【正文】 式或不等式約束下求性能指標(biāo)的優(yōu)化，多數(shù)為NP難的組合優(yōu)化問題，即不存在多項(xiàng)式時(shí)間的最優(yōu)算法，而且隨著問題規(guī)模增大，求解最優(yōu)化結(jié)果的計(jì)算量呈指數(shù)增長(zhǎng)，使常規(guī)最優(yōu)化方法無能為力，只能使用近似算法或者啟發(fā)式算法。 煉鋼調(diào)度復(fù)雜性分析由于煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)過程中處理機(jī)的數(shù)量、種類和環(huán)境情形各異，工件和資源的約束條件更是錯(cuò)綜復(fù)雜，加上度量不同指標(biāo)的目標(biāo)函數(shù)，形成了種類繁多的調(diào)度問題，與經(jīng)典調(diào)度問題相比，煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)調(diào)度問題主要體現(xiàn)出以下特征 :(1)綜合因素分析的復(fù)雜性要準(zhǔn)確的建模、求解、及時(shí)進(jìn)行計(jì)劃編制就要對(duì)煉鋼連鑄/ 模鑄混合生產(chǎn)過程中的有澆期模鑄的開澆時(shí)間，連鑄的銜接和物流流量因素進(jìn)行綜合考慮，而有的因素之間存在著相互的關(guān)聯(lián)性，給因素的精確分析帶來了一定的很大的困難性。L3 層主要是我們的研究對(duì)象，而煉鋼連鑄/模鑄混合調(diào)度管理是 L3 層的一個(gè)重要的實(shí)時(shí)工作項(xiàng)。AMR 將 MES 定義為“位于上層的計(jì)劃管理系統(tǒng)與底層的工業(yè)控制之間的面向車間層的管理信息系統(tǒng)” ，它為操作人員和管理人員提供計(jì)劃的執(zhí)行、跟蹤以及所有資源(人、設(shè)備、物料、客戶需求等)的當(dāng)前狀態(tài)。它以客戶訂單和市場(chǎng)需求為計(jì)劃源頭，充分利用企業(yè)內(nèi)的各種資源，合理安排生產(chǎn)，降低庫(kù)存，提高企業(yè)效益。多擾動(dòng)主要體現(xiàn)在：生產(chǎn)的過程中由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境造成時(shí)間偏差、溫度過低、質(zhì)量成份不合格、設(shè)備故障等問題出現(xiàn)的時(shí)間擾動(dòng)、溫度擾動(dòng)、成份擾動(dòng)等多種擾動(dòng)。煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)過程是一個(gè)對(duì)加工時(shí)間、鋼水溫度和質(zhì)量成份都有極高要求的一個(gè)多模式、多工序、多設(shè)備、多擾動(dòng)下的多目標(biāo)生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化問題。IC)生產(chǎn)過程由冶煉、精煉和連鑄 /模鑄三個(gè)主要階段構(gòu)成，如圖 ，整體煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)過程是一個(gè)由冶煉、精煉和連鑄三個(gè)生產(chǎn)階段構(gòu)成，一般情況下有多臺(tái)轉(zhuǎn)爐設(shè)備、多臺(tái)類型不同的精煉爐設(shè)備(如 RH 設(shè)備、LF設(shè)備、CAS 設(shè)備、KIP 設(shè)備、IR_UT 設(shè)備等)及多臺(tái)連鑄機(jī)和模鑄機(jī)。每個(gè)爐次生產(chǎn)的鋼水重量都是固定的，一個(gè)爐次的鋼水在連鑄機(jī)上澆注出來的板坯一般為 1020 塊左右。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 7 ③連鑄精煉后的鋼水運(yùn)往連鑄機(jī)進(jìn)行加工，滿足成份和溫度要求的精煉鋼水被注入連鑄機(jī)上面的大包，鋼水通過大包流入連鑄機(jī)的結(jié)晶器拉制成具有一定鋼級(jí)和規(guī)格的鋼坯，并為熱軋工序或其它工序提供原料。而在煉鋼爐的輸出方面，每一爐生產(chǎn)的鋼水都具有一個(gè)特定的鋼級(jí)，煉鋼爐每次加工的鋼水都是一個(gè)滿容量。高爐鐵水運(yùn)輸?shù)綗掍摖t后，和廢鋼一起傾倒入煉鋼爐中。主煉鋼區(qū)域包括圖 中的煉鋼、連鑄和熱軋，是鋼鐵生產(chǎn)中的主要工序。P 可以引起鋼的冷脆，而 S 則引起鋼的熱脆。煉鋼包括轉(zhuǎn)爐/電弧爐煉鋼和精煉兩個(gè)階段，基本任務(wù)包括以下 3 個(gè)方面：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 6 (1)脫碳并將其含量調(diào)整到一定范圍。從煉鋼工序到連鑄模鑄工序是整個(gè)鋼鐵生產(chǎn)流程的重要組成部分，其設(shè)備、產(chǎn)品種類繁多，這樣就造成不同鋼種要求的加工路徑不同。 煉鋼生產(chǎn)工藝流程煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)過程是現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)的核心工序, 其基本生產(chǎn)流程是轉(zhuǎn)爐將高爐生產(chǎn)的鐵水進(jìn)一步冶煉為鋼水，經(jīng)過精煉爐進(jìn)行精煉后，以保證鋼水的化學(xué)成分和溫度等工藝指標(biāo)滿足制造工藝的要求, 然后在連鑄機(jī)或者模鑄機(jī)上澆注成一定尺寸外形的板坯，供給下游生產(chǎn)工序或用戶。