【正文】 鑄/模鑄混合生產(chǎn)調(diào)度方案，從而加重了操作人員的工作量，降低了調(diào)度過程的效率和調(diào)度結(jié)果的不優(yōu)化性。而且，在實(shí)際煉鋼生產(chǎn)過程中，由于冶金過程的復(fù)雜性和生產(chǎn)實(shí)踐諸多的不確定性，加上人為干擾因素，調(diào)度人員在編制煉鋼連鑄調(diào)度計(jì)劃時(shí)不愿意多排入計(jì)劃，對(duì)計(jì)劃采取走一步看一步的做法，這樣不僅降低了優(yōu)化性而且生產(chǎn)效率也不高。在進(jìn)行計(jì)劃編制的時(shí)候，調(diào)度計(jì)劃有單純連鑄計(jì)劃的編制和連鑄/模鑄混合計(jì)劃，而且還需要考慮新增計(jì)劃和原有調(diào)度計(jì)劃對(duì)于設(shè)備的占用情況，這樣可以將新增計(jì)劃和原有主體設(shè)備的調(diào)度計(jì)劃分成一下幾類問題。由于有澆期模鑄計(jì)劃存在生產(chǎn)交貨期的特殊性，使得調(diào)度問題愈加復(fù)雜化。所以考慮生產(chǎn)調(diào)度時(shí)，迫切的需要把煉鋼車間的整個(gè)運(yùn)行過程看成是一個(gè)互相影響、緊密結(jié)合的統(tǒng)一整體，從整體的角度考慮物流、能量流、時(shí)間流的組織與管制。因此輔助設(shè)備與主體設(shè)備協(xié)調(diào)調(diào)度方法的研究對(duì)整個(gè)調(diào)度計(jì)劃的可行性起到重要作用。(5)多約束性任何一個(gè)調(diào)度問題都要滿足機(jī)器、工件和定單等多方面的約束。另外在進(jìn)行無澆期模鑄計(jì)劃生產(chǎn)的時(shí)候，由于無澆期模鑄計(jì)劃比有澆期模鑄計(jì)劃和連鑄計(jì)劃的優(yōu)先級(jí)低，在轉(zhuǎn)爐和精煉階段對(duì)于設(shè)備選擇的優(yōu)先級(jí)別也是最低的，所以無澆期模鑄計(jì)劃可能造成整體調(diào)度結(jié)果不夠優(yōu)化，這樣需要在局部損失一些參數(shù)的優(yōu)化來提高整體的優(yōu)化性能。這些子系統(tǒng)采用的技術(shù)和結(jié)構(gòu) 形式可以多種多樣，例如，可以是基于 PC 的分布式系統(tǒng)、PLC 系統(tǒng)，也可以是智能化的機(jī)電一體化設(shè)備，通過總線方式接入綜合信息化監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò)。 煉鋼調(diào)度系統(tǒng)關(guān)聯(lián)分析國內(nèi)某煉鋼廠的生產(chǎn)管理(計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)關(guān)聯(lián)關(guān)系)主要是分級(jí)方式，即LLL3 和 L4 級(jí)，分別表示生產(chǎn)和運(yùn)維底層、過程控制層、制造執(zhí)行管理系統(tǒng)層和企業(yè)資源計(jì)劃層 [3843]。其主要的工藝特點(diǎn)是：生產(chǎn)過程是多階段連續(xù)進(jìn)行的，帶有間歇性；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)過程一般都需要高溫連續(xù)作業(yè)，沒有中間庫存，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)。為了提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，就需要把盡可能多的爐次計(jì)劃在同一連鑄機(jī)上進(jìn)行連續(xù)澆鑄。鋼鐵生產(chǎn)一般用兩類煉鋼爐：轉(zhuǎn)爐和電弧爐，其中轉(zhuǎn)爐更為常見。(3)調(diào)整鋼液成份和溫度。另外連鑄和模鑄的開澆時(shí)間，只要在用戶要求的時(shí)間范圍內(nèi)，是可以變化的?，F(xiàn)代鋼鐵冶煉仍然保持了最初的兩步法：先把礦石煉成生鐵，再把生鐵煉成鋼。豎線是表示當(dāng)前時(shí)間 t，利用這條虛線作為參照軸，是隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，可以觀察到相應(yīng)時(shí)間工位使用情況，爐次生產(chǎn)情況。(10)煉鋼連鑄/模鑄調(diào)度計(jì)劃：簡(jiǎn)稱調(diào)度計(jì)劃，它指定各作業(yè)的執(zhí)行設(shè)備以及在該設(shè)備上執(zhí)行的開始時(shí)刻和結(jié)束時(shí)刻。(3)工序：指煉鋼過程的階段數(shù)，一般包括冶煉工序、精煉工序和連鑄/模鑄工序。本課題是以國內(nèi)某大型鋼鐵企業(yè)為研究背景，針對(duì)于該企業(yè)的特殊模鑄工藝存在的特點(diǎn)為研究背景，提出了針對(duì)煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)加工的特殊工藝情況，提出解決方法。