【正文】 (2)根據加工路線的一致性分為 Flow Shop(所有工件都在同樣的設備上加工，并有一致的加工操作和加工順序)和 Job Shop(允許工件加工具有不同的加工路徑)調度。因此動態(tài)調度要根據系統(tǒng)中作業(yè)、設備等的狀況，不斷地進行調度。模鑄工藝在國內很多鋼廠都已經沒有了模鑄生產線，由于一些鋼種只能有模鑄工藝進行加工，所以模鑄工藝存在是很有意義的，因此煉鋼連鑄/模鑄混合調度問題研究的意義也是不可小視的。? 由于銷售計劃的需要，一些鋼種只能有模鑄工藝生產。由上述可以看出，模鑄的存在不僅僅從提高設備利用率，提高企業(yè)效益和增加產品種類有著很重要的意義，同時在保護國家安全方面也有著不可或缺的作用。生產調度的研究主要可分為建模和調度算法設計兩方面，它是一個交叉性研究領域，涉及運籌學、數(shù)學、計算機工程、控制工程、工業(yè)工程等多個學科。顯然，為了提高生產效率，生產調度是企業(yè)系統(tǒng)集成的重中之重 [2,3,4]?；谀壳暗难芯?，對于動態(tài)調度的具體策略有周期調度、連續(xù)調度、事件驅動調度、周期與事件驅動混合調度，周期與連續(xù)調度混合等。通過使用調度策略應用一下方法實現(xiàn)調度問題的求解，比如最優(yōu)化方法、領域搜索方法、基于人工智能和實時智能的各種調度方法。(2)精確最優(yōu)化算法精確最優(yōu)化方法是一類具有一般性的組合最優(yōu)化方法，主要包括：數(shù)學規(guī)劃、排隊論、網絡與圖論等方法。因此，啟發(fā)式算法的研究不僅僅在于找到方法，更重要的是在求解質量、計算復雜性和適用性等方面對于算法進行必要的評價 [11]。該類方法能夠快速建立問題的解，但通常解質量較差且缺少柔性，否則需要建立復雜的啟發(fā)式規(guī)則 [14]。(3)智能搜索方法應用于調度問題的智能搜索方法包括模擬退火、禁忌搜索和遺傳算法等。組合方法:(1)基于交互調度的方法交互式調度，是在建立調度和動態(tài)維護調度的過程中，充分利用人的經驗和能力，通過人與算法的信息交互，調整算法的條件和參數(shù)，迅速獲得較好的可行方案。文 [4]提出的是一種新的自適應神經網絡和啟發(fā)式算法的混合算法，用于解決工件的調度問題；文 [46]選擇一內嵌結構來建立智能仿真模型來評價東北大學碩士學位論文 第一章 緒 論 5 鋼廠的調度策略，提出一個通過仿真機制控制事件發(fā)生器和專家系統(tǒng)的框架。在煉鋼連鑄生產靜態(tài)調度理論研究的方法方面，國內外的學者做了大量的研究工作，數(shù)學規(guī)劃是主要方法。文獻 [50]針對各階段均有并行機的HFS煉鋼連鑄生產調度問題,建立了問題的約束滿足模型,將其歸結為最小化操作開工時間偏移的調度問題。(2) 利用 AI 技術進行在線的實時調度和重調度，使作業(yè)變動具有一定的靈活性。日本京濱鋼鐵廠生產計劃調度系統(tǒng)的投入，使鋼水等待時間縮短 1/2，年增效益100 萬美元。 本文主要工作本文以鋼鐵企業(yè)煉鋼連鑄/模鑄混合調度生產過程為背景，針對煉鋼連鑄/ 模鑄混合調度問題進行了研究，并設計和開發(fā)了相應的動態(tài)調度系統(tǒng)。東北大學碩士學位論文 第二章連鑄模鑄混合生產煉鋼調度過程描述 2 第二章 連鑄模鑄混合生產煉鋼調度過程描述 引言為了方便討論和統(tǒng)一對業(yè)務對象的理解，特將相關名詞總結如下：(1)工位：也稱為處理位，指在一個處理操作過程中，指一個爐次計劃在某個設備上的作業(yè)時間范圍。