高效實(shí)用的鋼鐵生產(chǎn)調(diào)度必須建立在對(duì)鋼鐵生產(chǎn)工藝過程的充分了解基礎(chǔ)之上。表格形式可以按不同的字段標(biāo)識(shí)進(jìn)行瀏覽和編輯，其中每一行都是一條爐次計(jì)劃，其中包含內(nèi)容如下圖 所示。圖 所示為連鑄和模鑄混合生產(chǎn)的調(diào)度計(jì)劃的甘特圖表示形式，為了容易分別相鄰爐次用不同顏色進(jìn)行表示。(11)半爐次計(jì)劃：已經(jīng)開始生產(chǎn)，但在澆鑄工位還未開始生產(chǎn)的爐次計(jì)劃；(12)整爐次計(jì)劃：沒有開始生產(chǎn)的爐次計(jì)劃。(8)傳擱時(shí)間：工位間的運(yùn)輸、傳遞時(shí)間。(4)路徑：一般情況下與爐次對(duì)應(yīng)，指一個(gè)爐次中各個(gè)單元工位的順序集合。一個(gè)爐次整個(gè)生產(chǎn)過程中包括多個(gè)生產(chǎn)工位。主要研究工作包括：1) 在調(diào)研煉鋼調(diào)度現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工藝流程、進(jìn)行調(diào)度過程描述、分析復(fù)雜性基礎(chǔ)上，總結(jié)了多生產(chǎn)模式煉鋼連鑄/模鑄混合生產(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(jì)劃分批次調(diào)度策略、整半爐次連鑄計(jì)劃調(diào)度方法，以及整半爐次連鑄與混合澆期模鑄計(jì)劃調(diào)度方法，包括半爐次連鑄計(jì)劃啟發(fā)式編制方法、整爐次連鑄計(jì)劃啟發(fā)式編制方法、半次連鑄計(jì)劃與混合澆期模鑄計(jì)劃啟發(fā)式編制方法、整爐次連鑄與混合澆期模鑄計(jì)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(jìn)行了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)，包括靜態(tài)調(diào)度子系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想、初始化、數(shù)據(jù)輸入/輸出、人機(jī)界面、數(shù)據(jù)處理以及主體算法模塊；4) 應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)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。韓國(guó)浦項(xiàng)鋼鐵公司的光陽(yáng)鋼鐵廠，開發(fā)了從鐵水處理到軋制成材的一體化管理計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，其核心是實(shí)時(shí)調(diào)度和控制，它能根據(jù)主生產(chǎn)計(jì)劃，實(shí)時(shí)編制詳細(xì)作業(yè)計(jì)劃，通過在線跟蹤系統(tǒng)，掌握實(shí)際生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，對(duì)異常情況及時(shí)調(diào)整，確保計(jì)劃順利進(jìn)行。(3)作業(yè)實(shí)績(jī)的高度可視化，同期作業(yè)的實(shí)現(xiàn)，統(tǒng)一管制中心的設(shè)立，一體化最優(yōu)性的實(shí)際繪圖機(jī)能。文獻(xiàn) [51]以最小化 makespan為目標(biāo)，建立了煉鋼連鑄生產(chǎn)調(diào)度問題的混合整數(shù)規(guī)劃模型，并基于分解策略確定爐次計(jì)劃、澆次計(jì)劃和作業(yè)時(shí)間表，該文提到僅在第一個(gè)生產(chǎn)階段存在并行機(jī)，但給出的求解算法中看不出是如何實(shí)現(xiàn)機(jī)器分配的。文獻(xiàn) [48]對(duì)于在安排煉鋼 連鑄中的時(shí)間調(diào)度問題，建立了基于準(zhǔn)時(shí)制調(diào)度思想的數(shù)學(xué)模型(連續(xù)變量)，經(jīng)過變換, 將非線性規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化為線性規(guī)劃問題，用標(biāo)準(zhǔn)線性規(guī)劃程序進(jìn)行求解。文 [47]應(yīng)用多目標(biāo)遺傳算法檢驗(yàn)批調(diào)度問題，采用交互的方式允許人參與優(yōu)化過程，包括改變參數(shù)的優(yōu)先權(quán)，允許多目標(biāo)遺傳算法對(duì)批規(guī)模和任務(wù)分配做策略。交互的作用主要體現(xiàn)在人對(duì)過程操作的監(jiān)控方面，如判斷以外事件的發(fā)生，估計(jì)動(dòng)態(tài)變化對(duì)調(diào)度性能的影響，以采取適當(dāng)?shù)牟呗?。目前在?dòng)態(tài)調(diào)度中使用最多的是遺傳算法。