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企业多产线出钢材复杂板型协同板坯设计装置与方法

阅读:133发布:2023-01-23

专利汇可以提供企业多产线出钢材复杂板型协同板坯设计装置与方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 钢 铁 企业多产线出钢材复杂板型协同 板坯 设计装置与方法。该装置主要包括多个操作终端、出钢材板坯设计单元、多核 服务器 、机器 接口 和网络接口。多个使用者同时在各自的操作终端经网络接口根据所绘制的图形确认多核服务器的缓冲 存储器 中的板坯设计方案后存入多核服务器的板坯方案记录存储器中,并向多核服务器发出“剪切指令转换”指令。多核服务器的输入输出处理机捕捉到“剪切指令转换”指令后,多核服务器的输入输出处理机将剪切指令生成模 块 调入到该单元的 多核处理器 执行,生成板坯方案的剪切指令后经网络接口发到生产现场的操作终端上。本发明能缩短板坯设计时间,节约原材料,并且有利于生产系统包括设计规则的维护。,下面是企业多产线出钢材复杂板型协同板坯设计装置与方法专利的具体信息内容。

1.一种企业多产线出钢材复杂板型协同板坯设计装置,其特征在于:它包括多个操作终端(1)、出钢材板坯设计单元(2)、多核服务器(5);多个操作终端(1)通过网络接口(4)与多核服务器(5)连接,出钢材板坯设计单元(2)通过机器接口(3)与多核服务器(5)连接;所述多核服务器(5)包括输入输出处理机在内的多核处理器、设计规则基表和订单记录表及板坯方案存储器、板坯方案图形绘制和剪切指令转换及设计规则基表维护模、缓冲存储器和设计参数选择模块,所述出钢材板坯设计单元(2)包括钢铁企业多产线出钢材复杂板型多终端协同板坯设计模块和引导程序;其中:
(a)多个操作终端(1):通过网络接口(4)电性连接于多核服务器(5)的输入输出处理机和设计参数选择模块以及设计规则基表维护模块,用于核准身份信息和设置多终端的多产线复杂板型板坯设计参数,用于维护修改设计规则基表,用于显示确认请求和设计者根据绘制的图形确认各板型板坯的设计方案,并向多核服务器发出“剪切指令转换”指令;
(b)多核服务器(5)的缓冲存储器、设计规则基表和订单记录表及板坯方案存储器、板坯方案图形绘制和剪切指令转换及设计规则基表维护模块:缓冲存储器、设计规则基表和订单记录表及板坯方案存储器都电性连接多核服务器(5)上,缓冲存储器用于临时存储订单记录、板坯设计规则、多终端板坯设计参数和设计方案,设计规则基表和订单记录表及板坯方案存储器用于存储规则基表和MES生产订单池及设计的板坯方案,板坯方案图形绘制和剪切指令转换及设计规则基表维护模块用于操作者确认板坯方案、维护基表和生成切割机切割板材的剪切指令;
(c)多核服务器(5)的输入与输出处理机:通过网络接口(4)电性连接于多个操作终端(1),一方面接收从多个操作终端(1)经网络接口(4)发出“方案设计”指令,并通过机器接口(3)启动出钢材板坯设计单元(2)的引导程序,引导该单元的钢铁企业多产线出钢材复杂板型多终端协同板坯设计模块到多核服务器(5)的多核处理器并行执行,将各操作终端设定的板坯设计参数和多核服务器(5)缓冲存储器中的规则与对应的订单集读入多核处理器并行进行板坯设计,将设计的最优板坯方案存入缓冲存储器中,并向各操作终端发出“方案确认”指令;另一方面捕捉到从操作终端经网络接口(4)发送的“剪切指令转换”指令后,将多核服务器(5)中板坯方案图形绘制和剪切指令转换及设计规则基表维护模块读入到多核处理器执行,并将转换后的板坯方案剪切指令经网络接口(4)发到生产现场的操作终端上;
(d)出钢材板坯设计单元(2)的钢铁企业多产线出钢材复杂板型多终端协同板坯设计模块:由引导程序经机器接口(3)引导到多核服务器(5)的多核处理器并行执行,分别处理从输入输出处理机读入的按照参数和属性抽取相应产线和属性的订单,按照对应操作终端的预设板型、成材率参数及设计规则,采用基于不同的启发式方法生成候选板坯方案集,并从中按照不同的需求搜索出最优板坯设计方案。
2.一种基于钢铁企业多产线出钢材复杂板型协同板坯设计装置的设计方法,包括多个操作终端协同操作、多产线出钢材和基于复杂板型的板坯设计的实现;其特征在于包括如下步骤:
(1)发出“板坯设计”指令步骤:生产计划部将订单集由MES系统传到多核服务器(5)的订单记录表存储器中,使用者由各操作终端通过网络接口(4)核准身份信息和确认订单记录后,发出“板坯设计”指令;
(2)钢铁企业多产线出钢材复杂板型多终端协同板坯设计模块启动和读取相关数据步骤:多核服务器(5)的输入输出处理机捕捉多个操作终端(1)的“板坯设计”指令后,通过机器接口(3)启动出钢材板坯设计单元(2)的引导程序,将钢铁企业多产线出钢材复杂板型多终端协同板坯设计模块引导到多核服务器(5)的多核处理器执行,将多核服务器(5)的设计规则基表和订单记录表及板坯方案存储器中的订单和规则记录读到多核服务器(5)的缓冲存储器中;
(3)钢铁企业多产线出钢材复杂板型多终端协同板坯设计步骤:多核服务器(5)的多核处理机基于缓冲存储器的规则记录,对于订单记录按产线划分,基于复杂板型采用超启发式方法并行计算可行母板方案集,基于板坯参数和快速质检并行质检生成候选母板方案集,反推虚拟板坯方案,基于设计者偏好搜索出最优板坯方案,将最优板坯方案由多核服务器(5)的输入输出处理机存入多核服务器(5)的缓冲存储器,并经网络接口(4)向多个操作终端(1)发送“方案确认”指令;
(4)板坯方案确认步骤:操作者通过网络接口(4)在多个操作终端(1)上,对多核服务器(5)的缓冲存储器中的板坯设计方案及绘制图形进行显示和确认,并向多核服务器(5)的输入输出处理机发出“剪切指令转换”指令;
(5)剪切指令转换步骤:多核服务器(5)的输入输出处理机捕捉到“剪切指令转换”指令后,将板坯方案图形绘制和剪切指令转换及设计规则基表维护模块调入到多核服务器(5)的多核处理器执行,生成板坯方案的剪切指令后经网络接口(4)发到生产现场的操作终端上。
3.根据权利要求2所述基于钢铁企业多产线出钢材复杂板型协同板坯设计装置的设计方法,其特征在于:步骤(3)所述的多操作终端协同板坯设计,具体包括如下步骤:
①使用者在操作终端经网络接口(4)发出“板坯设计”指令后,多个使用者在各自的操作终端上进行“身份核对”,并运行多核服务器(5)的设计参数选择模块进行“板坯设计参数”选择,包括订单钢种、产线、大板类型、成材率参数,多核服务器(5)的输入输出处理机核对各终端都只对同一钢种的订单进行设计时,“身份核对”完毕;
②对于多核服务器(5)的多核处理机计算出各产线订单的板坯方案,并在多个操作终端(1)上显示“方案确认”后,多个操作者分别在操作终端确认对应产线订单的板坯方案。
4.根据权利要求2所述基于钢铁企业多产线出钢材复杂板型协同板坯设计装置的设计方法,其特征在于:步骤(3)所述的复杂板型,包括A板型、S板型、G板型,以及扩展A板型、扩展S板型和扩展G板型,其中,
扩展A2板型:在A2板型中取消订单子板宽度不小于结晶器断面的宽度或由使用者设置其订单宽度范围;
扩展S2板型:在S2板型中取消长度或宽度方向子板之间无间隙约束,由操作人员设置间隙范围;
G板型:G板型适合清理尾量订单,允许长度和宽度方向有间隙,无间隙强约束,宽度方向和长度方向的子板数相同;
扩展G板型:长度和宽度方向上允许子板数不相同。
5.根据权利要求2所述基于钢铁企业多产线出钢材复杂板型协同板坯设计装置的设计方法,其特征在于:步骤(3)所述的超启发式方法,具体包括如下步骤:
①A板型和S板型的板坯设计,采用回溯构造基于A板型和S板型的可行板坯方案,将质检合格的方案加入候选板坯方案集;
②对于扩展A2板型和扩展S2板型的板坯设计,首先基于组板规则、人工经验和订单尺寸邻域构造可行板坯方案集,然后在满足偏好和各子板欠量相关约束下,根据其板坯方案的子板组合相似性,基于贪心策略挑选满足高成材率目标的方案实现问题求解;
③对于G板型和扩展G板型的板坯设计,基于背包装填思想构造虚拟板坯方案解的分量和其各分量的多邻域,基于多邻域滑动搜索和动态调整策略得到虚拟板坯方案的可行解空间,在解空间基于板坯优先级策略生成多个解的邻域,通过订单匹配等相关约束不断挑选删减解空间,得到最终板坯设计方案集。
6.根据权利要求2所述基于钢铁企业多产线出钢材复杂板型协同板坯设计装置的设计方法,其特征在于:步骤(3)所述的基于板坯参数和快速质检并行质检生成候选母板方案集,反推虚拟板坯方案,具体包括如下步骤:
①按照小组编号i(i=1,2,…)排序组成订单子板集; 和 分别