九十年代初期日本京濱鋼鐵廠利用 AI 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了從高爐～煉鋼～連鑄～熱軋的一體化調(diào)度系統(tǒng)，它的特征有：(1)需求模擬仿真、過程間負(fù)荷的調(diào)整的長(zhǎng)期預(yù)測(cè)和關(guān)于生產(chǎn)量、交貨期、合理化的最優(yōu)性的評(píng)價(jià)。鋼鐵生產(chǎn)是一個(gè)多階段、離散和連續(xù)加工方式并存的復(fù)雜過程，大部分鋼鐵調(diào)度問題都是NP難問題。另外，它還具有計(jì)算速度快且易于與其他算法相結(jié)合的有點(diǎn)，非常適合于解決動(dòng)態(tài)調(diào)度的問題。東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒 論 4 (5)構(gòu)造性方法其主要包括優(yōu)先分配規(guī)則(譬如SPT,LRM,MWR)、基于瓶頸的啟發(fā)式算法和插入方法等。因此，有效最優(yōu)化算法只適用于特定或相對(duì)窄的問題領(lǐng)域 [8]。(3)動(dòng)態(tài)重調(diào)度策略:車間制造過程的隨時(shí)性和不確定性需要不斷的進(jìn)行重調(diào)度，以處理突發(fā)的事件。改善生產(chǎn)調(diào)度方案，可以大大提高生產(chǎn)效益和資源利用率，進(jìn)而增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。 ? 模鑄的增加可以實(shí)現(xiàn)銷售計(jì)劃，物流平衡和增加設(shè)備利用率。動(dòng)態(tài)調(diào)度是作業(yè)依次進(jìn)入待加工狀態(tài)、各種作業(yè)不斷進(jìn)入系統(tǒng)接受加工，完成加工的作業(yè)又不斷地離開，同時(shí)還要考慮作業(yè)環(huán)境中不斷出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)擾動(dòng)、如作業(yè)的加工超時(shí)、設(shè)備的損壞等。 make plan。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、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。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示誠摯的謝意。（如作者和導(dǎo)師同意網(wǎng)上交流，請(qǐng)?jiān)谙路胶灻悍駝t視為不同意）學(xué)位論文作者簽名 ： 導(dǎo) 師 簽 名 ： 簽 字 日 期 ： 簽 字 日 期 ：東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘 要－II－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)摘 要煉鋼是我國的支柱產(chǎn)業(yè)，而煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)是鋼鐵生產(chǎn)的關(guān)鍵工序，煉鋼生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)是鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)管理的核心。3. Based on the schedule policy of steelmaking continuous casting and mould casting, the schedule system is designed and developed, including design of static subsystem, initialization module, data input/output module, interface module, data processing module and main schedule method module。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(chǎng)對(duì)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(chǎng)需求。鑒于當(dāng)前煉鋼廠的已經(jīng)有多臺(tái)連鑄機(jī)和模鑄，精煉設(shè)備眾多，精煉重?cái)?shù)多且復(fù)雜，再加上煉鋼擾動(dòng)眾，依賴人工經(jīng)驗(yàn)編制煉鋼調(diào)度計(jì)劃已經(jīng)幾乎不可能，勉強(qiáng)人工調(diào)度，其結(jié)果只能是效率低下。