一种基于混合整数规划的连铸切割优化方法及系统与流程

1.本发明涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种基于混合整数规划的连铸切割优化方法以及一种基于混合整数规划的连铸切割优化系统。


背景技术：

2.钢铁连续浇铸(连铸)是将钢水浇铸为钢坯的过程，如图1所示：钢水从大包中进入中间包，进而从中间包浇入结晶器，并以一定的速度从结晶器向下拉出，进入二次冷却等后续装置中，冷却形成固态的钢坯。之后按照一定的尺寸要求对钢坯进行切割。结晶器到切割位置的距离通常有数十米。
3.在连铸生产过程中，通常会连续浇铸几十包总计数百米长的钢坯。通常情况下，切割机根据订单要求，将钢坯切割成目标尺寸的板坯。在实际生产中，目标尺寸通常存在容忍空间(例如目标切割长9.5m，可接受切割范围9m～10m)。
4.当出现一些异常情况时(例如更换大包、拉速异常等)，根据异常种类的不同，会在结晶器处形成长度不一的异常区域。此时若按照目标尺寸进行切割，可能会导致异常区域落入某块板坯的中间，如图2所示。
5.异常区域在后续工序中会被切除。当异常区域落在板坯中央时，可能会导致切除之后剩余部分不满足需求尺寸而报废，如图2中目标长度切割方案所示。在目标长度切割方案中，异常区域落在从左往右第3块板坯中间。当异常区域被切除后，板坯分割为异常区域左、右两块板坯。分割后右侧板坯仍在可接受下限以上，可视为正常板坯；而左侧板坯小于可接受下限，因此需要全部报废。这种被报废的正常部分则为切割损失。因此，当出现异常区域时，需要对切割计划进行适当优化，例如更改部分板坯的切割尺寸，使得异常区域落在某个正常板坯的尾部，以减少切割损失。
6.在现有技术中，公开有利用计算机程序进行连铸尾坯定尺优化切割的方法和装置，是利用计算机程序进行连铸尾坏定尺优化切割的方法，在钢水量不等于铸坏定尺整数倍的情况下，提前将多余的少于一支单倍定尺的钢水量平均分配到多支合格的铸坏中去。其使用的切割优化方法采用一种基于贪心思想的启发式算法，不能够保证获取符合要求的最优解；且没有考虑现场不同异常下废坯长短不一的情况，且连续发生异常的情况。
7.在现有技术中，还公开有连铸切割的在线优化方法，通过针对不同尾坯的长度进行分类分情况讨论，设计了一种尾坯切割优化的方案，但其方法是基于两个具体的样例问题进行设计的，没有通用性。
8.此外，还公开有一种连铸切割的在线优化模型，分三种情况建立了整数线性规划模型：第一种情况是对不同长度的尾坯，制定了在满足基本要求和客户需求的条件下使切割总损失最少的优化切割模型；第二情况是针对尾坯的形成过程中出现异常结晶点时，制定了任意两异常结晶时刻间在满足基本要求和客户要求的条件下使尾坯的总损失最少的优化切割模型；第三种情况是约束条件同第二种情况时增加客户的不同需求时，制定了尾坯切割的损失最少的优化切割模型。这三种整数优化模型都通过编写lingo程序并利用
lingo软件运行得到最优切割方案。但在该技术方案中，一方面对板坯切割长度进行了离散化近似处理，没有办法准确求解；另一方面其同样没有考虑不同异常下废坯长短不一且连续发生异常的情况。


技术实现要素：

9.针对上述问题，本发明提供了一种基于混合整数规划的连铸切割优化方法及系统，针对连铸切割优化问题采用基于混合整数规划模型的优化方法，相比于现有技术中基于贪心的启发式方法或使用离散化技巧进行建模的整数规划方法，实现了尾坯优化的精确最优求解，同时考虑了现场所面临的主要异常情况(包括更换中间包、大包开浇、大包停浇等)，同时考虑了多种异常发生的情况，而且，混合整数规划模型本身也可以根据企业的具体需求(不同的优化目标、不同的异常情况)进行调整和拓展，从而克服推广困难的问题。
10.为实现上述目的，本发明提供了一种基于混合整数规划的连铸切割优化方法，包括：
11.根据钢铁连续浇铸过程的板坯切割计划和异常参数的已知信息，提炼得到已知条件、约束条件和优化目标；
12.针对所述已知条件、约束条件和优化目标进行数学抽象，并以此建立混合整数规划模型；
13.基于开源优化求解器进行软件编程，将实际生产数据建模成为混合整数规划模型后输入开源优化求解器进行求解，得到连铸板坯切割计划。
14.在上述技术方案中，优选地，所述板坯切割计划的已知信息包括板坯的目标长度、目标长度上限值、目标长度下限值、铸造流水线长度、可切割长度最小值和可切割长度最大值，所述异常参数的已知信息包括异常种类、异常出现位置和异常区域长度。
15.在上述技术方案中，优选地，所述约束条件包括：
16.所述板坯切割长度必须在所述可切割长度最小值和所述可切割长度最大值之间；
17.所述异常出现位置必须在切割得到的板坯的头部或尾部；
