【正文】 當(dāng)前狀態(tài)。多擾動(dòng)主要體現(xiàn)在：生產(chǎn)的過(guò)程中由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境造成時(shí)間偏差、溫度過(guò)低、質(zhì)量成份不合格、設(shè)備故障等問(wèn)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(guò)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(guò)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(tái)轉(zhuǎn)爐設(shè)備、多臺(tái)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(tái)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(guò)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(guò)大包流入連鑄機(jī)的結(jié)晶器拉制成具有一定鋼級(jí)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(duì)鋼鐵生產(chǎn)工藝過(guò)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(guò)程中包括多個(gè)生產(chǎn)工位。韓國(guó)浦項(xiàng)鋼鐵公司的光陽(yáng)鋼鐵廠，開(kāi)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(guò)在線跟蹤系統(tǒng)，掌握實(shí)際生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，對(duì)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(wèn)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(wèn)題，采用交互的方式允許人參與優(yōu)化過(guò)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(duì)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(duì)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(píng)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(duì)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(wèn)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(guò)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(wèn)題研究方法的一種趨勢(shì)，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(duì)生產(chǎn)過(guò)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(wèn)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(kāi)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(qǐng)學(xué)位級(jí)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(huì) 主 席 ：評(píng) 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(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。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(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。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]。(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。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。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。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。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。(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(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。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。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。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(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。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。 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。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。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。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。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。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。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。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(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