【正文】 的復(fù)雜性，很難用一個(gè)精確的解析模型來(lái)進(jìn)行描述和分析，而通過(guò)運(yùn)行仿真模型來(lái)收集數(shù)據(jù)，則能對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行性能、狀態(tài)等方面的分析，從而，能對(duì)系統(tǒng)采用合適的控制調(diào)度方法 [13,14]。遺傳算法解決調(diào)度問(wèn)題的優(yōu)勢(shì)在于它可以隨機(jī)地從一個(gè)調(diào)度跳到另一個(gè)調(diào)度，從而可以解決其他方法易于使解陷入局部最有的問(wèn)題 [20]。 煉鋼調(diào)度方法研究現(xiàn)狀及應(yīng)用煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)過(guò)程是在高溫下進(jìn)行的物理化學(xué)反應(yīng)和金屬加工變形，具有高溫熔煉、高溫加工等特點(diǎn)，因此生產(chǎn)組織必須充分考慮利用熱能，要求連續(xù)生產(chǎn)，要求前后工序設(shè)備能力上協(xié)調(diào)，在制品在數(shù)量上、時(shí)間上緊密銜接，帶有有限的緩沖。日本和韓國(guó)的鋼鐵公司在解決鋼鐵調(diào)度方面占據(jù)著領(lǐng)先地位。對(duì)于煉鋼連鑄問(wèn)題，已經(jīng)有了大量的學(xué)術(shù)的研究和實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的驗(yàn)證，并已經(jīng)取得了很大的成果，但是國(guó)內(nèi)外對(duì)于煉鋼連鑄/模鑄混合調(diào)度問(wèn)題的研究，卻很少。(2)爐次：一爐鐵水經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)爐冶煉后，順序經(jīng)過(guò)精煉過(guò)程和連鑄過(guò)程的一個(gè)作業(yè)單位，它由多個(gè)連續(xù)的單元組成，相當(dāng)于工件 Job。(9)斷澆：一個(gè)澆次內(nèi)在連鑄工位上，本應(yīng)連續(xù)澆注的各爐次，出現(xiàn)的分?jǐn)嗲闆r。如圖所示，縱軸為設(shè)備列表，表明煉鋼連鑄/模鑄混合過(guò)程中的設(shè)備情況，橫軸是時(shí)間坐標(biāo)軸，表示作業(yè)時(shí)間坐標(biāo)；圖中數(shù)字 14 代表爐次在澆次內(nèi)序號(hào)(這里只畫出一個(gè)澆次的計(jì)劃，實(shí)際生產(chǎn)中是多個(gè)澆次構(gòu)成一個(gè)連連澆 Cast 連續(xù)澆鑄) ，圖中字母“A” 、 “B”表示兩個(gè)模鑄澆次計(jì)劃；爐次“1”表示的一個(gè)半爐次連鑄計(jì)劃，爐次“A ”表示一個(gè)半爐次模鑄計(jì)劃；爐次 24 表示整爐次連鑄計(jì)劃，爐次“B”表示整爐次模鑄計(jì)劃；每條橫線代表一個(gè)機(jī)器設(shè)備，每個(gè)長(zhǎng)方型代表一個(gè)工位，長(zhǎng)方形的長(zhǎng)表示所在機(jī)器上加工時(shí)間的范圍；由虛線連接的多個(gè)長(zhǎng)方形表示一個(gè)爐次，同一個(gè)爐次的兩個(gè)相鄰工位間的虛線表示為運(yùn)輸時(shí)間與冗余等待時(shí)間之和。人類冶煉鋼鐵的歷史可以追溯到公元前一千年。煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)，其精煉環(huán)節(jié)包括一重精煉、二重精煉、三重精煉甚至有四重精煉，而且不同種精煉路徑的爐次計(jì)劃往往會(huì)要在同一班次進(jìn)行生產(chǎn)。脫磷、脫硫的反映如下 [37]： ?FS?加入強(qiáng)堿性氧化物 的目的是使 與其生成穩(wěn)定的磷酸鈣，從而提高渣氧化CaO25脫磷能力。然后通過(guò)加熱將煉鋼爐中的鐵水和廢鋼加工成均勻的液態(tài)鋼水，去除其中的雜質(zhì)和其中所含的碳使其達(dá)到希望的比例。連鑄機(jī)要盡量連續(xù)澆鑄，否則就必須重新引桿開啟鑄機(jī)，每開啟一次連鑄機(jī)需要設(shè)備的調(diào)整時(shí)間和調(diào)整費(fèi)用，而且會(huì)使產(chǎn)量降低。所以煉鋼連鑄/模鑄混合生產(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。調(diào)度目標(biāo)有多個(gè)：由于煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)是一個(gè)多模式，多工序，多擾動(dòng)的問(wèn)題，簡(jiǎn)單的目標(biāo)不能全面綜合產(chǎn)生優(yōu)化的結(jié)果，只能從多個(gè)目標(biāo)體現(xiàn)，包括最小化最大完成時(shí)間、冗余等待時(shí)間最小、負(fù)荷均衡。過(guò)程控制層(Process Control System，PCS)：生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)測(cè)監(jiān)控層由煉鋼各個(gè)生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)測(cè)、監(jiān)控子系統(tǒng)構(gòu)成，完成煉鋼生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)的過(guò)程監(jiān)測(cè)、自動(dòng)化控制及安全監(jiān)測(cè)。例如，通過(guò)生產(chǎn)過(guò)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)先級(jí)高于連鑄計(jì)劃的優(yōu)先級(jí)，這樣就會(huì)給連鑄生產(chǎn)的物流平衡帶來(lái)一定的困難，這就需要在優(yōu)先保證有澆期模鑄計(jì)劃生產(chǎn)的前提下，盡量保證連鑄連連澆cast連續(xù)澆鑄。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。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。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。為了研究煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)，首先來(lái)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。對(duì)于這樣的調(diào)度計(jì)劃，調(diào)度需求是：爐次在設(shè)備上的冗余等待時(shí)間盡量最小，盡量保證連鑄連連澆 cast 連續(xù)生產(chǎn)，盡量保證滿足各個(gè)澆次開澆時(shí)間。,kkK?：工位 的并行機(jī)數(shù)；jj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) 19 ：當(dāng)前生產(chǎn)進(jìn)度時(shí)間，模型求解時(shí) ；nowT 0nowT?：待調(diào)度連鑄爐次的集合， 為總連鑄爐次數(shù)；?,|i??：第 個(gè)連連澆 Cast 中的爐次集合， ，且n 12N?????；12N???：連連澆 Cast 中的第一個(gè)爐次集合；0, :半爐次的批次集合 、整爐次的批次集合 ， ，fHfWfHfWfH???。