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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)碩士學(xué)位論文(更新版)

2024-08-31 12:21上一頁面

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【正文】 當(dāng)前狀態(tài)。多擾動(dòng)主要體現(xiàn)在:生產(chǎn)的過程中由于現(xiàn)場環(huán)境造成時(shí)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(shí)間擾動(dòng)、溫度擾動(dòng)、成份擾動(dòng)等多種擾動(dòng)。IC)生產(chǎn)過程由冶煉、精煉和連鑄 /模鑄三個(gè)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(gè)由冶煉、精煉和連鑄三個(gè)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(jī)和模鑄機(jī)。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 7 ③連鑄精煉后的鋼水運(yùn)往連鑄機(jī)進(jìn)行加工,滿足成份和溫度要求的精煉鋼水被注入連鑄機(jī)上面的大包,鋼水通過大包流入連鑄機(jī)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。高爐鐵水運(yùn)輸?shù)綗掍摖t后,和廢鋼一起傾倒入煉鋼爐中。P 可以引起鋼的冷脆,而 S 則引起鋼的熱脆。從煉鋼工序到連鑄模鑄工序是整個(gè)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。高效實(shí)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。圖 所示為連鑄和模鑄混合生產(chǎn)的調(diào)度計(jì)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(jìn)行表示。(8)傳擱時(shí)間:工位間的運(yùn)輸、傳遞時(shí)間。一個(gè)爐次整個(gè)生產(chǎn)過程中包括多個(gè)生產(chǎn)工位。韓國浦項(xiàng)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(jì)算機(jī)管理系統(tǒng),其核心是實(shí)時(shí)調(diào)度和控制,它能根據(jù)主生產(chǎn)計(jì)劃,實(shí)時(shí)編制詳細(xì)作業(yè)計(jì)劃,通過在線跟蹤系統(tǒng),掌握實(shí)際生產(chǎn)動(dòng)態(tài),對異常情況及時(shí)調(diào)整,確保計(jì)劃順利進(jìn)行。文獻(xiàn) [51]以最小化 makespan為目標(biāo),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(jì)劃、澆次計(jì)劃和作業(yè)時(shí)間表,該文提到僅在第一個(gè)生產(chǎn)階段存在并行機(jī),但給出的求解算法中看不出是如何實(shí)現(xiàn)機(jī)器分配的。文 [47]應(yīng)用多目標(biāo)遺傳算法檢驗(yàn)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(biāo)遺傳算法對批規(guī)模和任務(wù)分配做策略。目前在動(dòng)態(tài)調(diào)度中使用最多的是遺傳算法。(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(yùn)行的邏輯關(guān)系的描述,能夠?qū)ιa(chǎn)調(diào)度方案進(jìn)行比較評價(jià),分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能,并選擇系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)參數(shù) [12]。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(biāo),可以在多項(xiàng)式時(shí)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(biāo)。由于現(xiàn)代生產(chǎn)調(diào)度問題的高度復(fù)雜性,當(dāng)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(shí),往往通過一定的調(diào)度策略將多種算法進(jìn)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(jì)劃與調(diào)度集成策略:生產(chǎn)計(jì)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(jìn)制造模式的思想,同時(shí)能夠提高了生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性。 生產(chǎn)調(diào)度策略生產(chǎn)調(diào)度,即對生產(chǎn)過程進(jìn)行作業(yè)計(jì)劃,作為一個(gè)關(guān)鍵模塊,是整個(gè)先進(jìn)生產(chǎn)制造系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)管理技術(shù)、運(yùn)籌技術(shù)、優(yōu)化技術(shù)、自動(dòng)化與計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的核心。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。(3)根據(jù)作業(yè)加工在線特點(diǎn)分為靜態(tài)調(diào)度和動(dòng)態(tài)調(diào)度。 mould casting。因此研究連鑄/模鑄混合生產(chǎn)煉鋼調(diào)度問題具有較廣泛的應(yīng)用前景和重要的經(jīng)濟(jì)意義。學(xué) 位 論 文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)作 者 姓 名 :指 導(dǎo) 教 師 :東北大學(xué)自動(dòng)化研究中心申請學(xué)位級別: 碩士 學(xué) 科 類 別 :工學(xué)學(xué)科專業(yè)名稱: 控制理論與控制工程論文提交日期: 論文答辯日期:學(xué)位授予日期: 答 辯 委 員 會 主 席 :評 閱 人 :A Thesis for the Degree of Master inThe design and development of steelmaking continuous casting and mould casting scheduling systemby Zhiyu ZhangSupervisor : Tianyou ChaiNortheastern UniversityJuly 2022-I-獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的。