流程工業(yè)生產與運輸協(xié)調物流調度理論研究.pdf

1、傳統(tǒng)的生產調度和運輸調度是分開研究的，通常都是將生產放在首要位置而運輸放在一個從屬的地位，即先安排生產調度，然后再相應進行運輸物流調度。然而在實際生產中，由于運輸工具數量和能力的限制，而使工序之間物料的傳遞受到了限制，使得在不考慮運輸情況的生產調度即使是最優(yōu)調度也難以有效的執(zhí)行。一個自然而合理的想法是將生產調度和運輸物流調度協(xié)調進行研究，這樣將有助于提高運輸工具的利用率，使得生產與運輸之間的時間銜接更加精確，從而有效地降低生產和運輸的物

2、流總費用。
　　 流程工業(yè)生產的各個工序之間都存在著運輸問題，如典型的流程工業(yè)-鋼鐵工業(yè)中高爐到煉鋼之間的鐵水需要魚雷車進行運輸、煉鋼到連鑄之間的鋼水需要用吊機和臺車銜接進行運輸，熱軋工序中板坯和冷軋工序中的板卷都需要汽車進行運輸到下游工序。由于流程工業(yè)中的被運件多數都具有溫度高、單價大、各工序的送達時間由于連續(xù)運作而要求苛刻的特點，因此有效地對生產和運輸物流調度進行協(xié)調，將有助于降低能耗、提高生產設備和運輸工具的效率、保障實時

3、性要求和生產的順行。近年來，生產與運輸協(xié)調物流調度越來越多的受到國際學術界的廣泛關注。
　　 本論文以流程工業(yè)中典型的鋼鐵企業(yè)為例，從生產與運輸的位置關系出發(fā)，在三個方面對生產運輸協(xié)調物流調度問題進行研究：生產前運輸、生產間運輸、生產后運輸。具體內容概括如下：
　　 1)生產前運輸與生產協(xié)調調度問題研究(1)從彩涂板生產過程中提煉出一類單機生產前考慮原料運輸的問題，分別考慮工件到達加工機器前的等待時間限制和運輸過程車輛運

4、輸工件個數有限問題，工件加工前等待時間的限制使得問題難度與以往傳統(tǒng)調度問題不同。考慮的目標函數為最小化傳統(tǒng)調度目標與工件成批運輸費用和。對于不同的目標函數分別給出等待時間受限制問題的強NP難證明，對于其中車輛運輸工件數量有限的問題，分別針對不同的目標函數給出多項式時間最優(yōu)算法。
　　 (2)從鋼鐵廠原料運輸過程有多種運輸模式可供選擇的實際中，提煉出一類單機生產前帶有運輸模式選擇的生產與運輸協(xié)調問題，同時考慮工件加工前的等待時間限

5、制。運輸模式選擇和等待時間限制這兩個特點使得問題不同于以往文獻研究的問題。目標函數分別為最小化傳統(tǒng)目標函數與車輛啟動費用之和。對于不同的目標函數分別證明問題是強NP難的，并針對最小化最大完成時間與車輛啟動費用之和問題構造了禁忌搜索算法，同時給出問題的數值計算結果。
　　 (3)從熱板坯運輸過程中提煉出一類生產前運輸熱工件的生產運輸協(xié)調調度問題，其中熱工件的實際處理時間依賴于加工前等待時間，這使得問題不同于傳統(tǒng)的工件處理時間不確定

6、問題?？紤]的目標函數為最小化所有工件最大完成時間。對于工件帶有釋放時間問題給出強NP難的證明，對于生產前運輸車輛數量和運輸能力不同的各種情況，分別給出了問題是強NP難的證明。特別地，對于車輛個數為1、容量為給定常數的情況提出了一個近似算法，并用數值實驗驗證了算法的有效性。
　　 (4)從鋼管加工的實際中提煉出一類帶有生產前運輸的新型流水車間調度問題，工件依次從上游運輸到加工機器上進行切割加工，對于這種新型的生產調度問題考慮出現運

7、輸前后問題難度的變化。對于不考慮生產前運輸的最小化最大完成時間問題給出多項式時間最優(yōu)算法。對于考慮機器間緩沖限制和生產前運輸，目標函數為最小化最大完成時間問題給出問題是強NP難的證明。對于考慮機器間緩沖懲罰，目標函數為最小化最大完成時間與懲罰費用和問題，給出問題是一般意義NP難的證明。同時證明出現運輸前可解問題的最優(yōu)算法作為相關的NP難問題的啟發(fā)式算法，最壞情況與問題最優(yōu)解的比不會超過2，并給出數值實驗。
　　 2)生產間運輸與

8、生產協(xié)調調度的問題的研究(1)從鋼鐵企業(yè)煉鋼-精煉的生產實際中提煉出帶有中間運輸的兩階段生產與運輸協(xié)調調度問題，考慮運輸時間和工件加工前等待時間限制對生產的影響。對于其中一個特殊情況構造了一個界為2的近似算法，并進行了數值實驗，對于這個特殊情況相關的一些可解情況進行了分析。同時把特殊情況的近似算法應用到更實際問題的禁忌搜索算法中，通過界分析方法對實際問題近似算法的有效性進行了理論驗證，同時又通過數值實驗對算法有效性做進一步驗證。

9、　　 (2)在煉鋼-精煉的背景下考慮生產與運輸的協(xié)調，特別的考慮運輸階段存在兩種不同運輸工具相互銜接運輸，這使得問題不同于以往研究的問題。對于一階段生產后帶有兩個運輸工具銜接運輸問題，構造了問題的最優(yōu)算法；接下來把一階段生產后帶有銜接運輸的最優(yōu)算法應用到兩階段生產間運輸問題的禁忌搜索初始解的構造中，用禁忌搜索算法對生產中提煉出的復雜問題進行近似求解，對算法的有效的驗證同樣通過界分析和數值實驗兩種手段實現。
　　 (3)在煉鋼-

10、多重精煉的背景下研究更符合實際的生產運輸協(xié)調調度問題，同樣考慮不同生產設備之間的運輸以及兩種不同類型運輸工具的協(xié)調。對此問題采用了煉鋼一重精煉問題的性質來構造禁忌搜索算法，并通過界分析和數值實驗驗證算法的有效性。
　　 3)生產后運輸與生產協(xié)調調度問題研究從熱板坯生產后的運輸過程中，提煉出一個單機生產后帶有溫降工件的成批運輸問題，其中那些帶有溫降的工件等待運輸時溫度下降。通過溫降函數的引入對調度過程中工件的能量損失進行了度量，這