孔型設計優化(optimization of roll pass design)

為從多種可行的孔型設計方案中選擇產量最高、質量最好、能耗最低、軋輥磨損最小的最優方案所進行的分析和計算工作。孔型設計優化可以明顯提高型鋼產品質量和軋制生產的經濟效益。它是計算機輔助孔型設計技術最有前途的發展方向。選用合適的目標函數、優化計算白變量、優化計算約束條件和優化計算方法進行孔型設計優化，可以在不增加設備和加工工序的前提下提高經濟效益，利用軟件創造價值。通過孔型設計優化可實現全自動設計，它的工作方式是：把作為產品設計目標的目標函數編成程序輸入計算機，經中央處理機處理后，能直接輸出已經優化的最終結果。設計過程中對于目標函數的優化無須人的參與，計算機能調入相應的優化程序作出決策。孔型設計優化是一門新興技術，它正處于不斷發展和完善之中。

目標優化的主要任務是確定最合理的各道次延伸系數分配，確定最合適的孔型形狀和尺寸。孑L型設計優化要追求以下目標：(1)保證軋機安全；(2)獲得最高產量；(3)能量消耗最小；(4)工具磨損最小；(5)保證產品質量。能達到以上要求的孔型是較完全的優化孔型。由于型鋼軋制過程中軋件的變形很復雜，目前，受計算機計算能力和型鋼軋制理論水平的限制，人們還難于進行滿足上述所有條件的孔型設計優化。通常的作法是選擇一個主要指標作為優化的目標，而將其他條件轉化成各種約束條件。優化時，要根據主要目的和生產工藝條件確定優化目標函數。由于型鋼產品的種類和尺寸規格繁多，型鋼軋機的布置形式多種多樣，型鋼孔型的斷面形狀很多，因此，在不同條件下，型鋼孔型設計優化所追求的目標也有許多種。根據軋機布置和產品特點所決定，常用的優化目標函數有以下幾種：(1)總軋制能耗最小，這一目標函數應用范圍較廣；(2)各道次軋制負荷相等，在可逆式軋機上，為充分發揮軋機能力，提高生產率，平衡各道次軋輥磨損，可選擇這一目標函數；(3)等負荷余量，對于連軋機，在產品質量和軋機能力允許的條件下，獲得最高產量最直接的方法是提高軋制速度，而提高軋制速度常會產生一些機架超負荷的問題，因此，均勻分配負荷成為優化目標函數；(4)總軋制時間最短。根據生產條件和設備條件的不同，優化目標函數還可以有其他形式，例如：各道次軋輥磨損均勻，各機架間張力最小等。根據軋制設備和軋制工藝的發展，這方面內容還有待于在生產實踐中進一步發展。

參數選擇在優化計算中，需選定一個變量，它可以表征各孔型尺寸和形狀的變化特征，并且根據它可以容易而又準確地計算出目標函數值，這個變量即所謂優化計算自變量。例如：在板坯連軋機上，合理分配各機架的壓下量才能得到優化孔型，這里的壓下量就是優化自變量。優化自變量的選擇要考慮：(1)所選用的參數可以準確而又盡可能全面地反映軋件在孔型中的變形特征；(2)便于目標函數的定量計算；(3)便于處理約束條件。

在孔型設計中必須考慮咬入條件、軋機強度、軋輥強度、電機能力等工藝條件的限制。這些工藝限制對于保證軋機完好、產品質量和軋制過程的穩定是必不可少的。在優化計算中，這些條件都要通過適當的轉換，形成一組不等式和等式作為優化計算的約束條件。