智能方法：(1)專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)是人工智能從數(shù)值信息處理轉(zhuǎn)向非數(shù)值(知識(shí))信息處理的轉(zhuǎn)折里程碑，鋼鐵調(diào)度專家系統(tǒng)是一個(gè)能在鋼鐵調(diào)度領(lǐng)域內(nèi)，以專家的水平去解決該領(lǐng)域中困難問題的計(jì)算機(jī)程序，通常將鋼鐵調(diào)度領(lǐng)域知識(shí)和現(xiàn)場(chǎng)的各種約束表示成知識(shí)庫(kù)，然后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況從知識(shí)庫(kù)中產(chǎn)生調(diào)度方案，并能對(duì)意外情況采取相應(yīng)的對(duì)策 [16,17]。(4)系統(tǒng)仿真方法基于仿真的方法不單純追求系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，側(cè)重對(duì)系統(tǒng)中運(yùn)行的邏輯關(guān)系的描述，能夠?qū)ιa(chǎn)調(diào)度方案進(jìn)行比較評(píng)價(jià)，分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，并選擇系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)參數(shù) [12]。由于調(diào)度問題固有的組合特征，搜索過程中通常引起“組合爆炸”，帶來求解計(jì)算的困難性和復(fù)雜性，精確最優(yōu)化方法為追求問題求解的最優(yōu)性而要付出極大(甚至是不可實(shí)現(xiàn))的計(jì)算代價(jià),這類方法一般僅可處理小規(guī)模問題或某類特定問題，應(yīng)用局限性較大。經(jīng)典調(diào)度方法：(1)有效最優(yōu)化算法有效最優(yōu)化方法是針對(duì)特定的調(diào)度目標(biāo)，可以在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)求得最優(yōu)調(diào)度的一類方法，此方法一直是研究者們追求的理想目標(biāo)。(4)分解與成組策略:利用分解生產(chǎn)計(jì)劃或CT(Cmup Technology)的調(diào)度策略可以大東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒 論 3 大降低問題的復(fù)雜性和規(guī)模，求得調(diào)度問題的較優(yōu)解，同時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)的一些性能指標(biāo)。由于現(xiàn)代生產(chǎn)調(diào)度問題的高度復(fù)雜性，當(dāng)單一調(diào)度算法難以得到滿意的求解質(zhì)量和求解速度時(shí)，往往通過一定的調(diào)度策略將多種算法進(jìn)行結(jié)合，調(diào)度策略是生產(chǎn)調(diào)度高層次的決策部分，成為調(diào)度問題研究方法的一種趨勢(shì)，目前主要的研究策略可分為以下幾種 [5,6,7]：(1)生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度集成策略:生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度的集成研究具有全局優(yōu)化的特征，也符合先進(jìn)制造模式的思想，同時(shí)能夠提高了生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性。利用科學(xué)的生產(chǎn)調(diào)度方法是集成制造系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢(shì)，是面向過程的生產(chǎn)活動(dòng)與經(jīng)營(yíng)活動(dòng)橋梁和紐帶，是現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的關(guān)鍵。 生產(chǎn)調(diào)度策略生產(chǎn)調(diào)度，即對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行作業(yè)計(jì)劃，作為一個(gè)關(guān)鍵模塊，是整個(gè)先進(jìn)生產(chǎn)制造系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)管理技術(shù)、運(yùn)籌技術(shù)、優(yōu)化技術(shù)、自動(dòng)化與計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的核心。例如：可澆注成份質(zhì)量要求很高鎮(zhèn)靜鋼，最高可以澆注 900mm 厚度的鋼板，3~5 壓縮比，滿足特種鋼材的要求，比如軍工用鋼。模鑄存在的意義和作用如下：? 現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是在特殊鋼生產(chǎn)領(lǐng)域。煉鋼－連鑄/模鑄混合生產(chǎn)調(diào)度應(yīng)屬于多機(jī)并行機(jī)問題，也是調(diào)度中最難解決的問題之一。(3)根據(jù)作業(yè)加工在線特點(diǎn)分為靜態(tài)調(diào)度和動(dòng)態(tài)調(diào)度。