【正文】 產(chǎn)調(diào)度策略； 2) 以 多生產(chǎn)模式煉鋼 連鑄 /模鑄混合生產(chǎn)調(diào)度策略為依據(jù)，提出了連鑄 /模鑄混合計劃分批次調(diào)度策略、整半爐次連鑄計 劃調(diào)度方法，以及整半爐次連鑄與混合澆期模鑄計劃調(diào)度方法，包括半爐次連鑄計劃啟發(fā)式編制方法、整爐次連鑄計劃啟發(fā)式編制方法、 半次連鑄計劃與混合澆期模鑄計劃啟發(fā)式編制方法 、整爐次連鑄與混合澆期模鑄計劃啟發(fā)式編制方法和連鑄 /模鑄混合生產(chǎn)調(diào)度批次綜合 方法； 3) 在總結(jié)多生產(chǎn)模式連鑄 /模鑄混合生產(chǎn)調(diào)度策略基礎(chǔ)上，進行了系統(tǒng) 軟件設(shè)計與開發(fā)， 包括 靜態(tài)調(diào)度 、初始化、數(shù)據(jù)輸入 /輸出、人機界面、數(shù)據(jù)處理以及主體算法模塊； 4) 應(yīng)用現(xiàn)場實際數(shù)據(jù)進行測試，驗證了調(diào)度整體解決方案、 連鑄 /模鑄混合生產(chǎn)調(diào)度策略 和調(diào)度方法的有效性。 Mathematics expression is used to qualitatively analysis the steelmaking continuous casting and mould casting problem. And the differences between continuous casting and mould casting are brought out. The mathematics model is also established. 4. Tested by the actual data, it is verified to be efficacy that the schedule method and policy of the steelmaking continuous casting and mould casting. Keywords： steelmaking。 make plan。在煉鋼區(qū)域，連鑄、模鑄前的煉鋼精練工序從過去的 1 重發(fā)展到現(xiàn)在有 23重甚至更多來滿足市場對高品質(zhì)產(chǎn)品的需要，并且采用柔性設(shè)備和工藝，以滿足柔性的市場需求。靜態(tài)調(diào)度是指所有 待安排加工的作業(yè)均處于待加工狀態(tài)，因而進行 1次調(diào)度后、各作業(yè)的加工時序被確定、在以后的加工過程中就不再改變。 鑒于 當(dāng)前煉鋼廠的已經(jīng)有多臺連鑄機和模鑄，精煉設(shè)備眾多，精煉重數(shù)多且復(fù)雜，再加上煉鋼擾動眾，依賴人 工經(jīng)驗編制煉鋼調(diào)度計劃已經(jīng)幾乎不可能，勉強人工調(diào)度，其結(jié)果只能是效率低下。中國軍標(biāo)和美國軍標(biāo)規(guī)定若干場合不得采用連鑄 鋼材，而只能采用模鑄鋼材，連鑄剛才不能取代 [1]。這是連鑄不可能實現(xiàn)的，連鑄的理論最高澆注厚度 為 450mm，現(xiàn)在可東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒 論 2 以實現(xiàn)的澆注厚度為 300mm，這樣厚度的鋼板無法實現(xiàn)高壓縮比。有效的調(diào)度方法和優(yōu)化技術(shù)的研究與應(yīng)用，是實現(xiàn)先進 制造和提高生產(chǎn)效益的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。鋼鐵生產(chǎn)工藝復(fù)雜、生產(chǎn)設(shè)備多、物流縱橫交錯。 (2)人機協(xié)同策略 :現(xiàn)有研究方法的缺陷以及人類獨特的思維能力決定了人機協(xié)同策略的生命力，大量研究表明人機協(xié)同交互策略可以減小系統(tǒng)的搜索時間，能夠在有限的時間、背景知識條件下解決一些困難的調(diào)度問題。 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒 論 3 (5)并行或分布策略 :為適合不同車間控制結(jié)構(gòu)與高度復(fù)雜問題的需要，不少學(xué)者利用并行或分布策略來解決生產(chǎn)調(diào)度問題。