本發(fā)明應(yīng)用于煉鋼-連鑄生產(chǎn)工藝，具體為一種基于等待時間松弛的沖突消解方法及優(yōu)化調(diào)度方法。

背景技術(shù)：
煉鋼-連鑄生產(chǎn)過程是現(xiàn)代鋼鐵聯(lián)合企業(yè)生產(chǎn)流程中的核心環(huán)節(jié)，在該生產(chǎn)過程中，來自高爐的鐵水首先經(jīng)轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉轉(zhuǎn)化為高溫鋼水，然后經(jīng)過精煉爐進(jìn)行精煉以滿足鋼水的化學(xué)成分和溫度要求，最后送到連鑄機(jī)澆鑄成不同規(guī)格的板坯或方坯。煉鋼-連鑄生產(chǎn)過程生產(chǎn)效率的提高對整個鋼鐵企業(yè)有重要影響，而制定合理的生產(chǎn)調(diào)度計劃，是保證煉鋼-連鑄生產(chǎn)過程高效率運(yùn)行的關(guān)鍵。以數(shù)學(xué)規(guī)劃的視角來看，煉鋼連鑄生產(chǎn)過程是一個多段生產(chǎn)、多段運(yùn)輸、多段存儲的離散和連續(xù)相混雜的大型高溫生產(chǎn)過程，加上生產(chǎn)過程的離散性、隨機(jī)性、多目標(biāo)和多約束性等特點(diǎn)，使該生產(chǎn)過程本身就具有相當(dāng)程度的復(fù)雜性。此外，近年來，國內(nèi)多數(shù)鋼鐵企業(yè)都正在進(jìn)行或者已經(jīng)完成了鋼鐵產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)調(diào)整及產(chǎn)能升級，使原本不大的企業(yè)動輒上升至千萬噸級的規(guī)模，前幾年新建和新規(guī)劃的鋼鐵基地，如首鋼曹妃甸、寶鋼湛江和武鋼防城港的規(guī)模都基本達(dá)到或超過千萬噸產(chǎn)能的量級。鋼企規(guī)模的擴(kuò)大進(jìn)一步加大了煉鋼-連鑄生產(chǎn)調(diào)度的難度。因而，如何設(shè)計可行、優(yōu)化的工藝流程方案和生產(chǎn)調(diào)度計劃，保證各個工藝環(huán)節(jié)(如脫硫、轉(zhuǎn)爐、精煉和連鑄等)的整體匹配和協(xié)調(diào)，實現(xiàn)生產(chǎn)物流暢通、高效，一直是擺在國內(nèi)外工程技術(shù)人員和研究學(xué)者們面前的技術(shù)難題。煉鋼-連鑄生產(chǎn)工藝流程方案或調(diào)度計劃可以分為兩類：一類是生產(chǎn)批量計劃，另一類是生產(chǎn)時間計劃。生產(chǎn)批量計劃是以客戶合同數(shù)據(jù)為原始數(shù)據(jù)，根據(jù)工藝限制條件將不同的合同需求進(jìn)行最佳組合而生成的，包括爐次計劃和澆次計劃。生產(chǎn)時間計劃是在生產(chǎn)批量計劃的基礎(chǔ)上，以爐次為最小計劃單位，在追求某一評價函數(shù)(如最小等待時間、最小提前拖期費(fèi)用、最小總流程時間)最佳的情況下的一類特殊的job-shop排序問題，其最終結(jié)果是確定以何種順序，在何時、何種設(shè)備上安排鋼水從煉鋼爐到連鑄機(jī)的生產(chǎn)過程的各個工序。本發(fā)明主要實現(xiàn)以生產(chǎn)批量計劃為輸入形成生產(chǎn)時間計劃，并基于等待時間松弛方法消解常規(guī)方法處理不了的設(shè)備沖突，特別是在繁忙和復(fù)雜的生產(chǎn)工藝流程中。已申請的專利(公開號“CN101303588A”，一種煉鋼-連鑄爐次批量計劃自動編制方法及系統(tǒng))根據(jù)客戶需求的鋼材產(chǎn)品的特性，構(gòu)建了描述爐次批量計劃問題的數(shù)學(xué)模型，提出了一類近似動態(tài)規(guī)劃和局域搜索的混合智能優(yōu)化算法獲取模型的優(yōu)化解，并將其轉(zhuǎn)化為優(yōu)化生產(chǎn)的爐次批量計劃，由此提高了計劃編制的水平和質(zhì)量，也大大縮短了計劃編制的時間，但這都是針對生產(chǎn)批量計劃的，對于生產(chǎn)時間計劃的編制方法，該專利沒有提及。專利(公開號“CN101770615A”，基于混合智能優(yōu)化算法的煉鋼-連鑄生產(chǎn)作業(yè)計劃與實時調(diào)度優(yōu)化方法與系統(tǒng))根據(jù)生產(chǎn)批量計劃，由混合智能優(yōu)化算法制定出生產(chǎn)作業(yè)計劃和初始調(diào)度方案，雖然該專利在摘要中述及“在生成生產(chǎn)作業(yè)計劃和調(diào)度方案時，考慮了設(shè)備及爐次之間可能的沖突”，并且在說明書第6頁(總頁碼第9頁)[0072]～[0076]段落中指明了可選工位集上的預(yù)定規(guī)則包括設(shè)備沖突最小規(guī)則([0074]段落)等，即選擇爐次在工位上的開始時間與各工位的最早可用時間的沖突最小的工位，但是這種規(guī)則并不能保證不發(fā)生設(shè)備沖突，如果發(fā)生設(shè)備沖突，應(yīng)如何消解沖突呢？