表示子板Ci的厚度、宽度、长度、质量和厚度公差,P_lj、P_wj、P_tj、P_wtj和P_ρj分别表示虚拟板坯Pj的长度、宽度、厚度、重量和比重,板坯的规格和参数计算与子板的组合设计方式相关,虚拟板坯Pj的子板组合表示为式(1),Ij、u、v分别表示虚拟板坯上子板编号集、以及排列的行号和列号,rowj、columnj、P_ρj和P_sj分别为虚拟板坯Pj的行数、列数、比重和加热炉加热的烧损率;
Pj{Ci(u,v)|,i∈Ij,u=1,2,…,rowj,v=1,2,…,columnj}              (1);
②按照板型和设计规则,组合成虚拟大板,对于不同板型的子板组合方式其板坯的规格参数用式(2)-(4)计算,即:通过按照不同的设计板型的组板的子板组合,按照实际生产在加入头切尾切参数后推算出虚拟大板的规格,而后用式(5)和(6)分别计算虚拟板坯Pj的基准收得率P_yj和成材率P_vj;
式(2)中,H_cutj、T_cutj和l_cutj分别表示头切量、尾切量和纵切量;
式(3)中,MAX_TRIMj和w_cutj分别表示最大切边量和横切量;
③对于快速质检,由于板型和设计要求,在虚拟板坯上的首个子板其宽度最大,以其属性为基准,可快速确定虚拟板坯属性,避免大量无效计算,通过轴合同预估板坯宽度和长度,顺序查表,可以避免多子板重复计算和各工艺属性的重复查找比较,优化求解时间。
7.根据权利要求2所述基于钢铁企业多产线出钢材复杂板型协同板坯设计装置的设计方法,其特征在于:步骤(3)所述的的设计者偏好包括成材率、交货期、到站岗、收货单位、订货单位以及欠件数,若存在流通版订单,即满足同一指定到站岗的特殊订单,需要组合在同一板坯;若满足上述偏好设置为特殊合同,则挑选最优方案时,含有特殊合同的其应满足优先挑选,若不存在则按照其板型和方案解规模,对于小规模的方案集回溯遍历求解,对于大规模的扩展复杂型板坯,基于贪心选择符合实际需求的方案解;对于G板型的板坯设计,由于其组板的订单的复杂性,采用基于板坯优先级的动态解空间挑选。

说明书全文

企业多产线出钢材复杂板型协同板坯设计装置与方法

技术领域

[0001] 本发明属于钢铁企业出钢材板坯设计与生产领域,具体涉及一种钢铁企业多产线出钢材复杂板型协同板坯设计装置与方法。

背景技术

[0002] 板坯设计是钢铁企业生产排成中极为重要的一环,是在满足生产工艺和规则约束下,将矩形子板组合在大的矩形板坯上并使得板坯规格尽可能小,其本质上是满足约束的矩形布局优化问题。最近10年,随着制造业的信息化发展,部分钢铁企业板坯设计问题由MES(Manufacturing Execution System),即制造执行系统下的人工半自动设计改由计算机软件对客户订单子板进行板坯设计,但这些企业的客户订单是批量规格,适合于大规模的自动化生产,其板型也只是简单的A板型、S板型,且只能由单个操作员设计。但随着客户订单量的增大,且尺寸规格和形状增多,部分钢铁企业现在的系统一方面难以适应客户的多品种、小批量、个性化需求,另一方面单个操作员设计确认时间长,不能满足市场的需求。另外,随着企业部分板材切割设备的更新换代,产线和规则等梳理更新,企业也希望人工设计的G板型、扩展A板型、扩展S板型和扩展G板型板坯设计也由系统来实现。因此,钢铁企业多产线出钢材复杂板型协同板坯设计是迫切丞待解决的问题。
[0003] 因此,需要提出一种钢铁企业多产线出钢材复杂板型协同板坯设计的装置与方法,实现多产线复杂板型多操作终端的协同设计,且满足设计者偏好、多规则约束和轧制成材率的个性化要求,减轻设计和切割人员的劳动强度,提升工作效率,降低生产管理成本,实现钢铁企业板材生产和切割的自动化和智能化。

发明内容

[0004] 本发明的第一个目的在于针对现有板坯设计软件系统存在的上述缺陷,提供一种钢铁企业多产线出钢材复杂板型协同板坯设计装置,以解决目前钢铁企业的G板型、扩展A板型、扩展S板型和扩展G板型的板坯设计依赖于人工现场设计,现有的系统只限于单个使用者操作,设计效率无法满足业务需求,以及板材生产和设计自动化和智能化程度低的技术问题。
