【正文】 Diagram of relationship of steelmaking continuous and mould casting schedule management管理過程的流程描述：? L4 下發(fā)澆鑄順計劃給調度，調度人員根據(jù)實際情況安排生產(chǎn)，編制出鋼計劃；東北大學碩士學位論文 第二章連鑄模鑄混合生產(chǎn)煉鋼調度過程描述 11 ? 下發(fā)到 L2，執(zhí)行；? L2 實時上傳運行狀態(tài)；? 調度根據(jù)運行狀態(tài)，不斷修正、調整出鋼順計劃，再次下發(fā)；? 以上過程多次反饋；? 煉鐵與煉鋼相互協(xié)調(鐵鋼對應)；? 煉鋼與熱軋相互協(xié)調(熱送板坯、保溫緩沖等)。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。 煉鋼調度復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雜，加上度量不同指標的目標函數(shù)，形成了種類繁多的調度問題，與經(jīng)典調度問題相比，煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)調度問題主要體現(xiàn)出以下特征 :(1)綜合因素分析的復雜性要準確的建模、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聯(lián)性，給因素的精確分析帶來了一定的很大的困難性。例如，通過生產(chǎn)過程中，要優(yōu)先生產(chǎn)有澆期模鑄計劃，即應先保證有澆期模鑄計劃在設定的開澆時間之前進行模鑄澆注，由于有澆期模鑄計劃在轉爐精煉工序對設備的選擇優(yōu)先級高于連鑄計劃的優(yōu)先級，這樣就會給連鑄生產(chǎn)的物流平衡帶來一定的困難，這就需要在優(yōu)先保證有澆期模鑄計劃生產(chǎn)的前提下，盡量保證連鑄連連澆cast連續(xù)澆鑄。另外在進行無澆期模鑄計劃生產(chǎn)的時候，由于無澆期模鑄計劃比有澆期模鑄計劃和連鑄計劃的優(yōu)先級低，在轉爐和精煉階段對于設備選擇的優(yōu)先級別也是最低的，所以無澆期模鑄計劃可能造成整體調度結果不夠優(yōu)化，這樣需要在局部損失一些參數(shù)的優(yōu)化來提高整體的優(yōu)化性能。 (2)建模復雜性煉鋼連鑄 /模鑄混合生產(chǎn)包括煉鋼、精煉、連鑄/模鑄環(huán)節(jié)，同時還有許多輔助環(huán)節(jié)，要進行有效的建模，首先要考慮連鑄，無澆期模鑄和有澆期模鑄由于生產(chǎn)的優(yōu)先級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)、裝卸設備、庫場及搬運系統(tǒng)之間相互影響、相互作用，每個作業(yè)具有到達時間、裝卸時間、準備時間、操作順序及交貨期等屬性，因而實際調度問題相當復雜，這使精確描述其間的約束關系，建立相應數(shù)學模型非常困難。(3)計算復雜性東北大學碩士學位論文 第二章連鑄模鑄混合生產(chǎn)煉鋼調度過程描述 12 由于調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。Garey等 [44]證明即便對于單機調度問題，如果考慮n個作業(yè)而每個作業(yè)只考慮加工時間與序列有關的準備時間，就等價于n個城市TSP 問題。(4)多目標性實際的計劃調度往往是多目標的，并且各個目標之間可能發(fā)生沖突。煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)過程要考慮的首要目標是盡量保證連鑄機連續(xù)澆鑄、鋼水運輸過程中冗于等待時間盡量小，保證有澆期模鑄計劃的開澆時間。此外，還要考慮有效利用設備資源、降低成本等。這種多目標性導致調度的復雜性和計算量急劇增加。(5)多約束性任何一個調度問題都要滿足機器、工件和定單等多方面的約束。煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)工藝過程必須在鐵水仍然熔化的狀態(tài)下完成，每一爐次的等待時間應少于工藝限定的時間；為了使煉鋼連鑄/模鑄混合產(chǎn)量最大，連鑄機盡量不斷澆，保證有澆期模鑄計劃的開澆時間和無澆期模鑄計劃加入生產(chǎn)時的整體優(yōu)化。這些構成了調度問題的種種約束。當全面建模后，問題的規(guī)模也急劇增大。由于調度問題大都是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。為此，如何在模型全面化與有效求解之間權衡，是調度過程需解決的問題。(6)主體設備與輔助設備綜合協(xié)調調度的復雜性從國內外研究資料表明，對煉鋼連鑄生產(chǎn)調度系統(tǒng)研究均局限在主體設備(轉爐，精煉爐，連鑄機/模鑄機)上，很少有人關注輔助設備 (鋼包、天車、臺車，模鑄澆注工位等) 調度問題。