利用优先级策略混合遗传算法的炼钢连铸生产调度方法

专利类型：发明专利

语言：中文

申请号：CN201510934188.1

申请日：20151215

发明人：郑忠徐兆俊高小强龙建宇

申请人：重庆大学

申请人地址：400045 重庆市沙坪坝区沙正街174号

公开日：20180529

公开号：CN105550751B

代理人：顾晓玲

代理机构：重庆市前沿专利事务所(普通合伙) 50211

摘　　要：本发明提出了一种利用优先级策略混合遗传算法的炼钢连铸生产调度方法，包括如下步骤：建立生产调度计划目标函数，建立约束条件集，利用优先级策略混合遗传算法对目标函数进行迭代运算，求取决策变量，具体为：进行模型初始化；计算可行解：设计了由连铸机开浇时间信息和炉次加工设备信息构成的分段式组合实数编码，依据分布规律随机产生作业时间，由倒推计算和冲突消除方法得到无时间冲突的调度计划；种群遗传优化：用任务可执行设备的加工权重赋值来量化描述现实中加工设备间的匹配关系，并以设备选择优先级策略的形式引入到遗传操作，进行种群进化。该方法能够解决生产中的设备选择和作业时间的不确定性问题，得到优化的可执行生产调度计划。

主权项：一种利用优先级策略混合遗传算法的炼钢连铸生产调度方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，炼钢连铸调度控制器分别与炼钢厂的MES数据库及MES客户端系统连接并获取炼钢厂的MES数据库及MES客户端系统中的炼钢连铸计划数据；S2，建立生产调度计划目标函数，所述目标函数为：minZ＝α₁×f₁+α₂×f₂其中，α₁为连铸机偏离预定开浇时间所产生的惩罚费用系数，α₂为炉次在生产中等待时间所产生的惩罚费用系数；α₁和α₂皆为算法可调参数；f₁表示各连铸机偏离预定开浇时间量的总和，f₂表示各浇次内的所有炉次在生产过程中等待时间的总和，具体表示为： $f_{1} = Σ_{q = 1}^{L} | T_{q} - t_{q} | = Σ_{q = 1}^{L} Σ_{i = 1}^{N} | T_{q} - t_{i, M, q}^{S} |,$ $\begin{matrix} f_{2} = Σ_{i = 1}^{N} Σ_{j = 1}^{M} Σ_{k_{j} = 1}^{Ω_{j}} t_{i, j, k_{j}}^{μ} = Σ_{i = 1}^{N} Σ_{j = 1}^{M} Σ_{k_{j} = 1}^{Ω_{j}} t_{i, j, k_{j}}^{S} - t_{i, j - 1, k_{j - 1}}^{E} - t_{[(j - 1, k_{j - 1}), (j, k_{j})]}^{d} = \\ Σ_{i = 1}^{N} Σ_{j = 1}^{M} Σ_{k_{j} = 1}^{Ω_{j}} t_{i, j, k_{j}}^{S} - (t_{i, j - 1, k_{j - 1}}^{S} + t_{i, j - 1, k_{j - 1}}) - t_{[(j - 1, k_{j - 1}), (j, k_{j})]}^{d} \end{matrix},$ 其中，L为连铸机的数量；T_q为第q台连铸机预定的开浇时间；t_q为第q台连铸机实际的开浇时间，即炉次i在工序M设备q上加工的开浇时间为N为炉次总数，i为加工炉次，M为工序总数，Ω_j为炉次i在工序j上可用设备的集合，是为炉次i在工序j?1设备k_j?1和工序j设备k_j之间的运输时间；工序j?1为工序j的紧前工序，设备k_j?1为设备k_j的紧前设备；K_j为工序j上所有设备集合，为炉次i在工序j设备k_j上作业前的等待时间；为炉次i在工序j设备k_j上加工的开始时间；为炉次i在紧前工序j?1设备k_j?1上的开始时间；为炉次i在紧前工序j?1设备k_j?1上的结束时间；为炉次i在紧前工序j?1设备k_j?1上的加工时间；S3，建立约束条件集，所述约束条件集包括如下约束条件之一或任意组合：各浇次内炉次的连浇约束条件，炉次在工序前有限等待时间约束条件，机器能力析取约束条件，炉次在每道工序上最多被加工一次的约束条件，同一炉次要等到前一工序加工完才可进行下一工序加工的约束条件，设备最早可用约束条件，可选设备约束条件，生产中时间不确定性约束条件；S4，利用优先级策略混合遗传算法对目标函数进行迭代运算，求取决策变量，具体的算法包括如下步骤：S41，进行模型初始化：输入模型参数信息并且初始化遗传算法迭代计数器t＝0，产生种群规模为Q的初始种群P(t)；S42，计算可行解：确定的染色体编码，依据时间分布规律随机产生作业时间，根据逆流程的倒推计算和设备上的冲突消除方法得到无时间冲突的生产调度计划；S43，进行种群遗传优化：依据设备的任务加工权重，通过结合现实环境中设备选择优先级策略的遗传变异、交叉操作，进行种群进化，产生优化解并输出；S5，控制器根据输出的最优解得到优化的炼钢?连铸生产调度计划，并对生产运行系统实施有效控制。

关键词：优先级策略;混合遗传算法;生产调度;生产调度计划;加工设备;炼钢连铸;目标函数;设备选择;可执行;不确定性问题;分段式组合;模型初始化;调度计划;迭代运算;分布规律;决策变量;匹配关系;时间冲突;时间信息;实数编码;随机产生;遗传操作;约束条件;种群遗传;可行解;连铸机;开浇;权重;优化;种群;进化;量化;引入;冲突;加工;生产

法律状态：授权

IPC专利分类号：G06N3/12(2006.01)I,G06Q10/06(2012.01)I