激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也迫使鋼鐵企業(yè)進(jìn)行轉(zhuǎn)變，批量生產(chǎn)時(shí)代正逐漸被適應(yīng)市場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化的生產(chǎn)所替換。 mould casting。2. It is brought out that the batch splitting scheduling policy of steelmaking continuous casting and mould casting, including the heuristic schedule method of the whole and half continuous casting charge, half continuous casting charge and mixed deadline mould casting charge, the whole continuous casting charge and mixed deadline mould casting charge, and the prehensive method of the steelmaking continuous casting and mould casting batch，on the basis of summing the schedule policy of steelmaking continuous casting and mould casting。因此研究連鑄/模鑄混合生產(chǎn)煉鋼調(diào)度問題具有較廣泛的應(yīng)用前景和重要的經(jīng)濟(jì)意義。本人同意東北大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索、交流。學(xué) 位 論 文連鑄和模鑄混合生產(chǎn)煉鋼調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)作 者 姓 名 ：指 導(dǎo) 教 師 ：東北大學(xué)自動(dòng)化研究中心申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別： 碩士 學(xué) 科 類 別 ：工學(xué)學(xué)科專業(yè)名稱： 控制理論與控制工程論文提交日期： 論文答辯日期：學(xué)位授予日期： 答 辯 委 員 會(huì) 主 席 ：評(píng) 閱 人 ：A Thesis for the Degree of Master inThe design and development of steelmaking continuous casting and mould casting scheduling systemby Zhiyu ZhangSupervisor : Tianyou ChaiNortheastern UniversityJuly 2022－I－獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的。 學(xué)位論文作者簽名 ： 簽 字 日 期 ： 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者和指導(dǎo)教師完全了解東北大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定：即學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。目前連鑄工藝還不能完全取代模鑄工藝，模鑄工藝還有重要意義和作用。關(guān)鍵詞: 煉鋼；連鑄；模鑄；混合生產(chǎn)；分批調(diào)度策略；計(jì)劃編制；調(diào)度系統(tǒng)東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 Abstract－III－The design and development of steelmaking continuous casting and mould casting scheduling system AbstractSteelmaking industry supports our nation. The steelmaking continuous casting and mould casting make the key roll in steelmaking, which is the kernel of the manufacture and management in steel enterprise. The steelmaking continuous casting and mould casting is a procedure which is in high temperature, high anding for real time, with significant time effect and plexity for schedule. For mould casting cannont be replaced by continuous casting in some area, the study in mould casting schedule has significant engineering value.1. According to the flow of actual procduct procedure, the process of schedul