD為相鄰板卷在寬度上的最大允許變化量，LTPR為相鄰板卷在退火溫度上的最大允許變化量，wdi為板卷i的寬度，tpri為板卷i的退火溫度，，tki為板卷i的厚度；以下三式共同構(gòu)成了連續(xù)生產(chǎn)外板個(gè)數(shù)不能超過(guò)指定數(shù)量約束，oj≤(1-P(i))+P(i)(oi+1)+(1-xij)M，oj≥(1-P(i))+P(i)(oi+1)-(1-xij)M和oj≤LO；式中j∈O，M為一個(gè)充分大的正整數(shù)，P(i)為外板判斷標(biāo)志，當(dāng)板卷i為外板時(shí)，P(i)＝1，L0為指定的最大連續(xù)生產(chǎn)外板的數(shù)量，以下二式分別表達(dá)了約束(3)和約束(4)wdj≤wdi+(1-xij)M，xij＜xjk`+(1-xjk)M。
4、按照權(quán)利要求1所述的一種冷軋熱鍍鋅機(jī)組板卷自動(dòng)調(diào)度方法，其特征在于步驟(3)中所述的過(guò)渡費(fèi)用，包括板卷間的厚度過(guò)渡費(fèi)用，板卷間的寬度過(guò)渡費(fèi)用，退火溫度過(guò)渡費(fèi)用和鋅層厚度過(guò)渡費(fèi)用之和，即其中
(1)cijTK為板卷間厚度跳躍的過(guò)渡費(fèi)用
其中W1TK為板卷從厚寬過(guò)渡到薄時(shí)的單位跳躍懲罰系數(shù)，W2TK為板卷從薄過(guò)渡到厚時(shí)的單位跳躍懲罰系數(shù)；
(2)cijWD為板卷間寬度跳躍的過(guò)渡費(fèi)用
其中wWD為板卷之間寬度的單位跳躍懲罰系數(shù)；
(3)cijTPR為板卷間退火溫度跳躍的過(guò)渡費(fèi)用
其中wTPR為板卷之間退火溫度的單位跳躍懲罰系數(shù)；
(4)cijZT為板卷i和j之間鋅層厚度變化是產(chǎn)生的費(fèi)用中。
5、按照權(quán)利要求1所述的一種冷軋熱鍍鋅機(jī)組板卷自動(dòng)調(diào)度方法，其特征在于步驟(5)中所述的判定條件1是板卷插入操作時(shí)，如果被移動(dòng)的板卷是一個(gè)外板，它只能被插入到寬度大于或等于它的寬度的板卷后面；如果它緊后生產(chǎn)的板卷是外板的話，則其寬度必須小于或等于插入板卷的寬度；新插入的外板板卷必須同其他外板板卷緊鄰或者只間隔一個(gè)內(nèi)板板卷；所述的判定條件2是兩個(gè)板卷之間的過(guò)渡是否滿足寬度、厚度、鋅層厚度和退火溫度這些約束。
6、按照權(quán)利要求1所述的一種冷軋熱鍍鋅機(jī)組板卷自動(dòng)調(diào)度方法，其特征在于步驟(5)中所述的板坯交換及調(diào)整，嵌入四種鄰域，對(duì)初始作業(yè)方案改進(jìn)，使得數(shù)學(xué)模型的目標(biāo)值最?。凰龅闹囟ㄎ秽徲?qū)⒊跏甲鳂I(yè)方案中的板卷移動(dòng)至新的位置，所述的交換鄰域?qū)Τ跏甲鳂I(yè)方案中的板卷進(jìn)行交換，所述的插入鄰域是將計(jì)劃外的板卷插入到初始作業(yè)方案中，所述的刪除鄰域是將板卷從初始作業(yè)方案中刪除。
7、一種如權(quán)利要求1所述的一種冷軋熱鍍鋅機(jī)組板卷自動(dòng)調(diào)度方法采用的系統(tǒng)，其特征在于包括授權(quán)用戶登錄模塊、數(shù)據(jù)下載和管理模塊、作業(yè)方案自動(dòng)生成模塊、作業(yè)方案顯示與編輯模塊、生產(chǎn)計(jì)劃結(jié)果檢查與評(píng)價(jià)模塊、生產(chǎn)計(jì)劃結(jié)果上傳模塊、系統(tǒng)配置模塊，并
將問(wèn)題實(shí)例化模塊和問(wèn)題求解模塊嵌于作業(yè)方案自動(dòng)生成模塊當(dāng)中，
1)授權(quán)用戶登錄模塊
檢驗(yàn)用戶是否為系統(tǒng)的合法用戶，并且根據(jù)用戶的類別為用戶提供相應(yīng)的權(quán)限；
2)數(shù)據(jù)下載和管理模塊
