CN105427028A - 一种智能炼钢底层运输设备调度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能炼钢底层运输设备调度方法，该调度方法主要包括以下步骤：a.通过传感器获取电信号信息，以便对搜集的电信号进行过滤获得各设备的特征信号；b.根据获得的特征信号对各设备的状态进行定义并根据相应定义对设备当前所处状态进行搜索；c.对每台运输工具天车、台车所有存在的执行任务进行详细分解；d.对运输任务定义运输状态；e.建立专家调度规则库；f.执行天车优选算法；g.通过天车优选算法为当前天车吊运任务确定出优化合适的天车。本发明设计合理，采用成熟设计模式和思路保证了方案的可靠性和稳定性；能实现对现有炼钢物流跟踪***的升级改造，完善并提高炼钢生产管理水平，提高生产效率，实现节能减排。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶炼技术领域，具体涉及一种智能炼钢底层运输设备调度方法。
背景技术
炼钢厂中物料在各工序间的流通，如果上下工序处在同一跨中，则主要靠天车的运输来实现；如果上下工序处在不同的跨，则主要是靠台车的运输来实现；运输的物料包括废钢、铁水、钢水和辅料等。从铁水进入炼钢车间到钢水注入连铸机的整个物料运输过程的通畅是保证钢厂正常运转的基石。只有形成合理有效的天车调度、台车调度、天车台车协同调度所构成的炼钢底层运输设备的调度方案，才能匹配钢厂生产节奏，均衡生产，保证生产调度的稳定高效，并能有效节能降耗，节约生产运营成本，提高生产效益和企业竞争能力。
现有炼钢生产天车调度的研究多是通过数学建模的形式对炼钢生产现场及天车行为进行高度抽象，得出的仿真结果也大多不能应用于实践生产。同时多天车的协同，天车和台车的协同也考虑较少。并且对天车台车自身信息的采集、现场环境信息的适应对比，以及对天车台车所执行的任务都缺乏深入研究。从而导致现有调度方案并不能很好指导炼钢生产实践，因此对炼钢底层运输设备调度方案或***的研究已经成为炼钢物流调度领域研究的重点。
目前在我国大多数钢铁生产企业的生产管理技术及手段仍然落后，信息化水平明显滞后于发达经济体的相关行业水平，为改善现有状况，只有更好的运输设备调度方案才能从根本上解决问题，才能切实提高钢铁企业的调度水平和标准、从而解放生产力，提高生产效率，实现节能减排的目标。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种提高钢铁企业的调度水平和标准、提高生产效率，实现节能减排目标的智能炼钢底层运输设备调度方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种智能炼钢底层运输设备调度方法，该调度方法主要包括以下步骤：
a.通过传感器获取运输设备：天车、台车的电信号信息，通过MES***以及相应传感器获取周围环境信息：容器、包位、转炉、精炼炉、连铸机的电信号信息，以便对搜集的电信号进行过滤获得各设备的特征信号；
b.根据获得的特征信号对各设备的状态进行定义并根据相应定义对设备当前所处状态进行搜索；
c.对每台运输工具天车、台车所有存在的执行任务进行详细分解；
d.对运输任务定义运输状态；
e.建立专家调度规则库，用于协调在同一个跨区同一个时间窗口内的多个任务的执行，并确定任务的先后顺序及相应时间窗口；
f.执行天车优选算法，在天车调度优化目标和天车调度约束规则的指导下，确定每个跨内的每个任务的天车、天车行走的优化路径以及天车动作时间点；
g.通过天车优选算法为当前天车吊运任务确定出优化合适的天车，同步计算出该任务到达目标工位的确定时间，触发此任务对应的台车调度，给出台车动作时序图，使台车到达目标工位的时间不晚于天车，使天车、台车物流运输实现无缝衔接。
进一步，所述运输状态包括：空闲、就绪、推荐、执行、结束，其中：空闲表示任务运行需要的资源没有就位，就绪表示任务运行需要的资源准备就位，推荐表示调度算法已经将就绪任务推荐给操作人员，执行表示任务正在执行，结束表示任务执行完毕，根据任务结束标志在数据库记录资源调用次数，执行完毕标志位在完成数据库登记后清零，释放所有被该任务调用的设备资源；