目前連鑄工藝還不能完全取代模鑄工藝,模鑄工藝還有重要意義和作用。 continous casting。(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。模鑄工藝在國內(nèi)很多鋼廠都已經(jīng)沒有了模鑄生產(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)度問題研究的意義也是不可小視的。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)國家安全方面也有著不可或缺的作用。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]。通過使用調(diào)度策略應(yīng)用一下方法實(shí)現(xiàn)調(diào)度問題的求解,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。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于算法進(jìn)行必要的評價(jià) [11]。(3)智能搜索方法應(yīng)用于調(diào)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。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)度問題;文 [46]選擇一內(nèi)嵌結(jié)構(gòu)來建立智能仿真模型來評價(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)通過仿真機(jī)制控制事件發(fā)生器和專家系統(tǒng)的框架。文獻(xiàn) [50]針對各階段均有并行機(jī)的HFS煉鋼連鑄生產(chǎn)調(diào)度問題,建立了問題的約束滿足模型,將其歸結(jié)為最小化操作開工時(shí)間偏移的調(diào)度問題。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 萬美元。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 2 第二章 連鑄模鑄混合生產(chǎn)煉鋼調(diào)度過程描述 引言為了方便討論和統(tǒng)一對業(yè)務(wù)對象的理解,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。(7)處理時(shí)間:一個(gè)單元的作業(yè)時(shí)間范圍。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 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 澆 時(shí) 間 1 2 3 4連 鑄 一 個(gè) 澆 次啟 動(dòng) 時(shí) 間 A B開 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。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)度過程描述 5 極為復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)調(diào)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(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。所以煉鋼連鑄/模鑄生產(chǎn)過程是存在多設(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),通過物流運(yùn)輸系統(tǒng)(天車、臺車、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)雜過程。主要包括:①.脫磷、脫硫。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。精煉過程中,每爐鋼都經(jīng)過的規(guī)定數(shù)量的精煉工位加工,即可能一爐鋼要經(jīng)過多個(gè)精煉工位,而每一個(gè)精煉工位對其加工設(shè)備都有工藝精煉類型要求。 煉鋼調(diào)度過程描述 煉鋼調(diào)度特性分析煉鋼連鑄/模鑄混合(SCCamp。多工序主要體現(xiàn)在:整個(gè)生產(chǎn)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(jīng)過的精煉重?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)沒有經(jīng)過精煉的鋼種。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,簡化后續(xù)工作的操作量。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)度管理是這一過程的核心環(huán)節(jié),有著舉足輕重的地位和作用。煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)過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)輸過程中冗于等待時(shí)間盡量小,保證有澆期模鑄計(jì)劃的開澆時(shí)間。為此,如何在模型全面化與有效求解之間權(quán)衡,是調(diào)度過程需解決的問題。其次,從鐵水輸入到鋼坯運(yùn)出,要經(jīng)過鐵水預(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。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。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)場調(diào)度計(jì)劃情況,只會出現(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)場調(diào)度計(jì)劃情況,會出現(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)場調(diào)度計(jì)劃情況,會出現(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 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 整爐次無澆期模鑄計(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)場調(diào)度計(jì)劃情況,會出現(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 整爐次無澆期模鑄計(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 整爐次無澆期模鑄計(jì)劃 半爐次連鑄計(jì)劃 半爐次無澆期模鑄計(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 半爐次無澆期
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