熱軋并行多產(chǎn)線板坯匹配問題研究.pdf

1、板坯是由煉鋼-連鑄生產(chǎn)出的半成品，通過熱軋加工成板卷。無(wú)委托板坯是由于填充煉鋼大型設(shè)備滿批容量而生產(chǎn)的沒有用戶合同要求的板坯。無(wú)委托板坯匹配是根據(jù)板坯與用戶合同的鋼級(jí)、寬度、長(zhǎng)度、重量等屬性要求，將無(wú)委托板坯合理地分配給有欠量的用戶合同。無(wú)委托板坯是否及時(shí)、合理地分配將影響材料利用率和合同完成率，因此無(wú)委托板坯匹配問題日益受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的重視。
　　本文針對(duì)上述問題，從生產(chǎn)計(jì)劃角度，對(duì)具有板坯動(dòng)態(tài)到達(dá)、匹配模式多樣、板坯產(chǎn)出量

2、和客戶需求隨機(jī)等不同特征的板坯匹配問題進(jìn)行建模和優(yōu)化方法的研究;從生產(chǎn)管理角度，為了評(píng)價(jià)板坯匹配對(duì)運(yùn)作管理的績(jī)效影響，采用基于模型預(yù)測(cè)控制的方法對(duì)績(jī)效邏輯進(jìn)行分析;從實(shí)際應(yīng)用角度，開發(fā)了熱軋并行多產(chǎn)線板坯合同優(yōu)化匹配決策支持系統(tǒng)和鋼鐵運(yùn)作管理績(jī)效決策支持系統(tǒng)。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1)研究了熱軋并行多產(chǎn)線的動(dòng)態(tài)板坯匹配問題，考慮煉鋼-連鑄工序板坯動(dòng)態(tài)產(chǎn)出與期貨合同、潛在合同、自擬合同三種匹配模式。以板坯選擇匹配模式和合同為

3、決策變量，考慮期貨合同完整性、交貨期和安全庫(kù)存等實(shí)際約束，建立0-1整數(shù)規(guī)劃模型，目標(biāo)為最小化板坯-合同匹配費(fèi)用、庫(kù)存存儲(chǔ)費(fèi)用、超量供貨的折扣費(fèi)用、合同欠量的懲罰費(fèi)用、自擬合同的啟動(dòng)費(fèi)用等加權(quán)費(fèi)用。設(shè)計(jì)基于三基因結(jié)構(gòu)編碼策略的分散搜索算法對(duì)問題進(jìn)行快速近優(yōu)求解，引入多鄰域局部搜索機(jī)制和隨機(jī)擾動(dòng)策略來增強(qiáng)算法的深度和廣度搜索能力。仿真數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示所提出算法與商業(yè)求解軟件IBM ILOGCPLEX相比，能夠快速獲得高質(zhì)量解;實(shí)際數(shù)據(jù)的

4、實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示所提出算法優(yōu)于鋼鐵企業(yè)采用的手工排產(chǎn)方法。
　　2)研究了動(dòng)態(tài)板坯匹配問題中的匹配參考時(shí)間推薦問題。為由成分規(guī)格適配性導(dǎo)致暫時(shí)無(wú)法分配給期貨合同的難配板坯決策最大等待時(shí)間（在此之后板坯必須分配給自擬合同）。以歷史板坯和合同數(shù)據(jù)為輸入，采用基于最小二乘支持向量機(jī)的數(shù)據(jù)解析方法來建立板坯匹配參考時(shí)間預(yù)測(cè)模型。為提高預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，提出了分散搜索算法對(duì)數(shù)據(jù)解析模型中的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。計(jì)算實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示使用分散搜索算法進(jìn)行參數(shù)改

5、進(jìn)后最小二乘支持向量機(jī)預(yù)測(cè)模型的均方根誤差為2.40％。
　　3)研究了多階段情形下板坯產(chǎn)出量和客戶需求不確定的隨機(jī)板坯匹配問題，來克服單階段確定性板坯匹配問題只顧短期效益而放棄長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)的局限性。以板坯分配量為決策變量，滿足庫(kù)存平衡、生產(chǎn)和庫(kù)存能力等約束，以最小化生產(chǎn)和庫(kù)存費(fèi)用為目標(biāo)，采用場(chǎng)景樹刻畫隨機(jī)需求的方法，為隨機(jī)板坯匹配問題建立隨機(jī)混合整數(shù)規(guī)劃模型。針對(duì)場(chǎng)景樹建模導(dǎo)致模型規(guī)模大而難以求解的問題，提出了場(chǎng)景聚合的模型降維方法

6、。設(shè)計(jì)帶有隨動(dòng)鄰域的導(dǎo)向性局域搜索的分散搜索算法對(duì)問題進(jìn)行求解。計(jì)算實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，提出的改進(jìn)分散搜索算法能夠求得中小規(guī)模問題最優(yōu)解，對(duì)于大規(guī)模問題，求解時(shí)間和求解質(zhì)量均優(yōu)于商業(yè)求解軟件IBM ILOG CPLEX。
　　4)開發(fā)了熱軋并行多產(chǎn)線板坯合同優(yōu)化匹配決策支持系統(tǒng)。對(duì)某鋼廠熱軋并行多產(chǎn)線的板坯匹配計(jì)劃進(jìn)行詳細(xì)需求分析，以設(shè)計(jì)的多產(chǎn)線板坯合同匹配模型和優(yōu)化算法為核心，開發(fā)了熱軋并行多產(chǎn)線板坯合同優(yōu)化匹配決策支持系統(tǒng)，系統(tǒng)包括

7、數(shù)據(jù)管理模塊、板坯匹配計(jì)劃編制模塊、參數(shù)設(shè)置模塊等，系統(tǒng)提供了柔性化和個(gè)性化的人機(jī)交互界面。該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)某大型鋼鐵企業(yè)，有效提高了無(wú)委托板坯的利用率和合同完成率，降低庫(kù)存和生產(chǎn)物流成本，提高了工作效率。
　　5)開發(fā)了鋼鐵運(yùn)作管理績(jī)效決策支持系統(tǒng)，用于評(píng)價(jià)板坯匹配等對(duì)運(yùn)作管理績(jī)效影響。通過分析板坯匹配與運(yùn)作管理績(jī)效關(guān)系，確定板坯匹配、鋼鐵其他生產(chǎn)材料及合同的關(guān)鍵業(yè)績(jī)指標(biāo)。以板坯匹配相關(guān)指標(biāo)為例，采用模型預(yù)測(cè)控制的思想對(duì)鋼