18.若所述板坯切割长度无法按照所述目标长度进行切割，则应尽可能处于所述目标长度上限值和所述目标长度下限值之间；
19.所述优化目标包括：
20.按照所述目标长度进行切割的板坯的数量尽可能多；
21.若无法避免出现含有异常的废坯，则所述废坯的总长度尽可能小，其中，当板坯切割长度超过所述目标长度上限值时，超过上限的部分为废坯，当板坯切割长度小于所述目标长度下限值时，整块板坯为废坯。
22.在上述技术方案中，优选地，所述建立混合整数规划模型的具体过程包括：
23.假设异常出现位置为x，异常区域长度为c；
24.引入以下模型参数：
25.n∈n：计划切割板坯的块数；
26.pj∈[0，l]：第j块板坯的起始切割位置；
[0027]
qj∈[0，l]：第j块板坯的切割长度；
[0028]
sj∈{0，1}：第j块计划板坯是否进行切割；
[0029]
第j块板坯的目标长度下限值；
[0030]
第j块板坯的目标长度上限值；
[0031]
tj∈{0，1}：第j块切割板坯是否在目标长度下限值之上；
[0032]rj
∈{0，1}：第j块切割板坯是否在目标长度上限值之下；
[0033]dj
∈{0，1}：第j块切割板坯是否为目标长度；
[0034]
l∈[0，l]：切割损失；
[0035]
根据所述约束条件和所述优化目标，以所述模型参数构建所述混合整数规划模型的约束条件函数包括：
[0036]
第一块板坯的起始位置为0：p1＝0，
[0037]
按计划切割第j块板坯，则下一块板坯的起始切割位置为第j块板坯的末尾处，即：pj＝p
j-1
+q
j-1
，(-sj)m≤qj≤(sj)m，≤(sj)m，
[0038]
只允许超出目标长度上限值和目标长度下限值的板坯为最后一块，即：
[0039]
判断当前切割的板坯是否按照目标长度进行切割，即：
[0040][0041][0042]
只允许最后一块板坯上出现异常，即：
[0043]
确保异常区域出现在最后一块板坯尾部，即
[0044][0045]
允许最后一块板坯为任意长度，即：
[0046]
判断最后一块板坯是否为废坯，即：
[0047][0048][0049][0050][0051]
若最后一块板坯切割长度不在所述目标长度下限值和所述目标长度上限值之间，则会形成切割损失，即：
[0052][0053][0054]
当最后一块板坯的切割长度在所述目标长度下限值之下，此时则
[0055]
当最后一块板坯的切割长度在所述目标长度上限值之上，此时则
[0056]
综合得到切割损失
[0057]
构建所述混合整数规划模型的目标函数为：
[0058]
minw1l-w2∑
jdj
[0059]
其中，min l表示切割损失最小，max∑
jdj
表示按照所述目标长度进行切割的板坯的数量尽可能多，w1和w2分别表示两个优化目标的权重。
[0060]
在上述技术方案中，优选地，所述基于开源优化求解器进行软件编程，将实际生产数据建模成为混合整数规划模型后输入开源优化求解器进行求解的过程为：
[0061]
针对所述混合整数规划模型的约束条件和优化目标，基于开源优化求解器scip(solving constraint integer programs，求解约束整数程序)所提供的python接口，采用python语言编程实现混合整数规划模型的求解。
[0062]
本发明还提出一种基于混合整数规划的连铸切割优化系统，应用如上述技术方案中任一项公开的基于混合整数规划的连铸切割优化方法，包括：
[0063]
数学条件提炼模块，用于根据钢铁连续浇铸过程的板坯切割计划和异常参数的已知信息，提炼得到已知条件、约束条件和优化目标；
[0064]
数学模型构建模块，用于针对所述已知条件、约束条件和优化目标进行数学抽象，并以此建立混合整数规划模型；
[0065]
切割参数求解模块，用于基于开源优化求解器进行软件编程，将实际生产数据建模成为混合整数规划模型后输入开源优化求解器进行求解，得到连铸板坯切割计划。
[0066]
在上述技术方案中，优选地，所述数学条件提炼模块中，所述板坯切割计划的已知信息包括板坯的目标长度、目标长度上限值、目标长度下限值、铸造流水线长度、可切割长度最小值和可切割长度最大值，所述异常参数的已知信息包括异常种类、异常出现位置和异常区域长度。
[0067]
在上述技术方案中，优选地，所述数学模型构建模块中，所述约束条件包括：
[0068]
所述板坯切割长度必须在所述可切割长度最小值和所述可切割长度最大值之间；
[0069]
所述异常出现位置必须在切割得到的板坯的头部或尾部；
[0070]
若所述板坯切割长度无法按照所述目标长度进行切割，则应尽可能处于所述目标长度上限值和所述目标长度下限值之间；
[0071]
所述优化目标包括：
