【正文】 爐 次準 備 時 間 靜 置 時 間 當 前 時 間 t模 鑄 一 個 澆 次開 澆 時 間 1 2 3 4連 鑄 一 個 澆 次啟 動 時 間 A B開 澆 時 間 工 位 圖 調度計劃 甘特圖 形式 Diagram of schedule plan show in Gantt paragraph 一般情況下調度計劃有兩種表示形式，甘特圖和表格。 (13)有澆期模鑄計劃：按照要求， 要 在 規(guī)定的時間 ，即在 開澆時間 之前進行澆注生產。它具體明確了某個設備需要順序完成哪些個爐次計劃，在什么時刻開始加工，在什么時刻結束加工；同時也明確了某個爐次計劃在多個設備上的加工次序及作業(yè)時間。 (9)斷澆：一個澆次內在連鑄工位上，本應連續(xù)澆注的各爐次，出現(xiàn)的分斷情況 。 (7)處理時間：一個單元的作業(yè)時間范圍。 (5)澆次：由工藝要求決定的多個爐次順序構成的集合。一個工序可能包含多個工位，例如一個多重精煉工序包含多個工位，每一重精煉就是一個工位。 (2)爐次：一爐鐵水 經過轉爐冶 煉后，順序經過精煉過程和連鑄過程的一個作業(yè)單位 ， 它由多個連續(xù)的單元組成 ， 相當于工件 Job。東北大學碩士學位論文 第 二 章 連鑄模鑄混合生產煉鋼調度過程描述 2 第二章 連鑄模鑄混合生產煉鋼調度過程描述 引言 為了方便討論和統(tǒng)一對業(yè)務對象的理解，特將相關名詞總結如下： (1)工位：也稱為處理位， 指在 一個處理操作過程 中 ，指一個爐次計劃在某個設備上的作業(yè)時間范圍。 5) 采用 C++語言和 Oracle 10g/MSSQL數(shù)據(jù)庫技術建立了調度系統(tǒng)的算法主體部分，并通過建立動態(tài)鏈接庫的方式實現(xiàn)其他程序對算法程度的調用。 本文主要工作 本文以鋼鐵企業(yè) 煉鋼 連鑄 /模鑄混合調度生 產過程 為背景，針對煉鋼 連鑄 /模鑄混合調度問題進行了研究，并設計和開發(fā)了相應的動態(tài)調度系統(tǒng)。 對于煉鋼連鑄問題，已經有了大量的學術的研究和實際現(xiàn)場的驗證，并已經取得了很大的成果， 但是國內外對于煉鋼 連鑄 /模鑄混合調度問題的研究，卻很少。日本京濱鋼鐵廠生產計劃調度系統(tǒng)的投入，使鋼水等待時間縮短 1/2，年增效益 100 萬美元。 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。 (2)利用 AI 技術進行在線的實時調度和重調度，使作業(yè)變動具有一定的靈活性。 日本和韓國的鋼鐵公 司在 解決鋼鐵調度方面 占據(jù)著領先地位 。文獻 [50]針對各階段均有并行機的 HFS煉鋼 連鑄生產調度問題 ,建立了問題的約束滿足模型 ,將其歸結為最小化操作開工時間偏移的調度問題 。 文獻 [49]在煉鋼 連鑄生產工藝的約束條件下，針對多階段均有并行機的生產環(huán)境，建立綜合考 慮爐次的設備指派和作業(yè)調度的混合整數(shù)線性規(guī)劃模型。 在煉鋼 連鑄生產 靜態(tài) 調度 理論 研究的方法方面， 國內外的學者做了大量的研究工作， 數(shù)學規(guī)劃是主要方法 。 煉鋼調度方法研究現(xiàn)狀及應用 煉鋼 連鑄 /模鑄混合生產過程是在高溫下進行的物理化學反應和金屬加工變形，具有高溫熔煉、高溫加工等特點，因此生產組織必須充分考慮利用熱能，要求連續(xù)生產，要求前后工序設 備能力上協(xié)調，在制品在數(shù)量上、時間上緊密銜接，帶有有限的緩沖。文 [4]提出的是一種新的自適應神經網絡和啟發(fā)式算法的混合算法，用于解決工件的調度問題；文 [46]選擇一 內嵌結構來建立智能仿真模型來評價鋼廠的調度策略，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。文 [21]針對傳統(tǒng)精確方法在實際動態(tài) JobShop調度應用中的有限性，通過 人機交互方式，修正許多限制資源的約束能力，從而降低調度問題的復雜性。 組合方法 : (1)基于交互調度的方法 交互式調度，是在建立調度和動態(tài)維護調度的過程中，充分利用人的經驗和能力，通過人與算法的信息交互，調整算法的條件和參數(shù)，迅速獲得較好的可行方案。