[0005] 本发明的第一个目的是通过如下的技术方案来实现的:该钢铁企业多产线出钢材复杂板型协同板坯设计装置,它包括多个操作终端(1)、出钢材板坯设计单元(2)、多核服务器(5);多个操作终端(1)通过网络接口(4)与多核服务器(5)连接,出钢材板坯设计单元(2)通过机器接口(3)与多核服务器(5)连接;所述多核服务器(5)包括输入输出处理机在内的多核处理器、设计规则基表和订单记录表及板坯方案存储器、板坯方案图形绘制和剪切指令转换及设计规则基表维护模、缓冲存储器和设计参数选择模块,所述出钢材板坯设计单元(2)包括钢铁企业多产线出钢材复杂板型多终端协同板坯设计模块和引导程序;其中:
[0006] (a)多个操作终端(1):通过网络接口(4)电性连接于多核服务器(5)的输入输出处理机和设计参数选择模块以及设计规则基表维护模块,用于核准身份信息和设置多终端的多产线复杂板型板坯设计参数,用于维护修改设计规则基表,用于显示确认请求和设计者根据绘制的图形确认各板型板坯的设计方案,并向多核服务器发出“剪切指令转换”指令;
[0007] (b)多核服务器(5)的缓冲存储器、设计规则基表和订单记录表及板坯方案存储器、板坯方案图形绘制和剪切指令转换及设计规则基表维护模块:缓冲存储器、设计规则基表和订单记录表及板坯方案存储器都电性连接多核服务器(5)上,缓冲存储器用于临时存储订单记录、板坯设计规则、多终端板坯设计参数和设计方案,设计规则基表和订单记录表及板坯方案存储器用于存储规则基表和MES生产订单池及设计的板坯方案,板坯方案图形绘制和剪切指令转换及设计规则基表维护模块用于操作者确认板坯方案、维护基表和生成切割机切割板材的剪切指令;
[0008] (c)多核服务器(5)的输入与输出处理机:通过网络接口(4)电性连接于多个操作终端(1),一方面接收从多个操作终端(1)经网络接口(4)发出“方案设计”指令,并通过机器接口(3)启动出钢材板坯设计单元(2)的引导程序,引导该单元的钢铁企业多产线出钢材复杂板型多终端协同板坯设计模块到多核服务器(5)的多核处理器并行执行,将各操作终端设定的板坯设计参数和多核服务器(5)缓冲存储器中的规则与对应的订单集读入多核处理器并行进行板坯设计,将设计的最优板坯方案存入缓冲存储器中,并向各操作终端发出“方案确认”指令;另一方面捕捉到从操作终端经网络接口(4)发送的“剪切指令转换”指令后,将多核服务器(5)中板坯方案图形绘制和剪切指令转换及设计规则基表维护模块读入到多核处理器执行,并将转换后的板坯方案剪切指令经网络接口(4)发到生产现场的操作终端上;
[0009] (d)出钢材板坯设计单元(2)的钢铁企业多产线出钢材复杂板型多终端协同板坯设计模块:由引导程序经机器接口(3)引导到多核服务器(5)的多核处理器并行执行,分别处理从输入输出处理机读入的按照参数和属性抽取相应产线和属性的订单,按照对应操作终端的预设板型、成材率参数及设计规则,采用基于不同的启发式方法生成候选板坯方案集,并从中按照不同的需求搜索出最优板坯设计方案。
[0010] 本发明的第二个目的在于提供一种基于上述钢铁企业多产线出钢材复杂板型协同板坯设计装置的设计方法,包括多个操作终端协同操作、多产线出钢材和基于复杂板型的板坯设计的实现;它包括如下步骤:
[0011] (1)发出“板坯设计”指令步骤:生产计划部将订单集由MES系统传到多核服务器(5)的订单记录表存储器中,使用者由各操作终端通过网络接口(4)核准身份信息和确认订单记录后,发出“板坯设计”指令;
[0012] (2)钢铁企业多产线出钢材复杂板型多终端协同板坯设计模块启动和读取相关数据步骤:多核服务器(5)的输入输出处理机捕捉多个操作终端(1)的“板坯设计”指令后,通过机器接口(3)启动出钢材板坯设计单元(2)的引导程序,将钢铁企业多产线出钢材复杂板型多终端协同板坯设计模块引导到多核服务器(5)的多核处理器执行,将多核服务器(5)的设计规则基表和订单记录表及板坯方案存储器中的订单和规则记录读到多核服务器(5)的缓冲存储器中;
[0013] (3)钢铁企业多产线出钢材复杂板型多终端协同板坯设计步骤:多核服务器(5)的多核处理机基于缓冲存储器的规则记录,对于订单记录按产线划分,基于复杂板型采用超启发式方法并行计算可行母板方案集,基于板坯参数和快速质检并行质检生成候选母板方案集,反推虚拟板坯方案,基于设计者偏好搜索出最优板坯方案,将最优板坯方案由多核服务器(5)的输入输出处理机存入多核服务器(5)的缓冲存储器,并经网络接口(4)向多个操作终端(1)发送“方案确认”指令;
[0014] (4)板坯方案确认步骤:操作者通过网络接口(4)在多个操作终端(1)上,对多核服务器(5)的缓冲存储器中的板坯设计方案及绘制图形进行显示和确认,并向多核服务器(5)的输入输出处理机发出“剪切指令转换”指令;
