钢铁企业板坯库吊机物流调度

论文摘要

在钢铁企业炼钢连铸——热轧一体化生产模式下,板坯库作为连铸、热轧生产工序间的缓冲环节,其管理水平的高低,直接影响着连铸—热轧的生产连续性和一体化生产的成本。板坯在板坯库内的搬运、倒垛操作都是由吊机完成,吊机各个任务之间空载行程是造成吊机资源浪费的主要原因。本文主要针对热轧板坯库吊机调度问题进行研究,该问题可描述为针对于给定的吊机任务集合,对集合内各任务顺序和吊机的行程进行优化,为了达到提升吊机有效利用率及板坯库的工作效率的目的,选定最小化任务集合的最大完成时间为优化目标。该问题研究成果有助于钢铁企业生产及物流管理水平的提升,从而降低物流作业成本。本文主要研究内容为以下四个方面：（1）基于钢铁企业板坯库吊机调度过程的特点,在给定吊机任务集合的情况下,以最小化任务集合的最大完成时间为目标,对板坯库吊机调度问题建立了0-1混合整数线性规划模型（0.1MILP）,并通过CPLEX软件验证模型的正确性。（2）板坯库吊机调度问题与旅行商（TSP）问题类似,由于此类问题是NP-难解的,因此采用对NP-难问题的有效精确求解算法Branch-and-Cut方法,最优求解该问题。（3）由于生产实际中吊机调度问题规模比较大,最优化方法求解时间不能满足生产实际需求。针对大规模吊机调度问题,本文设计了禁忌搜索算法,首先根据问题的结构特点,基于贪婪思想构造启发式算法产生初始解,其次考虑任务完整性和板坯优先级等约束设计了两种搜索邻域,并对初始解进行改进。应用实际生产数据对算法性能进行测试,验证所提出算法的有效性。（4）以国内某大型钢铁企业板坯库吊机调度为应用背景,开发了内嵌上述智能优化算法的板坯库吊机指令优化模拟决策支持系统。该决策支持系统目前进入试运行阶段,可以自动调整吊机任务顺序,优化吊机行进路线,降低板坯库中板坯运载的物流成本；该系统还可以动态模拟吊机任务路线,动态图像可以给用户直观感受,在任务执行之前,对现场情况进行模拟,辅助吊机任务顺利执行。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景、研究目的和意义
• 1.1.1 选题背景、研究目的
• 1.1.2 问题的研究意义
• 1.2 钢铁企业板坯库吊机调度问题国内外研究现状
• 1.2.1 板坯倒垛问题
• 1.2.2 吊机调度问题
• 1.2.3 钢铁企业吊机特点
• 1.3 本文的主要工作和研究路线
• 第2章 板坯库吊机调度问题分析及建模
• 2.1 板坯库概况
• 2.1.1 库区结构
• 2.1.2 垛位结构
• 2.1.3 吊机吊取板坯工作流程
• 2.2 库内运载设备及吊机指令形成过程
• 2.3 板坯库吊机调度问题描述及建模
• 2.4 数学模型
• 2.5 本章小结
• 第3章 板坯库吊机调度问题的Branch-and-Cut方法
• 3.1 Branch-and-cut算法的框架
• 3.2 板坯库吊机调度问题Branch-and-Cut求解
• 3.2.1 割平面
• 3.2.2 分支
• 3.2.3 算法步骤
• 3.3 算法性能及结果分析
• 3.3.1 数据来源
• 3.3.2 实验结果
• 3.4 本章小结
• 第4章 板坯库吊机调度问题的禁忌搜索方法
• 4.1 禁忌搜索算法
• 4.1.1 禁忌搜索算法简介
• 4.1.2 禁忌搜索算法的基本思想
• 4.1.3 禁忌搜索算法流程的特点
• 4.2 禁忌搜索方法的板坯库吊机调度问题
• 4.2.1 启发式构造初始解
• 4.2.2 禁忌搜索算法设计
• 4.2.3 算法步骤
• 4.4 算法性能测试及结果分析
• 4.4.1 数据来源
• 4.4.2 实验结果
• 4.5 本章小结
• 第5章 吊机指令优化模拟决策支持系统
• 5.1 系统设计思想
• 5.1.1 开发工具及数据接口
• 5.1.2 人机交互功能
• 5.2 软件开发流程
• 5.3 系统功能结构
• 5.4 吊机指令优化模拟系统功能介绍
• 5.5 系统操作流程
• 5.6 数据库设计
• 5.6.1 数据库设计原则
• 5.6.2 数据库实现
• 5.6.3 数据接口设计
• 5.7 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