钢铁企业冷轧连退作业排程优化系统

论文摘要

冷轧是钢铁生产中的一道主要工序,经过冷轧后的产品可以作为商品直接进入市场,也可以作为原料进入镀锡,镀铬等后续工序。由于冷轧产品具有高附加值,且冷轧过程直接影响产品质量,故其生产过程的优化受到高度重视。本文以钢铁企业冷轧连退作业为背景,研究了连退作业的排程优化问题。由于钢铁企业的生产过程非常复杂,其排程问题一直都是研究的热点。而连退作业是近些年才发展起来的新型退火作业方式,在排程问题上更是具有一些新的特点。首先,连退作业将冷轧中单独的生产操作(如,清洗、退火、平整等)联结成一条生产机组,不间歇的对板卷进行退火处理。这种连续加工的生产方式对板卷的初始排序要求更高,要求排序要适合每个操作的加工需求。其次,由于连退作业联结了多道生产工序,所以约束较多,如退火温度,板卷宽度,厚度的跳跃以及交货期等,都是排程中需要考虑的因素。最后,衡量排程结果好坏的因素很多,通常有调整费用最小,拖期时间最小等,故该问题为多目标问题。本文考虑以上连退作业排程问题的特点,提炼出的问题可以归结为成组批调度问题。在该问题中,已知给定批的分配,需要确定批顺序以及批内板卷的排序。文中对于已知的模型,提出了启发式算法,为了评价算法的有效性,对启发式算法进行了最坏情况分析,并给出紧界的证明。对于小规模问题,启发式算法的解与优化软件求得的最优解进行比较；而对于大规模问题,优化软件很难求得最优解,故令启发式算法的解与禁忌搜索算法的解进行比较。由于对成组批调度问题提炼的过程中,忽略了一些生产中的实际约束,并简化了目标函数,所以本文又提出了面向实际的连退生产实际调度问题。文中针对该问题,建立了多目标数学模型,模型中考虑了实际生产中的约束条件,并考虑了最小化调整费用和最小拖期时间两项目标函数。由于这个问题的特殊情况已经被证明为NP难问题,可知该问题一定为NP难问题。对于NP难问题,精确算法和数学规划方法无法在多项式时间内求出最优解,故文中提出了适合于求解大规模复杂问题的禁忌搜索算法,并设计了有效的改进邻域,在提高解的质量的同时加快了算法的速度。实验结果证明了禁忌搜索算法的有效性。本文最后开发了钢铁企业冷轧连退作业排程优化系统。系统中嵌入了前述的禁忌搜索算法,并具有数据增删改功能,实现了从数据下载到生成最终计划的全过程。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 钢铁生产背景
• 1.1.1 钢铁业现状
• 1.1.2 钢铁生产概况
• 1.2 钢铁生产调度简介
• 1.2.1 钢铁生产调度
• 1.2.2 生产调度问题的特点
• 1.2.3 研究钢铁生产计划的理论方法
• 1.3 本文主要框架
• 1.4 本章小结
• 第2章 连退作业生产排程问题背景
• 2.1 连续退火工艺背景
• 2.1.1 连续退火工艺简介
• 2.1.2 连续退火工艺背景介绍
• 2.2 连续退火生产排程问题
• 2.2.1 钢铁行业的生产排程
• 2.2.2 连续退火作业排程问题
• 2.2.3 连续退火生产排程的计划规程
• 2.3 连退作业排程方法
• 2.3.1 目前的作业排程方法
• 2.3.2 连退作业排程的研究内容及意义
• 2.4 连退作业排程研究方法
• 2.5 本章小节
• 第3章 成组批调度问题及最坏情况分析
• 3.1 成组批调度问题介绍
• 3.1.1 成组批调度问题介绍
• 3.1.2 连退作业的成组批调度问题
• 3.2 成组批调度问题模型
• 3.2.1 问题描述
• 3.2.2 模型参数介绍
• 3.2.3 模型决策变量
• 3.2.4 模型目标函数及意义
• 3.2.5 模型约束及意义
• 3.2.6 建立模型
• 3.3 启发式算法求解
• 3.3.1 启发式算法步骤
• 3.3.2 最坏情况分析
• 3.3.3 最坏情况分析紧界证明
• 3.4 禁忌搜索算法求解
• 3.5 实验结果
• 3.6 本章小结
• 第4章 连退生产实际调度问题及算法求解
• 4.1 连续退火生产调度问题描述
• 4.1.1 问题目标
• 4.1.2 问题特点
• 4.1.3 连续退火生产调度问题描述
• 4.2 建立模型
• 4.2.1 模型集合与参数介绍
• 4.2.2 模型决策变量
• 4.2.3 模型目标函数及意义
• 4.2.4 模型约束及意义
• 4.2.5 建立模型
• 4.2.6 模型特点
• 4.3 算法求解
• 4.3.1 求解思想
• 4.3.2 初始解的构造
• 4.3.3 解的评价函数
• 4.3.4 解的邻域
• 4.3.5 移动策略
• 4.3.6 禁忌表设计
• 4.3.7 特赦准则
• 4.3.8 停止准则
• 4.3.9 禁忌搜索算法
• 4.3.10 实验结果及分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 钢铁企业冷轧连退作业排程优化系统的开发
• 5.1 系统开发思想
• 5.2 系统功能
• 5.2.1 系统功能介绍
• 5.2.2 系统功能结构图
• 5.3 系统界面实现
• 5.3.1 用户登陆界面
• 5.3.2 数据管理界面
• 5.3.3 手动收池界面
• 5.3.4 计划编制界面
• 5.3.5 违规检查界面
• 5.3.6 结果评价界面
• 5.3.7 计算参数设置界面
• 5.4 系统使用流程
• 5.5 本章总结
• 第6章 结束语
• 参考文献
• 致谢