【摘要】：鋼鐵生產(chǎn)調(diào)度是確定從原料到成品的物理、化學(xué)和機(jī)械性能轉(zhuǎn)化過(guò)程中,物件在各工序生產(chǎn)設(shè)備上的組合、分配及生產(chǎn)時(shí)間;而物流調(diào)度是確定在工序間的存取、搬運(yùn)、運(yùn)輸?shù)茸鳂I(yè)中,物件在物流設(shè)備上的分配、時(shí)間安排及空間位置�？茖W(xué)地確定生產(chǎn)與物流調(diào)度能夠有效提高大型生產(chǎn)和物流設(shè)備利用率、降低在制品庫(kù)存、提升鋼鐵企業(yè)的智能化水平。由于生產(chǎn)與物流調(diào)度決策中包含大量的整數(shù)分配和排序變量,需要同時(shí)滿(mǎn)足多個(gè)管理目標(biāo)的需求以及復(fù)雜的生產(chǎn)工藝要求,使得如何準(zhǔn)確刻畫(huà)鋼鐵生產(chǎn)與物流調(diào)度成為國(guó)際上具有挑戰(zhàn)性的科學(xué)問(wèn)題。在工程上,建模的質(zhì)量直接影響優(yōu)化求解的性能,從而使得生產(chǎn)與物流調(diào)度的建模具有重要的實(shí)際意義。本文針對(duì)鋼鐵制造系統(tǒng)實(shí)際作業(yè)管理中提煉出的生產(chǎn)與物流調(diào)度問(wèn)題進(jìn)行研究,提出了時(shí)空網(wǎng)絡(luò)建模方法和基于凸優(yōu)化的求解方法。針對(duì)混合流水車(chē)間調(diào)度、考慮物流成本的板坯與合同分配、板坯與合同魯棒重分配等生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題,分別提出了時(shí)空網(wǎng)絡(luò)建模、凸松弛、拉格朗日松弛和凸優(yōu)化混合算法;針對(duì)鋼卷庫(kù)區(qū)吊機(jī)調(diào)度、鋼鐵產(chǎn)品轉(zhuǎn)庫(kù)調(diào)度等物流調(diào)度問(wèn)題,分別提出了時(shí)空網(wǎng)絡(luò)建模、近似動(dòng)態(tài)規(guī)劃、拉格朗日分解和凸優(yōu)化混合算法。主要研究?jī)?nèi)容概括如下:(1)針對(duì)鋼鐵制造系統(tǒng)的混合流水車(chē)間調(diào)度問(wèn)題提出一種時(shí)空網(wǎng)絡(luò)建模方法。該建模方法通過(guò)將時(shí)空離散化成網(wǎng)格構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)圖,用圖上的廣義節(jié)點(diǎn)表示工件在機(jī)器上的分配,用圖上的弧表示工件在兩個(gè)相鄰加工階段之間的連接關(guān)系。提出了基于工件開(kāi)始/結(jié)束時(shí)間和工件等待時(shí)間的兩類(lèi)降維策略加速模型求解。計(jì)算實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該時(shí)空網(wǎng)絡(luò)建模方法在計(jì)算效率和質(zhì)量方面優(yōu)于已有建模方法。(2)從鋼鐵企業(yè)制造管理過(guò)程中提煉出一類(lèi)考慮物流成本的板坯與合同分配問(wèn)題。該問(wèn)題需要將煉鋼工序產(chǎn)出的無(wú)委托板坯在滿(mǎn)足板坯和客戶(hù)合同之間適配性要求情況下分配給客戶(hù)合同,使板坯利用率、板坯獲取物流成本及客戶(hù)滿(mǎn)意度達(dá)到最優(yōu)。針對(duì)該問(wèn)題所建立的0-1整數(shù)二次規(guī)劃模型常規(guī)優(yōu)化方法難于求解的問(wèn)題,提出了半正定松弛方法獲得問(wèn)題的下界,開(kāi)發(fā)了基于凸優(yōu)化的啟發(fā)式算法獲得問(wèn)題的近優(yōu)解。通過(guò)生產(chǎn)實(shí)際數(shù)據(jù)的計(jì)算實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提出方法的有效性。(3)從鋼鐵企業(yè)熱軋生產(chǎn)管理中提煉出一類(lèi)板坯與合同魯棒重分配問(wèn)題。該問(wèn)題是針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)出的板坯在質(zhì)量、重量和尺寸方面與設(shè)計(jì)存在偏差導(dǎo)致板坯與合同原有分配關(guān)系需要進(jìn)行重新優(yōu)化。針對(duì)板坯與合同適配參數(shù)的不確定性,提出了魯棒優(yōu)化建模方法,將參數(shù)的魯棒性刻畫(huà)為一個(gè)橢球集合。針對(duì)該模型不能直接求解的困難,通過(guò)數(shù)學(xué)變換將其等價(jià)轉(zhuǎn)化為混合整數(shù)二階錐規(guī)劃,使其能夠直接通過(guò)主流優(yōu)化軟件CPLEX求解小規(guī)模問(wèn)題,構(gòu)造了最大和最小板坯需求個(gè)數(shù)有效不等式加速模型求解。對(duì)于大規(guī)模問(wèn)題,提出了一種拉格朗日松弛和二階錐混合算法能夠近似求解。計(jì)算實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所提出的算法性能優(yōu)于主流優(yōu)化軟件CPLEX�；谒岢龅哪Ｐ秃头椒�,開(kāi)發(fā)了板坯與合同重分配決策支持系統(tǒng),提高了合同完成率,降低了板坯切損量和合同余材量。(4)從鋼卷庫(kù)區(qū)的作業(yè)管理中提煉出一類(lèi)吊機(jī)調(diào)度問(wèn)題。該問(wèn)題需要同時(shí)決策庫(kù)區(qū)中吊機(jī)執(zhí)行鋼卷存取及倒垛任務(wù)的順序以及鋼卷需要移動(dòng)到的位置,從而使得吊機(jī)物流效率最優(yōu)。針對(duì)該問(wèn)題復(fù)雜的工藝要求、物流邏輯以及調(diào)度的時(shí)空耦合特征,提出一種事件驅(qū)動(dòng)的連續(xù)時(shí)間-空間網(wǎng)絡(luò)模型,網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)表示調(diào)度階段結(jié)束時(shí)庫(kù)區(qū)中的位置,弧表示一個(gè)階段中吊機(jī)在兩個(gè)位置間的移動(dòng)。根據(jù)問(wèn)題結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了一個(gè)基于帶cut的二部圖匹配的近似動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法來(lái)求解大規(guī)模的實(shí)際問(wèn)題。計(jì)算實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明提出的模型求解效率優(yōu)于傳統(tǒng)建模方法,提出的近似動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法效率優(yōu)于主流優(yōu)化軟件CPLEX。(5)從鋼鐵企業(yè)物流環(huán)節(jié)中提煉出一類(lèi)產(chǎn)品轉(zhuǎn)庫(kù)調(diào)度問(wèn)題。由最后工序產(chǎn)出的產(chǎn)品存入末端庫(kù)后需要定期轉(zhuǎn)入成品庫(kù)中進(jìn)行物流配送。該問(wèn)題需要在滿(mǎn)足運(yùn)輸工具的能力限制和物流量的均衡要求下決策產(chǎn)品轉(zhuǎn)入成品庫(kù)的時(shí)間和區(qū)位。針對(duì)該問(wèn)題建立了非線性整數(shù)規(guī)劃模型,通過(guò)數(shù)學(xué)變換將物流均衡的非線性目標(biāo)項(xiàng)等價(jià)轉(zhuǎn)化為混合整數(shù)二階錐約束,提出了基于拉格朗日分解和二階錐規(guī)劃的混合算法,構(gòu)造了兩類(lèi)背包有效不等式用于加速子問(wèn)題的求解。計(jì)算實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明提出的算法在大規(guī)模問(wèn)題的求解質(zhì)量和效率方面優(yōu)于主流優(yōu)化軟件。
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TF31
【圖文】：

