【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)和機械性能轉(zhuǎn)化過程中,物件在各工序生產(chǎn)設(shè)備上的組合、分配及生產(chǎn)時間;而物流調(diào)度是確定在工序間的存取、搬運、運輸?shù)茸鳂I(yè)中,物件在物流設(shè)備上的分配、時間安排及空間位置。科學(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,需要同時滿足多個管理目標(biāo)的需求以及復(fù)雜的生產(chǎn)工藝要求,使得如何準(zhǔn)確刻畫鋼鐵生產(chǎn)與物流調(diào)度成為國際上具有挑戰(zhàn)性的科學(xué)問題。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際意義。本文針對鋼鐵制造系統(tǒng)實際作業(yè)管理中提煉出的生產(chǎn)與物流調(diào)度問題進行研究,提出了時空網(wǎng)絡(luò)建模方法和基于凸優(yōu)化的求解方法。針對混合流水車間調(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)度問題,分別提出了時空網(wǎng)絡(luò)建模、凸松弛、拉格朗日松弛和凸優(yōu)化混合算法;針對鋼卷庫區(qū)吊機調(diào)度、鋼鐵產(chǎn)品轉(zhuǎn)庫調(diào)度等物流調(diào)度問題,分別提出了時空網(wǎng)絡(luò)建模、近似動態(tài)規(guī)劃、拉格朗日分解和凸優(yōu)化混合算法。主要研究內(nèi)容概括如下:(1)針對鋼鐵制造系統(tǒng)的混合流水車間調(diào)度問題提出一種時空網(wǎng)絡(luò)建模方法。該建模方法通過將時空離散化成網(wǎng)格構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)圖,用圖上的廣義節(jié)點表示工件在機器上的分配,用圖上的弧表示工件在兩個相鄰加工階段之間的連接關(guān)系。提出了基于工件開始/結(jié)束時間和工件等待時間的兩類降維策略加速模型求解。計算實驗結(jié)果表明,該時空網(wǎng)絡(luò)建模方法在計算效率和質(zhì)量方面優(yōu)于已有建模方法。(2)從鋼鐵企業(yè)制造管理過程中提煉出一類考慮物流成本的板坯與合同分配問題。該問題需要將煉鋼工序產(chǎn)出的無委托板坯在滿足板坯和客戶合同之間適配性要求情況下分配給客戶合同,使板坯利用率、板坯獲取物流成本及客戶滿意度達到最優(yōu)。針對該問題所建立的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題,提出了半正定松弛方法獲得問題的下界,開發(fā)了基于凸優(yōu)化的啟發(fā)式算法獲得問題的近優(yōu)解。通過生產(chǎn)實際數(shù)據(jù)的計算實驗驗證了所提出方法的有效性。(3)從鋼鐵企業(yè)熱軋生產(chǎn)管理中提煉出一類板坯與合同魯棒重分配問題。該問題是針對實際生產(chǎn)出的板坯在質(zhì)量、重量和尺寸方面與設(shè)計存在偏差導(dǎo)致板坯與合同原有分配關(guān)系需要進行重新優(yōu)化。針對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)的魯棒性刻畫為一個橢球集合。針對該模型不能直接求解的困難,通過數(shù)學(xué)變換將其等價轉(zhuǎn)化為混合整數(shù)二階錐規(guī)劃,使其能夠直接通過主流優(yōu)化軟件CPLEX求解小規(guī)模問題,構(gòu)造了最大和最小板坯需求個數(shù)有效不等式加速模型求解。對于大規(guī)模問題,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。計算實驗結(jié)果表明,所提出的算法性能優(yōu)于主流優(yōu)化軟件CPLEX。基于所提出的模型和方法,開發(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)從鋼卷庫區(qū)的作業(yè)管理中提煉出一類吊機調(diào)度問題。該問題需要同時決策庫區(qū)中吊機執(zhí)行鋼卷存取及倒垛任務(wù)的順序以及鋼卷需要移動到的位置,從而使得吊機物流效率最優(yōu)。針對該問題復(fù)雜的工藝要求、物流邏輯以及調(diào)度的時空耦合特征,提出一種事件驅(qū)動的連續(xù)時間-空間網(wǎng)絡(luò)模型,網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點表示調(diào)度階段結(jié)束時庫區(qū)中的位置,弧表示一個階段中吊機在兩個位置間的移動。根據(jù)問題結(jié)構(gòu)設(shè)計了一個基于帶cut的二部圖匹配的近似動態(tài)規(guī)劃算法來求解大規(guī)模的實際問題。計算實驗結(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)中提煉出一類產(chǎn)品轉(zhuǎn)庫調(diào)度問題。由最后工序產(chǎn)出的產(chǎn)品存入末端庫后需要定期轉(zhuǎn)入成品庫中進行物流配送。該問題需要在滿足運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)入成品庫的時間和區(qū)位。針對該問題建立了非線性整數(shù)規(guī)劃模型,通過數(shù)學(xué)變換將物流均衡的非線性目標(biāo)項等價轉(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)造了兩類背包有效不等式用于加速子問題的求解。計算實驗結(jié)果表明提出的算法在大規(guī)模問題的求解質(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)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TF31
【圖文】：