這是連鑄不可能實(shí)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(shí)現(xiàn)的澆注厚度為 300mm，這樣厚度的鋼板無法實(shí)現(xiàn)高壓縮比。鋼鐵生產(chǎn)工藝復(fù)雜、生產(chǎn)設(shè)備多、物流縱橫交錯(cuò)。(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。(3)啟發(fā)式算法啟發(fā)式算法是一種近乎經(jīng)驗(yàn)和直覺的尋求合理解答的方法，基于對(duì)特定問題特點(diǎn)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]。(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]。文 [21]針對(duì)傳統(tǒng)精確方法在實(shí)際動(dòng)態(tài)JobShop調(diào)度應(yīng)用中的有限性，通過人機(jī)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。文獻(xiàn) [49]在煉鋼連鑄生產(chǎn)工藝的約束條件下，針對(duì)多階段均有并行機(jī)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。日本加古川鋼廠于 1993 年實(shí)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(jìn)行 CRT 化 (大屏幕顯示 )，在線發(fā)行；連鑄機(jī)替換機(jī)能，某連鑄機(jī)發(fā)生故障，隨時(shí)可以替換；在線充當(dāng)機(jī)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。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(dòng)態(tài)鏈接庫的方式實(shí)現(xiàn)其他程序?qū)λ惴ǔ潭鹊恼{(diào)用。(5)澆次：由工藝要求決定的多個(gè)爐次順序構(gòu)成的集合。(13)有澆期模鑄計(jì)劃：按照要求，要在規(guī)定的時(shí)間，即在開澆時(shí)間之前進(jìn)行澆注生產(chǎn)。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(jì)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(duì)于調(diào)度問題的闡述和說明都是在甘特圖基礎(chǔ)上進(jìn)行的。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(shí)對(duì)此過程的調(diào)度管理對(duì)確保鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)的高效運(yùn)行起著非常重要的作用。鋼中含碳量增加，則硬度、強(qiáng)度、脆性都將提高，而延展性能將下降。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(jí)，規(guī)格也不盡相同。②精煉煉鋼爐生產(chǎn)出的鋼水有時(shí)還需要進(jìn)行精煉，鋼水放置在鋼包中,由天車、臺(tái)車運(yùn)送到精煉設(shè)備處，一個(gè)鋼包的容量和一個(gè)爐次的容量相等。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 line④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(gè)跨，4 條臺(tái)車線，7 個(gè)處理位(30，31，40，41，51，52，61)，每?jī)蓚€(gè)相鄰處理位共用一個(gè)臺(tái)車線；? 在制造時(shí)間上，模鑄計(jì)劃的處理時(shí)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(zhǎng)時(shí)間，模鑄時(shí)間與具體鋼種有關(guān)，靜置時(shí)間一般是 4 到 5 個(gè)小時(shí)，最長(zhǎng)的約 8 小時(shí)，有些鋼種的靜置時(shí)間是有最大邊界限制(不能超期靜置)；? 模鑄計(jì)劃在一天內(nèi)大約有 14 條左右，占一天計(jì)劃的 5%~10%；? 模鑄計(jì)劃有一定的優(yōu)先級(jí)規(guī)則，訂單存在交貨期，對(duì)于一些有澆期模鑄訂單，是在要開澆時(shí)間之前生產(chǎn)，對(duì)于一些無澆期模鑄計(jì)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(jì)劃，且具體模鑄計(jì)劃無具體處理位，模鑄計(jì)劃間一般也無東北大學(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 8 作業(yè)順序要求；? 