看做是一種基于離散時(shí)間的方法，即計(jì)劃周期被平均分成很多等長(zhǎng)的時(shí)間單元，逡逑每項(xiàng)任務(wù)的開(kāi)始和結(jié)束都發(fā)生在這些時(shí)間單元的起點(diǎn)和終點(diǎn)上。逡逑圖１．３三地往返航班情況逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｒｏｕｎｄ邋ｔｒｉｐ邋ｆｌｉｇｈｔｓ邋ａｍｏｎｇ邋ｔｈｒｅｅ邋ｃｉｔｉｅｓ逡逑下面以上海（ＳＨＡ）、北京（ＢＪＳ）、沈陽(yáng)（ＳＨＥ）三地之間在一天內(nèi)往返的部逡逑分航班調(diào)度情況為例，簡(jiǎn)要說(shuō)明時(shí)空網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造方法。圖］．３所示為問(wèn)題考慮的逡逑航班情況，其中上海與北京之間往返三次航班，北京與沈陽(yáng)之間往返兩次航班。逡逑如圖１．４所示為該問(wèn)題的航班調(diào)度時(shí)空網(wǎng)絡(luò)，其中水平坐標(biāo)表示時(shí)間，垂直坐標(biāo)逡逑表示地理位置。圖中的箭頭表示飛機(jī)在兩地之間的航行，箭頭上的兩行文字分別逡逑表示航班號(hào)和飛機(jī)型號(hào)。逡逑空間４逡逑ＳＨＡ邋邐＾＾＾＾邋？ｖ邐＊２邐？逡逑＼邐＼邋Ｔ邐＾邐ＣＡ１８８４邋ｆ逡逑ＣＡ－６邐Ｖ邐ＣＡ，５．７邋Ａ３３0邋／逡逑Ｂ７８７邐／邋ＣＡ１５１８邐，邐＼Ｊ逡逑＼邋ｒＢ７＾邋Ａ逡逑ＢＪＳ邋邐邐＾＾９邐？逡逑ＣＡ１６５８邐ＣＡ１６２６邐ＣＡ１６５７邋ＣＡ１６２５逡逑Ｂ７３７邐

