【摘要】：煉鋼-連鑄是整個(gè)鋼鐵生產(chǎn)過程的關(guān)鍵工序之一,在鋼鐵企業(yè)中發(fā)揮著重要作用。煉鋼-連鑄生產(chǎn)過程調(diào)度的優(yōu)化對于提高鋼鐵的質(zhì)量和產(chǎn)量、降低資源消耗、節(jié)約生產(chǎn)成本有著重要的作用。該調(diào)度具有調(diào)度類型多樣、約束復(fù)雜、工序繁多、擾動頻繁等特點(diǎn),其中混合流水車間調(diào)度是煉鋼-連鑄過程的一種調(diào)度模式�；旌狭魉囬g調(diào)度問題(HybirdFlowshop Scheduling Problem,HFSP)是在傳統(tǒng)流水車間調(diào)度問題(Flowshop Scheduling Problem,FSP)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的,是現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)調(diào)度問題的一種。HFSP抽象出的調(diào)度模型是現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中管理、控制的核心部分,現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于電力、造紙、紡織等流程制造行業(yè)中。相比傳統(tǒng)流水車間調(diào)度問題,HFSP具有工序多、階段多、有并行機(jī)器的特點(diǎn)。具有兩個(gè)生產(chǎn)階段且一個(gè)階段具有并行機(jī)的HFSP已被證明是NP-hard問題,復(fù)雜的煉鋼-連鑄HFS調(diào)度問題也是NP-hard問題。針對煉鋼-連鑄混合流水車間調(diào)度問題,本文主要做了以下研究:(1)結(jié)合煉鋼-連鑄混合流水車間調(diào)度的研究背景和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,分析該類調(diào)度問題中存在的特點(diǎn)和難點(diǎn),突出優(yōu)化煉鋼連鑄混合流水車間調(diào)度問題的重要意義。(2)通過介紹煉鋼-連鑄的生產(chǎn)工藝流程和工藝約束,分析了對該問題建模的復(fù)雜性。在考慮建模因素的基礎(chǔ)上,分別以最小化綜合懲罰指標(biāo)、最小化總流經(jīng)時(shí)間、最小化平均駐留時(shí)間為優(yōu)化目標(biāo)建立了煉鋼-連鑄混合流水車間調(diào)度問題的數(shù)學(xué)模型。(3)在分析了常用優(yōu)化方法的基礎(chǔ)上引入了一種新穎的智能優(yōu)化方法——果蠅算法。通過求解標(biāo)準(zhǔn)測試函數(shù),證明了果蠅算法求解優(yōu)化問題是可行的。通過分析標(biāo)準(zhǔn)果蠅算法存在的缺點(diǎn),提出對算法初始化和搜索半徑的改進(jìn),并證明了改進(jìn)后的果蠅算法具有較高的求解性能。為了進(jìn)一步證明改進(jìn)后的果蠅算法的優(yōu)越性,將其和遺傳算法分別對測試函數(shù)求解。結(jié)果表明,改進(jìn)后的果蠅算法求解精度和速度都優(yōu)于遺傳算法。(4)以寶鋼基地的煉鋼-連鑄生產(chǎn)調(diào)度為例,用果蠅算法和遺傳算法求解已建立的數(shù)學(xué)模型。算法設(shè)計(jì)中采用了啟發(fā)式方法、構(gòu)造特殊鄰域解等策略,提高了算法開發(fā)和搜能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明果蠅算法在優(yōu)化煉鋼-連鑄混合流水車間調(diào)度問題時(shí),優(yōu)化精度和速度均優(yōu)于遺傳算法。
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP18;F426.31;F273
【圖文】：

１．３．２混合流水車間調(diào)度問題的分類及子問題逡逑混合流水車間調(diào)度問題的類別主要是根據(jù)約束的不同來分的，可有以下幾種［２７］；逡逑（１）有無限中間存儲能力的混合流水車間調(diào)度問題（Ｈｙｂｒｉｄ邋Ｆｌｏｗｓｈｏｐ邋ＳｃｈｅｄｕＰｒｏｂｌｅｍ邋Ｗｉｔｈ邋Ｕｎｌｉｍｉｔｅｄ邋Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ邋Ｓｔｏｒａｇｅ，邋ＨＦＳ－ＵＩＳ）。這類混合流水車間調(diào)度問在相鄰兩機(jī)器設(shè)備之間工件可以等待任意時(shí)間，直到可以進(jìn)入下一工序階段。但一說，為了保證調(diào)度質(zhì)量應(yīng)盡量降低等待時(shí)間；逡逑（２）有有限中間存儲能力的混合流水車間調(diào)度問題（Ｈｙｂｒｉｄ邋Ｆｌｏｗｓｈｏｐ邋ＳｃｈｅｄｕＰｒｏｂｌｅｍ邋Ｗｉｔｈ邋Ｆｉｎｉｔｅ邋Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ邋Ｓｔｏｒａｇｅ，ＨＦＳ－ＦＩＳ）。此類混合流水車間調(diào)度問題中，鄰兩機(jī)器設(shè)備之間的中間存儲是有限的。如果工件在當(dāng)前機(jī)器上加工完成且中間存滿，則可以在機(jī)器之間等待進(jìn)入下一步；如果當(dāng)前機(jī)器上加工完成，中間存儲己滿一工序正在加工其他工件，則需要在當(dāng)前機(jī)器等待；逡逑（３）有阻塞的混合流水車間調(diào)度問題（Ｈｙｂｒｉｄ邋Ｆ丨ｏｗｓｈｏｐ邋Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ邋Ｐｒｏｂｌｅｍ邋