在實際生產(chǎn)中容易出現(xiàn)輔助設備的調度同主體設備的調度不協(xié)調現(xiàn)象，造成鋼包、天車和臺車不能及時到位，使得編制好的生產(chǎn)作業(yè)計劃不能及時配備到相應的主體設備上，影響主體設備對生產(chǎn)計劃的執(zhí)行，影響企業(yè)的生產(chǎn)效益。因此輔助設備與主體設備協(xié)調調度方法的研究對整個調度計劃的可行性起到重要作用。而目前主體設備和輔助設備調度的時間尺度不一致，主體設備可以提前預調度，而輔助設備采取實時匹配的原則不做預調度，使得主體設備與輔助設備綜合協(xié)調調度存在極大的困難性。 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)過東北大學碩士學位論文 第二章連鑄模鑄混合生產(chǎn)煉鋼調度過程描述 13 程要考慮同時考慮連鑄與模鑄混合調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度結果的不同，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)調度方案，從而加重了操作人員的工作量，降低了調度過程的效率和調度結果的不優(yōu)化性。因此現(xiàn)在存在以下問題沒有很好的解決：首先，從鋼鐵生產(chǎn)的機理角度講，煉鋼屬于冶金物理化學混合過程，其中的內部規(guī)律很復雜、難以用確定的數(shù)學模型進行全面描述，通常對問題做一些假設和簡化，不能充分反應生產(chǎn)實際的復雜性，所得調度結果往往與生產(chǎn)實際存在差距。到目前為止，還沒有一套完整的、完全實用的數(shù)學模型可供借鑒。其次，從鐵水輸入到鋼坯運出，要經(jīng)過鐵水預處理、混鐵爐存放、轉爐煉鋼、吹Ar處理、鋼水精煉、連鑄機/模鑄機等諸多工位。這些工位之間互為供求關系。因為一個工位的異常都會直接或間接影響到其它工位。所以考慮生產(chǎn)調度時，迫切的需要把煉鋼車間的整個運行過程看成是一個互相影響、緊密結合的統(tǒng)一整體，從整體的角度考慮物流、能量流、時間流的組織與管制。但是，整體優(yōu)化是一個相當復雜的問題，尋求一個最優(yōu)解非常困難。而且，在實際煉鋼生產(chǎn)過程中，由于冶金過程的復雜性和生產(chǎn)實踐諸多的不確定性，加上人為干擾因素，調度人員在編制煉鋼連鑄調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。本文將深入研究實際煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)調度問題，根據(jù)現(xiàn)場需求分析建模、探求有效算法和開發(fā)相應的軟件系統(tǒng)。調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)調度的調度方法，力求在滿足生產(chǎn)的情況下達到計劃的整體優(yōu)化性。東北大學碩士學位論文 第三章煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)調度策略與實現(xiàn) 14 第三章 煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)調度策略與實現(xiàn) 連鑄/模鑄混合調度生產(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)，引起許多學者和研究人員的關注。雖然有關煉鋼連鑄的調度文獻不少，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本來就是很少，所以關于存在模鑄生產(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)調度都停留在交互式調度和經(jīng)驗式調度的水平上。為了研究煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)，首先來研究煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)調度特性，由前面的工藝所述，煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)調度系統(tǒng)主要包括三個環(huán)節(jié)：煉鋼、精煉、連鑄/模鑄。由于有澆期模鑄計劃存在生產(chǎn)交貨期的特殊性，使得調度問題愈加復雜化。生產(chǎn)實際現(xiàn)場的情況的變化也增添調度的復雜性，單一的調度方法很難實現(xiàn)適應現(xiàn)場調度的需求。