[0072]
按照所述目标长度进行切割的板坯的数量尽可能多；
[0073]
若无法避免出现含有异常的废坯，则所述废坯的总长度尽可能小，其中，当板坯切割长度超过所述目标长度上限值时，超过上限的部分为废坯，当板坯切割长度小于所述目标长度下限值时，整块板坯为废坯。
[0074]
在上述技术方案中，优选地，所述数学模型构建模块建立建立混合整数规划模型的具体过程包括：
[0075]
假设异常出现位置为
x
，异常区域长度为c；
[0076]
引入以下模型参数：
[0077]
n∈n：计划切割板坯的块数；
[0078]
pj∈[0，l]：第j块板坯的起始切割位置；
[0079]
qj∈[0，l]：第j块板坯的切割长度；
[0080]
sj∈{0，1}：第j块计划板坯是否进行切割；
[0081]
第j块板坯的目标长度下限值；
[0082]
第j块板坯的目标长度上限值；
[0083]
tj∈{0，1}：第j块切割板坯是否在目标长度下限值之上；
[0084]rj
∈{0，1}：第j块切割板坯是否在目标长度上限值之下；
[0085]dj
∈{0，1}：第j块切割板坯是否为目标长度；
[0086]
l∈[0，l]：切割损失；
[0087]
根据所述约束条件和所述优化目标，以所述模型参数构建所述混合整数规划模型的约束条件函数包括：
[0088]
第一块板坯的起始位置为0：p1＝0，
[0089]
按计划切割第j块板坯，则下一块板坯的起始切割位置为第j块板坯的末尾处，即：pj＝p
j-1
+q
j-1
，(-sj)m≤qj≤(sj)m，)m，
[0090]
只允许超出目标长度上限值和目标长度下限值的板坯为最后一块，即：
[0091]
判断当前切割的板坯是否按照目标长度进行切割，即：
[0092][0093][0094]
只允许最后一块板坯上出现异常，即：
[0095]
确保异常区域出现在最后一块板坯尾部，即
[0096][0097]
允许最后一块板坯为任意长度，即：
[0098]
判断最后一块板坯是否为废坯，即：
[0099][0100][0101][0102][0103]
若最后一块板坯切割长度不在所述目标长度下限值和所述目标长度上限值之间，
则会形成切割损失，即：
[0104][0105][0106]
当最后一块板坯的切割长度在所述目标长度下限值之下，此时则
[0107]
当最后一块板坯的切割长度在所述目标长度上限值之上，此时则
[0108]
综合得到切割损失
[0109]
构建所述混合整数规划模型的目标函数为：
[0110]
minw1l-w2∑
jdj
[0111]
其中，min l表示切割损失最小，max∑
jdj
表示按照所述目标长度进行切割的板坯的数量尽可能多，w1和w2分别表示两个优化目标的权重。
[0112]
在上述技术方案中，优选地，所述切割参数求解模块采用软件编程实现针对所述混合整数规划模型的开源优化求解器的具体方法为：
[0113]
针对所述混合整数规划模型的约束条件和优化目标，采用python语言编程实现开源的优化求解器scip。
[0114]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：针对连铸切割优化问题采用基于混合整数规划模型的优化方法，相比于现有技术中基于贪心的启发式方法或使用离散化技巧进行建模的整数规划方法，实现了尾坯优化的精确最优求解，同时考虑了现场所面临的主要异常情况(包括更换中间包、大包开浇、大包停浇等)，同时考虑了多种异常发生的情况，而且，混合整数规划模型本身也可以根据企业的具体需求(不同的优化目标、不同的异常情况)进行调整和拓展，从而能够克服推广困难的问题。
附图说明
[0115]
图1为现有技术中钢铁连续浇铸工艺的流程示意图；
[0116]
图2为现有技术中板坯切割方案和废坯位置的示意图；
[0117]
图3为本发明一种实施例公开的基于混合整数规划的连铸切割优化方法的流程示意图；
[0118]
图4为本发明一种实施例公开的基于混合整数规划的连铸切割优化方法进行调整后的板坯切割方案示意图；
[0119]
图5为本发明一种实施例公开的基于混合整数规划的连铸切割优化系统的模块示意图。
具体实施方式
[0120]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是
本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0121]
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
[0122]
如图3所示，根据本发明提供的一种基于混合整数规划的连铸切割优化方法，包括：
[0123]