进一步，所述天车调度优化目标包括：
1)择车目标：选择优化天车作为候选天车去完成调度任务；
2)择路目标：根据调度员下达的工位设备生产指令，该指令包含在接下来的一个具体时间段内，生产设备的生产作业任务，起始工位，目标工位，容器选择；
3)完成时间较快目标：选择此刻开始，能够较快完成该任务的天车；
4)完成时间较短目标：选择完成任务所用时间较短的天车；
5)对其他天车影响较小目标：天车的移动导致其他天车避让，选择避让次数或避让距离总和较小；
6)综合代价较小目标：综合各种因素，赋予权重，计算较小代价。
所述天车调度约束规则包括：
1)胜任规则：该天车必须能够胜任该项任务，
2)就近规则：天车所在位置较接近该项任务作业区域的天车，
3)冲突约束规则：不同天车在同一时间段运输过程中由于作业区域重叠约束，
4)区域规则：不同行天车有不同的作业区域范围，正常情况下天车只能在区域范围内作业。
进一步，所述台车、天车在执行运输任务的过程中任务状态随时间一直在进行切换。
进一步，该方法运行的任务调度步骤如下：
A.主程序读取数据库；
B.根据数据库特征信号将状态列表中就绪状态的标志置1；
C.根据状态向量(编码表示)将任务列表中处于就绪状态任务的就绪标志置1，就绪标志为0表示任务空闲；
D.根据专家调度规则从就绪任务中选择待推荐任务；
E.待推荐任务调用天车优选算法选择任务执行天车；
F.根据正在执行任务天车运行状态、要求和新推荐任务天车运行要求，调用天车避让程序；
G.待推荐任务所选天车和正在执行任务天车无冲突则将该任务置推荐状态，否则将该任务置空闲状态；
H.若推荐任务的目标工位是位于台车之上，同步给出对应台车调度方案，台车的任务标志同天车；
I.将任务执行完毕标志置1，任务执行信息记录数据库，清除标志。
本发明所采用的技术方案具有以下有益效果：
1、本发明很好地解决了炼钢现场天车数学调度模型难以建立的问题，解决了通过数学抽象导致的信息失真问题。通过基于实时获取的设备底层信息，做出的设备状态判断更加准确更符合生产现场实绩。
2、本发明基于模块化***化的分析方式，逻辑严密清晰，得到的炼钢底层运输设备的调度方案更加准确可靠，仿真结果表明应用基于本发明获得的底层运输设备的调度方案对某钢厂物流运输的改善明显。
3、本发明是对炼钢生产底层运输设备的调度决策的尝试，为本公司现有炼钢生产物流跟踪***的升级和完善提供了技术支撑。
附图说明
图1为本发明的智能炼钢底层运输设备调度架构图；
图2为本发明的基于某钢厂的智能调度设备仿真平台；
图3为本发明的智能炼钢底层运输调度方案中天车协同调度的示意图；
图4为本发明的智能炼钢底层运输调度方案中天车协同调度的示意图；
图5为本发明的智能炼钢底层运输调度方案中天车协同调度的示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示，一种智能炼钢底层运输设备调度方法，该调度方法主要包括以下步骤：
a.通过传感器获取运输设备：天车、台车的电信号信息，通过MES***以及相应传感器获取周围环境信息：容器、包位、转炉、精炼炉、连铸机的电信号信息，以便对搜集的电信号进行过滤获得各设备的特征信号；
b.根据获得的特征信号对各设备的状态进行定义并根据相应定义对设备当前所处状态进行搜索；如天车的状态定义如下，天车的状态表示分为3层，见下表：
而天车的“使用中”状态下细分为很多具体的状态，根据状态空间表示法，用状态变量的二元数组来表示，状态变量及其值域见下表：
c.对每台运输工具天车、台车所有存在的执行任务进行详细分解；假设某炼钢现场存在加料跨且有脱硫站，加料跨里有1#天车执行运输铁水的任务，则1#天车的任务至少包括：向脱硫站运送重铁包，该任务包含的详细信息见下表：
d.对运输任务定义运输状态，所述运输状态包括：空闲、就绪、推荐、执行、结束，其中：空闲表示任务运行需要的资源没有就位，就绪表示任务运行需要的资源准备就位，推荐表示调度算法已经将就绪任务推荐给操作人员，执行表示任务正在执行，结束表示任务执行完毕，根据任务结束标志在数据库记录资源调用次数，执行完毕标志位在完成数据库登记后清零，释放所有被该任务调用的设备资源；
