炼钢—连铸—热轧一体化生产调度研究及应用

论文摘要

本文综述了钢铁企业CIMS中MES的重要作用和钢铁行业生产调度研究的现状以及一体化生产调度的特点，在此基础上，基于国家“863计划”重点课题，结合我国钢铁企业生产实际情况，针对钢铁企业炼钢一连铸一热轧一体化生产调度中存在的若干问题，进行了下列研究。 提出了一体化生产计划体系下的热轧批量计划编制问题的数学模型及其算法。模型以热轧生产实际要求的单元计划平均轧制长度和热装比作为优化目标，将生产实际中的时间和温度要求作为约束条件。根据实际生产中优先考虑单元计划平均轧制长度的情况，构造了用于热轧批量计划编制的两阶段变邻域搜索算法，首先以单元计划平均轧制长度作为优化目标，然后以热装比作为优化目标求解。 建立了一体化生产计划体系下的炼钢—连铸生产计划编制问题的数学模型，并根据炼钢和连铸工序衔接紧密的特点，提出了一种统一求解炼钢—连铸生产计划的方法，使得炼钢炉次计划编制和连铸浇次计划编制交互进行而不是分别孤立求解，达到两种计划同时优化的效果。首先根据炼钢计划编制的多目标优化模型求出炼钢炉次计划的候选解集，然后以此作为输入条件，根据连铸浇次计划编制的数学模型求出连铸浇次计划，最后再由浇次计划确定炉次计划的生产顺序。求解炼钢—连铸生产计划编制问题的过程中使用了多目标模拟退火算法和变邻域搜索算法。 对于处于连铸和热轧两道工序之间的重要热工设备——步进式连续加热炉的生产调度问题进行了研究，建立了以最小化板坯达到轧制温度后在加热炉中停留的总时间作为优化目标的数学模型，以在保证满足热轧机生产需求的前提下尽量降低加热炉运行的能量消耗。同时构造了用于求解加热炉调度问题的遗传局部搜索算法。 提出基于准时制的动态调度思想并据此建立了炼钢—连铸生产动态调度的数学模型。为了最大限度减少动态调度对于生产全流程的影响，基于准时制的动态调度以减少动态调度方案与原调度方案的时间偏差作为优化目标。求解算法采用了一种基于种群进化的进化迭代局部搜索算法。 所建立的生产调度数学模型和相应的算法均经过生产实际数据验证，并在此基础上开发了炼钢—连铸—热轧—体化生产调度仿真系统，系统运行表明可以提高钢铁企业生产管理水平，达到了节能、降耗和增效的目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 钢铁行业 MES及其国内外发展现状
• 1.1.2 生产调度是钢铁企业 MES的核心功能
• 1.1.3 选题来源和研究目的
• 1.2 钢铁企业生产调度概述
• 1.2.1 钢铁生产工艺流程介绍
• 1.2.2 钢铁企业生产调度发展与现状
• 1.2.3 一体化生产计划体系及其特点
• 1.3 局部搜索及其在组合优化中的应用
• 1.3.1 组合优化的概念
• 1.3.2 优化算法及其研究概况
• 1.3.3 局部搜索
• 1.3.4 基于局部搜索的Metaheuristic算法
• 1.4 本文主要工作
• 2 一体化计划体系下的热轧批量计划编制
• 2.1 热轧生产计划编制问题介绍
• 2.1.1 热轧生产工艺
• 2.1.2 热轧批量计划编制要求
• 2.1.3 热轧生产计划编制研究现状
• 2.1.4 问题提出和数学模型
• 2.2 VNS算法介绍
• 2.2.1 基本 VNS算法
• 2.2.2 变邻域搜索算法的扩展
• 2.3 用于热轧批量计划编制的两阶段变邻域搜索算法
• 2.3.1 解编码
• 2.3.2 VNS1算法设计
• 2.3.3 VNS2算法设计
• 2.3.4 算法流程
• 2.4 仿真实验
• 2.5 本章小结
• 3 一体化计划体系下的炼钢—连铸计划编制
• 3.1 一体化体系下的炼钢—连铸计划编制模型
• 3.1.1 炼钢连铸生产过程介绍
• 3.1.2 问题提出与数学模型
• 3.2 多目标模拟退火算法用于求解炉次计划编制问题
• 3.2.1 模拟退火算法介绍
• 3.2.2 多目标组合优化相关概念及求解策略
• 3.2.3 多目标模拟退火算法
• 3.3 MVNS算法
• 3.4 仿真实验
• 3.5 本章小结
• 4 一体化计划体系下的加热炉调度算法研究
• 4.1 加热炉生产调度问题描述
• 4.1.1 加热炉生产工艺介绍
• 4.1.2 加热炉生产调度约束
• 4.1.3 加热炉生产调度数学模型
• 4.2 遗传局部搜索算法
• 4.3 用于加热炉调度的遗传局部搜索算法
• 4.4 仿真实验
• 4.5 本章小结
• 5 炼钢—连铸生产动态调度问题研究
• 5.1 基于准时制的钢铁生产动态调度思想
• 5.1.1 准时制思想介绍
• 5.1.2 准时制思想在生产调度中的应用
• 5.1.3 钢铁生产动态调度及准时制思想在其中的应用
• 5.2 炼钢—连铸生产动态调度
• 5.2.1 炼钢—连铸生产动态调度问题描述
• 5.2.2 炼钢—连铸生产动态调度数学模型
• 5.3 进化迭代局部搜索算法
• 5.3.1 迭代局部搜索算法
• 5.3.2 进化迭代局部搜索算法
• 5.4 仿真实验
• 5.5 本章小结
• 6 炼钢—连铸—热轧一体化生产计划系统开发
• 6.1 项目背景和目标
• 6.2 系统概况
• 6.3 系统设计思想
• 6.4 系统设计方案
• 6.4.1 总体功能处理模式
• 6.4.2 热轧计划编制功能模块设定
• 6.5 系统实现方案
• 6.6 系统应用效果分析
• 6.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表学术论文和参加的科研项目情况
• 创新点摘要
• 致谢
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书