【正文】 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]。(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。鋼鐵生產(chǎn)工藝復(fù)雜、生產(chǎn)設(shè)備多、物流縱橫交錯。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 1 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。鑒于當前煉鋼廠的已經(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。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。(3)根據(jù)作業(yè)加工在線特點分為靜態(tài)調(diào)度和動態(tài)調(diào)度。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。 生產(chǎn)調(diào)度策略生產(chǎn)調(diào)度，即對生產(chǎn)過程進行作業(yè)計劃，作為一個關(guān)鍵模塊，是整個先進生產(chǎn)制造系統(tǒng)實現(xiàn)管理技術(shù)、運籌技術(shù)、優(yōu)化技術(shù)、自動化與計算機技術(shù)發(fā)展的核心。由于現(xiàn)代生產(chǎn)調(diào)度問題的高度復(fù)雜性，當單一調(diào)度算法難以得到滿意的求解質(zhì)量和求解速度時，往往通過一定的調(diào)度策略將多種算法進行結(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，目前主要的研究策略可分為以下幾種 [5,6,7]：(1)生產(chǎn)計劃與調(diào)度集成策略:生產(chǎn)計劃與調(diào)度的集成研究具有全局優(yōu)化的特征，也符合先進制造模式的思想，同時能夠提高了生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性。經(jīng)典調(diào)度方法：(1)有效最優(yōu)化算法有效最優(yōu)化方法是針對特定的調(diào)度目標，可以在多項式時間內(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。(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)重對系統(tǒng)中運行的邏輯關(guān)系的描述，能夠?qū)ιa(chǎn)調(diào)度方案進行比較評價，分析系統(tǒng)的動態(tài)性能，并選擇系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)參數(shù) [12]。目前在動態(tài)調(diào)度中使用最多的是遺傳算法。文 [47]應(yīng)用多目標遺傳算法檢驗批調(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)，允許多目標遺傳算法對批規(guī)模和任務(wù)分配做策略。文獻 [51]以最小化 makespan為目標，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劃、澆次計劃和作業(yè)時間表，該文提到僅在第一個生產(chǎn)階段存在并行機，但給出的求解算法中看不出是如何實現(xiàn)機器分配的。韓國浦項鋼鐵公司的光陽鋼鐵廠，開發(fā)了從鐵水處理到軋制成材的一體化管理計算機管理系統(tǒng)，其核心是實時調(diào)度和控制，它能根據(jù)主生產(chǎn)計劃，實時編制詳細作業(yè)計劃，通過在線跟蹤系統(tǒng)，掌握實際生產(chǎn)動態(tài)，對異常情況及時調(diào)整，確保計劃順利進行。一個爐次整個生產(chǎn)過程中包括多個生產(chǎn)工位。(8)傳擱時間：工位間的運輸、傳遞時間。圖 所示為連鑄和模鑄混合生產(chǎn)的調(diào)度計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行表示。高效實用的鋼鐵生產(chǎn)調(diào)度必須建立在對鋼鐵生產(chǎn)工藝過程的充分了解基礎(chǔ)之上。從煉鋼工序到連鑄模鑄工序是整個鋼鐵生產(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。P 可以引起鋼的冷脆，而 S 則引起鋼的熱脆。高爐鐵水運輸?shù)綗掍摖t后，和廢鋼一起傾倒入煉鋼爐中。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 ③連鑄精煉后的鋼水運往連鑄機進行加工，滿足成份和溫度要求的精煉鋼水被注入連鑄機上面的大包，鋼水通過大包流入連鑄機的結(jié)晶器拉制成具有一定鋼級和規(guī)格的鋼坯，并為熱軋工序或其它工序提供原料。IC)生產(chǎn)過程由冶煉、精煉和連鑄 /模鑄三個主要階段構(gòu)成，如圖 ，整體煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)過程是一個由冶煉、精煉和連鑄三個生產(chǎn)階段構(gòu)成，一般情況下有多臺轉(zhuǎn)爐設(shè)備、多臺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)及多臺連鑄機和模鑄機。多擾動主要體現(xiàn)在：生產(chǎn)的過程中由于現(xiàn)場環(huán)境造成時間偏差、溫度過低、質(zhì)量成份不合格、設(shè)備故障等問題出現(xiàn)的時間擾動、溫度擾動、成份擾動等多種擾動。