調(diào)度問題復(fù)雜性研究表明，大多數(shù)調(diào)度問題屬于 NPhard 問題，對此類問題有效最優(yōu)化算法是不存在的。 (3)啟發(fā)式算法 啟發(fā)式算法是一種近乎經(jīng)驗和直覺的尋求合理解答的方法，基于對特定問題特點的理解，通過一定的搜索規(guī)則縮小求解空間，能夠快速求解問題 [9,10]。由于制造系統(tǒng)的復(fù)雜性，很難用一個精確的解析模型來進行描述和分析，而通過運行仿真模型來收集數(shù)據(jù)，則能對實際系統(tǒng)進行性能、狀態(tài)等方面的分析，從而，能對系統(tǒng)采用合適的控制調(diào)度方法 [13,14]。 (2)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法 Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的提出為求解各種有約束優(yōu)化問題 開辟了一條新途徑，用Hopfield網(wǎng)絡(luò)解決 TSP問題就是其在組合優(yōu)化問題中的最成功的應(yīng)用之一 [18]。遺傳算法解決調(diào)度問題的優(yōu)勢在于它可以隨機地從一個調(diào)度跳到另一個調(diào)度，從而可以解決其他方法易于使解陷入局部最有的問題 [20]。文 [21]針對傳統(tǒng)精確方法在實際動態(tài) JobShop調(diào)度應(yīng)用中的有限性，通過 人機交互方式，修正許多限制資源的約束能力，從而降低調(diào)度問題的復(fù)雜性。 煉鋼調(diào)度方法研究現(xiàn)狀及應(yīng)用 煉鋼 連鑄 /模鑄混合生產(chǎn)過程是在高溫下進行的物理化學(xué)反應(yīng)和金屬加工變形，具有高溫熔煉、高溫加工等特點，因此生產(chǎn)組織必須充分考慮利用熱能，要求連續(xù)生產(chǎn)，要求前后工序設(shè) 備能力上協(xié)調(diào)，在制品在數(shù)量上、時間上緊密銜接，帶有有限的緩沖。 文獻 [49]在煉鋼 連鑄生產(chǎn)工藝的約束條件下，針對多階段均有并行機的生產(chǎn)環(huán)境，建立綜合考 慮爐次的設(shè)備指派和作業(yè)調(diào)度的混合整數(shù)線性規(guī)劃模型。 日本和韓國的鋼鐵公 司在 解決鋼鐵調(diào)度方面 占據(jù)著領(lǐng)先地位 。 日本加古川鋼廠于 1993 年實現(xiàn)了從高爐至熱軋的一體化管理，開發(fā)管制技術(shù)有下述兩種： (1)煉鋼作業(yè)管制：包括煉鋼指令的 在線化，以郵件形式把指令書進行 CRT化 (大屏幕顯示 )，在線發(fā)行；連鑄機替換機能，某連鑄機發(fā)生故障，隨時可以替換；在線充當(dāng)機能，煉鋼至切割之間，把不符合原合同的改作后續(xù)爐次的板坯。 對于煉鋼連鑄問題，已經(jīng)有了大量的學(xué)術(shù)的研究和實際現(xiàn)場的驗證，并已經(jīng)取得了很大的成果， 但是國內(nèi)外對于煉鋼 連鑄 /模鑄混合調(diào)度問題的研究，卻很少。 5) 采用 C++語言和 Oracle 10g/MSSQL數(shù)據(jù)庫技術(shù)建立了調(diào)度系統(tǒng)的算法主體部分，并通過建立動態(tài)鏈接庫的方式實現(xiàn)其他程序?qū)λ惴ǔ潭鹊恼{(diào)用。 (2)爐次：一爐鐵水 經(jīng)過轉(zhuǎn)爐冶 煉后，順序經(jīng)過精煉過程和連鑄過程的一個作業(yè)單位 ， 它由多個連續(xù)的單元組成 ， 相當(dāng)于工件 Job。 (5)澆次：由工藝要求決定的多個爐次順序構(gòu)成的集合。 (9)斷澆：一個澆次內(nèi)在連鑄工位上，本應(yīng)連續(xù)澆注的各爐次，出現(xiàn)的分?jǐn)嗲闆r 。 (13)有澆期模鑄計劃：按照要求， 要 在 規(guī)定的時間 ，即在 開澆時間 之前進行澆注生產(chǎn)。如圖所示，縱軸 為設(shè)備列表， 表明 煉鋼 連鑄 /模鑄混合 過程中的設(shè)備情況 ，橫軸 是時間坐標(biāo)軸，表示作業(yè)時間坐標(biāo) ；圖中數(shù)字 14 代表爐次在澆次內(nèi)序號 (這里只畫出一個澆次的計劃，實際生產(chǎn)中是多個澆次構(gòu)成一個連連澆 Cast 連續(xù)澆鑄 )，圖中字母 “A”、 “B”表示兩個模鑄澆次計劃；爐次“ 1”表示的一個半爐次連鑄計劃，爐次“ A”表示一個半爐次模鑄計劃；爐次 24 表示整爐次連鑄計劃，爐次“ B”表示整爐次模鑄計劃； 每條 橫 線代表一個機器 設(shè)備 ，每個長方型代表一個工位 ，長方形的長表示 所在機 器 上 加工時間 的范圍；由虛線連接的多個長方形表示一個爐次， 同一個爐次的兩個相鄰工位間 的虛線表示 為運輸時間 與冗余等待時間之和 。 