【正文】 調(diào)度問題包括對 連鑄計劃的計劃編制 ， 也能完成含有連鑄模鑄混合計劃的計劃編制 ， 利用 策略的理論和方法，研究煉鋼 連鑄 /模鑄混合生產(chǎn)調(diào)度 的調(diào)度方法，力求在滿足生產(chǎn)的情況下達到計劃的整體優(yōu)化性 。由于調(diào)度問題大都是 NPhard的組合優(yōu)化問題，求解時間隨問題規(guī)模呈指數(shù)增長。 調(diào)度管理關(guān)系 如下圖 所示： 煉 鋼 連 鑄 / 模 鑄 混 合 計 劃 調(diào) 度 管 理 關(guān) 聯(lián) 關(guān) 系L 3L 2L 4調(diào) 度 管 理煉 鐵 生 產(chǎn) 熱 軋 生 產(chǎn)澆 鑄 順計 劃出 鋼 順計 劃煉 鋼煉 鐵熱 軋實 時 運行 狀 態(tài) 圖 煉鋼 連鑄 /模鑄混合計劃調(diào)度管理關(guān)聯(lián)關(guān)系 Diagram of relationship of steelmaking continuous and mould casting schedule management 管理過程的 流程描述： ? L4 下發(fā)澆鑄順計劃給調(diào)度，調(diào)度人員根據(jù)實際情況安排生產(chǎn)，編制出鋼計劃 ； ? 下發(fā)到 L2，執(zhí)行 ； 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 ? L2 實時上傳運行狀態(tài) ； ? 調(diào)度根據(jù)運行狀態(tài)，不斷修正、調(diào)整出鋼順計劃，再次下發(fā) ； ? 以上過程多次反饋 ； ? 煉鐵與煉鋼相互協(xié)調(diào) (鐵鋼對應(yīng) )； ? 煉鋼與熱軋相互協(xié)調(diào) (熱送板坯、保溫緩沖等 )。 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 9 L D 1L D 2L D 33 R H5 R H 15 R H 2L F 1L F 21 C C2 C C3 C CK I P 圖 工藝流程示意圖 Diagram of the sketch map of product 多設(shè)備主要體現(xiàn)在：生產(chǎn)過程中爐次計劃需要進行加工的設(shè)備眾多，包括主要加工階段 (冶煉、精煉和連鑄 /模鑄 )的設(shè)備，另外在生產(chǎn)過程中還涉及天車，臺車，模鑄澆注工位，模鑄澆注錠模等輔助設(shè)備資源的合 理分配，才能保證生產(chǎn)的穩(wěn)定進行。在精煉爐內(nèi)通過添加金屬成分等生產(chǎn)特定鋼級的鋼水。通過碳的氧化造成溶池的激烈沸騰以去除鋼中的氣體和非金東北大學(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 屬雜物其反應(yīng)式為 [37]： FeO C Fe Co? ? ? (2)除去雜質(zhì)。 圖 鋼鐵生產(chǎn)工藝過程 Diagram of the process of steel making 鋼鐵生產(chǎn)是一個高溫、高能耗、 物流量巨大的加工過程，整個生產(chǎn)流程工藝復(fù)雜，工序很多，各工序的工藝約束和目標(biāo)也不盡相 同 [29,30,31,32]。 (6)沖突：同一工位上的兩個或多個單元在作業(yè)時間上的重疊。 (2)熱軋爐前的管制：包括前工序進展情況的監(jiān)視，把 HCR 材的煉鋼～鑄造～切割～輸送的狀況，自動顯示；冷坯在庫檢索，作為 HCR 周期計劃用的活動材、跳躍材的檢索；周期計劃編制。 (2)組合方法 文 [45]提出一種解決實時排序和調(diào)度問題混合方法的框架，綜合運用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法和實時仿真等方法。在深刻認識到調(diào)度問題的內(nèi)在復(fù)雜性以后，啟發(fā)式算法較大程度上依賴于問題特性的理解，其普遍適用性較差，且求解的質(zhì)量也不高。不僅要考慮鋼水到達時間偏差，設(shè)備故障，而且還需考慮鋼水成分不合格、鋼水溫度補償?shù)葎討B(tài)擾動事件。所以，在國內(nèi)現(xiàn)有的鋼鐵企業(yè) MES 實施方案流程中，煉鋼 MES中，包含功能強大且具有實用價值的動態(tài)煉鋼調(diào)度系統(tǒng)已經(jīng)成為 MES 產(chǎn)品競爭不可缺少的關(guān)鍵點之一。 continous casting。 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)計與開發(fā) 作 者 姓 名 ： 指 導(dǎo) 教 師 ： 東北大學(xué)自動化研究中心 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 in The design and development of steelmaking continuous casting and mould casting scheduling system by Zhiyu Zhang Supervisor : Tianyou Chai Northeastern University July 2020 － I－ 獨創(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。 mould casting。 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。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]。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、計算復(fù)雜性和適用性 等方面對于算法進行必要的評價 [11]。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鋼廠的調(diào)度策略，提出一個通過仿真機制控制事件發(fā)生器和專家系統(tǒng)的框架。日本京濱鋼鐵廠生產(chǎn)計劃調(diào)度系統(tǒng)的投入，使鋼水等待時間縮短 1/2，年增效益 100 萬美元。 (7)處理時間：一個單元的作業(yè)時間范圍。鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)調(diào)度是一個東北大學(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、機器設(shè)置和移除時間以及工件等待的高費用 [33,34,35]等。主要包括： ① .脫磷、脫硫。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)過多個精煉工位，而每一個精煉工位對其加工設(shè)備都有工藝精煉類型要求。 