根据钢铁连续浇铸过程的板坯切割计划和异常参数的已知信息，提炼得到已知条件、约束条件和优化目标；
[0124]
针对已知条件、约束条件和优化目标进行数学抽象，并以此建立混合整数规划模型；
[0125]
基于开源优化求解器进行软件编程，将实际生产数据建模成为混合整数规划模型后输入开源优化求解器进行求解，得到连铸板坯切割计划。
[0126]
在该实施方式中，针对连铸切割优化问题采用基于混合整数规划模型的优化方法，相比于现有技术中基于贪心的启发式方法或使用离散化技巧进行建模的整数规划方法，实现了尾坯优化的精确最优求解，同时考虑了现场所面临的主要异常情况(包括更换中间包、大包开浇、大包停浇等)，同时考虑了多种异常发生的情况，而且，混合整数规划模型本身也可以根据企业的具体需求(不同的优化目标、不同的异常情况)进行调整和拓展，从而能够克服推广困难的问题。
[0127]
具体地，整个技术方案包括三部分：一是混合整数规划建模；二是编程实现；三是求解应用。根据连铸切割优化的实际情况，提炼已知条件、约束条件和优化目标，进行数学抽象之后，建立混合整数规划模型。然后采用软件编程和第三方优化求解器，针对实际数据进行求解，得到具体切割计划，用于指导实际生产。
[0128]
其中，首先将不同异常情况下的切割优化问题统一抽象成为“尾坯优化”。所谓尾坯优化，即将异常发生段始终放置在最后一块优化板坯的尾部的优化问题，相当于在每个异常区域的尾部必须进行一次切割。对于不同的异常情况，所产生的异常区域长度不一定相同，可以通过将异常区域长度作为尾坯优化问题的一个超参数的形式，将不同异常情况下的问题统一建模成为“尾坯优化”，并通过建立求解尾坯优化问题，得到各个板坯的切割长度。
[0129]
在上述实施方式中，优选地，板坯切割计划的已知信息包括板坯的目标长度、目标长度上限值、目标长度下限值、铸造流水线长度、可切割长度最小值和可切割长度最大值，异常参数的已知信息包括异常种类、异常出现位置和异常区域长度。
[0130]
在上述实施方式中，优选地，约束条件包括：
[0131]
板坯切割长度必须在可切割长度最小值和可切割长度最大值之间；
[0132]
异常出现位置必须在切割得到的板坯的头部或尾部；
[0133]
若板坯切割长度无法按照目标长度进行切割，则应尽可能处于目标长度上限值和目标长度下限值之间；
[0134]
优化目标包括：
[0135]
按照目标长度进行切割的板坯的数量尽可能多；
[0136]
若无法避免出现含有异常的废坯，则废坯的总长度尽可能小，其中，当板坯切割长度超过目标长度上限值时，超过上限的部分为废坯，当板坯切割长度小于目标长度下限值
时，整块板坯为废坯。
[0137]
根据上述实施方式公开的连铸切割优化方法，通过对连铸切割优化问题进行提炼和抽象，主要是将生产过程中的已知信息、需要满足的条件、切割的目标等提炼抽象为可以使用数学语言进行描述的问题，得到已知信息、约束条件和优化目标，并以此建立混合整数规划模型。
[0138]
具体地，在实施过程中，已知信息包括但不限于：
[0139]
(1)产线下发的板坯计划(包括板坯目标长度、目标长度上限值、目标长度下限值)；
[0140]
(2)异常种类(包括rb点、换中间包、切头、切尾等异常)、异常出现位置及异常区域长度；
[0141]
(3)铸造流水线长度(结晶器到切割位置的长度，是生产过程中我们需要进行优化切割的总长度)；
[0142]
(4)可切割长度最小值，也称可搬送板坯下限(即可切割长度的最小值，由机器本身设计决定)；
[0143]
(5)可切割长度最大值，也称可搬送板坯上限(即可切割长度的最大值，由机器本身设计决定)；
[0144]
(6)其他已知条件。
[0145]
根据实际实施过程中的要求，约束条件可能包括但不限于：
[0146]
(1)板坯切割长必须在可搬送板坯上下限之内；
[0147]
(2)异常段/废坯须落在板坯的尾部/头部；
[0148]
(3)若切割长无法按照目标长进行切割，则应尽可能落在目标长上下限中。
[0149]
根据实际实施过程中的要求，优化目标可能包括但不限于：
[0150]
(1)目标长切割板坯数量尽可能的多；
[0151]
(2)若无法避免出现废坯，则废坯总长度长度尽可能的小。
[0152]
其中，废坯的定义如下：当切割长超过目标长上限时，超过上限的部分为废坯；当切割长小于目标长下限时，整块板坯为废坯。
[0153]
根据该实施方式中公开的基于混合整数规划的连铸切割优化方法，在具体实施过程中，以下述实施例对建立混合整数规划模型的具体过程进行描述。
[0154]
实施例1：
[0155]
假设该实施例中提炼的已知信息包括：
[0156]
产线下发的板坯切割计划，具体包括：
[0157]