一個工序可能包含多個工位，例如一個多重精煉工序包含多個工位，每一重精煉就是一個工位。(7)處理時間：一個單元的作業(yè)時間范圍。它具體明確了某個設備需要順序完成哪些個爐次計劃，在什么時刻開始加工，在什么時刻結束加工；同時也明確了某個爐次計劃在多個設備上的加工次序及作業(yè)時間。東北大學碩士學位論文 第二章連鑄模鑄混合生產煉鋼調度過程描述 3 1 L D2 L D3 R H1 C C3 C C3 L D5 R H 15 R H 21 L F2 L FI R _ U T2 C C3 I C2 I C傳 輸 時 間冗 余 等 待 時 間沖 突一 個 工 序一 個 爐 次準 備 時 間 靜 置 時 間 當 前 時 間 t模 鑄 一 個 澆 次開 澆 時 間 1 2 3 4連 鑄 一 個 澆 次啟 動 時 間 A B開 澆 時 間 工 位圖 調度計劃甘特圖形式 Diagram of schedule plan show in Gantt paragraph一般情況下調度計劃有兩種表示形式，甘特圖和表格。甘特圖表示了各爐次及其各個工位在煉鋼連鑄/模鑄混合生產過程中的任務安排，同時表現(xiàn)了爐次在路徑與作業(yè)時間的兩維關系，使調度人員可以在整體上觀察到整個生產的任務安排情況，同時可以看到當前生產執(zhí)行的狀態(tài)(哪些單元未生產、哪些單元正在生產、哪些單元已生產結束、某個具體設備上是否正在生產等)，這是非常直觀的表現(xiàn)形式。鋼鐵企業(yè)的生產調度是一個東北大學碩士學位論文 第二章連鑄模鑄混合生產煉鋼調度過程描述 5 極為復雜的工業(yè)生產調度問題，涉及到多方面的問題:工件聚類與加工優(yōu)先級約束、機器設置和移除時間以及工件等待的高費用 [33,34,35]等。現(xiàn)代鋼鐵生產工藝過程較為復雜，涉及的工序很多，一個典型鋼鐵企業(yè)的生產工藝過程如圖 所示 [36]，可以分為三大部分：煉鐵(Iron Making)區(qū)域、主煉鋼(Primary Steelmaking)區(qū)域和精整加工(Finishing)區(qū)域，其中主煉鋼區(qū)域包括煉鋼、連鑄、熱軋等工序，精整加工區(qū)域包括冷軋、鍍涂等工序。所以煉鋼連鑄/模鑄生產過程是存在多設備并行機條件下，不同類型、不同批次的生產原料(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)在時間維度與設備維度上進行交叉、流轉的復雜過程。工藝路線與鋼種有關，不同類型的鋼種可能有不同的精煉需求及處理時間需求；前后工序的物流要協(xié)調一致，時間節(jié)奏要緊密銜接；生產過程一般都需要高溫連續(xù)作業(yè)，沒有中間庫存，等待時間的增加可能意味著溫度的降低、再升溫能源的浪費和生產成本的增加；需要對加工對象進行一定組合，按批量生產。主要包括：①.脫磷、脫硫。為保證鋼的各種物理、化學性能，還應加入適量的合金元素，并使其含量達到規(guī)定要求；控制溫度主要是保持一定的溫度范圍，進行化學反應。①煉鋼(轉爐或電弧爐)煉鋼的主要任務就是按照所煉鋼種的質量要求將煉鋼原料(生鐵、廢鋼)熔化，通過氧化作用及加入鐵合金將其中的碳、錳、硫、磷及其他元素含量調整到規(guī)定的范圍并達到一定的出鋼溫度準備澆鑄。