該專利則沒有提及。文獻(xiàn)(鄭忠，朱道飛，高小強(qiáng).混合流程作業(yè)計劃編制的時間并行倒推算法[J].計算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2008,14(4):749～756.)針對上述設(shè)備沖突情況，提出了基于規(guī)則的沖突消解方法，其核心思想是根據(jù)作業(yè)時間統(tǒng)計規(guī)律及隨機(jī)性，在時間分布的合理范圍內(nèi)，通過調(diào)整當(dāng)前任務(wù)或其緊后任務(wù)發(fā)生或持續(xù)的時間來消解沖突。這種方法利用了作業(yè)時間分布的統(tǒng)計學(xué)特性，雖然理論上可行，實際應(yīng)用中則存在如下弊端：其一，對于成熟的轉(zhuǎn)爐煉鋼廠而言，以轉(zhuǎn)爐冶煉工序為例，單爐鋼水的吹煉時間一般嚴(yán)格控制在28分鐘以內(nèi)(不包含輔助時間約10分鐘)，如果利用以上基于規(guī)則的沖突消解方法，為消解設(shè)備沖突，將轉(zhuǎn)爐冶煉工序的處理時間人為地縮短或延長，都將是不可行的，因為縮短處理時間會導(dǎo)致鋼水冶煉無法保質(zhì)按時完成，延長則會削減轉(zhuǎn)爐的有效工作時間，影響轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)效率的發(fā)揮，進(jìn)而影響整個轉(zhuǎn)爐煉鋼廠的效率和效益；其二，當(dāng)通過調(diào)整任務(wù)的發(fā)生或持續(xù)時間還無法消解沖突時，需要重新設(shè)置流程系統(tǒng)的末尾工序上工位的開始加工時間，這樣做，歸根結(jié)底還是一種“試湊”的方法，缺乏明確的目標(biāo)作為指引，不僅增加了計算工作量，消解設(shè)備沖突的成功率也得不到保證。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種基于等待時間松弛的沖突消解方法及優(yōu)化調(diào)度方法，提高轉(zhuǎn)爐煉鋼廠生產(chǎn)效率。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為：基于等待時間松弛的沖突消解方法，其特征在于：給定各澆次的開澆時間向量，按如下步驟實現(xiàn)：步驟100、初始化：將所有爐次在轉(zhuǎn)爐工序的開始時刻按時間升序排列，且設(shè)置各個爐次在緩沖工序的等待時間初始值均為0，得到開始時刻序列；步驟200、從上述開始時刻序列的末尾開始，以最后一個數(shù)據(jù)對應(yīng)的爐次為當(dāng)前爐次；步驟300、沿著開始時刻序列向前追溯，找到與當(dāng)前爐次對應(yīng)的緊前爐次的開始時刻；步驟400、判斷當(dāng)前爐次與緊前爐次在轉(zhuǎn)爐工序是否發(fā)生設(shè)備沖突，若無沖突，則轉(zhuǎn)步驟600，否則計算設(shè)備沖突時間，并繼續(xù)下一步驟；步驟500、查看緊前爐次在轉(zhuǎn)爐工序后的緩沖工序已分配的等待時間，計算等待時間裕量，通過迭代松弛調(diào)整緊前爐次在這些緩沖工序的等待時間來消解設(shè)備沖突；步驟600、在開始時刻序列中以當(dāng)前爐次開始時刻的前一個數(shù)據(jù)對應(yīng)的爐次作為新的當(dāng)前爐次，并判斷該數(shù)據(jù)是否是開始時刻序列中的第N(kl)+1個數(shù)據(jù)，若是，則結(jié)束循環(huán)，并記錄各個爐次在等待工序的等待時間，否則轉(zhuǎn)步驟300；其中N(kl)為轉(zhuǎn)爐工序包含的設(shè)備數(shù)量。按上述方案，所述的步驟500具體包括：步驟501、計算在轉(zhuǎn)爐工序后第1個緩沖工序的第一等待時間裕量，若設(shè)備沖突時間小于等于該裕量值，則繼續(xù)下一步驟，否則轉(zhuǎn)步驟504；步驟502、重新設(shè)置緊前爐次在第1個緩沖工序的等待時間，通過此處的等待消解設(shè)備沖突；步驟503、將緊前爐次在轉(zhuǎn)爐工序和第1個緩沖工序之間工序的開始時刻提前，并轉(zhuǎn)步驟507；步驟504、計算在轉(zhuǎn)爐工序后第2個緩沖工序的第二等待時間裕量，若設(shè)備沖突時間小于等于第一等待時間裕量與第二等待時間裕量之和，則繼續(xù)下一步，否則記錄不能通過兩個緩沖工序的等待時間松弛而消解的設(shè)備沖突時長，結(jié)束；步驟505、重新設(shè)置緊前爐次在第1個和第2個緩沖工序的等待時間，通過兩個緩沖工序的等待消解設(shè)備沖突；步驟506、將緊前爐次在轉(zhuǎn)爐工序和第2個緩沖工序之間工序的開始時刻有區(qū)別地提前；步驟507、調(diào)整提前后的緊前爐次的開始時刻在開始時刻序列中的位置，以維持開始時刻序列的升序次序；步驟508、判斷緊前爐次的開始時刻在開始時刻序列中的位置是否變化，若是，則轉(zhuǎn)步驟300，否則轉(zhuǎn)步驟600。