【摘要】：隨著我國鋼鐵企業(yè)的飛速發(fā)展,其面臨著的成本、能耗和環(huán)境污染等各方面壓力與日俱增。一方面,僅從局部探討節(jié)能、降本、減排問題,顯然不夠全面,無法實現(xiàn)全局的優(yōu)化。另一方面,現(xiàn)有的系統(tǒng)節(jié)能理論主要圍繞著“載能體”和“系統(tǒng)”兩個基本概念展開,提出了基準物流圖、e-p分析法等重要的研究方法,為鋼鐵企業(yè)的節(jié)能研究做出了重大貢獻。為了進一步揭示鋼鐵企業(yè)的運行規(guī)律,也是對系統(tǒng)節(jié)能理論的完善與補充,本文結(jié)合圖論的基本概念和鋼鐵企業(yè)能流物流基本理論,提出了鋼鐵企業(yè)三維混合建模與集成一般方法和路徑。首先,闡述基于圖論的鋼鐵企業(yè)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的基本描述方法,闡明“點”和“線”是構(gòu)成復(fù)雜鋼鐵企業(yè)系統(tǒng)的兩個最基本組成元素,并對“點”、“線”和“點線集”的含義及其之間的關(guān)系進行的詳細描述;其次,在對能流物流定義的基礎(chǔ)上,重新梳理了鋼鐵企業(yè)能流物流的基本理論,并建立了鋼鐵企業(yè)“點”、“線”和典型“點線集”結(jié)構(gòu)的基本能流物流模型。同時重新定義或提出了,可以表征能流和物流的特征物理量(包括流量、流構(gòu)、流性、流徑等);第三,在對某鋼鐵企業(yè)系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)數(shù)據(jù)(包括能流數(shù)據(jù)和物流數(shù)據(jù))調(diào)研的基礎(chǔ)上,對其典型生產(chǎn)單元或關(guān)鍵設(shè)備(即“點”)的能流物流進行解析,獲得相應(yīng)的解析結(jié)果,為混合建模與集成提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和建模依據(jù);第四,在流量、流性等表征能流和物流特征的物理量描述基礎(chǔ)上,利用解析結(jié)果和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對“點”和“線”的基本運行特性進行分析。分析表明,“點”的物流流量波動會導致其能流也隨之變化,進而會影響能耗、成本等目標。且由于鋼鐵企業(yè)某些“點”中存在斷續(xù)流現(xiàn)象(特別是在鋼后系統(tǒng)),能耗、成本等在其產(chǎn)品上,還表現(xiàn)出了可分攤性的特點。同時,通過對解析結(jié)果進行偏相關(guān)分析可知,各能流物流輸入?yún)?shù)對研究目標(能耗、成本等)的影響程度并不相同,即不同參數(shù)對目標的貢獻率具有差異性。除此以外,對于“線”來說,還表現(xiàn)出了另外一種非常重要的特性,即質(zhì)量和能量上的衰減特性。此外,文中還對以上能流和物流在“點”和“線”上的運行特性進行了案例研究。最后,本文指出了鋼鐵企業(yè)在空間、目標和方法上具有混合集成的特性。因此,本文提出以鋼鐵企業(yè)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)描述為基礎(chǔ),以能流物流為研究手段,以其研究對象(即空間)、研究目標和研究方法為切入點,揭示鋼鐵企業(yè)三維混合建模與集成的本質(zhì),并提出其一般的分析步驟與研究路徑。在此基礎(chǔ)上,對某企業(yè)主生產(chǎn)系統(tǒng)的能耗優(yōu)化和鐵鋼比對成本的影響規(guī)律進行了案例研究。與以上各步驟相對應(yīng),本文分別建立了能流物流的解析模型、“點”和“線”的運行特性分析模型,以及區(qū)域(“點線集”)能耗和成本優(yōu)化模型,實現(xiàn)了鋼鐵企業(yè)系統(tǒng)的混合建模與集成。以某鋼鐵企業(yè)區(qū)域(“點線集”)能耗和成本優(yōu)化模型及其案例分析為例說明,在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)一定的情況下,以各“點”預(yù)測模型為基礎(chǔ),優(yōu)化其流量和流性,即根據(jù)生產(chǎn)計劃,合理的安排各生產(chǎn)單元輸入物流結(jié)構(gòu)和輸出產(chǎn)量,可降低其能耗、成本等。通過對鋼鐵企業(yè)系統(tǒng)的分析,本文實現(xiàn)了鋼鐵企業(yè)復(fù)雜系統(tǒng)的混合建模與集成,并建立了通用建模方法,為鋼鐵企業(yè)系統(tǒng)的研究提供一種新的解決思路。
【圖文】：