根據原料來源特點，煉鋼爐必須保證能消化所有高爐生產出來的鐵水。精煉過程中，每爐鋼都經過的規(guī)定數(shù)量的精煉工位加工，即可能一爐鋼要經過多個精煉工位，而每一個精煉工位對其加工設備都有工藝精煉類型要求。板坯有幾個重要參數(shù):寬度、厚度、長度、重量和鋼級。 煉鋼調度過程描述 煉鋼調度特性分析煉鋼連鑄/模鑄混合(SCCamp?？傮w上屬于無中間等待時間的工藝流程，在時間維度與設備維度上進行交叉、流轉的復雜過程。多工序主要體現(xiàn)在：整個生產過程存在冶煉、精煉、連鑄/模鑄三階段，并且由于鋼種對于成份的要求不同，經過的精煉重數(shù)也可能是一重或者多重，甚至為了調整物流平衡，生產沒有經過精煉的鋼種。計劃層(Manufacturing Resources Planning/Enterprise Resources Planning，MRPⅡ/ERP)：強調企業(yè)的計劃性。因此，MES 起到承上啟下的作用，不但能夠完成計劃層的實現(xiàn)，而且還可以為后續(xù)的控制提供必要的參考，簡化后續(xù)工作的操作量。該層主要功能是實現(xiàn)對煉鋼各安全參數(shù)的監(jiān)測和對煉鋼過程中的主輔設備的控制，以及對于煉鋼情況的監(jiān)測。由上可知，煉鋼生產中鋼鐵生產加工鏈中的核心工序，調度管理是這一過程的核心環(huán)節(jié)，有著舉足輕重的地位和作用。 (2)建模復雜性煉鋼連鑄 /模鑄混合生產包括煉鋼、精煉、連鑄/模鑄環(huán)節(jié)，同時還有許多輔助環(huán)節(jié)，要進行有效的建模，首先要考慮連鑄，無澆期模鑄和有澆期模鑄由于生產的優(yōu)先級別不同而造成的生產的制約和影響，還必須考慮到各環(huán)節(jié)之間的物流穩(wěn)定和平衡；其次，由于裝卸作業(yè)、裝卸設備、庫場及搬運系統(tǒng)之間相互影響、相互作用，每個作業(yè)具有到達時間、裝卸時間、準備時間、操作順序及交貨期等屬性，因而實際調度問題相當復雜，這使精確描述其間的約束關系，建立相應數(shù)學模型非常困難。煉鋼連鑄/模鑄混合生產過程要考慮的首要目標是盡量保證連鑄機連續(xù)澆鑄、鋼水運輸過程中冗于等待時間盡量小，保證有澆期模鑄計劃的開澆時間。煉鋼連鑄/模鑄混合生產工藝過程必須在鐵水仍然熔化的狀態(tài)下完成，每一爐次的等待時間應少于工藝限定的時間；為了使煉鋼連鑄/模鑄混合產量最大，連鑄機盡量不斷澆，保證有澆期模鑄計劃的開澆時間和無澆期模鑄計劃加入生產時的整體優(yōu)化。為此，如何在模型全面化與有效求解之間權衡，是調度過程需解決的問題。而目前主體設備和輔助設備調度的時間尺度不一致，主體設備可以提前預調度，而輔助設備采取實時匹配的原則不做預調度，使得主體設備與輔助設備綜合協(xié)調調度存在極大的困難性。其次，從鐵水輸入到鋼坯運出，要經過鐵水預處理、混鐵爐存放、轉爐煉鋼、吹Ar處理、鋼水精煉、連鑄機/模鑄機等諸多工位。但是，整體優(yōu)化是一個相當復雜的問題，尋求一個最優(yōu)解非常困難。東北大學碩士學位論文 第三章煉鋼連鑄/模鑄混合生產調度策略與實現(xiàn) 14 第三章 煉鋼連鑄/模鑄混合生產調度策略與實現(xiàn) 連鑄/模鑄混合調度生產模式分析煉鋼連鑄/模鑄混合生產作為鋼鐵生產中的重要環(huán)節(jié)，引起許多學者和研究人員的關注。