(1)第j块板坯计划的目标长为aj，可接受下限为可接受上限为计划板坯总数为j
*
；
[0158]
(2)异常出现位置，x＝{x1，x2，...，xn}，对应从切割头开始依次出现的异常相对位置；
[0159]
(3)异常区域长度，c＝{c1，c2，...，cn}，对应从切割头开始依次出现的异常区域长度；
[0160]
(4)可搬运板坯上限a
mx
；
[0161]
(5)可搬运板坯下限a
min
；
[0162]
(6)铸造长l。
[0163]
在该实施例中，对于不同种类的异常，需要关注的是其发生位置以及异常区域的长度，因此在进行问题抽象时，直接使用异常出现位置以及其对应的异常区域长度作为不同异常的区分。其中，要求总是使得异常区域落在某块板坯的尾部，即要求在每个异常区域末尾必须进行一次切割，从而将多个异常出现的情况转化为异常在尾部出现的“尾坯优化”问题。
[0164]
此时，需要优化的铸造长中总是只有一个异常区域，且异常区域总是落在铸造长的末尾处。在本实施例中，只考虑出现一个异常的情况，假设异常出现位置为x，异常区域长度为c。
[0165]
则，混合整数规划建模步骤包括：
[0166]
引入以下模型参数：
[0167]
n∈n：计划切割板坯的块数；
[0168]
pj∈[0，l]：第j块板坯的起始切割位置；
[0169]
qj∈[0，l]：第j块板坯的切割长度；
[0170]
sj∈{0，1}：第j块计划板坯是否进行切割；
[0171]
第j块板坯的目标长度下限值；
[0172]
第j块板坯的目标长度上限值；
[0173]
tj∈{0，1}：第j块切割板坯是否在目标长度下限值之上；
[0174]rj
∈{0，1}：第j块切割板坯是否在目标长度上限值之下；
[0175]dj
∈{0，1}：第j块切割板坯是否为目标长度；
[0176]
l∈[0，l]：切割损失。
[0177]
在实际生产中，计划切割板坯数量往往大于钢水实际可铸造板坯数量；为了做到切割损失最小，当出现异常时，需要从计划板坯中选择合适长度的板坯进行切割，因此，引入变量sj∈{0，1}，表示第j块计划板坯是否进行切割。
[0178]
根据约束条件和优化目标，以模型参数构建混合整数规划模型的约束条件函数包括：
[0179]
第一块板坯的起始位置为0：p1＝0，
[0180]
若按计划切割第j块板坯，则下一块板坯的起始切割位置为第j块板坯的末尾处，即：pj＝p
j-1
+q
j-1
，(-sj)m≤qj≤(sj)m，)m，其中，m为充分大的常数；
[0181]
同时，为了减少不合理切割板坯的数量，只允许超出目标长度上限值和目标长度下限值的板坯为最后一块，即：下限值的板坯为最后一块，即：
[0182]
通过这样的设置，对最后一块以外的板坯，如果切割，则其切割长一定在切割计划的上下限范围内。
[0183]
同时，考虑到现场通常希望能够尽可能按照目标长进行切割，加入约束条件用以判断当前切割的板坯是否按照目标长度进行切割，即：
[0184][0185][0186]
只允许最后一块板坯上出现异常，即：
[0187]
确保异常区域出现在最后一块板坯尾部，即
[0188][0189]
允许最后一块板坯为任意长度(在可搬运上下限之内即可)，即：允许最后一块板坯为任意长度(在可搬运上下限之内即可)，即：
[0190]
判断最后一块板坯是否为废坯，若其长度在可接受上限之上，则若其在可接受下限之上，则反之均为0，即：
[0191][0192][0193][0194][0195]
若最后一块板坯切割长度不在目标长度下限值和目标长度上限值之间，则会形成切割损失(将本身包含的异常区域排除在外)，即：
[0196][0197][0198]
当最后一块板坯的切割长度在目标长度下限值之下，此时整块板坯都属于报废板坯，则即切割损失至少应该是最后一块板坯的长度；
[0199]
当最后一块板坯的切割长度在目标长度上限值之上，仅有超过上限的部分为切割损失，此时则
[0200]
综合得到切割损失
[0201]
在具体实施过程中，根据优化目标：
[0202]
(1)使得切割损失最小
[0203]
min l
[0204]
(2)使得恰好为目标长的板坯块数尽可能多
[0205]
max∑
jdj
[0206]
综合上述优化目标，构建混合整数规划模型的目标函数为：
[0207]
minw1l-w2∑
jdj
[0208]
其中，min l表示切割损失最小，max∑
jdj
表示按照目标长度进行切割的板坯的数量尽可能多，w1和w2分别表示两个优化目标的权重。
[0209]
在上述实施方式中，优选地，基于开源优化求解器进行软件编程，将实际生产数据建模成为混合整数规划模型后输入开源优化求解器进行求解的过程为：
[0210]