AMR 將 MES 定義為“位于上層的計劃管理系統(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)的當前狀態(tài)。 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綜復(fù)雜，加上度量不同指標的目標函數(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)雜性要準確的建模、求解、及時進行計劃編制就要對煉鋼連鑄/ 模鑄混合生產(chǎn)過程中的有澆期模鑄的開澆時間，連鑄的銜接和物流流量因素進行綜合考慮，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。此外，還要考慮有效利用設(shè)備資源、降低成本等。(6)主體設(shè)備與輔助設(shè)備綜合協(xié)調(diào)調(diào)度的復(fù)雜性從國內(nèi)外研究資料表明，對煉鋼連鑄生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)研究均局限在主體設(shè)備(轉(zhuǎn)爐，精煉爐，連鑄機/模鑄機)上，很少有人關(guān)注輔助設(shè)備 (鋼包、天車、臺車，模鑄澆注工位等) 調(diào)度問題。這些工位之間互為供求關(guān)系。雖然有關(guān)煉鋼連鑄的調(diào)度文獻不少，但是由于煉鋼模鑄生產(chǎn)的特殊性和存在模鑄工藝的鋼廠在國內(nèi)本來就是很少，所以關(guān)于存在模鑄生產(chǎn)這個方面的文獻少之又少，而且目前大多數(shù)的煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)調(diào)度都停留在交互式調(diào)度和經(jīng)驗式調(diào)度的水平上。模式 1：整爐次連鑄計劃和半爐次連鑄計劃，這個情況是針對于經(jīng)常出現(xiàn)的煉鋼調(diào)度計劃，對于不含有模鑄計劃組合情況下的計劃編制方法是煉鋼連鑄調(diào)度系統(tǒng)最基本的計劃編制方法。1,ijm?：爐次 在工序 機器 上的緊后爐次；()SIikik：爐次 的工位總數(shù)，由于精煉重數(shù)的不同，所有爐次計劃的工位總數(shù)m不是完全一樣的，最多考慮 4 重精煉，即 ；36i?：爐次 的初始工位數(shù)( )；sii1sii?：機器總臺數(shù)；K：機器序號， ；39。 基于分批調(diào)度的連鑄/模鑄混合計劃策略煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)計劃是由連鑄計劃和模鑄計劃組成的，模鑄計劃又分為有澆期模鑄計劃和無澆期模鑄計劃，模鑄計劃澆次。 ，且n ???12N???????；12N??????：有澆期模鑄集合，R?R???：無澆期鑄集合， ， ???????：爐次 的生產(chǎn)的工位集合， ；i?i i??：爐次 的沒有開始生產(chǎn)的工位集合， ；39。在調(diào)度編制過程中，既考慮連鑄與模鑄計劃和之前計劃銜接的問題，也要考慮有澆期模鑄計劃是要在澆注時間之前生產(chǎn)。在進行計劃編制的時候，調(diào)度計劃有單純連鑄計劃的編制和連鑄/模鑄混合計劃，而且還需要考慮新增計劃和原有調(diào)度計劃對于設(shè)備的占用情況，這樣可以將新增計劃和原有主體設(shè)備的調(diào)度計劃分成一下幾類問題。而且，在實際煉鋼生產(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)度計劃時不愿意多排入計劃，對計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。 存在問題由于現(xiàn)在現(xiàn)場的煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)計劃是由人工排定的，對計劃在以后的執(zhí)行效果沒有一個直觀的、明確的認識，所以很難判斷編制出的調(diào)度計劃是否是最優(yōu)或是較優(yōu)，也難以判斷計劃的問題具體會出現(xiàn)在哪里；而且煉鋼連鑄/ 模鑄混合生產(chǎn)過東北大學(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 12 程要考慮同時考慮連鑄與模鑄混合調(diào)度計劃的路徑和時間的選擇，也要考慮有澆期模鑄計劃的開澆時間帶來的約束以及考慮無澆期模鑄計劃安排開澆時間不確定性帶來的調(diào)度結(jié)果的不同，由于這些原因到現(xiàn)在沒有一套完整的煉鋼連鑄/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。這些構(gòu)成了調(diào)度問題的種種約束。(3)計算復(fù)雜性東北大學(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 11 由于調(diào)度問題是在等式或不等式約束下求性能指標的優(yōu)化，多數(shù)為NP難的組合優(yōu)化問題，即不存在多項式時間的最優(yōu)算法，而且隨著問題規(guī)模增大，求解最優(yōu)化結(jié)果的計算量呈指數(shù)增長，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。L3 層主要是我們的研究對象，而煉鋼連鑄/模鑄混合調(diào)度管理是 L3 層的一個重要的實時工作項。