【正文】 處理流程 ................................................................................... 45 初始化模塊處理流程 ........................................................................................ 45 數(shù)據(jù)輸入模塊處理流程 ................................................................................... 45 數(shù)據(jù)輸出模塊處理流程 .................................................................................... 46 主體算法模塊處理流程 .................................................................................... 47 靜態(tài)調(diào)度子系統(tǒng)開發(fā) ................................................................................................... 49 人機(jī)界面設(shè)計(jì) .................................................................................................... 49 主要的 數(shù)據(jù)表及字段 ........................................................................................ 55 第 5 章 混合生產(chǎn)煉鋼調(diào)度系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 ....................................................................... 57 課題背景 ....................................................................................................................... 57 組織機(jī)構(gòu) ....................................................................................................................... 57 設(shè)備條件 ............................................................................................................ 58 工藝流程 ............................................................................................................ 59 系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) ........................................................................................... 59 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 ....................................................................................................................... 60 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證效果 ...................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。激烈的市場競爭也迫使鋼鐵企業(yè)進(jìn)行轉(zhuǎn)變，批量生產(chǎn)時(shí) 代正逐漸被適應(yīng)市場動(dòng)態(tài)變化的生產(chǎn)所替換。 調(diào)度問題的分類方法有許多種，如： (1)根據(jù)加工系統(tǒng)的復(fù)雜度分為單機(jī)和多機(jī)并行調(diào)度。 (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。動(dòng)態(tài)調(diào)度是作業(yè)依次進(jìn)入待加工狀態(tài)、各種作業(yè)不斷進(jìn)入系統(tǒng)接受加工，完成加工的作業(yè)又不斷地 離開，同時(shí)還要考慮作業(yè)環(huán)境中不斷出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)擾動(dòng)、如作業(yè)的加工超時(shí)、設(shè)備的損壞等。煉鋼－連鑄 /模鑄混合生產(chǎn)調(diào)度應(yīng)屬于多機(jī)并行機(jī) 問題，也是調(diào)度中最難解決的問題之一。所以，在國內(nèi)現(xiàn)有的鋼鐵企業(yè) MES 實(shí)施方案流程中，煉鋼 MES中，包含功能強(qiáng)大且具有實(shí)用價(jià)值的動(dòng)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(diǎn)之一。 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。 ? 模鑄的增加可以實(shí)現(xiàn)銷售計(jì)劃，物流平衡和增加設(shè)備利用率。