【正文】 (2)根據(jù)加工路線的一致性分為 Flow Shop(所有工件都在同樣的設(shè)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(diào)度。因此動(dòng)態(tài)調(diào)度要根據(jù)系統(tǒng)中作業(yè)、設(shè)備等的狀況，不斷地進(jìn)行調(diào)度。模鑄工藝在國(guó)內(nèi)很多鋼廠都已經(jīng)沒(méi)有了模鑄生產(chǎn)線，由于一些鋼種只能有模鑄工藝進(jìn)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(diào)度問(wèn)題研究的意義也是不可小視的。? 由于銷售計(jì)劃的需要，一些鋼種只能有模鑄工藝生產(chǎn)。由上述可以看出，模鑄的存在不僅僅從提高設(shè)備利用率，提高企業(yè)效益和增加產(chǎn)品種類有著很重要的意義，同時(shí)在保護(hù)國(guó)家安全方面也有著不可或缺的作用。生產(chǎn)調(diào)度的研究主要可分為建模和調(diào)度算法設(shè)計(jì)兩方面，它是一個(gè)交叉性研究領(lǐng)域，涉及運(yùn)籌學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)工程、控制工程、工業(yè)工程等多個(gè)學(xué)科。顯然，為了提高生產(chǎn)效率，生產(chǎn)調(diào)度是企業(yè)系統(tǒng)集成的重中之重 [2,3,4]。基于目前的研究，對(duì)于動(dòng)態(tài)調(diào)度的具體策略有周期調(diào)度、連續(xù)調(diào)度、事件驅(qū)動(dòng)調(diào)度、周期與事件驅(qū)動(dòng)混合調(diào)度，周期與連續(xù)調(diào)度混合等。通過(guò)使用調(diào)度策略應(yīng)用一下方法實(shí)現(xiàn)調(diào)度問(wèn)題的求解，比如最優(yōu)化方法、領(lǐng)域搜索方法、基于人工智能和實(shí)時(shí)智能的各種調(diào)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(xué)規(guī)劃、排隊(duì)論、網(wǎng)絡(luò)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(zhì)量、計(jì)算復(fù)雜性和適用性等方面對(duì)于算法進(jìn)行必要的評(píng)價(jià) [11]。該類方法能夠快速建立問(wèn)題的解，但通常解質(zhì)量較差且缺少柔性，否則需要建立復(fù)雜的啟發(fā)式規(guī)則 [14]。(3)智能搜索方法應(yīng)用于調(diào)度問(wèn)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(diào)度的方法交互式調(diào)度，是在建立調(diào)度和動(dòng)態(tài)維護(hù)調(diào)度的過(guò)程中，充分利用人的經(jīng)驗(yàn)和能力，通過(guò)人與算法的信息交互，調(diào)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(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和啟發(fā)式算法的混合算法，用于解決工件的調(diào)度問(wèn)題；文 [46]選擇一內(nèi)嵌結(jié)構(gòu)來(lái)建立智能仿真模型來(lái)評(píng)價(jià)東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒 論 5 鋼廠的調(diào)度策略，提出一個(gè)通過(guò)仿真機(jī)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(chǎn)靜態(tài)調(diào)度理論研究的方法方面，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者做了大量的研究工作，數(shù)學(xué)規(guī)劃是主要方法。文獻(xiàn) [50]針對(duì)各階段均有并行機(jī)的HFS煉鋼連鑄生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題,建立了問(wèn)題的約束滿足模型,將其歸結(jié)為最小化操作開(kāi)工時(shí)間偏移的調(diào)度問(wèn)題。