[0015] (5)剪切指令转换步骤:多核服务器(5)的输入输出处理机捕捉到“剪切指令转换”指令后,将板坯方案图形绘制和剪切指令转换及设计规则基表维护模块调入到多核服务器(5)的多核处理器执行,生成板坯方案的剪切指令后经网络接口(4)发到生产现场的操作终端上。
[0016] 具体的,步骤(3)所述的多操作终端协同板坯设计,具体包括如下步骤:
[0017] ①使用者在操作终端经网络接口(4)发出“板坯设计”指令后,多个使用者在各自的操作终端上进行“身份核对”,并运行多核服务器(5)的设计参数选择模块进行“板坯设计参数”选择,包括订单钢种、产线、大板类型、成材率参数,多核服务器(5)的输入输出处理机核对各终端都只对同一钢种的订单进行设计时,“身份核对”完毕;
[0018] ②对于多核服务器(5)的多核处理机计算出各产线订单的板坯方案,并在多个操作终端(1)上显示“方案确认”后,多个操作者分别在操作终端确认对应产线订单的板坯方案。
[0019] 具体的,步骤(3)所述的复杂板型,包括A板型、S板型、G板型,以及扩展A板型、扩展S板型和扩展G板型,其中,
[0020] 扩展A2板型:在A2板型中取消订单子板宽度不小于结晶器断面的宽度或由使用者设置其订单宽度范围;
[0021] 扩展S2板型:在S2板型中取消长度或宽度方向子板之间无间隙约束,由操作人员设置间隙范围;
[0022] G板型:G板型适合清理尾量订单,允许长度和宽度方向有间隙,无间隙强约束,宽度方向和长度方向的子板数相同;
[0023] 扩展G板型:长度和宽度方向上允许子板数不相同。
[0024] 具体的,步骤(3)所述的超启发式方法,具体包括如下步骤:
[0025] ①A板型和S板型的板坯设计,采用回溯构造基于A板型和S板型的可行板坯方案,将质检合格的方案加入候选板坯方案集;
[0026] ②对于扩展A2板型和扩展S2板型的板坯设计,首先基于组板规则、人工经验和订单尺寸邻域构造可行板坯方案集,然后在满足偏好和各子板欠量相关约束下,根据其板坯方案的子板组合相似性,基于贪心策略挑选满足高成材率目标的方案实现问题求解;
[0027] ③对于G板型和扩展G板型的板坯设计,基于背包装填思想构造虚拟板坯方案解的分量和其各分量的多邻域,基于多邻域滑动搜索和动态调整策略得到虚拟板坯方案的可行解空间,在解空间基于板坯优先级策略生成多个解的邻域,通过订单匹配等相关约束不断挑选删减解空间,得到最终板坯设计方案集。
[0028] 具体的,步骤(3)所述的基于板坯参数和快速质检并行质检生成候选母板方案集,反推虚拟板坯方案,具体包括如下步骤:
[0029] ①按照小组编号i(i=1,2,…)排序组成订单子板集; 和分别表示子板Ci的厚度、宽度、长度、质量和厚度公差,P_lj、P_wj、P_tj、P_wtj和P_ρj分别表示虚拟板坯Pj的长度、宽度、厚度、重量和比重,板坯的规格和参数计算与子板的组合设计方式相关,虚拟板坯Pj的子板组合表示为式(1),Ij、u、v分别表示虚拟板坯上子板编号集、以及排列的行号和列号,rowj、columnj、P_ρj和P_sj分别为虚拟板坯Pj的行数、列数、比重和加热炉加热的烧损率;
[0030] Pj{Ci(u,v)|,i∈Ij,u=1,2,…,rowj,v=1,2,…,columnj}   (1);
[0031] ②按照板型和设计规则,组合成虚拟大板,对于不同板型的子板组合方式其板坯的规格参数用式(2)-(4)计算,即:通过按照不同的设计板型的组板的子板组合,按照实际生产在加入头切尾切参数后推算出虚拟大板的规格,而后用式(5)和(6)分别计算虚拟板坯Pj的基准收得率P_yj和成材率P_vj;
[0032]
[0033] 式(2)中,H_cutj、T_cutj和l_cutj分别表示头切量、尾切量和纵切量;
[0034]
[0035] 式(3)中,MAX_TRIMj和w_cutj分别表示最大切边量和横切量;
[0036]
[0037]
[0038]
[0039] ③对于快速质检,由于板型和设计要求,在虚拟板坯上的首个子板其宽度最大,以其属性为基准,可快速确定虚拟板坯属性,避免大量无效计算,通过轴合同预估板坯宽度和长度,顺序查表,可以避免多子板重复计算和各工艺属性的重复查找比较,优化求解时间。