一種煉鋼連鑄生產(chǎn)工藝的優(yōu)化調(diào)度方法，其特征在于：它包括以下步驟：S1、建立優(yōu)化調(diào)度模型：s.t.x(i,j+1,K)＝x(i,j,K)+tp(i,j,K),i∈Θ,j∈Φi,j＝1,…,Ji-1；(2)x(i,j,k+1)≥x(i,j,k)+tp(i,j,k)+tt(i,j,k),i∈Θ,j∈Φi,k∈Ψ,k≤K-1；(3)其中，f2＝makespan＝max(x(i,j,K)+tp(i,j,K))-min(x(i,j,1))式中各標(biāo)號的含義為：i為澆次編號，共有I個澆次，i＝1,2,…,I；j為爐次編號，第i個澆次中包含的爐次數(shù)為Ji，即j＝1,2,…,Ji；k為工序編號，共有K道工序，定義脫硫工序編號為k＝1，連鑄工序編號為k＝K；定義kl、kr和kc分別為轉(zhuǎn)爐、真空精煉和連鑄工序的編號。(i,j,k)為下標(biāo)或變量的組合，用于唯一標(biāo)識第i個澆次中的第j個爐次在第k道工序的處理操作；為下標(biāo)或變量的組合，用于唯一標(biāo)識與第i個澆次中的第j個爐次在第k道工序使用同一設(shè)備的緊前爐次的處理操作，它對應(yīng)第個澆次中的第個爐次；對連鑄工序而言，因為同一個澆次中的多個爐次先后在同一臺連鑄機(jī)上澆注，所以有：x(i,j,k)為第i個澆次中的第j個爐次在工序k的開始時刻；為第i個澆次中的第j個爐次在工序k的緊前爐次的開始時刻；tw(i,j,k)為第i個澆次中的第j個爐次在工序k的等待時間，前面已經(jīng)明確，只在真空和連鑄工序處理開始前設(shè)置等待時間，特別地，定義在真空精煉和連鑄工序的等待時間分別為tw(i,j,kr)和tw(i,j,kc)。為爐次在第1個可等待工序(真空精煉工序)的等待時間上限；為爐次在第2個可等待工序(連鑄工序)的等待時間上限。tp(i,j,k)為第i個澆次中的第j個爐次在工序k的處理時間；tt(i,j,k)為第i個澆次中的第j個爐次在工序k和后工序之間的運(yùn)輸時間。Θ為全部澆次的集合，滿足Θ＝{i|i∈[1,I]}；Φi為第i個澆次中的爐次集合，滿足Φi＝{j|j∈[1,Ji]}；Ψ為全部處理工序的集合，滿足Ψ＝{k|k∈[1,K]}。為所有爐次在轉(zhuǎn)爐工序不能消解的沖突時長之和。在優(yōu)化調(diào)度模型中，式(1)為目標(biāo)函數(shù)集，其中：f1表示所有爐次不能通過等待時間松弛而消解的轉(zhuǎn)爐工序設(shè)備沖突時長之和；f2表示完工時間，為最后一道工序的最晚完成時刻與第一道工序的最早開始時刻x(i,j,1)之差，最后一道工序的最晚完成時刻即開始時刻x(i,j,K)與處理時刻tp(i,j,K)之和；f3表示所有爐次在兩個緩沖工序的等待時間之和。設(shè)置上述目標(biāo)函數(shù)集的工藝意義為：通過優(yōu)化各澆次的開澆時間，并在必要時合理調(diào)整松弛各爐次在兩個緩沖工序的等待時間，使總的設(shè)備沖突時長最小，完工時間最小，且總的爐次等待時間最小。優(yōu)化變量為各澆次的開始時刻。式(2)～式(5)是編制常規(guī)的煉鋼-連鑄生產(chǎn)調(diào)度計劃時必須滿足的約束，其中：式(2)表示連澆約束，x(i,j,K)和x(i,j+1,K)分別為第i個澆次中相鄰的兩個爐次在連鑄工序的開澆時刻，tp(i,j,K)為其中前一個爐次的澆注時間；式(3)表示同一爐次的相鄰工序之間，后一工序需在前一工序處理完畢才能開始，還需考慮相鄰工序間的運(yùn)輸時間，x(i,j,k)和x(i,j,k+1)分別為爐次在相鄰工序的開始時刻；式(4)表示同一工序中使用同一設(shè)備的相鄰爐次，需等到緊前爐次處理完畢才能下一爐次，y(i,j,k)和分別為給這一對相鄰爐次分配的設(shè)備序號；式(5)表示需將爐次的每一個處理時間不為0的工序分配到相應(yīng)工序的某臺設(shè)備上加工。式(6)～式(7)表示等待時間約束，每個爐次在兩個可等待工序環(huán)節(jié)的等待時間均不能超過對應(yīng)的上限設(shè)定值。S2、求解各澆次的開澆時間向量：S201、采用自然數(shù)編碼方式，染色體由澆次的開澆時間向量構(gòu)成；S202、將f1作為染色體適應(yīng)度，同時計算每條染色體的f2和f3，染色體的構(gòu)成如下：[x(1,1,K)x(2,1,K)…x(I,1,K)f3f2f1]在上面的染色體構(gòu)成中，x(1,1,K)、x(2,1,K)和x(I,1,K)等分別為第1至I個澆次中第1個爐次在連鑄工序的開澆時刻，也即是澆次1至I的開澆時刻；S203、構(gòu)造一個具有若干條染色體的初始種群，染色體的數(shù)量根據(jù)需要設(shè)定；S204、保存當(dāng)前代種群中的最優(yōu)個體，若當(dāng)前代種群中有使適應(yīng)度為0的染色體，或者達(dá)到預(yù)先設(shè)置的最大進(jìn)化代數(shù)，則終止計算；S205、進(jìn)行選擇、交叉和變異操作，并轉(zhuǎn)步驟S204。