热轧生产计划与板坯库优化管理模型及算法研究

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1、大连理工大学博士学位论文摘要钢铁企业的炼钢一连铸一热轧生产过程兼有连续和断续的特征，是一个典型的混杂系统。由于炼钢、连铸、热轧这三大关键工序在生产过程中为顺序加工，所以生产调度中不仅存在物流平衡和资源平衡问题，同时在高温作业环境下，也存在能量平衡和时间平衡问题。为了节能降耗，自20世纪80年代起国外大型钢铁企业开始致力于开发炼钢一连铸一热轧一体化生产，炼钢一连铸一热轧一体化生产计划和调度也成为了钢铁企业需要迫切解决的问题。本文依托国家“863计划”重点课题，主要针对炼钢一连铸一热轧一体化生产计划管理体系下的热轧和板坯库生产计划编制问题进行了研究和建模，同时研究了用多

2、种智能算法来求解模型问题。本文主要工作如下。研究了炼钢一连铸一热轧一体化生产计划编制的模型体系，提出一种一体化生产计划编制模型体系方法。该方法将一体化生产计划这个庞大复杂的优化问题分成五个部分，每一部分由多个模型方法组成，通过各个部分之问的协作，很好的解决了全局优化和局部优化的关系，可编制出优化的一体化生产计划。建立了基于准时制的热轧生产日计划优化模型和算法。针对当前钢铁生产多品种、小批量、高质量、低价格、交货期日趋精确的发展需求，建立了基于准时制生产的热轧生产目计划优化模型，编制热轧生产线的板坯生产日计划。对于模型的求解，本文采用改进的混合启发式遗传算法，采用新的

3、编码方式，快速搜索到优化解。针对轧制计划编制问题，建立了轧钊计划VRP模型和算法。该模型不仅考虑了轧制计划中板坯在厚度、硬度上的跳跃、板坯宽度的正反跳，以及相同宽度板坯连续轧制的长度约束，而且考虑了轧制计划中烫辊材和主体材的合理安排，能够编制出满足热轧规程要求的“乌龟壳”形状的轧制计划。在模型的求解方法上，本文构造一种基于单亲遗传算子的免疫算法，并结合专家系统方法，快速求取优化解。研究了板坯入库计划编制问题，建立了板坯入库决策优化模型和算法。模型综合考虑板坯入库库位和垛位选择的多种原则，对一个板坯入库批次进行全局优化运算，可快速为板坯选择最优的库位和垛位。为求解模型

4、，本文构造了一种自适应的混沌遗传算法，采用自然数编码方式，动态的在线调整算法的交叉和变异概率，并采用混沌优化方法作为变异算子。建立了板坯出库计划编制模型方法和算法。本文采用分层处理方式，将出库计划编制这个复杂的多目标优化问题分解为两个优化决策问题：板坯出库优化决策和板坯最优倒垛决策问题，并分别建立优化决策模型。对于模型的求解方法，本文构造一种热轧生产计划与板坯库优化管理模型及算法研究适合于上述模型求解的离散粒子群优化算法，改变粒子取值方式和速度变化方法，可快速求解。基于本文所研究的模型和算法，采用面向对象程序设计方法，开发了炼钢一连铸一热轧一体化生产调度仿真系统的子

5、系统——热轧生产调度及板坯库存优化管理系统，通过大量生产数据的仿真运行表明，该优化管理系统可以提高一体化生产效率，降低生产成本。关键词：一体化生产计划；热轧生产计划：板坯库；优化方法；遗传算法；免疫算法混沌优化；粒子群优化算法一II—大连理工大学博士学位论文StudyonModelandAlgorithmsofProductionPlanningandSlab-yardOptimizationManagementinHot-rollingAbstractSteelmaking-continuouscasting—hotrollinginironandsteelpla

6、ntincludescontinuousandspiccatoproductionprocess，anditisatypicalhybridsystem．Becausethethreeworkingproceduresofsteelmaking，continuouscastingandhotrollingrunsequentially,integratedproductionschedulingneedstoconsidernotonlymaterialscirculationandresourcebalance，butalsotimeandenergybalanc

7、eundertheproductioncircumstanceofhi曲temperature．Since1980s，steelmaking—continuouscasting-hotrollingintegratedproductionisstudiedandappliedbyoverseaslargeironandsteelplanttosaveenergyresourcesandreducewastage，andsteelmaking—continuouscasting—hotrollingintegratedproductionplanningandsc