基于分級的天車作業調度規則

1任務調度問題在鋼鋼行的不同工藝之間，原料的流通主要依靠天車的運輸，包括添加報廢的鋼、鐵水和附件。從鋼到連軸升的鋼水運輸和空包輸送。合理有效的天車調度,對匹配鋼廠生產節奏、均衡生產組織、保證生產調度的物流通暢具有重大意義。目前煉鋼生產調度主要分為自上而下的三個層次:ERP層制定出基于訂單的爐次和澆次計劃,優化生產批次;車間調度層接受日生產任務,根據日設備狀態等將任務分配到各生產單元;MES層控制每個作業單元,完成規定任務。天車調度隸屬于MES層,承擔著工序間物料轉運的職能。但由于煉鋼生產面對著越來越多的偶發或隨機因素影響,前者如插單、交貨期壓縮、設備故障、原材料供應不足等,后者如鋼水冶煉或澆鑄時間長度等,車間作業都在一定狀態偏離了計劃。當前天車調度都是靠人工進行的,無法應用到各種已有信息和數據,也無法從宏觀層面加以決策。在天車調度研究方面,一些科研人員解析了不同類型鋼廠物流系統的時間因素,繪制了各生產單元的作業甘特圖,并建立起完全理想狀態下的天車調度模型;一些科研人員考慮了了天車運輸設備的約束,也對應著調整了車間作業方案,但還是未完成天車作業調度;一些科研人員采用可變優先級的多重任務隊列方法,解決了多輛天車在電泳柔性生產線上的實時動態調度問題,但未考慮天車在空間位置上的相互限制。通過煉鋼廠工藝流程的解析,分析了鋼廠天車運行過程中的作業約束,提出了一種基于作業優先級的天車調度規則。任務分配規則為吊運任務關聯天車提供了分配準則,沖突消解規則給出了天車在吊運作業中遇到沖突時的消解策略,任務結束規則用于當前任務完成后天車屬性的改變。設計的模糊評判體系評價了某鋼廠天車完成生產計劃的調度實例,該實例檢驗了調度規則的有效性。2天車配置規則2.1作業轉向約束天車在轉運鋼包過程中有以下約束:(1)獨占性約束:天車在執行吊運任務時不能中斷當前作業而轉向執行其他搬運作業;(2)吊運路線約束:天車作業路線隨鋼種工藝的改變而改變;(3)運行軌道約束:天車作業必須在給定軌道內執行;(4)安全距離約束:天車作業在空間上不能相互干涉;(5)任務唯一性約束:同一時刻只能給一輛天車分配一個作業任務。2.2運輸空間的自適應在吊運任務分配時,需要決策將一個吊運任務分配給哪一輛天車,在此通過作業優先級規則來指導天車作業,相關術語有:(1)工作矩陣W={運行,停止}:描述天車工作的狀態,其值為{10,0};(2)運行矩陣R={主動,被動}:描述天車是處于運輸物料的主動運行狀態中,還是為了避碰的被動運行狀態,其值為{10,1};(3)負載矩陣L={負載,空車}:天車的負載狀態,其值設為{100,1};(4)工位集S={LD1,LD2,LF,RH,CC}:為描述每個任務的運輸空間,將所有工位構成一個集合,按照從左向右順序賦值{1,2,3,4,5},各符號分別表示為轉爐LD1、轉爐LD2、鋼包LF、真空處理RH、連鑄CC;(5)運輸矩陣T:描述鋼包作業的范圍,如T35表示從位置3(LF)轉運鋼包到位置5(CC)。如圖矩陣淺灰色部分表示在該矩陣中不存在的運輸作業;(6)運輸空間匹配度矩陣M:因軌道約束天車間相互位置固定不變,吊運任務優先由最近天車執行;(7)作業優先級Pki:表示將吊運任務i分配給天車k的可能優先值,計算方法如下:2.3配置規則設計2.3.1天車任務cc任務分配規則用于把吊運任務分配給天車以實現任務與資源的匹配,如圖1所示。(1)初始數據層:煉鋼需要完成爐次從轉爐LD1到精煉RH到連鑄CC工藝:(1)指派天車空行至LD1;(2)吊運鋼包向右行至RH;(3)精煉完成后指派空車運送至CC;(4)澆鑄完成后指派空車將空罐運送到空包工位。對應天車吊運任務:LD1=>RH重罐運輸,RH=>CC重罐運輸,CC=>空包工位的空罐運輸任務。(2)天車分配層:某一仿真時刻起更新吊運任務集并從中讀取一個任務,更新空載天車集并結合上層W、R、L等天車狀態集合,由公式(1)計算出天車k與任務i之間的作業優先級,尋求Pki較高的天車與任務相匹配。(3)天車序列層:天車作業結束后將已分配的天車寫入任務序列,同時吊運任務不斷遞減直至吊運任務集為空時,導出完整的天車序列仿真結束。2.3.2不同等級天車的仿真模型多輛天車在同一軌道運行,容易發生碰撞,沖突消解規則用于處理天車執行任務時由于時間或空間約束不滿足而出現的沖突,規則如下:(1)天車優先級:給天車不同運行狀態附以不同優先級,建立天車運輸空間矩陣,利用作業優先級計算匹配度,依此使天車在作業時處于不同的沖突處理地位。(2)安全規則:兩臺天車間隔小于安全距離時,仿真模型進入沖突處理流程,低級別天車經過沖突處理后主動為高級別天車避讓。(3)被動運輸:空車可以被驅動,而重車因其負載大,設置其具備最高優先級不能被驅動。2.3.3釋放天車時發天車任務結束規則用于當前任務完成后天車屬性的改變,規則如下:(1)關聯任務結束后釋放天車;(2)設置天車相關屬性為初始化狀態,設置天車關聯任務為空;(3)完成所有吊運任務時導出天車序列,仿真結束。3設備作業工藝時間根據鋼廠生產計劃,分析五種類型鋼包的五個爐次,工藝路線為:{LD1-LF-CC}{LD2-RH-CC}{LD1-LF-RH-CC}{LD2-RH-LF-CC}{LD1-LF-RH-CC},整理出設備作業工藝時間,如表1所示。依鋼廠90個天車吊運任務,基于優先級規則編制天車計劃,分配序列為{112112112112112122122122122122112211221122112211221212121212121212121212221222122212221222}。建立鋼廠天車作業仿真模型并運行模型5d,統計分析仿真結果繪制設備作業狀態,如表2所示。3.1影響因素集b的評判設計三項天車作業指標和兩項設備作業指標,分別評價模型對天車吊運和生產設備的影響。依仿真報告統計選取鋼廠現場生產相關人員20人,對因素集B進行評判結果統計,如表3所示。仿真統計,如圖2、圖3所示。表中:ttji—天車j執行運輸任務i所需總時間;tlji—天車j執行運輸任務i時所需運輸時間;tpj—天車j某次被動運行時間;twkj—運輸任務i工位k處等待天車所消耗時間;wr—第r個物料流經時間。3.2天車作業因素集天車作業層綜合隸屬度:設備作業層綜合隸屬度:對因素集進行評價確定隸屬度向量為Ri=(ri1,ri2,…,rij),構造出天車作業因素集Bl的隸屬度矩陣R1以及設備作業因素集B2的隸屬度矩陣R2。計算天車作業層綜合隸屬度A1和設備作業層綜合隸屬度A2,綜合隸屬度向量A=A1×WB1+A2×WB2=(0.224,0.363,0.307,0.106),根據最大隸屬度原則可知:該天車作業調度方案屬于評判指標中的“較好”等級。4