S3、將S2獲得的開澆時間向量作為給定的各澆次的開澆時間向量，按照上述基于等待時間松弛的沖突消解方法消解沖突。本發(fā)明的有益效果為：1)克服了傳統(tǒng)方法中為消解設(shè)備沖突而人為地縮短或延長轉(zhuǎn)爐冶煉工序處理時間的弊端，縮短處理時間會導(dǎo)致鋼水冶煉無法保質(zhì)按時完成，延長則會削減轉(zhuǎn)爐的有效工作時間，影響轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)效率的發(fā)揮，進(jìn)而影響整個轉(zhuǎn)爐煉鋼廠的效率和效益，本發(fā)明中基于等待時間松弛的沖突消解方法不調(diào)整轉(zhuǎn)爐冶煉工序和其他任何工序的處理時間，這點(diǎn)對于保持轉(zhuǎn)爐煉鋼廠生產(chǎn)的穩(wěn)定性而言至關(guān)重要，也契合了成熟的轉(zhuǎn)爐煉鋼廠的工藝實際。2)克服了傳統(tǒng)方法中的“試湊”特征，本發(fā)明中基于等待時間松弛的沖突消解方法通過預(yù)先指定爐次在緩沖工序的等待時間上限，調(diào)整的裕量和方向性明確，這樣不僅簡化了計算工作量，對比實驗的結(jié)果表明，消解設(shè)備沖突的成功率也有了較大幅度的提升。3)克服了傳統(tǒng)方法中對每組開澆時間向量執(zhí)行“并行倒推”，并試圖為消解每組向量下的設(shè)備沖突而存在的繁雜和往復(fù)計算，以及這種往復(fù)計算陷入“死循環(huán)”的可能性，通過求解本發(fā)明構(gòu)建的多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度模型，可以在單次迭代計算中快速識別當(dāng)前代中分別使設(shè)備沖突時長之和最小和最大的最優(yōu)和最劣個體，同時輔以遺傳算法中的“最優(yōu)個體保存”原則，不僅簡化了優(yōu)化計算，也大大加速了算法的收斂過程。附圖說明圖1為當(dāng)前爐次和其緊前爐次的對應(yīng)關(guān)系示意圖。圖2為調(diào)整經(jīng)提前后的緊前爐次的開始時刻在序列中的位置流程圖。圖3為基于等待時間松弛的沖突消解方法處理流程圖。圖4為應(yīng)用本發(fā)明得到的優(yōu)化調(diào)度結(jié)果示例圖。圖5為應(yīng)用本發(fā)明得到的另一個優(yōu)化調(diào)度結(jié)果示例圖。圖6為本發(fā)明中的沖突消解方法和傳統(tǒng)方法的比對結(jié)果。具體實施方式下面結(jié)合具體實例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。常規(guī)的轉(zhuǎn)爐煉鋼廠包含的工序環(huán)節(jié)有：脫硫(KR)、轉(zhuǎn)爐冶煉(LD)、吹氬(Ar)、鋼包爐(LF)、真空精煉(RH)和連鑄(CC)等。滿足如下工藝前提條件：1)不同鋼種對應(yīng)著不同的工藝處理路徑，會依次經(jīng)過上述全部或部分工序環(huán)節(jié)，如KR→LD→Ar→CC、KR→LD→LF→RH→CC等，但工藝路徑上不存在回環(huán)，即不會兩次通過同一工序，回爐和改鋼的情況不在此處考慮范疇之內(nèi)。2)鋼水在轉(zhuǎn)爐煉鋼廠的時間分為下面幾類：工序的處理時間(包含輔助時間)，相鄰工序間的運(yùn)輸時間，以及工序前的等待時間。在本發(fā)明中，不考慮前兩類時間的柔性，而只有最后一類“工序前的等待時間”根據(jù)需要可調(diào)整。3)為滿足連鑄機(jī)的連澆要求，同時結(jié)合煉鋼-連鑄生產(chǎn)工藝的實際情況，允許鋼水在轉(zhuǎn)爐冶煉完成至連鑄機(jī)澆注開始之前可以等待一段時間，但必須滿足最大等待時間約束或相鄰工序間的最大間隔時間約束。4)根據(jù)從國內(nèi)某典型轉(zhuǎn)爐煉鋼廠調(diào)研的情況來看，整個煉鋼生產(chǎn)流程中柔性可調(diào)的時間主要是下面兩段：①從轉(zhuǎn)爐處理完到真空開始處理的時間間隔不超過例如25min；②從真空(若不經(jīng)過真空，則指連鑄的上一道工序)處理完到連鑄機(jī)開澆的時間間隔不超過例如30min。注意，兩種情況下都要包含鋼水在工序間的運(yùn)輸時間。另外，這里的25min和30min僅僅是一個示例，可以結(jié)合實際設(shè)置成任意的時間長度。5)將上述柔性可調(diào)的時間具體到真空和連鑄工序前的等待時間，通過松弛這兩處的等待時間來消解可能發(fā)生的設(shè)備沖突。