(2) 利用 AI 技術(shù)進(jìn)行在線的實(shí)時(shí)調(diào)度和重調(diào)度，使作業(yè)變動(dòng)具有一定的靈活性。日本京濱鋼鐵廠生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度系統(tǒng)的投入，使鋼水等待時(shí)間縮短 1/2，年增效益100 萬(wàn)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(diào)度生產(chǎn)過(guò)程為背景，針對(duì)煉鋼連鑄/ 模鑄混合調(diào)度問(wèn)題進(jìn)行了研究，并設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的動(dòng)態(tài)調(diào)度系統(tǒng)。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(guò)程描述 2 第二章 連鑄模鑄混合生產(chǎn)煉鋼調(diào)度過(guò)程描述 引言為了方便討論和統(tǒng)一對(duì)業(yè)務(wù)對(duì)象的理解，特將相關(guān)名詞總結(jié)如下：(1)工位：也稱為處理位，指在一個(gè)處理操作過(guò)程中，指一個(gè)爐次計(jì)劃在某個(gè)設(shè)備上的作業(yè)時(shí)間范圍。一個(gè)工序可能包含多個(gè)工位，例如一個(gè)多重精煉工序包含多個(gè)工位，每一重精煉就是一個(gè)工位。(7)處理時(shí)間：一個(gè)單元的作業(yè)時(shí)間范圍。它具體明確了某個(gè)設(shè)備需要順序完成哪些個(gè)爐次計(jì)劃，在什么時(shí)刻開(kāi)始加工，在什么時(shí)刻結(jié)束加工；同時(shí)也明確了某個(gè)爐次計(jì)劃在多個(gè)設(shè)備上的加工次序及作業(yè)時(shí)間。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(guò)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(shí) 間冗 余 等 待 時(shí) 間沖 突一 個(gè) 工 序一 個(gè) 爐 次準(zhǔn) 備 時(shí) 間 靜 置 時(shí) 間 當(dāng) 前 時(shí) 間 t模 鑄 一 個(gè) 澆 次開(kāi) 澆 時(shí) 間 1 2 3 4連 鑄 一 個(gè) 澆 次啟 動(dòng) 時(shí) 間 A B開(kāi) 澆 時(shí) 間 工 位圖 調(diào)度計(jì)劃甘特圖形式 Diagram of schedule plan show in Gantt paragraph一般情況下調(diào)度計(jì)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(gè)工位在煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)過(guò)程中的任務(wù)安排，同時(shí)表現(xiàn)了爐次在路徑與作業(yè)時(shí)間的兩維關(guān)系，使調(diào)度人員可以在整體上觀察到整個(gè)生產(chǎn)的任務(wù)安排情況，同時(shí)可以看到當(dāng)前生產(chǎn)執(zhí)行的狀態(tài)(哪些單元未生產(chǎn)、哪些單元正在生產(chǎn)、哪些單元已生產(chǎn)結(jié)束、某個(gè)具體設(shè)備上是否正在生產(chǎn)等)，這是非常直觀的表現(xiàn)形式。鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)調(diào)度是一個(gè)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(guò)程描述 5 極為復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題，涉及到多方面的問(wèn)題:工件聚類與加工優(yōu)先級(jí)約束、機(jī)器設(shè)置和移除時(shí)間以及工件等待的高費(fèi)用 [33,34,35]等?