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 二 章 連鑄模鑄混合生產(chǎn)煉鋼調(diào)度過程描述 4 圖 調(diào)度計劃的表格形式 Diagram of schedule plan show in table 為了表述問題，也為了能直觀描述問題需要，文中對于調(diào)度問題的闡述和說明都是在 甘特圖基礎(chǔ)上進行的。 人類冶煉鋼鐵的歷史可以追溯到公元前一千年。因此，煉鋼 連鑄 /模鑄 混合 生產(chǎn)具有承上啟下的地位和作用，同時對此過程的調(diào)度管理對確保鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)的高效運行起著非常重要的作用。煉鋼 連鑄 /模鑄 混合 生產(chǎn)，其精煉環(huán)節(jié)包括一重精煉、二重精煉、三重精煉甚至有四重精煉，而且不同種精煉路徑的爐次計劃往往會要在同一班次進行生產(chǎn)。鋼中含碳量增加，則硬度、強度、脆性都將提高，而延展性能將下降。脫磷、脫硫的反映如下 [37]： 252 5 4 4 . 5P F e O C aO C aO P O F e? ? ? ? F eO C aO C aS F eO? ? ? 加入強堿性氧化物 CaO 的目的是使 25PO 與其生成穩(wěn)定的磷酸鈣，從而提高渣氧化脫磷能力。主煉鋼區(qū)域接收高爐煉制出來的鐵水，并將鐵水加工成為半成品 (板坯、鋼卷、棒材、線材等 )，這些半成品根據(jù)其中所含的金屬成分不同分為不同的鋼級，規(guī)格也不盡相同。然后通過加熱將煉鋼爐中的鐵水和廢鋼加工成均勻的液態(tài)鋼水，去除其中的雜質(zhì)和其中所含的碳使其達到希望的比例。 ② 精煉 煉鋼爐生產(chǎn)出的鋼水有時還需要進行精煉，鋼水放置在鋼包中 ,由天車、臺車運送到精煉設(shè)備處，一個鋼包的容量和一個爐次的容量相等。連鑄機要盡量連續(xù)澆鑄，否則就必須重新引桿開啟鑄機，每開啟一次連鑄機需要設(shè)備的調(diào)整時間和調(diào)整費用，而且會使產(chǎn)量降低。 附圖 ，模鑄線生產(chǎn)布局示意圖： 圖 模鑄線生產(chǎn)布局示意圖 Diagram of the position mould casting line ④ 模鑄 某 煉鋼廠有 其特有的生產(chǎn)方式， 模鑄生產(chǎn) 就是最明顯的特別之處， 模鑄的主要工藝情況如下： ? 某 煉鋼模鑄部分由 2 個跨， 4 條臺車線， 7 個處理位 (30， 31， 40， 41， 51， 52，61)，每兩個相鄰處理位共用一個臺車線； ? 在制造時間上，模鑄計劃的處理時間，在轉(zhuǎn)爐上一般是 45 到 50 分鐘，精煉與鋼種有關(guān)，普遍占較長時間，模鑄時間與具體鋼種有關(guān)，靜置時間一般是 4 到 5 個小時，最長的約 8 小時，有些鋼種的靜置時間是有最大邊界限制 (不能超期靜置 )； ? 模鑄計劃在一天內(nèi)大約有 14 條左右，占一天計劃的 5%~10%； ? 模鑄計劃有一定的優(yōu)先級規(guī)則 ，訂單存在交貨期，對于一些有澆期模鑄訂單，是在要開澆時間之前生產(chǎn) ，對于一些 無澆期模鑄計劃的 訂單，一般情況下是按轉(zhuǎn)爐處理能力來安排 無澆期 模鑄計劃，且具體模鑄計劃無具體處理位，模鑄計劃間一般也無作業(yè)順序要求； ? 對于 有澆期 模鑄訂單，則要在規(guī)定時間前完成，而且 有澆期 模鑄計劃的優(yōu)先級，是比連鑄計劃的優(yōu)先級別高的，即當(dāng)需要 有澆期 模鑄生產(chǎn)的時候，即使出現(xiàn)連鑄斷澆的情況，也要保證 有澆期 模鑄生產(chǎn)。所以煉鋼 連鑄 /模鑄混合 生產(chǎn)過程是存在多設(shè)備并行機條件下，不同類型、不同批次的生產(chǎn)原料 (鐵水、冶煉鋼水、精煉鋼水等 )，通過物流運輸系統(tǒng) (天車、臺車、鋼包、鐵水包等 )在時間維度與設(shè)備維度上進行交叉、流轉(zhuǎn)的復(fù)雜過程。 