轉(zhuǎn)爐煉鋼廠包含的所有工序中，雖然每個工序都可能在編制生產(chǎn)計劃時發(fā)生設(shè)備沖突，但是轉(zhuǎn)爐冶煉工序一般是全廠生產(chǎn)能力的瓶頸所在，在該工序發(fā)生沖突的可能性最大，消解該工序沖突最困難，方法也最復(fù)雜。基于此，下面以轉(zhuǎn)爐冶煉工序為例闡釋基于等待時間松弛的沖突消解方法的基本思路。對于每組給定的澆次開澆時間向量，根據(jù)“并行倒推算法”(該算法參見文獻(xiàn)(鄭忠，朱道飛，高小強(qiáng).混合流程作業(yè)計劃編制的時間并行倒推算法[J].計算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2008,14(4):749～756.))，可推知各個爐次在轉(zhuǎn)爐工序的開始時刻x(i,j,kl)，將所有爐次在轉(zhuǎn)爐工序的開始時刻按時間升序排列。定義與第i個澆次的第j個爐次安排在同一座轉(zhuǎn)爐設(shè)備上，且加工處理順序在其之前的爐次為緊前爐次，緊前爐次的開始時刻為若假定各個澆次在轉(zhuǎn)爐工序上的處理時間相等，為tp(i,j,kl)，則每個爐次和其緊前爐次在轉(zhuǎn)爐工序上的處理時間必須滿足下面的條件，才不致發(fā)生設(shè)備沖突，下面從已經(jīng)排好序的所有爐次在轉(zhuǎn)爐工序的開始時刻組成的序列的末尾開始，以最后一個爐次為當(dāng)前爐次，計算當(dāng)前爐次和其緊前爐次開始時刻之間的間隔，緊前爐次的開始時刻需沿序列向前追溯，為當(dāng)前爐次開始時刻之前第N(kl)個數(shù)據(jù)，其中，N(kl)為轉(zhuǎn)爐工序包含的設(shè)備數(shù)量。以圖1為例說明。如圖1所示，若定義爐次m為當(dāng)前爐次，其開始時刻為x(i,j,kl)，則在轉(zhuǎn)爐數(shù)量為3座的前提下，其緊前爐次為m-3，緊前爐次的開始時刻為若二者之間的間隔小于tp(i,j,kl)，則定義：其中，tconf(i,j,kl)為當(dāng)前爐次與其緊前爐次發(fā)生設(shè)備沖突的時長，為消除此沖突，需提前緊前爐次的開始時刻。因為轉(zhuǎn)爐后續(xù)工序的開始時刻已經(jīng)先于轉(zhuǎn)爐工序倒推得到，所以需在轉(zhuǎn)爐后的可等待環(huán)節(jié)設(shè)置等待時間。因為除了部分高品質(zhì)鋼之外，并不是所有鋼種的工藝路線中都包含第1個可等待環(huán)節(jié)(即真空精煉工序)，所以下面按緊前爐次是否經(jīng)過真空精煉工序分為兩種情形來描述。情形1：經(jīng)過真空精煉工序查看緊前爐次在轉(zhuǎn)爐工序后的第1個可等待環(huán)節(jié)已經(jīng)分配的等待時間若小于則說明此處的等待尚未達(dá)上限，還有可用于消解轉(zhuǎn)爐工序設(shè)備沖突的時間裕量。即：若則令其中，為松弛調(diào)整后緊前爐次在真空精煉工序的等待時間。此時，若緊前爐次在轉(zhuǎn)爐工序和真空精煉工序之間還有其他工序，則需將其他工序和轉(zhuǎn)爐工序的開始時刻一并提前，即：其中，和分別為松弛調(diào)整前后第i個澆次的第j個爐次在工序k的開始時刻。若則還需查看緊前爐次在轉(zhuǎn)爐工序后的第2個可等待環(huán)節(jié)已分配的等待時間與第1個可等待環(huán)節(jié)的處理邏輯類似，若則令其中，和分別為松弛調(diào)整后緊前爐次在真空精煉工序和連鑄工序的等待時間。值得注意的是，若在本次松弛調(diào)整中，緊前爐次在真空精煉和連鑄工序的等待時間均有改變，則需要將其在轉(zhuǎn)爐和連鑄工序之間的其他工序的開始時刻同轉(zhuǎn)爐工序一并提前，提前的算法為：其中，和的含義參考上文。若兩個可等待環(huán)節(jié)的時間裕量之和小于沖突時長，則記錄此時不能消解的設(shè)備沖突時長為滿足：情形2：不經(jīng)過真空精煉工序由于緊前爐次不經(jīng)過第1個可等待環(huán)節(jié)，顯然在該工序可用于消解轉(zhuǎn)爐工序設(shè)備沖突的時間裕量為0，需查看緊前爐次在轉(zhuǎn)爐工序后的第2個可等待環(huán)節(jié)已分配的等待時間處理邏輯也與情形1類似。若則令其中，為松弛調(diào)整后緊前爐次在連鑄工序的等待時間。除了調(diào)整緊前爐次在連鑄工序的等待時間，還需將其在轉(zhuǎn)爐和連鑄工序之間的所有其他工序的開始時刻提前，算法如下：其中，和的含義參考上文。若則記錄此時不能消解的設(shè)備沖突時長為滿足：前已述及，在設(shè)備沖突時長能通過緩沖工序的等待消解的情況下，需將緊前爐次在轉(zhuǎn)爐工序的開始時刻提前。此外，可能還需要調(diào)整緊前爐次的開始時刻在整個開始時刻序列中的位置，以維持該序列的升序規(guī)律。