用戶觸發(fā)下載數(shù)據(jù)命令，系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的ip地址自動(dòng)從數(shù)據(jù)服務(wù)器上下載包括板卷信息的數(shù)據(jù)文件，所下載的字段包括板卷號(hào)、合同號(hào)、板卷厚度、板卷寬度、板卷重量、退火溫度、鋅層厚度、出鋼記號(hào)、交貨期、按周交貨標(biāo)志、鍍層種類、檢驗(yàn)基準(zhǔn)、后處理方式和粗糙度，根據(jù)需求，對(duì)從服務(wù)器上下載的數(shù)據(jù)進(jìn)行增加、刪除和修改的操作，并支持?jǐn)?shù)據(jù)查詢與統(tǒng)計(jì)功能；
3)作業(yè)方案自動(dòng)生成模塊
該模塊包括數(shù)學(xué)模型和問(wèn)題求解模塊，將調(diào)度方法執(zhí)行，用數(shù)據(jù)和參數(shù)將數(shù)學(xué)模型實(shí)例化后，用問(wèn)題求解模塊來(lái)計(jì)算此實(shí)例，從而得到作業(yè)方案模塊中；
4)作業(yè)方案的顯示與編輯模塊
作業(yè)方案以圖形的方式被顯示出來(lái)，用戶可以通過(guò)鼠標(biāo)拖拽的方式修改編輯作業(yè)方案，以使作業(yè)方案進(jìn)一步的滿足使用者的需求；
5)作業(yè)方案的檢查和評(píng)價(jià)模塊
系統(tǒng)對(duì)每一次作業(yè)方案的變化進(jìn)行違規(guī)檢查，判斷是否有違規(guī)出現(xiàn)，若存在違規(guī)現(xiàn)象，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)提示使用者，并要求使用者更正違規(guī)，若沒有違規(guī)出現(xiàn)，這模塊會(huì)給出對(duì)當(dāng)前作業(yè)方案的評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)的指標(biāo)包括當(dāng)前作業(yè)方案在寬度、厚度、鋅層厚度、退火溫度上的變化量，拖期板卷個(gè)數(shù)以及懲罰和作業(yè)方案的規(guī)模；
6)生產(chǎn)計(jì)劃結(jié)果上傳模塊
作業(yè)方案被產(chǎn)生并確認(rèn)無(wú)違規(guī)后，系統(tǒng)把作業(yè)方案然后通過(guò)FTP協(xié)議上傳到數(shù)據(jù)服務(wù)器；
7)系統(tǒng)配置模塊
系統(tǒng)配置模塊為一個(gè)獨(dú)立的模塊，用來(lái)對(duì)系統(tǒng)的參數(shù)配置進(jìn)行設(shè)定，包括配置靜態(tài)參數(shù)和服務(wù)器參數(shù)，計(jì)算參數(shù)包括板卷之間的最大跳躍值，機(jī)組的產(chǎn)能、各項(xiàng)跳躍的懲罰系數(shù)、目標(biāo)函數(shù)權(quán)重；服務(wù)器配置主要是服務(wù)器的地址、端口、用戶名和密碼。
全文摘要
一種冷軋熱鍍鋅機(jī)組板卷自動(dòng)調(diào)度方法及系統(tǒng)，屬于板卷加工技術(shù)領(lǐng)域，調(diào)度方法包括以下步驟將所有外板板卷按寬度從寬到窄排列，形成初始外板作業(yè)方案；向初始外板作業(yè)方案內(nèi)插入內(nèi)板，使得外板作業(yè)方案滿足連續(xù)生產(chǎn)外板數(shù)量不超過(guò)上限個(gè)數(shù)，以及各跳躍約束；在外板作業(yè)方案后按最近鄰方式產(chǎn)生內(nèi)板作業(yè)方案；將外板作業(yè)方案和內(nèi)板作業(yè)方案連接起來(lái)構(gòu)成初始作業(yè)方案；作業(yè)方案的調(diào)整和優(yōu)化，采用變深度鄰域搜索和禁忌搜索結(jié)合的框架，對(duì)初始作業(yè)方案改進(jìn)，使得模型的目標(biāo)值最小；將交換及調(diào)整后的作業(yè)方案下發(fā)執(zhí)行。本發(fā)明提高了作業(yè)質(zhì)量和縮短了產(chǎn)生作業(yè)方案的時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。
文檔編號(hào)G05B19/418GK101344781SQ200810012089
公開日2009年1月14日 申請(qǐng)日期2008年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月30日
發(fā)明者唐立新, 聰 高 申請(qǐng)人:東北大學(xué)