例如： 可澆注 成份質(zhì)量要求很高鎮(zhèn)靜鋼，最高可以澆注 900mm厚度的鋼板， 3~5 壓縮比，滿足特種鋼材的要求，比如軍工用鋼。 ? 物流平衡，處理成分不行的鋼水，可以澆注成份質(zhì)量不是很高要求的壓蓋鋼；處理一些連鑄不能澆注的鋼水，進(jìn)行模鑄澆 注處理，以后再進(jìn)行切割后再處理；在連鑄生產(chǎn)節(jié)奏相對于轉(zhuǎn)爐精煉工序慢很多的時(shí)候，會(huì)有一些鋼水不能進(jìn)行合理的連鑄澆注生產(chǎn)，這個(gè)時(shí)候要分配給模鑄生產(chǎn)，調(diào)節(jié)整體加工生產(chǎn)的節(jié)奏。 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。改善生產(chǎn)調(diào)度方案，可以大大提高生產(chǎn)效益和資源利用率，進(jìn)而增強(qiáng)企業(yè)的競爭能力。利用科學(xué)的生產(chǎn)調(diào)度方法是集成制造系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢，是面向過程的生產(chǎn)活動(dòng)與經(jīng)營活動(dòng)橋梁和紐帶，是現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的關(guān)鍵。不僅要考慮鋼水到達(dá)時(shí)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(bǔ)償?shù)葎?dòng)態(tài)擾動(dòng)事件。 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。 (3)動(dòng)態(tài)重調(diào)度策略 :車間制造過程的隨時(shí)性和不確定性需要不斷的進(jìn)行重調(diào)度，以處理突發(fā)的事件。 (4)分解與成組策略 :利用 分解生產(chǎn)計(jì)劃或 CT(Cmup Technology)的調(diào)度策略可以大大降低問題的復(fù)雜性和規(guī)模，求得調(diào)度問題的較優(yōu)解，同時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)的一些性能指標(biāo)。 (6)多目標(biāo)權(quán)衡決策 :實(shí)際調(diào)度問題是多目標(biāo)的，且這些目標(biāo)往往相互沖突，如何對調(diào)度系統(tǒng)的不同目標(biāo)進(jìn)行權(quán)衡分析，實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)調(diào)度優(yōu)化是十分必要的。 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)。因此，有效最優(yōu)化算法只適用于特定或相對窄的問題 領(lǐng)域 [8]。由于調(diào)度問題固有的組合特征，搜索過程中通常引起“組合爆炸”，帶來求解計(jì)算的困難 性和復(fù)雜性，精確最優(yōu)化方法為追求問題求解的最優(yōu)性而要付出極大 (甚至是不可實(shí)現(xiàn) )的計(jì)算代價(jià) ,這類方法一般僅可處理小規(guī)模問題或某類特定問題，應(yīng)用局限性較大。在深刻認(rèn)識(shí)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。 (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]。 (5)構(gòu)造性方法 其 主要包括優(yōu)先分配規(guī)則 (譬如 SPT,LRM,MWR)、基于瓶頸的啟發(fā)式算法和插入方東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒 論 4 法 等。 智能方法： (1)專家系統(tǒng) 專家系統(tǒng)是人工智能從數(shù)值信息處理轉(zhuǎn)向非數(shù)值 (知識(shí) )信息處理的轉(zhuǎn)折里程碑，鋼鐵調(diào)度專家系統(tǒng)是一個(gè)能在鋼鐵調(diào)度領(lǐng)域內(nèi)，以專家的水平去解決該領(lǐng)域中困難問題的計(jì)算機(jī)程序，通常將鋼鐵調(diào)度領(lǐng)域知識(shí)和現(xiàn)場的各種約束表示成知識(shí)庫，然后根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況從知識(shí)庫中產(chǎn)生調(diào)度方案，并能對意外情況采取相應(yīng)的對策 [16,17]。它的主要思路是 :通過一個(gè) Lyaplmov能量函數(shù)構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)的極值，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)迭代收斂時(shí)，能量函數(shù)達(dá)到極小，使與能量函數(shù)對應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)得到優(yōu)化 [19]。目前在動(dòng)態(tài)調(diào)度中使用最多的是遺傳算法。另外，它還具有計(jì) 算速度快且易于與其他算法相結(jié)合的有點(diǎn)，非常適合于解決動(dòng)態(tài)調(diào)度的問題。交互的作用主要體現(xiàn)在人對過程操作的監(jiān)控方面，如判斷以外事件的發(fā)生，估計(jì)動(dòng)態(tài)變化對調(diào)度性能的影響，以采取適當(dāng)?shù)牟呗浴? (2)組合方法 文 [45]提出一種解決實(shí)時(shí)排序和調(diào)度問題混合方法的框架，綜合運(yùn)用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法和實(shí)時(shí)仿真等方法。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)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。