排序調(diào)整的流程如圖2所示，包括如下步驟：1)比較提前后的緊前爐次在轉(zhuǎn)爐工序的開始時刻和序列中緊前爐次的前一個爐次的開始時刻的先后順序，值較小的對應(yīng)發(fā)生在前；2)若緊前爐次的開始時刻小于其前一個爐次的開始時刻，則交換緊前爐次和其前一個爐次在序列中的先后順序。步驟1)和2)還需迭代進(jìn)行，直至所有爐次的開始時刻序列保持升序排列。若經(jīng)重新排序后緊前爐次開始時刻的位置發(fā)生了變化，則需要以當(dāng)前爐次開始時刻之前第N(kl)個數(shù)據(jù)作為緊前爐次的開始時刻，再次執(zhí)行上面的處理流程。當(dāng)前爐次處理完畢，則沿開始時刻序列向前移動，以當(dāng)前爐次的前一個數(shù)據(jù)作為新的當(dāng)前爐次開始時刻，循環(huán)執(zhí)行上述處理流程，直至序列的N(kl)+1個數(shù)據(jù)終止循環(huán)操作。最后，檢查所有爐次，確定是否有不能通過等待而消解的設(shè)備沖突，若有，則說明該方法不能消解所有由給定開澆時間向量倒推得出的轉(zhuǎn)爐工序的設(shè)備沖突。此時，定義所有爐次在轉(zhuǎn)爐工序不能消解的沖突時長之和為滿足：上式中，Ji為澆次i中包含的爐次數(shù)，I為澆次數(shù)量。若所有的設(shè)備沖突都能消解，則說明該方法是有效的，此時，需記錄各個爐次在可等待環(huán)節(jié)的等待時間?；谏鲜隼碚?，本實施例提供的基于等待時間松弛的沖突消解方法，給定各澆次的開澆時間向量，按如下步驟實現(xiàn)：步驟100、初始化：將所有爐次在轉(zhuǎn)爐工序的開始時刻按時間升序排列，且設(shè)置各個爐次在緩沖工序的等待時間初始值均為0，得到開始時刻序列；步驟200、從上述開始時刻序列的末尾開始，以最后一個數(shù)據(jù)對應(yīng)的爐次為當(dāng)前爐次；步驟300、沿著開始時刻序列向前追溯，找到與當(dāng)前爐次對應(yīng)的緊前爐次的開始時刻；步驟400、判斷當(dāng)前爐次與緊前爐次在轉(zhuǎn)爐工序是否發(fā)生設(shè)備沖突，若無沖突，則轉(zhuǎn)步驟600，否則計算設(shè)備沖突時間，并繼續(xù)下一步驟；步驟500、查看緊前爐次在轉(zhuǎn)爐工序后的緩沖工序已分配的等待時間，計算等待時間裕量，通過迭代松弛調(diào)整緊前爐次在這些緩沖工序的等待時間來消解設(shè)備沖突；步驟500具體包括：步驟501、計算在轉(zhuǎn)爐工序后第1個緩沖工序(即真空精煉)的第一等待時間裕量，若設(shè)備沖突時間小于等于該裕量值，則繼續(xù)下一步驟，否則轉(zhuǎn)步驟504；步驟502、重新設(shè)置緊前爐次在第1個緩沖工序的等待時間，通過此處的等待消解設(shè)備沖突；步驟503、將緊前爐次在轉(zhuǎn)爐工序(包含)和第1個緩沖工序(不包含)之間工序的開始時刻提前，并轉(zhuǎn)步驟507；步驟504、計算在轉(zhuǎn)爐工序后第2個緩沖工序(連鑄)的第二等待時間裕量，若設(shè)備沖突時間小于等于第一等待時間裕量與第二等待時間裕量之和，則繼續(xù)下一步，否則記錄不能通過兩個緩沖工序的等待時間松弛而消解的設(shè)備沖突時長，結(jié)束；步驟505、重新設(shè)置緊前爐次在第1個和第2個緩沖工序的等待時間，通過兩個緩沖工序的等待消解設(shè)備沖突；步驟506、將緊前爐次在轉(zhuǎn)爐工序(包含)和第2個緩沖工序(不包含)之間工序的開始時刻有區(qū)別地提前；步驟507、調(diào)整提前后的緊前爐次的開始時刻在開始時刻序列中的位置，以維持開始時刻序列的升序次序；步驟508、判斷緊前爐次的開始時刻在開始時刻序列中的位置是否變化，若是，則轉(zhuǎn)步驟300，否則轉(zhuǎn)步驟600。步驟600、在開始時刻序列中以當(dāng)前爐次開始時刻的前一個數(shù)據(jù)對應(yīng)的爐次作為新的當(dāng)前爐次，并判斷該數(shù)據(jù)是否是開始時刻序列中的第N(kl)+1個數(shù)據(jù)，若是，則結(jié)束循環(huán)，并記錄各個爐次在等待工序的等待時間，否則轉(zhuǎn)步驟300；其中N(kl)為轉(zhuǎn)爐工序包含的設(shè)備數(shù)量。上述基于等待時間松弛的沖突消解方法都是在給定各澆次的開澆時間向量下應(yīng)用的。為了得到合適的開澆時間向量，需要建立相應(yīng)的優(yōu)化調(diào)度模型并求解得到，因此本發(fā)明提供一種煉鋼連鑄生產(chǎn)工藝的優(yōu)化調(diào)度方法，它包括以下步驟：S1、建立優(yōu)化調(diào)度模型：s.t.x(i,j+1,K)＝x(i,j,K)+tp(i,j,K),i∈Θ,j∈Φi,j＝1,…,Ji-1；(2)x(i,j,k+1)≥x(i,j,k)+tp(i,j,k)+tt(i,j,k),i∈Θ,j∈Φi,k∈Ψ,k≤K-1；(3)其中，f2＝makespan＝max(x(i,j,K)+tp(i,j,K))-min(x(i,j,1))式中各標(biāo)號的含義為：i為澆次編號，共有I個澆次，i＝1,2,…,I；j為爐次編號，第i個澆次中包含的爐次數(shù)為Ji，即j＝1,2,…,Ji；k為工序編號，共有K道工序，定義脫硫工序編號為k＝1，連鑄工序編號為k＝K；定義kl、kr和kc分別為轉(zhuǎn)爐、真空精煉和連鑄工序的編號。