[0040] 具体的,步骤(3)所述的的设计者偏好包括成材率、交货期、到站岗、收货单位、订货单位以及欠件数,若存在流通版订单,即满足同一指定到站岗的特殊订单,需要组合在同一板坯;若满足上述偏好设置为特殊合同,则挑选最优方案时,含有特殊合同的其应满足优先挑选,若不存在则按照其板型和方案解规模,对于小规模的方案集回溯遍历求解,对于大规模的扩展复杂型板坯,基于贪心选择符合实际需求的方案解;对于G板型的板坯设计,由于其组板的订单的复杂性,采用基于板坯优先级的动态解空间挑选。
[0041] 本发明的用于钢铁企业出钢材板坯优化设计装置与方法的有益效果在于:能够实现多产线复杂板型多操作终端的协同设计,且满足设计者偏好、多规则约束和轧制成材率的个性化要求,减轻设计和切割人员的劳动强度,提升工作效率,降低生产管理成本,实现钢铁企业板材生产和切割的自动化和智能化。附图说明
[0042] 图1为本发明实施例的钢铁企业多产线出钢材复杂板型协同板坯设计装置的原理结构框图
[0043] 图2为本发明实施例的钢铁企业多产线出钢材复杂板型协同板坯设计方法的流程框图。
[0044] 图3为图2中多产线出钢材复杂板型多终端协同板坯设计模块的流程框图。

具体实施方式

[0045] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。
[0046] 参见图1,本实施例的钢铁企业多产线出钢材复杂板型协同板坯设计装置,它包括多个操作终端1、出钢材板坯设计单元2、多核服务器5;多个操作终端1通过网络接口4与多核服务器5连接,出钢材板坯设计单元2通过机器接口3与多核服务器5连接;所述多核服务器5包括输入输出处理机在内的多核处理器、设计规则基表和订单记录表及板坯方案存储器、板坯方案图形绘制和剪切指令转换及设计规则基表维护模块、缓冲存储器和设计参数选择模块,所述出钢材板坯设计单元2包括钢铁企业多产线出钢材复杂板型多终端协同板坯设计模块和引导程序;其中:
[0047] (a)多个操作终端1:通过网络接口4电性连接于多核服务器5的输入输出处理机和设计参数选择模块以及设计规则基表维护模块,用于核准身份信息和设置多终端的多产线复杂板型板坯设计参数,用于维护修改设计规则基表,用于显示确认请求和设计者根据绘制的图形确认各板型板坯的设计方案,并向多核服务器发出“剪切指令转换”指令;
[0048] (b)多核服务器5的缓冲存储器、设计规则基表和订单记录表及板坯方案存储器、板坯方案图形绘制和剪切指令转换及设计规则基表维护模块:缓冲存储器、设计规则基表和订单记录表及板坯方案存储器都电性连接多核服务器5上,缓冲存储器用于临时存储订单记录、板坯设计规则、多终端板坯设计参数和设计方案,设计规则基表和订单记录表及板坯方案存储器用于存储规则基表和MES生产订单池及设计的板坯方案,板坯方案图形绘制和剪切指令转换及设计规则基表维护模块用于操作者确认板坯方案、维护基表和生成切割机切割板材的剪切指令;
[0049] (c)多核服务器5的输入与输出处理机:通过网络接口4电性连接于多个操作终端1,一方面接收从多个操作终端1经网络接口4发出“方案设计”指令,并通过机器接口3启动出钢材板坯设计单元2的引导程序,引导该单元的钢铁企业多产线出钢材复杂板型多终端协同板坯设计模块到多核服务器5的多核处理器并行执行,将各操作终端设定的板坯设计参数和多核服务器5缓冲存储器中的规则与对应的订单集读入多核处理器并行进行板坯设计,将设计的最优板坯方案存入缓冲存储器中,并向各操作终端发出“方案确认”指令;另一方面捕捉到从操作终端经网络接口4发送的“剪切指令转换”指令后,将多核服务器5中板坯方案图形绘制和剪切指令转换及设计规则基表维护模块读入到多核处理器执行,并将转换后的板坯方案剪切指令经网络接口4发到生产现场的操作终端上;
[0050] (d)出钢材板坯设计单元2的钢铁企业多产线出钢材复杂板型多终端协同板坯设计模块:由引导程序经机器接口3引导到多核服务器5的多核处理器并行执行,分别处理从输入输出处理机读入的按照参数和属性抽取相应产线和属性的订单,按照对应操作终端的预设板型、成材率参数及设计规则,采用基于不同的启发式方法生成候选板坯方案集,并从中按照不同的需求搜索出最优板坯设计方案。
[0051] 参见图2,是本实施例的钢铁企业多产线出钢材复杂板型协同板坯设计方法的流程框图。该钢铁企业多产线出钢材复杂板型协同板坯设计方法包括如下步骤:
[0052] 步骤S201,生产计划部门将待生产的订单集确认后由MES系统传到多核服务器的设计规则基表和订单记录表及板坯方案存储器中;
[0053] 步骤S202,生产设计人员由多操作终端通过网络接口核准身份信息和确认订单记录,发出“板坯设计”指令,并通过网络接口调用多核服务器的板坯设计参数选择模块;
[0054] 步骤S203,多核服务器捕捉“板坯设计”指令,向多核服务器的缓冲存储器发出“接收”指令;
[0055] 步骤S204,多个操作终端如果收到服务器的应答,转下一步;否则转步骤S203;
[0056] 步骤S205,多个操作终端收到应答后将终端的信息和板坯设计参数发出,存入缓冲存储器;
[0057] 步骤S206,多核服务器按多个操作终端的信息分配空闲处理器;
[0058] 步骤S207,若分配成功,按照多个操作终端设计的信息读取板坯设计参数到缓冲存储器,从设计规则基表和订单记录表及板坯方案存储器读取设计规则和订单记录到缓冲存储器,并向多核服务器发出“设计方案”指令,转下一步;若不存在空闲处理器,等待处理器空闲,转步骤206;
[0059] 步骤S208,多核服务器的输入输出处理机接收“设计方案”指令;
[0060] 步骤S209,如果收到请求,则转下一步;否则,转步骤S208;
[0061] 步骤S210,输入输出处理机接收指令后,通过机器接口启动出钢材板坯设计单元的引导程序,并将钢铁企业多产线出钢材复杂板型多终端协同板坯设计模块引导到多核服务器对应处理器执行;
[0062] 步骤S211,钢铁企业多产线出钢材复杂板型多终端协同板坯设计模块通过多核服务器的各处理器分别从多核服务器缓冲存储器中读入板坯设计参数、设计规则和订单记录;
[0063] 步骤S212,钢铁企业多产线出钢材复杂板型多终端协同板坯设计模块通过多核服务器的处理机基于缓冲存储器的设计规则,对于订单记录按产线划分,基于复杂板型采用超启发式并行方法计算复杂板型的可行组板方案集,基于板坯参数反推虚拟板坯方案,基于偏好搜索出最优板坯方案;
[0064] 步骤S213,多产线出钢材复杂板型多终端协同板坯设计模块从缓冲存储器读入设计参数,基于设计偏好从候选的虚拟板坯方案集中搜索出最优的板坯设计方案;
[0065] 步骤S214,将多核服务器的各处理器获得的板坯设计方案和图形通过网络接口在多个操作终端显示,由多个操作设计人员同时进行确认,并向输入输出处理机发出“剪切指令转换”指令;
[0066] 步骤S215,输入输出处理机将板坯方案图形绘制和剪切指令转换及设计规则基表维护模块调入到多核服务器的多核处理器执行,生成剪切指令后经网络接口发到生产现场的操作终端上,同时板坯设计方案存入设计规则基表和订单记录表及板坯方案存储器,算法结束。
[0067] 参见图3,是图2中多产线复杂板坯协同设计的超启发式板坯设计模块的流程框图,该模块按照预设板型基于不同的启发式规则和策略,其算法包括如下步骤:
[0068] 步骤S301,从缓冲存储器获得操作人员在操作终端选择的断面、成材率、板型设计参数和订单记录;
[0069] 步骤S302,根据订单的产线对订单记录划分成若干小组,且每个小组产线一致,再按照划分的小组逐个处理,实现多产线板坯生成;
[0070] 步骤S303,对于划分产线后小组订单,基于属性组合规则,采用分治策略进行二次划分,将批量订单划分为n个小组,i=1,2,...,n,取i=1;
[0071] 步骤S304,判断所有小组是否处理完毕,若i
[0072] 步骤S305,按预设版型判断是否存在A板型和S板型的板坯设计,若存在,转下一步骤;否则转步骤S308;
[0073] 步骤S306,基于板坯设计参数和设计规则,对于该组订单回溯遍历可行的组合方式,通过计算组合后的板坯参数,添加头切量和尾切量,再进行质检,将质检合格加入待选方案集;
[0074] 步骤S307,对候选A板型和S板型的板坯方案,按照设计的需求,回溯挑选符合设计需求的最优方案集,并更新订单欠量;
[0075] 步骤S308,按照设计参数的预设版型判断是否存在扩展A板型和扩展S板型的板坯设计,若存在,转下一步骤;否则转步骤S311;
[0076] 步骤S309,基于板坯设计参数和扩展板型的规格约束,对小组订单集生成子板邻域,邻域搜索得到符合生产规则和设计需求的候选板坯,通过添加生产参数反推板坯参数,并进行质检,将质检合格的加入候选板坯方案集;