出現(xiàn)在非常多的領(lǐng)域和應(yīng)用中，１９４７年美國(guó)數(shù)學(xué)家Ｄａ劃的單純形法，為這門(mén)學(xué)科奠定了基礎(chǔ)。同年美國(guó)數(shù)學(xué)家ｖ，開(kāi)創(chuàng)了線性規(guī)劃的許多新的研究領(lǐng)域，擴(kuò)大了它的應(yīng)５０年代后對(duì)線性規(guī)劃進(jìn)行大量的理論研究，并涌現(xiàn)出一５４年Ｌｅｍｋｅ提出對(duì)偶單純形法，１９５６年Ｔｕｃｋｅｒ提出互ｔｚｉｇ和Ｗｏｌｆｅ提出分解算法等，１９７９年蘇聯(lián)數(shù)學(xué)家Ｋｈａｃｈｉ的橢球算法，并證明它是多項(xiàng)式時(shí)間算法，１９８４年出求解線性規(guī)劃問(wèn)題的內(nèi)點(diǎn)算法，這種算法是一種新的方法求解線性規(guī)劃問(wèn)題在變量個(gè)數(shù)為５０００時(shí)只要單純形。逡逑的研究成果還直接推動(dòng)了其他數(shù)學(xué)規(guī)劃問(wèn)題包括整數(shù)規(guī)劃的算法研究。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多線

第１章緒論逡逑其中ＪＣ為《維決策變量，次和尸為矩陣參數(shù)，ｃ、匕、４、ｅ，和ｇ為向量參數(shù)，｜｜＊｜｜為逡逑向量的歐幾里得范數(shù)。模型中的約束｜｜４ｘ邋＋邋６，｜Ｘ；ｃ邋＋邋ｅ，為二階錐約束。圖１．６所逡逑示為向量＾＝0：１，１２，１３）７＇表達(dá)的一個(gè)三維的二階錐空間｛（；＾，：＾２，：＾）｜0１２＋；＜：２２廣２＜：＞：３｝。逡逑Ｉ零逡逑圖１．６邋—個(gè)三維的二階錐逡逑Ｆｉｇ．邋１．６邋Ａ邋ｔｈｒｅｅ邋ｄｉｍｅｎｔｉｏｎａｌ邋ｓｅｃｏｎｄ－ｏｒｄｅｒ邋ｃｏｎｅ逡逑二階錐規(guī)劃是凸優(yōu)化領(lǐng)域中發(fā)展最成熟的技術(shù)之一，因其優(yōu)美的性質(zhì)和有效逡逑求解算法使得這項(xiàng)技術(shù)廣泛地應(yīng)用在了很多領(lǐng)域，例如二階錐規(guī)劃已經(jīng)被用來(lái)解逡逑決投資組合、調(diào)度、能源計(jì)劃等不同領(lǐng)域的問(wèn)題。逡逑Ａｌｉｚａｄｅｈ邋和邋Ｇｏｌｄｆａｒｂ［３ｌ］綜述了邋ＳＯＣＰ邋的基本概念和應(yīng)用。Ｋａｎｎｏ邋和邋Ｏｈｓａｋｉｆ３２］逡逑針對(duì)電纜網(wǎng)絡(luò)的接觸分析問(wèn)題建立了二階錐規(guī)劃模型，并采用原始－對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)算法逡逑對(duì)其進(jìn)行求解，獲得了電纜網(wǎng)絡(luò)的平衡配置。Ｙａｎ和Ｍａ［３３］將二階錐規(guī)劃建模方逡逑法應(yīng)用于時(shí)空濾波器的最優(yōu)設(shè)計(jì)問(wèn)題，該方法克服了以往研究的缺點(diǎn)，提供了問(wèn)逡逑題的全局最優(yōu)解。８１１＾３５？0１１＾等［３４１將二階錐規(guī)劃方法應(yīng)用于求解帶噪聲和丟失數(shù)逡逑據(jù)的支持向量機(jī)回歸，數(shù)值實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該方法的有效性。逡逑當(dāng)二階錐規(guī)劃中的部分變量取值有整數(shù)限制時(shí)

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

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本文編號(hào)：2774338