在進行計劃編制的時候，調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度計劃對于設備的占用情況，這樣可以將新增計劃和原有主體設備的調度計劃分成一下幾類問題。? 按照爐次計劃是否開始生產(chǎn)可分為：半爐次計劃和整爐次計劃；? 按照爐次計劃的類別可分為：連鑄計劃和模鑄計劃? 按照是否有澆期約束可分為：有澆期模鑄計劃和無澆期模鑄計劃按照實際生產(chǎn)過程中，出現(xiàn)的爐次類別可分為一下六種情況：半爐次連鑄計劃，半爐次有澆期模鑄計劃，半爐次無澆期模鑄計劃，整爐次連鑄計劃，整爐次有澆期模鑄計劃，整爐次無澆期模鑄計劃。根據(jù)數(shù)學排列組合公式： ()!()mnC??，在 6 個元素中無先后順序的取出任意非零 個元素，組合方式為：n? m ()12345666NC??根據(jù)多項式數(shù)學公式： ()01 1()nnmnnnxyCxyxyxyC????????東北大學碩士學位論文 第三章煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)調度策略與實現(xiàn) 15 當 時，1xy? ()0112nmnnnCC?????所以 13456066 623N?在實際生產(chǎn)的過程中，有些組合情況調度現(xiàn)場沒有出現(xiàn)過。模式一：只存在六種情況中的一種情況，在實際生產(chǎn)時，當有新增計劃和原有計劃進行調度的時候，一種調度計劃，根據(jù)現(xiàn)有的現(xiàn)場調度計劃情況，只會出現(xiàn)有整爐次連鑄計劃需要進行計劃調度，調度情況如圖 ：調度計劃整爐次連鑄計劃圖 模式一計劃組合情況示意圖 Diagram of plan arrange in model 1模式二：存在六種情況中的兩種情況，在實際生產(chǎn)時，當有新增計劃和原有計劃進行調度的時候，兩種調度計劃，根據(jù)現(xiàn)有的現(xiàn)場調度計劃情況，會出現(xiàn)的調度情況圖 ，整爐次連鑄計劃和其他 5 種爐次計劃的組合，調度情況如圖 ：調度計劃 整爐次連鑄計劃 半爐次無澆期模鑄計劃 整爐次連鑄計劃 半爐次有澆期模鑄計劃 整爐次連鑄計劃 整爐次有澆期模鑄計劃 整爐次連鑄計劃 整爐次無澆期模鑄計劃 整爐次連鑄計劃 半爐次連鑄計劃圖 模式二計劃組合情況示意圖 Diagram of plan arrange in model 2模式三：存在六種情況中的三種情況，在實際生產(chǎn)時，當有新增計劃和原有計劃進行調度的時候，三種調度計劃，根據(jù)現(xiàn)有的現(xiàn)場調度計劃情況，會出現(xiàn)的調度情況有 種，由于組合結果比較多，文中只將現(xiàn)場出現(xiàn)的組合情況列36C出，調度情況如圖 ：調度計劃 整爐次連鑄計劃 整爐次有澆期模鑄計劃 半爐次無澆期模鑄計劃 整爐次連鑄計劃 整爐次有澆期模鑄計劃 整爐次無澆期模鑄計劃 整爐次連鑄計劃 整爐次有澆期模鑄計劃 半爐次連鑄計劃 整爐次連鑄計劃 整爐次有澆期模鑄計劃 半爐次有澆期模鑄計劃 整爐次連鑄計劃 整爐次無澆期模鑄計劃 半爐次無澆期模鑄計劃 整爐次連鑄計劃 整爐次無澆期模鑄計劃 半爐次連鑄計劃 整爐次連鑄計劃 整爐次無澆期模鑄計劃 半爐次有澆期模鑄計劃 整爐次連鑄計劃 半爐次連鑄計劃 半爐次無澆期模鑄計劃 整爐次連鑄計劃 半爐次連鑄計劃 半爐次有澆期模鑄計劃 整爐次連鑄計劃 半爐次有澆期模鑄計劃 半爐次無澆期模鑄計劃圖 模式三計劃組合情況示意圖 Diagram of plan arrange in model 3模式四：存在六種情況中的四種情況，在實際生產(chǎn)時，當有新增計劃和原東北大學碩士學位論文 第三章煉鋼連鑄/模鑄混合生產(chǎn)調度策略與實現(xiàn) 16 有計劃進行調度的時候，四種調度計劃，根據(jù)現(xiàn)有的現(xiàn)場調度計劃情況，會出現(xiàn)的調度情況有 種，由于組合結果比較多，文中只將現(xiàn)場出現(xiàn)的組合情況列46C出，調度情況如圖 ：調度計劃 整爐次連鑄計劃 整爐次有澆期模鑄計劃 整爐次無澆期模鑄計劃 半爐次連鑄計劃 整爐次連鑄計劃 整爐次有澆期模鑄計劃 整爐次無澆期模鑄計劃 半爐次有澆期模鑄計劃 整爐次連鑄計劃 整爐次有澆期模鑄計劃 整爐次無澆期模鑄計劃 半爐次無澆期模鑄計劃 整爐次連鑄計劃 整爐次無澆期模鑄計劃 半爐次連鑄計劃 半爐次有澆期模鑄計劃 整爐次連鑄計劃 整爐次有澆期模鑄計劃 半爐次連鑄計劃 半爐次有澆期模鑄計劃 整爐次連鑄計劃 整爐次無澆期模鑄計劃 半爐次連鑄計劃 半爐次無澆期模鑄計劃 整爐次連鑄計劃 半爐次連鑄計劃 半爐次有澆期模鑄計劃 半爐次無澆期模鑄計劃 整爐次連鑄計劃 整爐次有澆期模鑄計劃 半爐次有澆期模鑄計劃 半爐次無澆期模鑄計劃 整爐次連鑄計劃 整爐次無澆期模鑄計劃 半爐次有澆期模鑄計劃 半爐次無澆期模鑄計劃 整爐次連鑄計劃 整爐次有澆期模鑄計劃 半爐次連鑄計劃 半爐次無澆期模鑄計劃圖 模式四計劃組合情況示意圖 Di