對(duì)于有澆期模鑄訂單，則要在規(guī)定時(shí)間前完成，而且有澆期模鑄計(jì)劃的優(yōu)先級(jí)，是比連鑄計(jì)劃的優(yōu)先級(jí)別高的，即當(dāng)需要有澆期模鑄生產(chǎn)的時(shí)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)。多模式主要體現(xiàn)在：冶煉、精煉是一個(gè)間歇的生產(chǎn)模式，在鑄機(jī)工序部分，連鑄是一個(gè)不間斷的生產(chǎn)模式，要求一個(gè)澆次內(nèi)的所有爐次在連鑄機(jī)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(shí)間以后才可以進(jìn)行下一次澆注；并且由于不同模鑄計(jì)劃對(duì)于開澆時(shí)間的要求不同，這樣導(dǎo)致連鑄和模鑄生產(chǎn)的首先級(jí)別也不同，這樣就產(chǎn)生了不同開澆時(shí)間的模鑄計(jì)劃和連鑄計(jì)劃協(xié)調(diào)生產(chǎn)的組合多模式問題。執(zhí)行層(Manufacturing Execution System，MES)：強(qiáng)調(diào)計(jì)劃的執(zhí)行功能。它是 L3 級(jí)的神經(jīng)，操控指導(dǎo)著 L2 級(jí)，聯(lián)系著 L4 級(jí)，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。Garey等 [44]證明即便對(duì)于單機(jī)調(diào)度問題，如果考慮n個(gè)作業(yè)而每個(gè)作業(yè)只考慮加工時(shí)間與序列有關(guān)的準(zhǔn)備時(shí)間，就等價(jià)于n個(gè)城市TSP 問題。當(dāng)全面建模后，問題的規(guī)模也急劇增大。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(jī)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(jìn)行全面描述，通常對(duì)問題做一些假設(shè)和簡(jiǎn)化，不能充分反應(yīng)生產(chǎn)實(shí)際的復(fù)雜性，所得調(diào)度結(jié)果往往與生產(chǎn)實(shí)際存在差距。本文將深入研究實(shí)際煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)調(diào)度問題，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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)。? 按照爐次計(jì)劃是否開始生產(chǎn)可分為：半爐次計(jì)劃和整爐次計(jì)劃；? 按照爐次計(jì)劃的類別可分為：連鑄計(jì)劃和模鑄計(jì)劃? 按照是否有澆期約束可分為：有澆期模鑄計(jì)劃和無澆期模鑄計(jì)劃按照實(shí)際生產(chǎn)過程中，出現(xiàn)的爐次類別可分為一下六種情況：半爐次連鑄計(jì)劃，半爐次有澆期模鑄計(jì)劃，半爐次無澆期模鑄計(jì)劃，整爐次連鑄計(jì)劃，整爐次有澆期模鑄計(jì)劃，整爐次無澆期模鑄計(jì)劃。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(gè)環(huán)節(jié)：煉鋼、精煉、連鑄/模鑄。因?yàn)橐粋€(gè)工位的異常都會(huì)直接或間接影響到其它工位。在實(shí)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(tái)車不能及時(shí)到位，使得編制好的生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃不能及時(shí)配備到相應(yīng)的主體設(shè)備上，影響主體設(shè)備對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃的執(zhí)行，影響企業(yè)的生產(chǎn)效益。這種多目標(biāo)性導(dǎo)致調(diào)度的復(fù)雜性和計(jì)算量急劇增加。例如，通過生產(chǎn)過程中，要優(yōu)先生產(chǎn)有澆期模鑄計(jì)劃，即應(yīng)先保證有澆期模鑄計(jì)劃在設(shè)定的開澆時(shí)間之前進(jìn)行模鑄澆注，由于有澆期模鑄計(jì)劃在轉(zhuǎn)爐精煉工序?qū)υO(shè)備的選擇優(yōu)