(i,j,k)為下標(biāo)或變量的組合，用于唯一標(biāo)識第i個澆次中的第j個爐次在第k道工序的處理操作；為下標(biāo)或變量的組合，用于唯一標(biāo)識與第i個澆次中的第j個爐次在第k道工序使用同一設(shè)備的緊前爐次的處理操作，它對應(yīng)第個澆次中的第個爐次；對連鑄工序而言，因為同一個澆次中的多個爐次先后在同一臺連鑄機(jī)上澆注，所以有：x(i,j,k)為第i個澆次中的第j個爐次在工序k的開始時刻；為第i個澆次中的第j個爐次在工序k的緊前爐次的開始時刻；tw(i,j,k)為第i個澆次中的第j個爐次在工序k的等待時間，前面已經(jīng)明確，只在真空和連鑄工序處理開始前設(shè)置等待時間，特別地，定義在真空精煉和連鑄工序的等待時間分別為tw(i,j,kr)和tw(i,j,kc)。為爐次在第1個可等待工序(真空精煉工序)的等待時間上限；為爐次在第2個可等待工序(連鑄工序)的等待時間上限。tp(i,j,k)為第i個澆次中的第j個爐次在工序k的處理時間；tt(i,j,k)為第i個澆次中的第j個爐次在工序k和后工序之間的運(yùn)輸時間。Θ為全部澆次的集合，滿足Θ＝{i|i∈[1,I]}；Φi為第i個澆次中的爐次集合，滿足Φi＝{j|j∈[1,Ji]}；Ψ為全部處理工序的集合，滿足Ψ＝{k|k∈[1,K]}。為所有爐次在轉(zhuǎn)爐工序不能消解的沖突時長之和。在優(yōu)化調(diào)度模型中，式(1)為目標(biāo)函數(shù)集，其中：f1表示所有爐次不能通過等待時間松弛而消解的轉(zhuǎn)爐工序設(shè)備沖突時長之和；f2表示完工時間，為最后一道工序的最晚完成時刻與第一道工序的最早開始時刻x(i,j,1)之差，最后一道工序的最晚完成時刻即開始時刻x(i,j,K)與處理時刻tp(i,j,K)之和；f3表示所有爐次在兩個緩沖工序的等待時間之和。設(shè)置上述目標(biāo)函數(shù)集的工藝意義為：通過優(yōu)化各澆次的開澆時間，并在必要時合理調(diào)整松弛各爐次在兩個緩沖工序的等待時間，使總的設(shè)備沖突時長最小，完工時間最小，且總的爐次等待時間最小。優(yōu)化變量為各澆次的開始時刻。式(2)～式(5)是編制常規(guī)的煉鋼-連鑄生產(chǎn)調(diào)度計劃時必須滿足的約束，其中：式(2)表示連澆約束，x(i,j,K)和x(i,j+1,K)分別為第i個澆次中相鄰的兩個爐次在連鑄工序的開澆時刻，tp(i,j,K)為其中前一個爐次的澆注時間；式(3)表示同一爐次的相鄰工序之間，后一工序需在前一工序處理完畢才能開始，還需考慮相鄰工序間的運(yùn)輸時間，x(i,j,k)和x(i,j,k+1)分別為爐次在相鄰工序的開始時刻；式(4)表示同一工序中使用同一設(shè)備的相鄰爐次，需等到緊前爐次處理完畢才能下一爐次，y(i,j,k)和分別為給這一對相鄰爐次分配的設(shè)備序號；式(5)表示需將爐次的每一個處理時間不為0的工序分配到相應(yīng)工序的某臺設(shè)備上加工。式(6)～式(7)表示等待時間約束，每個爐次在兩個可等待工序環(huán)節(jié)的等待時間均不能超過對應(yīng)的上限設(shè)定值。S2、求解各澆次的開澆時間向量：具體求解時采用遺傳算法迭代計算尋優(yōu)。由于遺傳算法作為常規(guī)的智能算法，其中基本的選擇、交叉和變異操作等已被人們熟知，所以下面只述及與染色體構(gòu)成和適應(yīng)度確定等相關(guān)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。S201、采用自然數(shù)編碼方式，染色體由澆次的開澆時間向量構(gòu)成；S202、將f1作為染色體適應(yīng)度，同時計算每條染色體的f2和f3，染色體的構(gòu)成如下：[x(1,1,K)x(2,1,K)…x(I,1,K)f3f2f1]在上面的染色體構(gòu)成中，x(1,1,K)、x(2,1,K)和x(I,1,K)等分別為第1至I個澆次中第1個爐次在連鑄工序的開澆時刻，也即是澆次1至I的開澆時刻；S203、構(gòu)造一個具有若干條染色體的初始種群，染色體的數(shù)量根據(jù)需要設(shè)定，一般取200以上，本實施例選300條；S204、保存當(dāng)前代種群中的最優(yōu)個體，若當(dāng)前代種群中有使適應(yīng)度為0的染色體，或者達(dá)到預(yù)先設(shè)置的最大進(jìn)化代數(shù)，則終止計算；S205、進(jìn)行選擇、交叉和變異操作，并轉(zhuǎn)步驟S204。