，F(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)工藝過(guò)程較為復(fù)雜，涉及的工序很多，一個(gè)典型鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)工藝過(guò)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(chǎn)過(guò)程是存在多設(shè)備并行機(jī)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(guò)物流運(yùn)輸系統(tǒng)(天車、臺(tái)車、鋼包、鐵水包等)在時(shí)間維度與設(shè)備維度上進(jìn)行交叉、流轉(zhuǎn)的復(fù)雜過(guò)程。工藝路線與鋼種有關(guān)，不同類型的鋼種可能有不同的精煉需求及處理時(shí)間需求；前后工序的物流要協(xié)調(diào)一致，時(shí)間節(jié)奏要緊密銜接；生產(chǎn)過(guò)程一般都需要高溫連續(xù)作業(yè)，沒(méi)有中間庫(kù)存，等待時(shí)間的增加可能意味著溫度的降低、再升溫能源的浪費(fèi)和生產(chǎn)成本的增加；需要對(duì)加工對(duì)象進(jìn)行一定組合，按批量生產(chǎn)。主要包括：①.脫磷、脫硫。為保證鋼的各種物理、化學(xué)性能，還應(yīng)加入適量的合金元素，并使其含量達(dá)到規(guī)定要求；控制溫度主要是保持一定的溫度范圍，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。①煉鋼(轉(zhuǎn)爐或電弧爐)煉鋼的主要任務(wù)就是按照所煉鋼種的質(zhì)量要求將煉鋼原料(生鐵、廢鋼)熔化，通過(guò)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(diào)整到規(guī)定的范圍并達(dá)到一定的出鋼溫度準(zhǔn)備澆鑄。根據(jù)原料來(lái)源特點(diǎn)，煉鋼爐必須保證能消化所有高爐生產(chǎn)出來(lái)的鐵水。精煉過(guò)程中，每爐鋼都經(jīng)過(guò)的規(guī)定數(shù)量的精煉工位加工，即可能一爐鋼要經(jīng)過(guò)多個(gè)精煉工位，而每一個(gè)精煉工位對(duì)其加工設(shè)備都有工藝精煉類型要求。板坯有幾個(gè)重要參數(shù):寬度、厚度、長(zhǎng)度、重量和鋼級(jí)。 煉鋼調(diào)度過(guò)程描述 煉鋼調(diào)度特性分析煉鋼連鑄/模鑄混合(SCCamp?？傮w上屬于無(wú)中間等待時(shí)間的工藝流程，在時(shí)間維度與設(shè)備維度上進(jìn)行交叉、流轉(zhuǎn)的復(fù)雜過(guò)程。多工序主要體現(xiàn)在：整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程存在冶煉、精煉、連鑄/模鑄三階段，并且由于鋼種對(duì)于成份的要求不同，經(jīng)過(guò)的精煉重?cái)?shù)也可能是一重或者多重，甚至為了調(diào)整物流平衡，生產(chǎn)沒(méi)有經(jīng)過(guò)精煉的鋼種。計(jì)劃層(Manufacturing Resources Planning/Enterprise Resources Planning，MRPⅡ/ERP)：強(qiáng)調(diào)企業(yè)的計(jì)劃性。因此，MES 起到承上啟下的作用，不但能夠完成計(jì)劃層的實(shí)現(xiàn)，而且還可以為后續(xù)的控制提供必要的參考，簡(jiǎn)化后續(xù)工作的操作量。該層主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)煉鋼各安全參數(shù)的監(jiān)測(cè)和對(duì)煉鋼過(guò)程中的主輔設(shè)備的控制，以及對(duì)于煉鋼情況的監(jiān)測(cè)。由上可知，煉鋼生產(chǎn)中鋼鐵生產(chǎn)加工鏈中的核心工序，調(diào)度管理是這一過(guò)程的核心環(huán)節(jié)，有著舉足輕重的地位和作用。 (2)建模復(fù)雜性煉鋼連鑄 /模鑄混合生產(chǎn)包括煉鋼、精煉、連鑄/模鑄環(huán)節(jié)，同時(shí)還有許多輔助環(huán)節(jié)，要進(jìn)行有效的建模，首先要考慮連鑄，無(wú)澆期模鑄和有澆期模鑄由于生產(chǎn)的優(yōu)先級(jí)別不同而造成的生產(chǎn)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(shè)備、庫(kù)場(chǎng)及搬運(yùn)系統(tǒng)之間相互影響、相互作用，每個(gè)作業(yè)具有到達(dá)時(shí)間、裝卸時(shí)間、準(zhǔn)備時(shí)間、操作順序及交貨期等屬性，因而實(shí)際調(diào)度問(wèn)題相當(dāng)復(fù)雜，這使精確描述其間的約束關(guān)系，建立相應(yīng)數(shù)學(xué)模型非常困難。煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)過(guò)程要考慮的首要目標(biāo)是盡量保證連鑄機(jī)連續(xù)澆鑄、鋼水運(yùn)輸過(guò)程中冗于等待時(shí)間盡量小，保證有澆期模鑄計(jì)劃的開(kāi)澆時(shí)間。煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)工藝過(guò)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(shí)間應(yīng)少于工藝限定的時(shí)間；為了使煉鋼連鑄/模鑄混合產(chǎn)量最大，連鑄機(jī)盡量不斷澆，保證有澆期模鑄計(jì)劃的開(kāi)澆時(shí)間和無(wú)澆期模鑄計(jì)劃加入生產(chǎn)時(shí)的整體優(yōu)化。為此，如何在模型全面化與有效求解之間權(quán)衡，是調(diào)度過(guò)程需解決的問(wèn)題。而目前主體設(shè)備和輔助設(shè)備調(diào)度的時(shí)間尺度不一致，主體設(shè)備可以提前預(yù)調(diào)度，而輔助設(shè)備采取實(shí)時(shí)匹配的原則不做預(yù)調(diào)度，使得主體設(shè)備與輔助設(shè)備綜合協(xié)調(diào)調(diào)度存在極大的困難性。其次，從鐵水輸入到鋼坯運(yùn)出，要經(jīng)過(guò)鐵水預(yù)處理、混鐵爐存放、轉(zhuǎn)爐煉鋼、吹A(chǔ)r處理、鋼水精煉、連鑄機(jī)/模鑄機(jī)等諸多工位。但是，整體優(yōu)化是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的問(wèn)題，尋求一個(gè)最優(yōu)解非常困難。東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第三章煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)調(diào)度策略與實(shí)現(xiàn) 14 第三章 煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)調(diào)度策略與實(shí)現(xiàn) 連鑄/模鑄混合調(diào)度生產(chǎn)模式分析煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)作為鋼鐵生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，引起許多學(xué)者和研究人員的關(guān)注。生產(chǎn)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的情況的變化也增添調(diào)度的復(fù)雜性，單一的調(diào)度方法很難實(shí)現(xiàn)適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度的需求。模式一：只存在六種情況中的一種情況，在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，當(dāng)有新增計(jì)劃和原有計(jì)劃進(jìn)行調(diào)度的時(shí)候，一種調(diào)度計(jì)劃，根據(jù)現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度計(jì)劃情況，只會(huì)出現(xiàn)有整爐次連鑄計(jì)劃需要進(jìn)行計(jì)劃調(diào)度，調(diào)度情況如圖 ：調(diào)度計(jì)劃整爐次連鑄計(jì)劃圖 模式一計(jì)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(shí)際生產(chǎn)時(shí)，當(dāng)有新增計(jì)劃和原有計(jì)劃進(jìn)行調(diào)度的時(shí)候，兩種調(diào)度計(jì)劃，根據(jù)現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度計(jì)劃情況，會(huì)出現(xiàn)的調(diào)度情況圖 ，整爐次連鑄計(jì)劃和其他 5 種爐次計(jì)劃的組合，調(diào)度情況如圖 ：調(diào)度計(jì)劃 整爐次連鑄計(jì)劃 半爐次無(wú)澆期模鑄計(jì)劃 整爐次連鑄計(jì)劃 半爐次有澆期模鑄計(jì)劃 整爐次連鑄計(jì)劃 整爐次有澆期模鑄計(jì)劃 整爐次連鑄計(jì)劃 整爐次無(wú)澆期模鑄計(jì)劃 整爐次連鑄計(jì)劃 半爐次連鑄計(jì)劃圖 模式二計(jì)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(shí)際生產(chǎn)時(shí)，當(dāng)有新增計(jì)劃和原有計(jì)劃進(jìn)行調(diào)度的時(shí)候，三種調(diào)度計(jì)劃，根據(jù)現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度計(jì)劃情況，會(huì)出現(xiàn)的調(diào)度情況有 種，由于組合結(jié)果比較多，文中只將現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的組合情況列36C出，調(diào)度情況如圖 ：調(diào)度計(jì)劃 整爐次連鑄計(jì)劃 整爐次有澆期模鑄計(jì)劃 半爐次無(wú)澆期模鑄計(jì)劃 整爐次連鑄計(jì)劃 整爐次有澆期模鑄計(jì)劃 整爐次無(wú)澆期模鑄計(jì)劃 整爐次連鑄計(jì)劃 整爐次有澆期模鑄計(jì)劃 半爐次連鑄計(jì)劃 整爐次連鑄計(jì)劃 整爐次有澆期模鑄計(jì)劃 半爐次有澆期模鑄計(jì)劃 整爐次連鑄計(jì)劃 整爐次無(wú)澆期模鑄計(jì)劃 半爐次無(wú)澆期模鑄計(jì)劃 整爐次連鑄計(jì)劃 整爐次無(wú)澆期模鑄計(jì)劃 半爐次連鑄計(jì)劃 整爐次連鑄計(jì)劃 整爐次無(wú)澆期模鑄計(jì)劃 半爐次有澆期模鑄計(jì)劃 整爐次連鑄計(jì)劃 半爐次連鑄計(jì)劃 半爐次無(wú)澆期模鑄計(jì)劃 整爐次連鑄計(jì)劃 半爐次連鑄計(jì)劃 半爐次有澆期模鑄計(jì)劃 整爐次連鑄計(jì)劃 半爐次有澆期模鑄計(jì)劃 半爐次無(wú)澆期模鑄計(jì)劃圖 模式三計(jì)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(shí)際生產(chǎn)時(shí)，當(dāng)有新增計(jì)劃和原東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第三章煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)調(diào)度策略與實(shí)現(xiàn) 16 有計(jì)劃進(jìn)行調(diào)度的時(shí)候，四種調(diào)度計(jì)劃，根據(jù)現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度計(jì)劃情況，會(huì)出現(xiàn)的調(diào)度情況有 種，由于組合結(jié)果比較多，文中只將現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的組合情況列46C出，調(diào)度情況如圖 ：調(diào)度計(jì)劃 整爐次連鑄計(jì)劃 整爐次有澆期模鑄計(jì)劃 整爐次無(wú)澆期模鑄計(jì)劃 半爐次連鑄計(jì)劃 整爐次連鑄計(jì)劃 整爐次有澆期模鑄計(jì)劃 整爐次無(wú)澆期模鑄計(jì)劃 半爐次有澆期模鑄計(jì)劃 整爐次連鑄計(jì)劃 整爐次有澆期模鑄計(jì)劃 整爐次無(wú)澆期模鑄計(jì)劃 半爐次無(wú)澆期模鑄計(jì)劃 整爐次連鑄計(jì)劃 整爐次無(wú)澆期模鑄計(jì)劃 半爐次連鑄計(jì)劃 半爐次有澆期模鑄計(jì)劃 整爐次連鑄計(jì)劃 整爐次有澆期模鑄計(jì)劃 半爐次連鑄計(jì)劃 半爐次有澆期模鑄計(jì)劃 整爐次連鑄計(jì)劃 整爐次無(wú)澆期模鑄計(jì)劃 半爐次連鑄計(jì)劃 半爐次無(wú)澆期模鑄計(jì)劃 整爐次連鑄計(jì)劃 半爐次連鑄計(jì)劃 半爐次有澆期模鑄計(jì)劃 半爐次無(wú)澆期模鑄計(jì)劃 整爐次連鑄計(jì)劃 整爐次有澆期模鑄計(jì)劃 半爐次有澆期模鑄計(jì)劃 半爐次無(wú)澆期