具有组批的轧辊热处理炉并行机调度算法与软件模块

论文摘要

随着国民经济的快速发展,社会对钢铁产品的需求也在日益增加,因此拉动了钢铁生产中不可或缺的组件——轧辊的需求。轧辊生产是钢铁生产的一个重要分支,轧辊的生产过程由冶炼、浇注、热处理、机加工等多个工艺步骤组成,其中热处理环节生产周期长,生产成本高,在生产过程中处于突出地位。而近年来钢铁产品的需求增大,轧辊生产企业订单不断增加,造成热处理过程中加热炉数量相对不足,热处理工序成了轧辊生产中的瓶颈环节,直接影响整个生产的效率和企业的产量。因此,在现有有限的资源条件下,如何提高加热炉的利用率以提高生产效率,对降低生产成本,增强企业的竞争力等具有非常重要的意义。本课题是以国内某轧辊生产企业为背景,经过对该企业的实地调查和研究分析,并根据相关行业对轧辊生产过程的实际要求而提出。以国家973重点项目——复杂生产制造过程一体化控制系统理论和技术基础研究(2009CB320601)为项目理论研究支持。同时,本课题还是国家杰出青年科学基金(70625001)——优化理论与技术的组成部分。论文的主要工作包括以下几个部分：(1)对热处理过程进行分解,分为组批和指派两个步骤,分别对组批已经完成的并行机调度问题以及组批和指派的两阶段联合并行机调度问题进行了研究。(2)针对批次已经确定条件下的加热炉优化调度问题,建立相应的数学模型,设计了一个均衡的最长加工时间优先启发式算法(BLPT),以加工时间均值为目标尽量平衡各加热炉的负载,并与经典的并行机调度算法LPT, SPT进行了比较分析,验证了BLPT算法的优越性。(3)针对组批和指派的两阶段联合优化调度问题,建立了相应的数学模型,设计了一个遗传算法,并根据不同的排序规则设计了一组并列的启发式算法。通过仿真进行比较分析,评价了各算法的性能。并对不同规模的实例研究了算法的适用性。(4)在完成算法的设计后,为能更集中地测试算法性能,在进行了需求分析后,应用SQL Server和在.net平台上完成了加热炉优化调度算法模块的设计与实现。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景与来源
• 1.2 课题研究的目的与意义
• 1.2.1 我国轧辊行业的发展情况
• 1.2.2 我国轧辊行业存在的不足
• 1.2.3 研究的目的与意义
• 1.3 研究目标和研究内容
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容
• 1.4 研究的技术路线与方法
• 1.4.1 研究方法
• 1.4.2 技术路线
• 1.5 论文结构安排
• 第2章 轧辊生产过程以及并行机调度问题综述
• 2.1 引言
• 2.2 轧辊产品概述
• 2.2.1 轧辊产品的用途
• 2.2.2 轧辊产品的材质特点
• 2.3 某轧辊生产企业生产流程分析
• 2.3.1 轧辊生产流程概述
• 2.3.2 热处理过程分析
• 2.3.3 热处理过程的组批和指派问题
• 2.4 并行机调度问题综述
• 2.4.1 并行机调度问题的基本理论
• 2.4.2 并行机调度问题的研究现状
• 2.5 本章小结
• 第3章 辊坯批次确定条件下的加热炉优化调度问题的启发式算法
• 3.1 问题描述与假设
• 3.2 批次确定情况下的加热炉优化调度问题的数学模型
• 3.2.1 模型参数定义
• 3.2.2 数学模型建立
• 3.3 均衡的最大加工时间优先启发式算法（BLPT）
• 3.4 算法的比较分析
• 3.4.1 实验参数设置
• 3.4.2 实验结果与比较分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 组批和指派的两阶段加热炉优化调度问题
• 4.1 问题描述与假设
• 4.2 辊坯的组批和指派的联合优化调度问题的数学模型
• 4.2.1 模型参数定义
• 4.2.2 数学模型建立
• 4.3 求解PMSBA问题的遗传算法
• 4.3.1 遗传算法的基本原理
• 4.3.2 遗传算法流程
• 4.3.3 遗传算法的性能分析
• 4.4 求解PMSBA问题的多种启发式算法
• 4.4.1 轧辊体积降序—最小时间差值配合算法（VD-MTDF）
• 4.4.2 轧辊加工时间降序—最佳体积配合算法（TD-BVF）
• 4.4.3 轧辊体积降序排序算法（VD）
• 4.4.4 轧辊加工时间降序排序算法（TD）
• 4.5 算法的比较分析
• 4.5.1 实验参数设置
• 4.5.2 启发式算法的结果与比较分析
• 4.5.3 启发式与遗传算法的结果比较分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 加热炉优化调度算法模块的设计与实现
• 5.1 引言
• 5.2 模块功能设计
• 5.3 数据库设计
• 5.4 模块功能部分实现
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文、获奖情况及发明专利等项
• 作者从事科学研究和学习经历的简历