該調(diào)度問題最終是為了確定以爐次為單位的鋼水何時(shí)、在何種設(shè)備上以何種順序依逡逑次通過轉(zhuǎn)爐（Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ邋Ｆｕｒｎａｃｅ，ＣＦ）、精煉爐（Ｒｅｆｉｎｉｎｇ邋Ｆｕｒｎａｃｅ，ＲＦ）、連鑄機(jī)（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ逡逑Ｃａｓｔｅｒ，邋ＣＣ）的生產(chǎn)過程［５］。整個(gè)鋼鐵生產(chǎn)的流程如圖２．１所示。逡逑煉鋼－連鑄逡逑卜成品坯產(chǎn)品卜逡逑原料邋邐邋！邐邋邐；邐邐逡逑圖２．１鋼鐵生產(chǎn)流程逡逑Ｆｉｇ．２．１邋Ｔｈｅ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｏｆ邋ｓｔｅｅｌｍａｋｉｎｇ逡逑煉鋼－連鑄靜態(tài)調(diào)度問題是指，生產(chǎn)環(huán)境中不考慮生產(chǎn)車間設(shè)備沖突、機(jī)器故障等逡逑突發(fā)事件且滿足各類相關(guān)生產(chǎn)約束的條件下，各個(gè)爐次集合確定，以滿足一些性能指標(biāo)逡逑為目標(biāo)，確定爐次的加工順序、加工機(jī)器以及加工開始時(shí)間等的調(diào)度問題。動態(tài)調(diào)度是逡逑指在煉鋼－連鑄生產(chǎn)過程中存在一些不確定或者突發(fā)的事件，如鋼水溫度不達(dá)標(biāo)、機(jī)器逡逑故障、訂單變化等，這種情況下原調(diào)度計(jì)劃需要調(diào)整，重新調(diào)度。本文主要針對混合流逡逑水車間煉鋼－連鑄靜態(tài)調(diào)度問題進(jìn)行研究。煉鋼＿連鑄靜態(tài)調(diào)度具有以下特點(diǎn)：逡逑（１）

雜的一部分。其復(fù)雜性主要表現(xiàn)在生產(chǎn)復(fù)雜鋼種時(shí)需要經(jīng)過很多加工階段，而有的加工逡逑階段又有多臺并行機(jī)和子階段。精煉階段可以包括一重精煉和多重精煉，轉(zhuǎn)爐可分為脫逡逑Ｃ鋼種轉(zhuǎn)爐和脫Ｐ脫Ｃ鋼種轉(zhuǎn)爐，鑄機(jī)可分為連鑄機(jī)和模鑄機(jī)［４１］。圖２．３為某鋼廠的一逡逑煉鋼－連鑄生產(chǎn)流程，其中冶煉設(shè)備為３臺轉(zhuǎn)爐，精煉設(shè)備有３臺ＲＨ，邋２臺ＣＡＳ，邋１臺逡逑ＫＩＰ與１臺ＬＦ，它們具有不同的功能，連鑄機(jī)有ＩＣＣ、２ＣＣ、３ＣＣ分別代表１、２、３逡逑號碳鋼板坯，并有６條模注線，精煉工藝路徑有有一重、二重、三重和四重，共計(jì)２６逡逑條。由此可見，此流程的復(fù)雜程度很高。逡逑＞■脫邐脫邐＿Ｊｉｉｒｉ邐？逡逑＼邋ｎ邋－邋ｎ邋—逡逑＿邐＋邐＾邐？邋ＣＡＳ邐，連逡逑？邐鑄逡逑——，ＫＩＰ邋邐１機(jī)逡逑Ｓ邐岕法邐Ｉ邐邐？逡逑—邐１邋底邋邐邋邐逡逑＾邋—？邋ＲＨ邋－？邋ＲＨ邋邋？逡逑邐邐５１邐——￣邋——逡逑１邐—？ｒＲＨＴ－�。耍椋校椤�？邋Ｉ逡逑規(guī)邐邋邐邋ｉｎ逡逑——？邋％邐—＞邐—叫邋ＲＨ邋Ｈ邋ＣＡＳ邋Ｉ邐＾逡逑———？蹇邐—，逡逑單聯(lián)法邐一？［邋ＫＩＰＫＩＰ卜》逡逑圖２．３煉鋼－連鑄生產(chǎn)流程逡逑Ｆｉｇ．２．３邋Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ邋Ｆｌｏｗ邋ｆｒｏｍ邋Ｓｔｅｅｌ邋ｍａｋｉｎｇ邋ｔｏ邋Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ邋Ｃａｓｔｉｎｇ逡逑－１９－逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2743510