多模式主要體現(xiàn)在：冶煉、精煉是一個間歇的生產(chǎn)模式， 在鑄機工序部分， 連鑄是一個 不間斷的 生產(chǎn)模式 ， 要求一個 澆次 內(nèi)的 所有 爐次在連鑄機連續(xù)生產(chǎn)， 而模鑄卻是一種必須間斷生產(chǎn)的離散生產(chǎn)模式，要求模鑄澆注后必須在澆注位置鎮(zhèn)靜一段時間以后才可以進行下一次澆注；并且由于 不同模鑄計劃對于 開澆時間 的要求不同，這樣導(dǎo)致連鑄和模鑄生產(chǎn)的首先級別也不同，這樣就產(chǎn)生了不同 開澆時間 的模鑄計劃和連鑄計劃協(xié)調(diào)生產(chǎn)的組合多模式問題。 調(diào)度目標(biāo)有多個：由于煉鋼 連鑄 /模鑄 混合 生產(chǎn)是一個多模式，多工序，多擾動的問題，簡單的目標(biāo)不能全面綜合產(chǎn)生優(yōu)化的結(jié)果，只能從多個目標(biāo)體現(xiàn)，包括最小化最大完 成時間、冗余等待時間最小、負(fù)荷均衡。 執(zhí)行層 (Manufacturing Execution System， MES)：強調(diào)計劃的執(zhí)行功能。 過程控制層 (Process Control System， PCS)： 生產(chǎn)過程監(jiān)測監(jiān)控層由 煉鋼 各個生產(chǎn)過程監(jiān)測、監(jiān)控子系統(tǒng)構(gòu)成，完成 煉鋼 生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的過程監(jiān)測、自動化控制及安全監(jiān)測。它是 L3 級的神經(jīng)，操控指導(dǎo)著 L2 級，聯(lián)系著 L4 級，并橫向影響到工藝前序的煉鐵和后序的熱軋，處于樞紐地位。例如，通過生產(chǎn)過程 中，要優(yōu)先生產(chǎn)有澆期模鑄計劃，即應(yīng)先保證有澆期模鑄計劃在設(shè)定的開澆時 間之前進行模鑄澆注，由于有澆期模鑄計劃在轉(zhuǎn)爐精煉工序?qū)υO(shè)備的選擇優(yōu)先級高于連鑄計劃的優(yōu)先級，這樣就會給連鑄生產(chǎn)的物流平衡帶來一定的困難，這就需要在優(yōu)先保證有澆期模鑄計劃生產(chǎn)的前提下，盡量保證連鑄連連澆 cast連續(xù)澆鑄。Garey等 [44]證明即便對于單機調(diào)度問題，如果考慮 n個作業(yè)而每個作業(yè)只考慮加工時間與序列有關(guān)的準(zhǔn)備時間， 就等價于 n個城市 TSP問題 。這種多目標(biāo)性導(dǎo)致調(diào)度的復(fù)雜性和計算量急劇增加。當(dāng)全面建模后，問題的規(guī)模也急劇增大。在實際生產(chǎn)中容易出現(xiàn)輔助設(shè)備的調(diào)度同主體設(shè)備的調(diào)度不協(xié)調(diào)現(xiàn)象，造成鋼包、天車和臺車不能及時到位，使得編制好的生產(chǎn)作業(yè)計劃不能及時配備到相應(yīng)的主體設(shè)備上，影響主體設(shè)備對生產(chǎn)計劃的執(zhí)行，影響企業(yè)的生產(chǎn)效益。因此現(xiàn)在存在以下問題沒有很好的解決： 首先，從 鋼鐵生產(chǎn)的 機理角度講，煉鋼屬于冶金物理化學(xué)混合過程，其中的內(nèi)部規(guī)律很復(fù)雜、難以用確定的數(shù)學(xué)模型進行全面描述 ，通常對問題做一些假設(shè)和簡化，不能充分反應(yīng)生產(chǎn)實際的復(fù)雜性，所得調(diào)度結(jié)果往往與生產(chǎn)實際存在差距 。因為一個工位的異常都會直接或間接影響到其它工位。 本文將 深入研究實際煉鋼 連鑄 /模鑄混合 生產(chǎn)調(diào)度問題 ，根據(jù)現(xiàn)場需求分析建模 、探求有效算法和開發(fā)相應(yīng)的軟件系統(tǒng)。為了研究煉鋼 連鑄 /模鑄混合生產(chǎn)，首先來研究煉鋼 連鑄 /模鑄混合生產(chǎn) 系統(tǒng) 的 生產(chǎn)調(diào)度特性， 由前面的工藝所述，煉鋼 連鑄 /模鑄 混合生產(chǎn)調(diào)度 系統(tǒng)主要包括三個環(huán)節(jié)：煉鋼、精煉、連鑄 /模鑄。 ? 按照爐次計劃是否開始生產(chǎn)可分為：半爐次計劃和整爐次計劃； ? 按照爐次計劃的類別可分為：連鑄計劃和模鑄計劃 ? 按照是否有澆期約束可分為：有澆期模鑄計