它以客戶訂單和市場需求為計劃源頭，充分利用企業(yè)內(nèi)的各種資源，合理安排生產(chǎn)，降低庫存，提高企業(yè)效益。煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)過程是一個對加工時間、鋼水溫度和質(zhì)量成份都有極高要求的一個多模式、多工序、多設(shè)備、多擾動下的多目標生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化問題。每個爐次生產(chǎn)的鋼水重量都是固定的，一個爐次的鋼水在連鑄機上澆注出來的板坯一般為 1020 塊左右。而在煉鋼爐的輸出方面，每一爐生產(chǎn)的鋼水都具有一個特定的鋼級，煉鋼爐每次加工的鋼水都是一個滿容量。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。煉鋼包括轉(zhuǎn)爐/電弧爐煉鋼和精煉兩個階段，基本任務(wù)包括以下 3 個方面：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 5 (1)脫碳并將其含量調(diào)整到一定范圍。 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)的鐵水進一步冶煉為鋼水，經(jīng)過精煉爐進行精煉后，以保證鋼水的化學(xué)成分和溫度等工藝指標滿足制造工藝的要求, 然后在連鑄機或者模鑄機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。表格形式可以按不同的字段標識進行瀏覽和編輯，其中每一行都是一條爐次計劃，其中包含內(nèi)容如下圖 所示。(11)半爐次計劃：已經(jīng)開始生產(chǎn)，但在澆鑄工位還未開始生產(chǎn)的爐次計劃；(12)整爐次計劃：沒有開始生產(chǎn)的爐次計劃。(4)路徑：一般情況下與爐次對應(yīng)，指一個爐次中各個單元工位的順序集合。主要研究工作包括：1) 在調(diào)研煉鋼調(diào)度現(xiàn)場生產(chǎn)工藝流程、進行調(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)度子系統(tǒng)設(shè)計思想、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。(3)作業(yè)實績的高度可視化，同期作業(yè)的實現(xiàn)，統(tǒng)一管制中心的設(shè)立，一體化最優(yōu)性的實際繪圖機能。文獻 [48]對于在安排煉鋼 連鑄中的時間調(diào)度問題，建立了基于準時制調(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，用標準線性規(guī)劃程序進行求解。交互的作用主要體現(xiàn)在人對過程操作的監(jiān)控方面，如判斷以外事件的發(fā)生，估計動態(tài)變化對調(diào)度性能的影響，以采取適當?shù)牟呗浴Ｖ悄芊椒ǎ?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)信息處理的轉(zhuǎn)折里程碑，鋼鐵調(diào)度專家系統(tǒng)是一個能在鋼鐵調(diào)度領(lǐng)域內(nèi)，以專家的水平去解決該領(lǐng)域中困難問題的計算機程序，通常將鋼鐵調(diào)度領(lǐng)域知識和現(xiàn)場的各種約束表示成知識庫，然后根據(jù)現(xiàn)場實際情況從知識庫中產(chǎn)生調(diào)度方案，并能對意外情況采取相應(yīng)的對策 [16,17]。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(甚至是不可實現(xiàn))的計算代價,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。(4)分解與成組策略:利用分解生產(chǎn)計劃或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 2 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，同時優(yōu)化系統(tǒng)的一些性能指標。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，是面向過程的生產(chǎn)活動與經(jīng)營活動橋梁和紐帶，是現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的關(guān)鍵。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。煉鋼－連鑄/模鑄混合生產(chǎn)調(diào)度應(yīng)屬于多機并行機問題，也是調(diào)度中最難解決的問題之一。激烈的市場競爭也迫使鋼鐵企業(yè)進行轉(zhuǎn)變，批量生產(chǎn)時代正逐漸被適應(yīng)市場動態(tài)變化的生產(chǎn)所替換。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。中國軍標和美國軍標規(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]。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。(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。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。由于制造系統(tǒng)