基于分级的天车作业调度规则

基于分级的天车作业调度规则

1任务调度问题在钢钢行的不同工艺之间，原料的流通主要依靠天车的运输，包括添加报废的钢、铁水和附件。从钢到连轴升的钢水运输和空包输送。合理有效的天车调度,对匹配钢厂生产节奏、均衡生产组织、保证生产调度的物流通畅具有重大意义。目前炼钢生产调度主要分为自上而下的三个层次:ERP层制定出基于订单的炉次和浇次计划,优化生产批次;车间调度层接受日生产任务,根据日设备状态等将任务分配到各生产单元;MES层控制每个作业单元,完成规定任务。天车调度隶属于MES层,承担着工序间物料转运的职能。但由于炼钢生产面对着越来越多的偶发或随机因素影响,前者如插单、交货期压缩、设备故障、原材料供应不足等,后者如钢水冶炼或浇铸时间长度等,车间作业都在一定状态偏离了计划。当前天车调度都是靠人工进行的,无法应用到各种已有信息和数据,也无法从宏观层面加以决策。在天车调度研究方面,一些科研人员解析了不同类型钢厂物流系统的时间因素,绘制了各生产单元的作业甘特图,并建立起完全理想状态下的天车调度模型;一些科研人员考虑了了天车运输设备的约束,也对应着调整了车间作业方案,但还是未完成天车作业调度;一些科研人员采用可变优先级的多重任务队列方法,解决了多辆天车在电泳柔性生产线上的实时动态调度问题,但未考虑天车在空间位置上的相互限制。通过炼钢厂工艺流程的解析,分析了钢厂天车运行过程中的作业约束,提出了一种基于作业优先级的天车调度规则。任务分配规则为吊运任务关联天车提供了分配准则,冲突消解规则给出了天车在吊运作业中遇到冲突时的消解策略,任务结束规则用于当前任务完成后天车属性的改变。设计的模糊评判体系评价了某钢厂天车完成生产计划的调度实例,该实例检验了调度规则的有效性。2天车配置规则2.1作业转向约束天车在转运钢包过程中有以下约束:(1)独占性约束:天车在执行吊运任务时不能中断当前作业而转向执行其他搬运作业;(2)吊运路线约束:天车作业路线随钢种工艺的改变而改变;(3)运行轨道约束:天车作业必须在给定轨道内执行;(4)安全距离约束:天车作业在空间上不能相互干涉;(5)任务唯一性约束:同一时刻只能给一辆天车分配一个作业任务。2.2运输空间的自适应在吊运任务分配时,需要决策将一个吊运任务分配给哪一辆天车,在此通过作业优先级规则来指导天车作业,相关术语有:(1)工作矩阵W={运行,停止}:描述天车工作的状态,其值为{10,0};(2)运行矩阵R={主动,被动}:描述天车是处于运输物料的主动运行状态中,还是为了避碰的被动运行状态,其值为{10,1};(3)负载矩阵L={负载,空车}:天车的负载状态,其值设为{100,1};(4)工位集S={LD1,LD2,LF,RH,CC}:为描述每个任务的运输空间,将所有工位构成一个集合,按照从左向右顺序赋值{1,2,3,4,5},各符号分别表示为转炉LD1、转炉LD2、钢包LF、真空处理RH、连铸CC;(5)运输矩阵T:描述钢包作业的范围,如T35表示从位置3(LF)转运钢包到位置5(CC)。如图矩阵浅灰色部分表示在该矩阵中不存在的运输作业;(6)运输空间匹配度矩阵M:因轨道约束天车间相互位置固定不变,吊运任务优先由最近天车执行;(7)作业优先级Pki:表示将吊运任务i分配给天车k的可能优先值,计算方法如下:2.3配置规则设计2.3.1天车任务cc任务分配规则用于把吊运任务分配给天车以实现任务与资源的匹配,如图1所示。(1)初始数据层:炼钢需要完成炉次从转炉LD1到精炼RH到连铸CC工艺:(1)指派天车空行至LD1;(2)吊运钢包向右行至RH;(3)精炼完成后指派空车运送至CC;(4)浇铸完成后指派空车将空罐运送到空包工位。对应天车吊运任务:LD1=>RH重罐运输,RH=>CC重罐运输,CC=>空包工位的空罐运输任务。(2)天车分配层:某一仿真时刻起更新吊运任务集并从中读取一个任务,更新空载天车集并结合上层W、R、L等天车状态集合,由公式(1)计算出天车k与任务i之间的作业优先级,寻求Pki较高的天车与任务相匹配。(3)天车序列层:天车作业结束后将已分配的天车写入任务序列,同时吊运任务不断递减直至吊运任务集为空时,导出完整的天车序列仿真结束。2.3.2不同等级天车的仿真模型多辆天车在同一轨道运行,容易发生碰撞,冲突消解规则用于处理天车执行任务时由于时间或空间约束不满足而出现的冲突,规则如下:(1)天车优先级:给天车不同运行状态附以不同优先级,建立天车运输空间矩阵,利用作业优先级计算匹配度,依此使天车在作业时处于不同的冲突处理地位。(2)安全规则:两台天车间隔小于安全距离时,仿真模型进入冲突处理流程,低级别天车经过冲突处理后主动为高级别天车避让。(3)被动运输:空车可以被驱动,而重车因其负载大,设置其具备最高优先级不能被驱动。2.3.3释放天车时发天车任务结束规则用于当前任务完成后天车属性的改变,规则如下:(1)关联任务结束后释放天车;(2)设置天车相关属性为初始化状态,设置天车关联任务为空;(3)完成所有吊运任务时导出天车序列,仿真结束。3设备作业工艺时间根据钢厂生产计划,分析五种类型钢包的五个炉次,工艺路线为:{LD1-LF-CC}{LD2-RH-CC}{LD1-LF-RH-CC}{LD2-RH-LF-CC}{LD1-LF-RH-CC},整理出设备作业工艺时间,如表1所示。依钢厂90个天车吊运任务,基于优先级规则编制天车计划,分配序列为{112112112112112122122122122122112211221122112211221212121212121212121212221222122212221222}。建立钢厂天车作业仿真模型并运行模型5d,统计分析仿真结果绘制设备作业状态,如表2所示。3.1影响因素集b的评判设计三项天车作业指标和两项设备作业指标,分别评价模型对天车吊运和生产设备的影响。依仿真报告统计选取钢厂现场生产相关人员20人,对因素集B进行评判结果统计,如表3所示。仿真统计,如图2、图3所示。表中:ttji—天车j执行运输任务i所需总时间;tlji—天车j执行运输任务i时所需运输时间;tpj—天车j某次被动运行时间;twkj—运输任务i工位k处等待天车所消耗时间;wr—第r个物料流经时间。3.2天车作业因素集天车作业层综合隶属度:设备作业层综合隶属度:对因素集进行评价确定隶属度向量为Ri=(ri1,ri2,…,rij),构造出天车作业因素集Bl的隶属度矩阵R1以及设备作业因素集B2的隶属度矩阵R2。计算天车作业层综合隶属度A1和设备作业层综合隶属度A2,综合隶属度向量A=A1×WB1+A2×WB2=(0.224,0.363,0.307,0.106),根据最大隶属度原则可知:该天车作业调度方案属于评判指标中的“较好”等级。4