[0077] 步骤S310,对于候选扩展A板型和扩展S板型的板坯方案,按照设计需求基于贪心策略挑选满足成材率较高的板坯方案;
[0078] 步骤S311,按照设计参数的预设版型判断是否存在G板型和扩展G板型的板坯设计,若存在,转下一步骤;否则转步骤S304;
[0079] 步骤S312,基于背包思想构造G板型虚拟板坯方案解的若干分量,然后基于生产工艺和板型要求构建其分量的多邻域,沿长度方向组合分量,通过其多邻域滑动搜索构造虚拟板坯方案解,对带相同子板的相似解,结合动态调整策略,只保留最高成材率的解加入解空间;
[0080] 步骤S313,基于板坯优先级策略生成多邻域,不断挑选删减解空间,得到板坯设计方案集,转步骤S304;
[0081] 步骤S314,由操作人员通过终端确认板坯设计的板坯图形和板坯方案集,并调用板坯方案图形绘制和剪切指令转换及设计规则基表维护模块,生成剪切指令;
[0082] 步骤S315,保存最终的板坯设计方案和相应剪切指令,算法结束。
[0083] 表1所示为多个操作终端的复杂板型出钢材板坯设计参数记录表头,表中记录包括,操作人员、操作时间、预设版型、普通A板型和S板型的板坯成材率、G板型及扩展G板型的成材率、交货期、到站岗、合约号、…、扩展A2板型的订单宽度范围、扩展S2板型的订单间隙规格等,用于不同需求的出钢材板坯设计。
[0084] 表1多个操作终端的板坯设计参数记录表头
[0085]
[0086]
[0087] 表2所示为订单记录表头,表中订单记录信息包括,操作人员、操作时间、订单号、外部牌号、厚度、宽度、长度、子板欠量、内部钢种、交货期、到站岗、产线号、…、轧制方式、结晶器厚度、宽度等,用于出钢材板坯设计。
[0088] 表2订单记录表头
[0089]
[0090] 表3所示为板坯设计方案的表头,表中记录包括,操作人员、操作时间、板坯号、订单号、组板类型、订单数量、钢种、...、板坯收得率、板坯长、板坯宽、板坯厚等,用于指导后续炼钢生产。
[0091] 表3板坯设计方案的表头
[0092]
[0093] 表4所示为板坯设计图形记录的表头,表中记录包括,操作人员、操作时间、板坯号、订单号、组板类型、行标号、列标号、订单数量等,用于表示板坯子板的组成方式。
[0094] 表4板坯设计图形记录的表头
[0095]
[0096] 表5所示为板坯设计剪切记录的表头,表中记录包括,操作人员、操作时间、板坯号、订单号、板坯类型、行标号、列标号、剪切顺序标号、剪切方式、剪切产线、钢种等,用于表示板坯子板的剪切方式。
[0097] 表5为板坯设计剪切记录的表头
[0098]
[0099] 表6所示为本发明装置对某钢铁有限公司的一批订单数据进行扩展A2板型和扩展S2板型板坯设计与人工对同一批订单数据进行扩展A2板型和扩展S2板型板坯设计的结果比较。
[0100] 表6本发明装置与企业人工设计进行扩展A2板型和扩展S2板型板坯设计的结果比较
[0101]
[0102] 表7所示为发明装置对某钢铁有限公司一批订单数据进行G板型板坯设计与人工对同一批订单进行G板型板坯设计的结果比较。
[0103] 表7发明装置与人工对一批订单进行G板型板坯设计的结果比较
[0104]
[0105]
[0106] 表8.1为原软件系统对一批订单进行多板型板坯设计的结果,表8.1为本发明装置对表8.1中订单数据进行多板型板坯设计的结果。
[0107] 表8.1原软件系统对一批订单进行多板型板坯设计的结果比较。
[0108]
[0109] 表8.2本发明装置对表8.1中订单数据进行多板型板坯设计的结果。
[0110]
[0111] 从表7和表8.1及表8.2中数据可以看出:对于扩展A板型、扩展S板型和G板型及扩展G板型,本发明装置都能够较好的设计结果。因此,本发明装置完全能取代原低效率的人工设计。另外,除了能较好的完成生产计划,同时能够节约大量时间,本发明装置其组板的方式更加灵活,并允许多样化的参数设置以有效的面对多样化的需求,对于出钢材板坯设计不仅能满足多样化的灵活组板,同时还能满足较高成材率和设计生产的的即时性需要,以及多操作终端协同设计的需求,使用本发明可以有效地提高设计的效率,实现灵活多样化的设计方式,并降低了生产和管理成本。
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