看做是一種基于離散時間的方法，即計劃周期被平均分成很多等長的時間單元，逡逑每項任務(wù)的開始和結(jié)束都發(fā)生在這些時間單元的起點和終點上。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（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，簡要說明時空網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造方法。圖］．３所示為問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，北京與沈陽之間往返兩次航班。逡逑如圖１．４所示為該問題的航班調(diào)度時空網(wǎng)絡(luò)，其中水平坐標(biāo)表示時間，垂直坐標(biāo)逡逑表示地理位置。圖中的箭頭表示飛機在兩地之間的航行，箭頭上的兩行文字分別逡逑表示航班號和飛機型號。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年美國數(shù)學(xué)家Ｄａ劃的單純形法，為這門學(xué)科奠定了基礎(chǔ)。同年美國數(shù)學(xué)家ｖ，開創(chuàng)了線性規(guī)劃的許多新的研究領(lǐng)域，擴大了它的應(yīng)５０年代后對線性規(guī)劃進行大量的理論研究，并涌現(xiàn)出一５４年Ｌｅｍｋｅ提出對偶單純形法，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，并證明它是多項式時間算法，１９８４年出求解線性規(guī)劃問題的內(nèi)點算法，這種算法是一種新的方法求解線性規(guī)劃問題在變量個數(shù)為５０００時只要單純形。逡逑的研究成果還直接推動了其他數(shù)學(xué)規(guī)劃問題包括整數(shù)規(guī)劃的算法研究。隨著計算機技術(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＇表達的一個三維的二階錐空間｛（；＾，：＾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)被用來解逡逑決投資組合、調(diào)度、能源計劃等不同領(lǐng)域的問題。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］逡逑針對電纜網(wǎng)絡(luò)的接觸分析問題建立了二階錐規(guī)劃模型，并采用原始－對偶內(nèi)點算法逡逑對其進行求解，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)用于時空濾波器的最優(yōu)設(shè)計問題，該方法克服了以往研究的缺點，提供了問逡逑題的全局最優(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)的支持向量機回歸，數(shù)值實驗結(jié)果驗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

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 李海濤;李蘇劍;蘆永明;吳迪;;連鑄與熱軋工序余材集成匹配模型與算法[J];北京科技大學(xué)學(xué)報;2012年10期

2 田志波;唐立新;任一鳴;趙永明;鄔成新;;基于合成鄰域的蟻群算法求解無委托板坯匹配問題[J];自動化學(xué)報;2009年02期

3 劉士新;董國棟;張濤;;鋼鐵企業(yè)產(chǎn)成品轉(zhuǎn)庫車輛路徑問題優(yōu)化[J];東北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2008年05期

4 李嘉,王夢光,唐立新,宋健海;基于優(yōu)化模型、規(guī)則和人機協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)庫決策支持系統(tǒng)[J];控制與決策;2002年03期

本文編號：2774338