鋼廠生產(chǎn)作業(yè)計劃與調(diào)度的自組織優(yōu)化方法研究.pdf

1、煉鋼生產(chǎn)組織的核心是生產(chǎn)作業(yè)計劃與調(diào)度。合理的生產(chǎn)作業(yè)計劃與調(diào)度是保證生產(chǎn)物流通暢、進行資源合理配置與高效利用，提高設(shè)備利用率，進而提升生產(chǎn)系統(tǒng)的整體運行效率，降低物耗、能耗及成本，增加企業(yè)盈利和企業(yè)競爭力的重要途徑。
　　鋼鐵生產(chǎn)作業(yè)計劃與調(diào)度NP難題作為近年來的研究熱點，其理論和方法已取得明顯進展，并針對特定鋼鐵企業(yè)開發(fā)了一些計劃與調(diào)度系統(tǒng)。但由于鋼鐵生產(chǎn)中存在的多目標(biāo)、多約束，以及不可避免的生產(chǎn)擾動等不確定性影響，導(dǎo)致計劃與

2、調(diào)度方法存在局限，系統(tǒng)的應(yīng)用效果與生產(chǎn)需求間存在較大差距。因此，有必要對這類復(fù)雜的混合流程生產(chǎn)作業(yè)計劃與調(diào)度優(yōu)化方法進行深入研究。本文以煉鋼-連鑄生產(chǎn)計劃制定與調(diào)度優(yōu)化問題為對象，探索描述復(fù)雜煉鋼-連鑄生產(chǎn)流程動態(tài)性的新方法，建立易于控制“連澆”生產(chǎn)的作業(yè)計劃與調(diào)度優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，研究基于遺傳算法與并行倒推算法、改進蟻群算法的作業(yè)計劃與調(diào)度優(yōu)化求解方法，以編制出可執(zhí)行的煉鋼連鑄生產(chǎn)作業(yè)計劃。課題研究在理論和應(yīng)用方面具有重要意義。
　

3、　針對煉鋼生產(chǎn)計劃與調(diào)度特點，提出了考慮煉鋼生產(chǎn)作業(yè)時間不確定性和生產(chǎn)擾動條件下，能適應(yīng)動態(tài)生產(chǎn)環(huán)境變化的煉鋼-連鑄作業(yè)計劃與調(diào)度優(yōu)化方法。首先以生產(chǎn)流程簡化網(wǎng)絡(luò)圖作為作業(yè)計劃與調(diào)度優(yōu)化的對象模型，來描述和表達復(fù)雜的動態(tài)煉鋼生產(chǎn)過程；建立以最小化爐次間的作業(yè)沖突時間和盡早安排連鑄機“開澆”等為目標(biāo)函數(shù)，以滿足連鑄機“連澆”生產(chǎn)等工藝要求為約束條件的煉鋼-連鑄作業(yè)計劃優(yōu)化數(shù)學(xué)模型；設(shè)計以分段實數(shù)編碼和基因分區(qū)交叉操作的改良遺傳算法，并將時

4、間并行倒推算法嵌入形成混合優(yōu)化算法來快速求解數(shù)學(xué)模型。為提高作業(yè)計劃編制中資源配置的有效性和靈活性，又提出一種按生產(chǎn)流程網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的時空逆序關(guān)系設(shè)計的自組織資源配置蟻群算法的作業(yè)計劃優(yōu)化方法；為解決煉鋼-連鑄生產(chǎn)調(diào)度中生產(chǎn)擾動時的重計劃編制問題，按作業(yè)計劃中的爐次是否進入流程開始執(zhí)行進行作業(yè)計劃分類，并分別采用正向時間并行順推與混合優(yōu)化算法或改進蟻群算法進行正在作業(yè)與未作業(yè)的爐次計劃的重計劃；最后，從適用性角度研究了鋼廠生產(chǎn)作業(yè)計劃與調(diào)度

5、優(yōu)化模型的實現(xiàn)技術(shù)。
　　研究工作表明：作為對象模型的生產(chǎn)流程網(wǎng)絡(luò)圖能直觀地表達煉鋼生產(chǎn)中工序與工位間的邏輯關(guān)系，并能體現(xiàn)作業(yè)任務(wù)復(fù)雜的動態(tài)關(guān)系，為增強作業(yè)計劃優(yōu)化模型的適應(yīng)性奠定了基礎(chǔ)；計劃優(yōu)化模型可克服從“控制損失”角度的以懲罰函數(shù)形式的建模思想較難控制“連澆”實現(xiàn)的不足；基于改良遺傳算法和時間并行倒推的混合優(yōu)化算法能較好地解決作業(yè)計劃的時間不確定性優(yōu)化問題，提高計劃的編制效率和可行性；面向生產(chǎn)流程網(wǎng)絡(luò)時空逆序關(guān)系的改進蟻群求

6、解算法避免了常規(guī)蟻群算法以解構(gòu)造圖的求解方式導(dǎo)致的作業(yè)計劃編制任務(wù)的規(guī)模受限的問題，同時可將生產(chǎn)組織原則轉(zhuǎn)化為啟發(fā)式信息，與信息素積累共同決定擇路規(guī)則，能實現(xiàn)自組織計劃編制過程的資源合理配置并得到模型的優(yōu)化解。
　　與文獻的對比實例證明建立的煉鋼-連鑄生產(chǎn)作業(yè)計劃優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，以及混合優(yōu)化算法和改進蟻群算法是有效的，且制定的計劃質(zhì)量優(yōu)于單一的遺傳算法。以攀鋼提釩煉鋼廠在技術(shù)改造中的不同生產(chǎn)流程為對象的生產(chǎn)作業(yè)計劃與調(diào)度優(yōu)化方法的應(yīng)

7、用測試結(jié)果表明：①所提出模型及求解方法能快速進行作業(yè)計劃編制，編制的生產(chǎn)作業(yè)計劃與生產(chǎn)實績有很好相似性，進一步證明了方法的正確性和可行性；并且方法及系統(tǒng)具有較強的適應(yīng)性和靈活性，可滿足生產(chǎn)中不同對象、不同任務(wù)和不同周期計劃制定和調(diào)整的需要；②基于改良遺傳算法與并行倒推算法的混合優(yōu)化算法能優(yōu)化生產(chǎn)作業(yè)時間和縮短爐次作業(yè)前的等待時間，編制的班次煉鋼-連鑄生產(chǎn)作業(yè)計劃可有效縮短平均物流時間5％以上，并明顯減小爐次物流時間的波動幅度；③改進蟻群

8、算法不僅能有效縮短爐次的平均物流時間，而且能自組織實現(xiàn)資源的合理有效配置，使?fàn)t次物流時間的波動幅度更??；④重計劃編制方法能根據(jù)設(shè)備故障、鋼種改判等常見生產(chǎn)擾動時的實時生產(chǎn)情況，在保證正在執(zhí)行作業(yè)計劃作業(yè)連續(xù)性的同時，制定出合理的具有較高可執(zhí)行性的重計劃和重調(diào)度方案，為重調(diào)度提供決策支持。
　　因此，研究工作取得明顯進展，提出并實現(xiàn)的煉鋼-連鑄生產(chǎn)作業(yè)計劃與調(diào)度優(yōu)化方法為復(fù)雜煉鋼生產(chǎn)的相關(guān)問題研究提供了一種新的思路，而且研究成果的應(yīng)