S3、將S2獲得的開澆時間向量作為給定的各澆次的開澆時間向量，按照上述基于等待時間松弛的沖突消解方法消解沖突。在實際求解時，發(fā)現(xiàn)只要初始種群的規(guī)模設(shè)置得當(dāng)，甚至不需要進(jìn)行遺傳算法的選擇、交叉和變異操作，在初始種群中就已經(jīng)包含多條使適應(yīng)度為0的染色體。只需在這些染色體中依次選擇使完工時間f2最小和總等待時間f3最小的就可以了。但需要說明的是，這種不經(jīng)過遺傳和變異操作，直接在初始種群中找到可行解的方法具有不確定性，當(dāng)種群規(guī)模調(diào)整得足夠大，仍沒有出現(xiàn)使適應(yīng)度為0的染色體時，應(yīng)停止增大種群規(guī)模，而借助遺傳操作來尋優(yōu)。本發(fā)明中的方法和模型能較好地滿足繁忙和復(fù)雜工況下優(yōu)化調(diào)度方案制定的需求，對計劃排程和生產(chǎn)組織起到較好的指導(dǎo)作用，最終達(dá)到提高轉(zhuǎn)爐煉鋼廠生產(chǎn)效率的目的。本發(fā)明的實施例為一個大型鋼鐵企業(yè)的轉(zhuǎn)爐煉鋼廠。該煉鋼廠有3個脫硫站、3座轉(zhuǎn)爐、3個吹氬站、2個RH真空精煉爐，以及4臺連鑄機(jī)。轉(zhuǎn)爐的爐容為70噸，單座轉(zhuǎn)爐的日生產(chǎn)能力為90爐左右。由于該轉(zhuǎn)爐爐容相對其他新建轉(zhuǎn)爐較小，生產(chǎn)組織較為靈活，所以承擔(dān)了鋼鐵企業(yè)內(nèi)幾乎所有的高規(guī)格和小批量訂貨合同，以及多個新鋼種的試制工作；另外，由于該煉鋼廠的轉(zhuǎn)爐和連鑄機(jī)數(shù)量不相等，傳統(tǒng)的“爐機(jī)匹配”法則在此不適用，協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)爐和連鑄機(jī)比較困難。正因為上述兩點(diǎn)原因，導(dǎo)致該煉鋼廠對計劃排程和生產(chǎn)組織的要求較高。發(fā)明人選擇了這樣一個有代表性的轉(zhuǎn)爐煉鋼廠，來驗證本發(fā)明的有效性。以該煉鋼廠2012年2月13日白班(8小時工作制)的生產(chǎn)計劃為例，當(dāng)班計劃中總爐數(shù)達(dá)到31爐，鋼種數(shù)量為6種，是為典型的多品種小批量合同生產(chǎn)，因而對排程的要求較高。具體的生產(chǎn)計劃如下表1所示。表1生產(chǎn)計劃示例具體地，各鋼種的工藝路徑和各工序的處理時間如下表2所示。表中，工序處理時間的單位為分鐘，若某鋼種在具體工序上沒有數(shù)值，則說明其不經(jīng)過該工序。表2鋼種的工藝路徑和各工序處理時間通過應(yīng)用本發(fā)明提出的基于等待時間松弛的沖突消解方法及優(yōu)化調(diào)度模型與算法，得到的優(yōu)化調(diào)度結(jié)果如圖4所示。其中，真空精煉和連鑄工序前的等待時間上限均設(shè)置為15分鐘。圖4中，很多爐次在真空精煉和連鑄工序的處理時間方塊的左上方都有一個小矩形，這就代表爐次在這些工序前的等待時間優(yōu)化值，小矩形的寬度對應(yīng)等待時間的長度。圖5是上述算例的另一個優(yōu)化調(diào)度結(jié)果。圖4和圖5對應(yīng)的優(yōu)化調(diào)度結(jié)果從調(diào)度模型的目標(biāo)函數(shù)集來看是無差別的，兩者的f1均為0，也就是設(shè)備沖突完全被消解，無沖突，完工時間f2均為519分鐘，在緩沖工序的等待時間之和f3均為90分鐘?？梢钥吹?，兩者的差別有兩點(diǎn)：其一，第5個澆次的第2個爐次(圖中代號5.2)和第6個澆次的第5個爐次(圖中代號6.5)在轉(zhuǎn)爐工序設(shè)備指派的差別；其二，各爐次在緩沖工序前的等待時間差別。為了驗證本發(fā)明中的沖突消解方法有效性，我們共做了三組實驗，每組內(nèi)的實驗次數(shù)分別為30、40和50次，以傳統(tǒng)方法與本發(fā)明中的基于等待時間松弛的沖突消解方法作對比，分別記錄應(yīng)用兩種不同的方法能得到無設(shè)備沖突的調(diào)度結(jié)果的次數(shù)。三組實驗的比對結(jié)果如圖6所示，可以看出，應(yīng)用本發(fā)明的沖突消解方法完全消解設(shè)備沖突的次數(shù)明顯高于傳統(tǒng)方法。以上實施例僅用于說明本發(fā)明的計算思想和特點(diǎn)，其目的在于使本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于上述實施例。所以，凡依據(jù)本發(fā)明所揭示的原理、設(shè)計思路所作的等同變化或修飾，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。