擬解決的問(wèn)題可以描述為：在現(xiàn)有設(shè)備資源約束下, 根據(jù)各連連澆 Cast 設(shè)定的開澆時(shí)間和有澆期模鑄的開澆時(shí)間約束，為爐次計(jì)劃中的每一爐次 在工位i的處理指派設(shè)備 ，目的是保證生產(chǎn)連續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行的基礎(chǔ)上達(dá)到優(yōu)化的效果jijky[。 ：待調(diào)度模鑄爐次的集合， 為總模鑄爐次數(shù)；? ,|i???：第 個(gè)模鑄的爐次集合， 。這種情況含有的計(jì)劃類型最多，相應(yīng)的目標(biāo)和約束也是最多的，是煉鋼連鑄/ 模鑄混合生產(chǎn)過(guò)程中最復(fù)雜的一種情況。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。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。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。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。 (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。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)。計(jì)劃層(Manufacturing Resources Planning/Enterprise Resources Planning，MRPⅡ/ERP)：強(qiáng)調(diào)企業(yè)的計(jì)劃性?？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。板坯有幾個(gè)重要參數(shù):寬度、厚度、長(zhǎng)度、重量和鋼級(jí)。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。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)。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)。現(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。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。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。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。 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)和開發(fā)了相應(yīng)的動(dòng)態(tài)調(diào)度系統(tǒng)。(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。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。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。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]。(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?；谀壳暗难芯浚瑢?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。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。? 由于銷售計(jì)劃的需要，一些鋼種只能有模鑄工藝生產(chǎn)。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。東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 目 錄－I－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)畢業(yè)論文目錄獨(dú)創(chuàng)性聲明 .................................................................................................................................I摘 要 ........................................................................................................................................IIABSTRACT .............................................................................................................................IV第一章 緒 論 .............................................................................................................................1 課題來(lái)源及意義..................................................................................................................1 生產(chǎn)調(diào)度策略......................................................................................................................2 煉鋼調(diào)度方法研究現(xiàn)狀及應(yīng)用..........................................................................................5 本文主要 工作......................................................................................................................6第二章 連鑄模鑄混合生產(chǎn)煉鋼調(diào)度過(guò)程描述 .................................................................. 8 引言 .................................................................................................................................. 8 煉鋼生產(chǎn)工藝流程 ........................................................................................................ 11 煉鋼調(diào)度過(guò)程描述 ........................................................................................................ 14 煉鋼調(diào)度特性分析 ..........................................