针对所述混合整数规划模型的约束条件和优化目标，基于开源优化求解器scip所提供的python接口，采用python语言编程实现混合整数规划模型的求解。
[0211]
在该实施方式中，根据连铸切割优化方法的实施场景和具体应用，也可以采用其他现有的编程语言，编写其他现有的开源求解器，例如baron和antigone，用来求解混合整数规划模型的具体结果，在此不再一一举例。
[0212]
根据上述实施例公开的连铸切割优化方法，相比图2所述的切割方案，在执行该优化方法后，切割方案如图4所示，除了减少切割损失之外，还尽量满足订单目标长需求，在尽可能减少切割损失的同时，尽可能多的切割出目标长板坯。
[0213]
如图5所示，本发明还提出一种基于混合整数规划的连铸切割优化系统，应用如上述实施方式中任一项公开的基于混合整数规划的连铸切割优化方法，包括：
[0214]
数学条件提炼模块，用于根据钢铁连续浇铸过程的板坯切割计划和异常参数的已知信息，提炼得到已知条件、约束条件和优化目标；
[0215]
数学模型构建模块，用于针对已知条件、约束条件和优化目标进行数学抽象，并以此建立混合整数规划模型；
[0216]
切割参数求解模块，用于基于开源优化求解器进行软件编程，将实际生产数据建模成为混合整数规划模型后输入开源优化求解器进行求解，得到连铸板坯切割计划。
[0217]
在上述实施方式中，优选地，数学条件提炼模块中，板坯切割计划的已知信息包括板坯的目标长度、目标长度上限值、目标长度下限值、铸造流水线长度、可切割长度最小值和可切割长度最大值，异常参数的已知信息包括异常种类、异常出现位置和异常区域长度。
[0218]
在上述实施方式中，优选地，数学模型构建模块中，约束条件包括：
[0219]
板坯切割长度必须在可切割长度最小值和可切割长度最大值之间；
[0220]
异常出现位置必须在切割得到的板坯的头部或尾部；
[0221]
若板坯切割长度无法按照目标长度进行切割，则应尽可能处于目标长度上限值和目标长度下限值之间；
[0222]
优化目标包括：
[0223]
按照目标长度进行切割的板坯的数量尽可能多；
[0224]
若无法避免出现含有异常的废坯，则废坯的总长度尽可能小，其中，当板坯切割长度超过目标长度上限值时，超过上限的部分为废坯，当板坯切割长度小于目标长度下限值时，整块板坯为废坯。
[0225]
在上述实施方式中，优选地，数学模型构建模块建立建立混合整数规划模型的具体过程包括：
[0226]
假设异常出现位置为
x
，异常区域长度为c；
[0227]
引入以下模型参数：
[0228]
n∈n：计划切割板坯的块数；
[0229]
pj∈[0，l]：第j块板坯的起始切割位置；
[0230]
qj∈[0，l]：第j块板坯的切割长度；
[0231]
sj∈{0，1}：第j块计划板坯是否进行切割；
[0232]
第j块板坯的目标长度下限值；
[0233]
第j块板坯的目标长度上限值；
[0234]
tj∈{0，1}：第j块切割板坯是否在目标长度下限值之上；
[0235]rj
∈{0，1}：第j块切割板坯是否在目标长度上限值之下；
[0236]dj
∈{0，1}：第j块切割板坯是否为目标长度；
[0237]
l∈[0，l]：切割损失；
[0238]
根据约束条件和优化目标，以模型参数构建混合整数规划模型的约束条件函数包括：
[0239]
第一块板坯的起始位置为0：p1＝0，
[0240]
按计划切割第j块板坯，则下一块板坯的起始切割位置为第j块板坯的末尾处，即：pj＝p
j-1
+q
j-1
，(-sj)m≤qj≤(sj)m，)m，
[0241]
只允许超出目标长度上限值和目标长度下限值的板坯为最后一块，即：
[0242][0243]
判断当前切割的板坯是否按照目标长度进行切割，即：
[0244][0245][0246]
只允许最后一块板坯上出现异常，即：
[0247]
确保异常区域出现在最后一块板坯尾部，即
[0248][0249]
允许最后一块板坯为任意长度，即：
[0250]
判断最后一块板坯是否为废坯，即：
[0251][0252][0253][0254][0255]
若最后一块板坯切割长度不在目标长度下限值和目标长度上限值之间，则会形成切割损失，即：
[0256][0257][0258]
当最后一块板坯的切割长度在目标长度下限值之下，此时则l≥
[0259]
当最后一块板坯的切割长度在目标长度上限值之上，此时则l≥
[0260]
综合得到切割损失
[0261]
构建混合整数规划模型的目标函数为：
[0262]
minw1l-w2∑
jdj
[0263]
其中，min l表示切割损失最小，max∑
jdj
表示按照目标长度进行切割的板坯的数量尽可能多，w1和w2分别表示两个优化目标的权重。