e.建立专家调度规则库，用于协调在同一个跨区同一个时间窗口内的多个任务的执行，并确定任务的先后顺序及相应时间窗口；
f.执行天车优选算法，在天车调度优化目标和天车调度约束规则的指导下，确定每个跨内的每个任务的天车、天车行走的优化路径以及天车动作时间点；所述天车调度优化目标包括：
1)择车目标：选择优化天车作为候选天车去完成调度任务，
2)择路目标：根据调度员下达的工位设备生产指令，该指令包含在接下来的一个具体时间段内，生产设备的生产作业任务，起始工位，目标工位，容器选择，
3)完成时间较快目标：选择此刻开始，能够较快完成该任务的天车，
4)完成时间较短目标：选择完成任务所用时间较短的天车，
5)对其他天车影响较小目标：天车的移动导致其他天车避让，选择避让次数或避让距离总和较小，
6)综合代价较小目标：综合各种因素，赋予权重，计算较小代价；
所述天车调度约束规则包括：
1)胜任规则：该天车必须能够胜任该项任务，
2)就近规则：天车所在位置较接近该项任务作业区域的天车，
3)冲突约束规则：不同天车在同一时间段运输过程中由于作业区域重叠约束，
4)区域规则：不同行天车有不同的作业区域范围，正常情况下天车只能在区域范围内作业。
g.通过天车优选算法为当前天车吊运任务确定出优化合适的天车，同步计算出该任务到达目标工位的确定时间，触发此任务对应的台车调度，给出台车动作时序图，使台车到达目标工位的时间不晚于天车，使天车、台车物流运输实现无缝衔接。
作为优选技术方案，所述台车、天车在执行运输任务的过程中任务状态随时间一直在进行切换。
作为优选技术方案，所述智能炼钢底层运输设备调度方法运行的任务调度步骤如下：
A.主程序读取数据库；
B.根据数据库特征信号将状态列表中就绪状态的标志置1；
C.根据状态向量(编码表示)将任务列表中处于就绪状态任务的就绪标志置1，就绪标志为0表示任务空闲；
D.根据专家调度规则从就绪任务中选择待推荐任务；
E.待推荐任务调用天车优选算法选择任务执行天车；
F.根据正在执行任务天车运行状态、要求和新推荐任务天车运行要求，调用天车避让程序；
G.待推荐任务所选天车和正在执行任务天车无冲突则将该任务置推荐状态，否则将该任务置空闲状态；
H.若推荐任务的目标工位是位于台车之上，同步给出对应台车调度方案，台车的任务标志同天车；
I.将任务执行完毕标志置1，任务执行信息记录数据库，清除标志。
如图2所示，基于某钢厂的智能调度设备仿真平台，该仿真平台对应于钢厂全局监控画面，图中所有设备的能够根据实际状态做相应显示，为验证智能炼钢底层运输设备调度方案提供了可视化的手段。
如图3、图4、图5所示，本发明以这三幅图为例说明底层调度的运行机制。图3中1#BOF处于待启动状态，需要废钢原料，***检测到信号，产生“吊运废钢至1#BOF”任务，***扫描两台废钢天车(左边)当前状态和废钢存量状态，找到离1#BOF最近的含需求废钢的废钢槽(实心)，形成吊运废钢至1#BOF任务的起始工位为实心废钢槽(目标废钢槽)，目标工位为1#BOF，同时发现起始工位至目标工位区间段存在铁包运输3#天车为空，扫描专家调度规则库获取空包让重包规则，于是形成“3#天车右行至1#BOF右侧一个天车身位”的任务，调用天车优选算法找出4#天车更适合完成“吊运废钢至1#BOF”的任务，接着便分别同时向3#天车、4#天车发送“3#天车右行至1#BOF右侧一个天车身位”和“4#天车从目标废钢槽吊运废钢至1#BOF”的任务。图4是两台天车正在分别执行任务的过程图示。图5是两台天车都执行完各自任务的图示。
本发明设计合理，基于设备底层获取设备状态信息保证了信息的及时和准确性，通过仿真实验同时设计逻辑严密清晰保证了方案的科学性及可行性，采用成熟设计模式和思路保证了方案的可靠性和稳定性；本发明目标明确着重对炼钢现场底层运输设备的调度决策，能实现对现有炼钢物流跟踪***的升级改造，完善并提高炼钢生产管理水平。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.一种智能炼钢底层运输设备调度方法，其特征在于：该调度方法主要包括以下步骤：