生產實際現(xiàn)場的情況的變化也增添調度的復雜性，單一的調度方法很難實現(xiàn)適應現(xiàn)場調度的需求。模式一：只存在六種情況中的一種情況，在實際生產時，當有新增計劃和原有計劃進行調度的時候，一種調度計劃，根據現(xiàn)有的現(xiàn)場調度計劃情況，只會出現(xiàn)有整爐次連鑄計劃需要進行計劃調度，調度情況如圖 ：調度計劃整爐次連鑄計劃圖 模式一計劃組合情況示意圖 Diagram of plan arrange in model 1模式二：存在六種情況中的兩種情況，在實際生產時，當有新增計劃和原有計劃進行調度的時候，兩種調度計劃，根據現(xiàn)有的現(xiàn)場調度計劃情況，會出現(xiàn)的調度情況圖 ，整爐次連鑄計劃和其他 5 種爐次計劃的組合，調度情況如圖 ：調度計劃 整爐次連鑄計劃 半爐次無澆期模鑄計劃 整爐次連鑄計劃 半爐次有澆期模鑄計劃 整爐次連鑄計劃 整爐次有澆期模鑄計劃 整爐次連鑄計劃 整爐次無澆期模鑄計劃 整爐次連鑄計劃 半爐次連鑄計劃圖 模式二計劃組合情況示意圖 Diagram of plan arrange in model 2模式三：存在六種情況中的三種情況，在實際生產時，當有新增計劃和原有計劃進行調度的時候，三種調度計劃，根據現(xiàn)有的現(xiàn)場調度計劃情況，會出現(xiàn)的調度情況有 種，由于組合結果比較多，文中只將現(xiàn)場出現(xiàn)的組合情況列36C出，調度情況如圖 ：調度計劃 整爐次連鑄計劃 整爐次有澆期模鑄計劃 半爐次無澆期模鑄計劃 整爐次連鑄計劃 整爐次有澆期模鑄計劃 整爐次無澆期模鑄計劃 整爐次連鑄計劃 整爐次有澆期模鑄計劃 半爐次連鑄計劃 整爐次連鑄計劃 整爐次有澆期模鑄計劃 半爐次有澆期模鑄計劃 整爐次連鑄計劃 整爐次無澆期模鑄計劃 半爐次無澆期模鑄計劃 整爐次連鑄計劃 整爐次無澆期模鑄計劃 半爐次連鑄計劃 整爐次連鑄計劃 整爐次無澆期模鑄計劃 半爐次有澆期模鑄計劃 整爐次連鑄計劃 半爐次連鑄計劃 半爐次無澆期模鑄計劃 整爐次連鑄計劃 半爐次連鑄計劃 半爐次有澆期模鑄計劃 整爐次連鑄計劃 半爐次有澆期模鑄計劃 半爐次無澆期模鑄計劃圖 模式三計劃組合情況示意圖 Diagram of plan arrange in model 3模式四：存在六種情況中的四種情況，在實際生產時，當有新增計劃和原東北大學碩士學位論文 第三章煉鋼連鑄/模鑄混合生產調度策略與實現(xiàn) 16 有計劃進行調度的時候，四種調度計劃，根據現(xiàn)有的現(xiàn)場調度計劃情況，會出現(xiàn)的調度情況有 種，由于組合結果比較多，文中只將現(xiàn)場出現(xiàn)的組合情況列46C出，調度情況如圖 ：調度計劃 整爐次連鑄計劃 整爐次有澆期模鑄計劃 整爐次無澆期模鑄計劃 半爐次連鑄計劃 整爐次連鑄計劃 整爐次有澆期模鑄計劃 整爐次無澆期模鑄計劃 半爐次有澆期模鑄計劃 整爐次連鑄計劃 整爐次有澆期模鑄計劃 整爐次無澆期模鑄計劃 半爐次無澆期模鑄計劃 整爐次連鑄計劃 整爐次無澆期模鑄計劃 半爐次連鑄計劃 半爐次有澆期模鑄計劃 整爐次連鑄計劃 整爐次有澆期模鑄計劃 半爐次連鑄計劃 半爐次有澆期模鑄計劃 整爐次連鑄計劃 整爐次無澆期模鑄計劃 半爐次連鑄計劃 半爐次無澆期模鑄計劃 整爐次連鑄計劃 半爐次連鑄計劃 半爐次有澆期模鑄計劃 半爐次無澆期模鑄計劃 整爐次連鑄計劃 整爐次有澆期模鑄計劃 半爐次有澆期模鑄計劃 半爐次無澆期