[0264]
在上述技术方案中，优选地，所述切割参数求解模块采用软件编程实现针对所述混合整数规划模型的开源优化求解器的具体方法为：
[0265]
针对所述混合整数规划模型的约束条件和优化目标，采用python语言编程实现开源的优化求解器scip。
[0266]
根据上述实施方式中公开的基于混合整数规划的连铸切割优化系统，其各模块所要实现的功能与上述实施方式中公开的连铸切割优化方法的各步骤分别对应，在实施过程中，参照上述实施方式的连铸切割优化方法进行实施，在此不再赘述。
[0267]
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于混合整数规划的连铸切割优化方法，其特征在于，包括：根据钢铁连续浇铸过程的板坯切割计划和异常参数的已知信息，提炼得到已知条件、约束条件和优化目标；针对所述已知条件、约束条件和优化目标进行数学抽象，并以此建立混合整数规划模型；基于开源优化求解器进行软件编程，将实际生产数据建模成为混合整数规划模型后输入开源优化求解器进行求解，得到连铸板坯切割计划。2.根据权利要求1所述的基于混合整数规划的连铸切割优化方法，其特征在于，所述板坯切割计划的已知信息包括板坯的目标长度、目标长度上限值、目标长度下限值、铸造流水线长度、可切割长度最小值和可切割长度最大值，所述异常参数的已知信息包括异常种类、异常出现位置和异常区域长度。3.根据权利要求2所述的基于混合整数规划的连铸切割优化方法，其特征在于，所述约束条件包括：所述板坯切割长度必须在所述可切割长度最小值和所述可切割长度最大值之间；所述异常出现位置必须在切割得到的板坯的头部或尾部；若所述板坯切割长度无法按照所述目标长度进行切割，则应尽可能处于所述目标长度上限值和所述目标长度下限值之间；所述优化目标包括：按照所述目标长度进行切割的板坯的数量尽可能多；若无法避免出现含有异常的废坯，则所述废坯的总长度尽可能小，其中，当板坯切割长度超过所述目标长度上限值时，超过上限的部分为废坯，当板坯切割长度小于所述目标长度下限值时，整块板坯为废坯。4.根据权利要求3所述的基于混合整数规划的连铸切割优化方法，其特征在于，所述建立混合整数规划模型的具体过程包括：假设异常出现位置为x，异常区域长度为c；引入以下模型参数：n∈n：计划切割板坯的块数；p
j
∈[0,l]：第j块板坯的起始切割位置；q
j
∈[0,l]：第j块板坯的切割长度；s
j
∈{0,1}：第j块计划板坯是否进行切割；第j块板坯的目标长度下限值；第j块板坯的目标长度上限值；t
j
∈{0,1}：第j块切割板坯是否在目标长度下限值之上；r
j
∈{0,1}：第j块切割板坯是否在目标长度上限值之下；d
j
∈{0,1}：第j块切割板坯是否为目标长度；l∈[0,l]：切割损失；根据所述约束条件和所述优化目标，以所述模型参数构建所述混合整数规划模型的约束条件函数包括：
第一块板坯的起始位置为0：p1＝0，按计划切割第j块板坯，则下一块板坯的起始切割位置为第j块板坯的末尾处，即：按计划切割第j块板坯，则下一块板坯的起始切割位置为第j块板坯的末尾处，即：只允许超出目标长度上限值和目标长度下限值的板坯为最后一块，即：判断当前切割的板坯是否按照目标长度进行切割，即：判断当前切割的板坯是否按照目标长度进行切割，即：只允许最后一块板坯上出现异常，即：确保异常区域出现在最后一块板坯尾部，即允许最后一块板坯为任意长度，即：判断最后一块板坯是否为废坯，即：判断最后一块板坯是否为废坯，即：判断最后一块板坯是否为废坯，即：判断最后一块板坯是否为废坯，即：若最后一块板坯切割长度不在所述目标长度下限值和所述目标长度上限值之间，则会形成切割损失，即：形成切割损失，即：当最后一块板坯的切割长度在所述目标长度下限值之下，此时则当最后一块板坯的切割长度在所述目标长度上限值之上，此时则综合得到切割损失构建所述混合整数规划模型的目标函数为：
min w1l-w2∑
j
d
j
其中，min l表示切割损失最小，maxσ
j
d
j