a.通过传感器获取运输设备：天车、台车的电信号信息，通过MES***以及相应传感器获取周围环境信息：容器、包位、转炉、精炼炉、连铸机的电信号信息，以便对搜集的电信号进行过滤获得各设备的特征信号；
b.根据获得的特征信号对各设备的状态进行定义并根据相应定义对设备当前所处状态进行搜索；
c.对每台运输工具天车、台车所有存在的执行任务进行详细分解；
d.对运输任务定义运输状态；
e.建立专家调度规则库，用于协调在同一个跨区同一个时间窗口内的多个任务的执行，并确定任务的先后顺序及相应时间窗口；
f.执行天车优选算法，在天车调度优化目标和天车调度约束规则的指导下，确定每个跨内的每个任务的天车、天车行走的优化路径以及天车动作时间点；
g.通过天车优选算法为当前天车吊运任务确定出优化合适的天车，同步计算出该任务到达目标工位的确定时间，触发此任务对应的台车调度，给出台车动作时序图，使台车到达目标工位的时间不晚于天车，使天车、台车物流运输实现无缝衔接。
2.根据权利要求1所述的智能炼钢底层运输设备调度方法，其特征在于：所述运输状态包括：空闲、就绪、推荐、执行、结束，其中：空闲表示任务运行需要的资源没有就位，就绪表示任务运行需要的资源准备就位，推荐表示调度算法已经将就绪任务推荐给操作人员，执行表示任务正在执行，结束表示任务执行完毕，根据任务结束标志在数据库记录资源调用次数，执行完毕标志位在完成数据库登记后清零，释放所有被该任务调用的设备资源。
3.根据权利要求1所述的智能炼钢底层运输设备调度方法，其特征在于：所述天车调度优化目标包括：
1)择车目标：选择天车作为候选天车去完成调度任务；
2)择路目标：根据调度员下达的工位设备生产指令，该指令包含在接下来的一个具体时间段内，生产设备的生产作业任务，起始工位，目标工位，容器选择；
3)完成时间较快目标：选择此刻开始，能够较快完成该任务的天车；
4)完成时间较短目标：选择完成任务所用时间较短的天车；
5)对其他天车影响较小目标：天车的移动导致其他天车避让，选择避让次数或避让距离总和较小；
6)综合代价较小目标：综合各种因素，赋予权重，计算较小代价；
所述天车调度约束规则包括：
1)胜任规则：该天车必须能够胜任该项任务，
2)就近规则：天车所在位置较接近该项任务作业区域的天车，
3)冲突约束规则：不同天车在同一时间段运输过程中由于作业区域重叠约束，
4)区域规则：不同行天车有不同的作业区域范围，正常情况下天车只能在区域范围内作业。
4.根据权利要求1所述的智能炼钢底层运输设备调度方法，其特征在于：所述台车、天车在执行运输任务的过程中任务状态随时间一直在进行切换。
5.根据权利要求1所述的智能炼钢底层运输设备调度方法，其特征在于：该方法运行的任务调度步骤如下：
A.主程序读取数据库；
B.根据数据库特征信号将状态列表中就绪状态的标志置1；
C.根据状态向量(编码表示)将任务列表中处于就绪状态任务的就绪标志置1，就绪标志为0表示任务空闲；
D.根据专家调度规则从就绪任务中选择待推荐任务；
E.待推荐任务调用天车优选算法选择任务执行天车；
F.根据正在执行任务天车运行状态、要求和新推荐任务天车运行要求，调用天车避让程序；
G.待推荐任务所选天车和正在执行任务天车无冲突则将该任务置推荐状态，否则将该任务置空闲状态；
H.若推荐任务的目标工位是位于台车之上，同步给出对应台车调度方案，台车的任务标志同天车；
I.将任务执行完毕标志置1，任务执行信息记录数据库，清除标志。
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2015
- 2015-11-09 CN CN201510751721.0A patent/CN105427028A/zh active Pending
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