鋼廠生產(chǎn)作業(yè)計(jì)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(jì)劃與調(diào)度。合理的生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃與調(diào)度是保證生產(chǎn)物流通暢、進(jìn)行資源合理配置與高效利用，提高設(shè)備利用率，進(jìn)而提升生產(chǎn)系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率，降低物耗、能耗及成本，增加企業(yè)盈利和企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的重要途徑。
　　鋼鐵生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃與調(diào)度NP難題作為近年來的研究熱點(diǎn)，其理論和方法已取得明顯進(jìn)展，并針對(duì)特定鋼鐵企業(yè)開發(fā)了一些計(jì)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(dòng)等不確定性影響，導(dǎo)致計(jì)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(duì)這類復(fù)雜的混合流程生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃與調(diào)度優(yōu)化方法進(jìn)行深入研究。本文以煉鋼-連鑄生產(chǎn)計(jì)劃制定與調(diào)度優(yōu)化問題為對(duì)象，探索描述復(fù)雜煉鋼-連鑄生產(chǎn)流程動(dòng)態(tài)性的新方法，建立易于控制“連澆”生產(chǎn)的作業(yè)計(jì)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(jìn)蟻群算法的作業(yè)計(jì)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(jì)劃。課題研究在理論和應(yīng)用方面具有重要意義。
　

3、　針對(duì)煉鋼生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度特點(diǎn)，提出了考慮煉鋼生產(chǎn)作業(yè)時(shí)間不確定性和生產(chǎn)擾動(dòng)條件下，能適應(yīng)動(dòng)態(tài)生產(chǎn)環(huán)境變化的煉鋼-連鑄作業(yè)計(jì)劃與調(diào)度優(yōu)化方法。首先以生產(chǎn)流程簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)圖作為作業(yè)計(jì)劃與調(diào)度優(yōu)化的對(duì)象模型，來描述和表達(dá)復(fù)雜的動(dòng)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(shí)間和盡早安排連鑄機(jī)“開澆”等為目標(biāo)函數(shù)，以滿足連鑄機(jī)“連澆”生產(chǎn)等工藝要求為約束條件的煉鋼-連鑄作業(yè)計(jì)劃優(yōu)化數(shù)學(xué)模型；設(shè)計(jì)以分段實(shí)數(shù)編碼和基因分區(qū)交叉操作的改良遺傳算法，并將時(shí)

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(jì)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(shí)空逆序關(guān)系設(shè)計(jì)的自組織資源配置蟻群算法的作業(yè)計(jì)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(dòng)時(shí)的重計(jì)劃編制問題，按作業(yè)計(jì)劃中的爐次是否進(jìn)入流程開始執(zhí)行進(jìn)行作業(yè)計(jì)劃分類，并分別采用正向時(shí)間并行順推與混合優(yōu)化算法或改進(jìn)蟻群算法進(jìn)行正在作業(yè)與未作業(yè)的爐次計(jì)劃的重計(jì)劃；最后，從適用性角度研究了鋼廠生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃與調(diào)度

5、優(yōu)化模型的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。
　　研究工作表明：作為對(duì)象模型的生產(chǎn)流程網(wǎng)絡(luò)圖能直觀地表達(dá)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(dòng)態(tài)關(guān)系，為增強(qiáng)作業(yè)計(jì)劃優(yōu)化模型的適應(yīng)性奠定了基礎(chǔ)；計(jì)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(shí)現(xiàn)的不足；基于改良遺傳算法和時(shí)間并行倒推的混合優(yōu)化算法能較好地解決作業(yè)計(jì)劃的時(shí)間不確定性優(yōu)化問題，提高計(jì)劃的編制效率和可行性；面向生產(chǎn)流程網(wǎng)絡(luò)時(shí)空逆序關(guān)系的改進(jìn)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(jì)劃編制任務(wù)的規(guī)模受限的問題，同時(shí)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(shí)現(xiàn)自組織計(jì)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(xiàn)的對(duì)比實(shí)例證明建立的煉鋼-連鑄生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，以及混合優(yōu)化算法和改進(jìn)蟻群算法是有效的，且制定的計(jì)劃質(zhì)量?jī)?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(duì)象的生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃與調(diào)度優(yōu)化方法的應(yīng)

7、用測(cè)試結(jié)果表明：①所提出模型及求解方法能快速進(jìn)行作業(yè)計(jì)劃編制，編制的生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃與生產(chǎn)實(shí)績(jī)有很好相似性，進(jìn)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(qiáng)的適應(yīng)性和靈活性，可滿足生產(chǎn)中不同對(duì)象、不同任務(wù)和不同周期計(jì)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(shí)間和縮短爐次作業(yè)前的等待時(shí)間，編制的班次煉鋼-連鑄生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃可有效縮短平均物流時(shí)間5％以上，并明顯減小爐次物流時(shí)間的波動(dòng)幅度；③改進(jìn)蟻群

8、算法不僅能有效縮短爐次的平均物流時(shí)間，而且能自組織實(shí)現(xiàn)資源的合理有效配置，使?fàn)t次物流時(shí)間的波動(dòng)幅度更??；④重計(jì)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(dòng)時(shí)的實(shí)時(shí)生產(chǎn)情況，在保證正在執(zhí)行作業(yè)計(jì)劃作業(yè)連續(xù)性的同時(shí)，制定出合理的具有較高可執(zhí)行性的重計(jì)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(jìn)展，提出并實(shí)現(xiàn)的煉鋼-連鑄生產(chǎn)作業(yè)計(jì)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)