表示按照所述目标长度进行切割的板坯的数量尽可能多，w1和w2分别表示两个优化目标的权重。5.根据权利要求4所述的基于混合整数规划的连铸切割优化方法，其特征在于，所述基于开源优化求解器进行软件编程，将实际生产数据建模成为混合整数规划模型后输入开源优化求解器进行求解的过程为：针对所述混合整数规划模型的约束条件和优化目标，基于开源优化求解器scip所提供的python接口，采用python语言编程实现混合整数规划模型的求解。6.一种基于混合整数规划的连铸切割优化系统，其特征在于，应用如权利要求1至5中任一项所述的基于混合整数规划的连铸切割优化方法，包括：数学条件提炼模块，用于根据钢铁连续浇铸过程的板坯切割计划和异常参数的已知信息，提炼得到已知条件、约束条件和优化目标；数学模型构建模块，用于针对所述已知条件、约束条件和优化目标进行数学抽象，并以此建立混合整数规划模型；切割参数求解模块，用于基于开源优化求解器进行软件编程，将实际生产数据建模成为混合整数规划模型后输入开源优化求解器进行求解，得到连铸板坯切割计划。7.根据权利要求6所述的基于混合整数规划的连铸切割优化系统，其特征在于，所述数学条件提炼模块中，所述板坯切割计划的已知信息包括板坯的目标长度、目标长度上限值、目标长度下限值、铸造流水线长度、可切割长度最小值和可切割长度最大值，所述异常参数的已知信息包括异常种类、异常出现位置和异常区域长度。8.根据权利要求7所述的基于混合整数规划的连铸切割优化系统，其特征在于，所述数学模型构建模块中，所述约束条件包括：所述板坯切割长度必须在所述可切割长度最小值和所述可切割长度最大值之间；所述异常出现位置必须在切割得到的板坯的头部或尾部；若所述板坯切割长度无法按照所述目标长度进行切割，则应尽可能处于所述目标长度上限值和所述目标长度下限值之间；所述优化目标包括：按照所述目标长度进行切割的板坯的数量尽可能多；若无法避免出现含有异常的废坯，则所述废坯的总长度尽可能小，其中，当板坯切割长度超过所述目标长度上限值时，超过上限的部分为废坯，当板坯切割长度小于所述目标长度下限值时，整块板坯为废坯。9.根据权利要求8所述的基于混合整数规划的连铸切割优化系统，其特征在于，所述数学模型构建模块建立建立混合整数规划模型的具体过程包括：假设异常出现位置为x，异常区域长度为c；引入以下模型参数：n∈n：计划切割板坯的块数；p
j
∈[0,l]：第j块板坯的起始切割位置；q
j
∈[0,l]：第j块板坯的切割长度；s
j
∈{0,1}：第j块计划板坯是否进行切割；
第j块板坯的目标长度下限值；第j块板坯的目标长度上限值；t
j
∈{0,1}：第j块切割板坯是否在目标长度下限值之上；r
j
∈{0,1}：第j块切割板坯是否在目标长度上限值之下；d
j
∈{0,1}：第j块切割板坯是否为目标长度；l∈[0,l]：切割损失；根据所述约束条件和所述优化目标，以所述模型参数构建所述混合整数规划模型的约束条件函数包括：第一块板坯的起始位置为0：p1＝0，按计划切割第j块板坯，则下一块板坯的起始切割位置为第j块板坯的末尾处，即：按计划切割第j块板坯，则下一块板坯的起始切割位置为第j块板坯的末尾处，即：只允许超出目标长度上限值和目标长度下限值的板坯为最后一块，即：判断当前切割的板坯是否按照目标长度进行切割，即：判断当前切割的板坯是否按照目标长度进行切割，即：只允许最后一块板坯上出现异常，即：确保异常区域出现在最后一块板坯尾部，即允许最后一块板坯为任意长度，即：判断最后一块板坯是否为废坯，即：判断最后一块板坯是否为废坯，即：判断最后一块板坯是否为废坯，即：判断最后一块板坯是否为废坯，即：若最后一块板坯切割长度不在所述目标长度下限值和所述目标长度上限值之间，则会形成切割损失，即：形成切割损失，即：
当最后一块板坯的切割长度在所述目标长度下限值之下，此时则当最后一块板坯的切割长度在所述目标长度上限值之上，此时则综合得到切割损失构建所述混合整数规划模型的目标函数为：min w1l-w2∑
j
d
j
其中，min l表示切割损失最小，maxσ
j
d
j
表示按照所述目标长度进行切割的板坯的数量尽可能多，w1和w2分别表示两个优化目标的权重。10.根据权利要求9所述的基于混合整数规划的连铸切割优化系统，其特征在于，所述切割参数求解模块采用软件编程实现针对所述混合整数规划模型的开源优化求解器的具体方法为：针对所述混合整数规划模型的约束条件和优化目标，采用python语言编程实现开源的优化求解器scip。

技术总结
本发明公开了一种基于混合整数规划的连铸切割优化方法及系统，属于数据处理技术领域，其中连铸切割优化方法包括：根据钢铁连续浇铸过程的板坯切割计划和异常参数的已知信息，提炼得到已知条件、约束条件和优化目标；针对已知条件、约束条件和优化目标进行数学抽象，并以此建立混合整数规划模型；基于开源优化求解器进行软件编程，将实际生产数据建模成为混合整数规划模型后输入开源优化求解器进行求解，得到连铸板坯切割计划。通过本发明的技术方案，实现了尾坯优化的精确最优求解，同时考虑了现场所面临的多种不同异常情况，且能够根据具体需求进行调整和拓展。够根据具体需求进行调整和拓展。够根据具体需求进行调整和拓展。


技术研发人员：张哲 包忞立
受保护的技术使用者：华院计算技术（上海）股份有限公司
技术研发日：2023.05.23
技术公布日：2023/8/23