多工序主要體現(xiàn)在：整個生產(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)過的精煉重數(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。 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。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。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)度策略與實現(xiàn) 14 第三章 煉鋼 連鑄 /模鑄混合生產(chǎn)調(diào)度策略與實現(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。 本文將 深入研究實際煉鋼 連鑄 /模鑄混合 生產(chǎn)調(diào)度問題 ，根據(jù)現(xiàn)場需求分析建模 、探求有效算法和開發(fā)相應(yīng)的軟件系統(tǒng)。當(dāng)全面建模后，問題的規(guī)模也急劇增大。它是 L3 級的神經(jīng)，操控指導(dǎo)著 L2 級，聯(lián)系著 L4 級，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。 多模式主要體現(xiàn)在：冶煉、精煉是一個間歇的生產(chǎn)模式， 在鑄機工序部分， 連鑄是一個 不間斷的 生產(chǎn)模式 ， 要求一個 澆次 內(nèi)的 所有 爐次在連鑄機連續(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)靜一段時間以后才可以進行下一次澆注；并且由于 不同模鑄計劃對于 開澆時間 的要求不同，這樣導(dǎo)致連鑄和模鑄生產(chǎn)的首先級別也不同，這樣就產(chǎn)生了不同 開澆時間 的模鑄計劃和連鑄計劃協(xié)調(diào)生產(chǎn)的組合多模式問題。 ② 精煉 煉鋼爐生產(chǎn)出的鋼水有時還需要進行精煉，鋼水放置在鋼包中 ,由天車、臺車運送到精煉設(shè)備處，一個鋼包的容量和一個爐次的容量相等。鋼中含碳量增加，則硬度、強度、脆性都將提高，而延展性能將下降。 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，文中對于調(diào)度問題的闡述和說明都是在 甘特圖基礎(chǔ)上進行的。 (5)澆次：由工藝要求決定的多個爐次順序構(gòu)成的集合。 日本加古川鋼廠于 1993 年實現(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行 CRT化 (大屏幕顯示 )，在線發(fā)行；連鑄機替換機能，某連鑄機發(fā)生故障，隨時可以替換；在線充當(dāng)機能，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。文 [21]針對傳統(tǒng)精確方法在實際動態(tài) JobShop調(diào)度應(yīng)用中的有限性，通過 人機交互方式，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。 (3)啟發(fā)式算法 啟發(fā)式算法是一種近乎經(jīng)驗和直覺的尋求合理解答的方法，基于對特定問題特點的理解，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]。鋼鐵生產(chǎn)工藝復(fù)雜、生產(chǎn)設(shè)備多、物流縱橫交錯。 鑒于 當(dāng)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。 Mathematics expression is used to qualitatively analysis the steelmaking continuous casting and mould casting problem. And the differences between continuous casting and mould casting are brought out. The mathematics model is also established. 4. Tested by the actual data, it is verified to be efficacy that the schedule method and policy of the steelmaking continuous casting and mould casting. Keywords： steelmaking。論文中取得的研究成果除加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包括本人為獲得其他學(xué)位而使用過的材料。 batch schedule policy。 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。 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，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。 (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]。文 [47]應(yīng)用多目標(biāo)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)東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒 論 5 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。 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 算東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒 論 6 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。 (8)傳擱時間：工位間的運輸、 傳遞時間。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。 P 可以引起鋼的冷脆，而 S 則引起鋼的熱脆。 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 為熱軋工序或其它工序提供原料。 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 。 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(biāo)的目標(biāo)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(zhǔn)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