１）、闡述本課題研宄的背景和意義；逡逑２）、闡述鋼鐵企業(yè)能流物流研宄現(xiàn)狀；逡逑３）、闡述本課題研究的目標、內(nèi)容和研宄路線。逡逑１．１研宄背景和意義逡逑中國的經(jīng)濟快速持續(xù)的增長，在這一良好的發(fā)展形式下，我國的鋼鐵工業(yè)迎來了較逡逑好的發(fā)展機遇，強有力地支撐了我國工業(yè)化進程和國民經(jīng)濟快速增長［Ｎ２１。通過引進、逡逑消化吸收和自主創(chuàng)新，中國鋼鐵工業(yè)無論是在生產(chǎn)規(guī)模和裝備水平，還是在產(chǎn)品檔次上逡逑都發(fā)生了質(zhì)的變化，己成為世界上最大的鋼鐵生產(chǎn)和消費國。世界粗鋼的產(chǎn)量從１９９６逡逑年的７５０Ｍｍｔ邋（Ｍｉｌｌｉｏｎ邋ｍｅｔｒｉｃ邋ｔｏｎ）增長至２０１２年的１５４５Ｍｍｔ。這主要得益于中國在建逡逑筑業(yè)的帶動作用下，世界鋼鐵工業(yè)產(chǎn)量迅猛增長。世界及主要國家的粗鋼產(chǎn)量如圖１－丨逡逑所示。從圖中可看出，自１９９６年以來，中國粗鋼產(chǎn)量突破ｌＯＯＭｍｔ后，連續(xù)２０多年保逡逑持世界第一，粗鋼產(chǎn)量平均每年的增長率約為１２．４％。逡逑＾￣￣￣￣逡逑

易的最大買家，“中國特需”開始成為影響鐵Ｗ石價格變動的主導因素。在鐵礦石米購逡逑時，國際主要礦石巨頭在進行價格談判中將價格抬高，這無疑對我國鋼鐵工業(yè)形成了需逡逑求的控制，國際鐵礦石價格也由此開始出現(xiàn)大幅上漲，如圖１－２所示為２００９．１月至２０１３．７逡逑月的中國進口鐵礦石價格的變化趨勢。同時，我國使用的鐵礦石含鐵率僅為５８％，相比逡逑國外采用較好資源戰(zhàn)略的國家來說，平均含鐵量減少５％，無形中造成生產(chǎn)過程的成本逡逑增加。逡逑２００逡逑１８０邋－逡逑１６０邋－邋▲逡逑震４。邐＾逡逑｜１00邐Ｖ逡逑８０逡逑６０邋－逡逑４０邐ｔ￣邋ｒ邋ｔ邐ｒ邐ｔ邐ｉ邋＂￣＇＂ｆ邐ｒ邋邋ｆ邐！邋ｆ邐ｔ邐＊！邋逡逑＾邋Ｐ邋＾邋＾邋＾邋＾邋＾邋＾逡逑圖１－２中國進口鐵礦石價格（數(shù)據(jù)來源：進口鐵礦石海關(guān)月度平均價格數(shù)據(jù)）逡逑其次，能源成本的持續(xù)增加。鋼鐵工業(yè)能源成本約占總成本的２０％－４０％左右⑴。因逡逑此，高能源價格成為噸鋼成本增加的重要原因１４］。近年來，隨著鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展，逡逑相應(yīng)的能源需求也在快速增長。而煤炭和電力（目前鋼鐵工業(yè)主要以煤電為主，其本質(zhì)逡逑也是煤炭）是鋼鐵工業(yè)的最基本的能源形式。自２０世紀９０年代以來，中國煤炭的價格逡逑增加幅度巨大，如圖１－３所示。另外，由于技術(shù)和管理等發(fā)展水平不同，，不同鋼鐵企業(yè)逡逑的能源成本壓力也不盡相同。比如
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：F426.31


本文編號：2658384