遺傳算法解決調度問題的優(yōu)勢在于它可以隨機地從一個調度跳到另一個調度，從而可以解決其他方法易于使解陷入局部最有的問題 [20]。 (3)智能搜索方法 應用于調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。 (2)神經網絡方法 Hopfield神經網絡模型的提出為求解各種有約束優(yōu)化問題 開辟了一條新途徑，用Hopfield網絡解決 TSP問題就是其在組合優(yōu)化問題中的最成功的應用之一 [18]。該類方法能夠快速建立問題的解，但通常解質量較差且缺少柔性，否則需要建立復雜的啟發(fā)式規(guī)則 [14]。由于制造系統(tǒng)的復雜性，很難用一個精確的解析模型來進行描述和分析，而通過運行仿真模型來收集數(shù)據(jù)，則能對實際系統(tǒng)進行性能、狀態(tài)等方面的分析，從而，能對系統(tǒng)采用合適的控制調度方法 [13,14]。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量、計算復雜性和適用性 等方面對于算法進行必要的評價 [11]。 (3)啟發(fā)式算法 啟發(fā)式算法是一種近乎經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]。 (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)學規(guī)劃、排隊論、網絡與圖論等方法。調度問題復雜性研究表明，大多數(shù)調度問題屬于 NPhard 問題，對此類問題有效最優(yōu)化算法是不存在的。 通過使用調度策略應用一下方法實現(xiàn)調度問題的求解，比如 最優(yōu)化 方法 、領域搜索方法、基于人工智能和實時智能的各種調度 方法。 東北大學碩士學位論文 第一章 緒 論 3 (5)并行或分布策略 :為適合不同車間控制結構與高度復雜問題的需要，不少學者利用并行或分布策略來解決生產調度問題。基于目前的研究，對于動態(tài)調度的具體策略有周期調度、連續(xù)調度、事件驅動調度、周期與事件驅動混合調度，周期與連續(xù)調度混合等。 (2)人機協(xié)同策略 :現(xiàn)有研究方法的缺陷以及人類獨特的思維能力決定了人機協(xié)同策略的生命力，大量研究表明人機協(xié)同交互策略可以減小系統(tǒng)的搜索時間，能夠在有限的時間、背景知識條件下解決一些困難的調度問題。顯然，為了提 高生產效率，生產調度是企業(yè)系統(tǒng)集成的重中之重 [2,3,4]。鋼鐵生產工藝復雜、生產設備多、物流縱橫交錯。生產調度的研究主要可分為建模和調度算法設計兩方面，它是一個交叉性研究領域，涉及運籌學、數(shù)學、計算機工程、控制工程、工業(yè)工程等多個學科。有效的調度方法和優(yōu)化技術的研究與應用，是實現(xiàn)先進 制造和提高生產效益的基礎和關鍵。 由上述可以看出，模鑄的存在不僅僅從提高設備利用率，提高企業(yè)效益和增加產品種類有著很重要的意義，同時在保護國家安全方面也有著不可或缺的作用。這是連鑄不可能實現(xiàn)的，連鑄的理論最高澆注厚度 為 450mm，現(xiàn)在可東北大學碩士學位論文 第一章 緒 論 2 以實現(xiàn)的澆注厚度為 300mm，這樣厚度的鋼板無法實現(xiàn)高壓縮比。 ? 由于 銷售計劃 的需要，一些鋼種只能有模鑄工藝生產。中國軍標和美國軍標規(guī)定若干場合不得采用連鑄 鋼材，而只能采用模鑄鋼材，連鑄剛才不能取代 [1]。 模鑄工藝在國內很多鋼廠都已經沒有了模鑄生產線，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 /模鑄混合調度問題研究的意義也是不可小視的。 鑒于 當前煉鋼廠的已經有多臺連鑄機和模鑄，精煉設備眾多，精煉重數(shù)多且復雜，再加上煉鋼擾動眾，依賴人 工經驗編制煉鋼調度計劃已經幾乎不可能，勉強人工調度，其結果只能是效率低下。因此動態(tài)調度要根據(jù)系統(tǒng)中作業(yè)、設備等的狀況，不斷地進行調度。靜態(tài)調度是指所有 待安排加工的作業(yè)均處于待加工狀態(tài)，因而進行 1次調度后、各作業(yè)的加工時序被確定、在以后的加工過程中就不再改變。 (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 )調度。在煉鋼區(qū)域，連鑄、模鑄前的煉鋼精練工序從過去的 1 重發(fā)展到現(xiàn)在有 23重甚至更多來滿足市場對高品質產品的需要，并且采用柔性設備和工藝，以滿足柔性的市場需求。 總結與展望 ......................................................................................................................... 64 東北大學碩士學位論文 第一章 緒 論 1 第一章 緒 論 課題 來源 及意義 隨著社會進步和生活水平的提高，市場更加需要具有特色、更高品質、符合顧客個人要求樣式和功能千差萬別的產品。 make plan。 mould casting。 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。 2. It is brought out that the batch splitting scheduling policy of steelmaking continuous casting and mould casting, including the heuristic schedule method of the whole and half continuous casting charge, half continuous casting charge and mixed deadline mould casting charge, the whole continuous casting charge and mixed deadline mould casting charge, and the prehensive method of the steelmaking continuous casting and mould casting batch， on the basis of summing the schedule policy of steelmaking continuous casting and mould casting。主要研究工作包括： 1) 在調研煉鋼調度現(xiàn)場生產工藝流程、進行調度過程描述、分析復雜性基礎上，總結了多生產模式煉鋼 連鑄 /模鑄混合生產調度策略； 2) 以 多生產模式煉鋼 連鑄 /模鑄混合生產調度策略為依據(jù)，提出了連鑄 /模鑄混合計劃分批次調度策略、整半爐次連鑄計 劃調度方法，以及整半爐次連鑄與混合澆期模鑄計劃調度方法，包括半爐次連鑄計劃啟發(fā)式編制方法、整爐次連鑄計劃啟發(fā)式編制方法、 半次連鑄計劃與混合澆期模鑄計劃啟發(fā)式編制方法 、整爐次連鑄與混合澆期模鑄計劃啟發(fā)式編制方法和連鑄 /模鑄混合生產調度批次綜合 方法； 3) 在總結多生產模式連鑄 /模鑄混合生產調度策略基礎上，進行了系統(tǒng) 軟件設計與開發(fā)， 包括 靜態(tài)調度 、初始化、數(shù)據(jù)輸入 /輸出、人機界面、數(shù)據(jù)處理以及主體算法模塊； 4) 應用現(xiàn)場實際數(shù)據(jù)進行測試，驗證了調度整體解決方案、 連鑄 /模鑄混合生產調度策略 和調度方法的有效性。因此研究連鑄 /模鑄混合生產煉鋼調度問題具有較廣泛的應用前景和重要的經濟意義。煉鋼 連鑄 /模鑄混合生產過程是高溫作業(yè)過程，實時性要求高，時間效益顯著，復雜性增加。本人同意東北大學可以將學位論文的全部或部分內容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索、交流 。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示誠摯的謝意。 學 位 論 文 連鑄和模鑄混合生產煉鋼調度系統(tǒng)設計與開發(fā) 作 者 姓 名 ： 指 導 教 師 ： 東北大學自動化研究中心 申請學位級別 ： 碩士 學 科 類 別 ： 工學 學科專業(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 developme