鋼鐵 生產(chǎn)是一個(gè)多階段、離散和連續(xù)加工方式并存的復(fù)雜過程，大部分鋼鐵調(diào)度問題都是 NP難問題 。文獻(xiàn) [48]對于在安排煉鋼 連鑄中的時(shí)間調(diào)度問題，建立了基于準(zhǔn)時(shí)制調(diào)度思想的數(shù)學(xué)模型 (連續(xù)變量 )，經(jīng)過變換 , 將非線性規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化為線性規(guī)劃問題，用標(biāo)準(zhǔn)線性規(guī)劃程序進(jìn)行求解。在探討爐次設(shè)備指派規(guī)則、緩解資源 沖突的方法的基礎(chǔ)上，提出面向?qū)嶋H應(yīng)用 的啟發(fā)式算法。 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。 九十年代初期日本京濱鋼鐵廠利用 AI 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了從高爐～煉鋼～連鑄～熱軋的一體化調(diào)度系統(tǒng)，它的特征有： (1)需求模擬仿真、過程間負(fù)荷的調(diào)整的長期預(yù)測和關(guān)于生產(chǎn)量、交貨期、合理化的最優(yōu)性的評價(jià)。 (3)作業(yè)實(shí)績的高度可視化，同期作業(yè)的實(shí)現(xiàn)，統(tǒng)一管制中心的設(shè)立，一體化最優(yōu)性的實(shí)際繪圖機(jī)能。 (2)熱軋爐前的管制：包括前工序進(jìn)展情況的監(jiān)視，把 HCR 材的煉鋼～鑄造～切割～輸送的狀況，自動(dòng)顯示；冷坯在庫檢索，作為 HCR 周期計(jì)劃用的活動(dòng)材、跳躍材的檢索；周期計(jì)劃編制。 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) 算東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒 論 6 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。 本課題是以國內(nèi)某大型鋼鐵企業(yè)為研究背景，針對于該企業(yè)的特殊模鑄工藝存在的特點(diǎn)為研究背景，提出了針對煉鋼 連鑄 /模鑄混合生產(chǎn)加工的特殊工藝情況，提出解決方法。主要研究工作包括： 1) 在調(diào)研煉鋼調(diào)度現(xiàn)場生產(chǎn)工藝流程、進(jìn)行調(diào)度過程描述、分析復(fù)雜性基礎(chǔ)上，總結(jié)了多生產(chǎn)模式煉鋼 連鑄 /模鑄混合生產(chǎn)調(diào)度策略； 2) 以多生產(chǎn)模式煉鋼 連鑄 /模鑄混合生產(chǎn)調(diào)度策略為依據(jù)，提出了連鑄 /模鑄混合計(jì)劃分批次調(diào)度策略、整半爐次連鑄計(jì)劃調(diào)度方法，以及整半爐次連鑄與混合澆期模鑄計(jì)劃調(diào)度方法，包括半爐次連鑄計(jì)劃啟發(fā)式編制方法、整爐次連鑄計(jì)劃啟發(fā)式編制方法、半次連鑄計(jì)劃與混合澆期模鑄計(jì)劃啟發(fā)式編制方法、整爐次連 鑄與混合澆期模鑄計(jì)劃啟發(fā)式編制方法和連鑄 /模鑄混合生產(chǎn)調(diào)度批次綜合方法； 3) 在總結(jié)多生產(chǎn)模式連鑄 /模鑄混合生產(chǎn)調(diào)度策略基礎(chǔ)上，進(jìn)行了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)，包括靜態(tài)調(diào)度 子系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想 、初始化、數(shù)據(jù)輸入 /輸出、人機(jī)界面、數(shù)據(jù)處理以及主體算法模塊； 4) 應(yīng)用現(xiàn)場實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行測試，驗(yàn)證了調(diào)度整體解決方案、連鑄 /模鑄混合生產(chǎn)調(diào)度策略和調(diào)度方法的有效性。 6) 通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)的模擬驗(yàn)證，通 過甘特圖和表格的方式顯示得到仿真測試的結(jié)果，可以看出，對于煉鋼 連鑄 /模鑄混合生產(chǎn)計(jì)劃的編制結(jié)果可以達(dá)到功能要的要求，并且通過軟件的測試，調(diào)度的方法可以在比較短的時(shí)間內(nèi)得到滿意的結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了煉鋼 連鑄 /模鑄混合生產(chǎn)計(jì)劃的計(jì)劃編制。一個(gè)爐次整個(gè)生產(chǎn)過程中包括多個(gè)生產(chǎn)工位。 (3)工序：指煉鋼過程的階段數(shù)，一般包括冶煉工序、精煉工序和連鑄 /模鑄 工序。 (4)路徑：一般情況下與爐次對應(yīng)，指一個(gè)爐次中各個(gè)單元工位的順序集合。 (6)沖突：同一工位上的兩個(gè)或多個(gè)單元在作業(yè)時(shí)間上的重疊。 (8)傳擱時(shí)間：工位間的運(yùn)輸、 傳遞時(shí)間。 (10)煉鋼 連鑄 /模鑄調(diào)度計(jì)劃： 簡稱調(diào)度計(jì)劃，它指定各作業(yè)的執(zhí)行設(shè)備以及在該設(shè)備上執(zhí)行的開始時(shí)刻和結(jié)束時(shí)刻。 (11)半爐次計(jì)劃 ： 已經(jīng)開始生產(chǎn)，但在澆鑄工位還未開始生產(chǎn)的爐次計(jì)劃； (12)整爐次計(jì)劃 ： 沒有開始生產(chǎn)的爐次計(jì)劃。 (14)無澆期模鑄計(jì)劃：在保證有澆期模鑄計(jì)劃和連鑄計(jì)劃生產(chǎn)順利進(jìn)行的前提下，可以在任意時(shí)間生產(chǎn)，但是要兼顧整體生產(chǎn)的優(yōu)