基于多智能体的炼钢厂车间天车调度仿真方法研究

论文摘要

钢铁生产过程中天车运输集装卸、搬运、运输功能于一身,它是钢厂中最重要的物流运输方式,其调度水平成为钢厂各生产工序能否匹配、协调运行的关键,己成为钢厂生产过程稳定高效运转的决定性因素。目前国内外对冶金领域的天车调度问题进行了相关研究,主要集中在如何解决天车之间的空间冲突。采用的研究方法有基于数学规划方法、基于启发式方法、基于仿真方法和基于混合智能调度算法,但是这些研究方法由于考虑的因素不够全面,存在一定的局限性,难以同时消除天车之间的空间冲突和时间冲突,且难以及时有效地满足各设备上任务对天车的需求。因此,研究能同时较好地消除天车之间的空间冲突和时间冲突的方法是必要的。本文旨在探索解决炼钢厂车间天车调度难题的新途径,寻求一种具有广泛适用性的新方法,既能较好地解决天车之间的空间冲突,又能较好地解决天车之间的时间冲突。多智能体系统能将复杂大系统分解成结构简单、且彼此相互通讯及相互协调的、易于管理的多个简单Agent组成的复杂系统。多智能体技术特别适用于解决具有大量交互作用的复杂问题,本文根据炼钢车间天车调度的特点,引入多智能体的思想,构建基于多智能体的炼钢车间天车调度仿真模型,由天车智能体、工位智能体、协调管理智能体组建此调度系统,并将全局目标引入模型,使天车调度策略与运行结果与车间的全局目标和生产实际更吻合。此仿真模型的运行原理是：将全局目标引入仿真模型,并通过协调管理智能体采用基于时间倒推方法将全局目标转换为局部目标,进而确定完成任务的目标工位,再由天车智能体选择合适的天车完成运输任务。此系统具有的动态性、局部目标优化性、全局目标导向性,可实现炼钢车间天车的动态调度,并能有效地刻画和反映炼钢车间天车调度的基本特征,并对天车调度系统的优化具有广泛的适用性。根据昆钢三炼钢厂的生产实际,建立相应的炼钢车间天车调度模型,通过仿真结果和实际数据的比较,结果表明：(1)基于多Agent的炼钢车间天车调度仿真模型是正确有效的。根据炼钢车间天车动态调度的特点,在充分全面考虑时间、空间以及资源上的各种约束条件基础上,将基于多智能体方法的天车调度模型用于炼钢车间天车调度问题的研究,探索出解决炼钢车间天车调度的新途径。(2)同时将全局目标和信息引入基于多智能体的炼钢车间天车调度模型,并进行了全局优化,由仿真实验可知,在相同的作业条件下,仿真运输时间的最大值比实际运输时间少11分钟,平均运输时间少7.5分钟,同时连铸机的利用率普遍超过85%,甚至达到99.5%,各天车的利用率相对均衡,不超过保证正常生产的天车利用率上限值(70%),使天车调度策略在考虑整个车间状况下更吻合车间的全局目标。本文相关研究工作表明,基于多智能体的仿真思想建立的炼钢车间天车调度模型方法是可行的,能有效地刻画并反映炼钢车间天车调度的基本特征,并对天车调度系统的优化具有广泛的适用性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 炼钢车间天车调度的研究背景
• 1.2 生产调度与天车调度问题
• 1.2.1 生产调度意义
• 1.2.2 天车调度意义
• 1.2.3 生产调度与天车调度的关系及其特点
• 1.3 炼钢厂生产调度的研究现状
• 1.3.1 炼钢生产调度问题的主要研究方法
• 1.3.2 炼钢厂天车调度的研究方法与现状
• 1.4 多智能体方法
• 1.4.1 多智能体方法简介
• 1.4.2 多智能体的发展及应用
• 1.5 论文的研究目的和意义
• 1.6 论文的研究内容
• 第二章 MAS理论及其在天车调度中应用的可行性分析
• 2.1 Agent基本理论
• 2.1.1 Agent的定义及特点
• 2.1.2 Agent的结构分类
• 2.1.3 Agent的基本模型
• 2.2 多智能体系统及其体系结构
• 2.2.1 多智能体系统的定义
• 2.2.2 多智能体系统的特征
• 2.2.3 多智能体系统的体系结构
• 2.3 多智能体间的交互与协作
• 2.3.1 多智能体间的交互
• 2.3.2 多智能体间的协作与协调
• 2.4 MAS在天车调度系统中应用的可行性
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于多智能体的炼钢厂车间天车调度仿真模型
• 3.1 炼钢厂车间天车调度系统的智能体抽象
• 3.2 基于多智能体的天车调度系统仿真建模
• 3.3 智能体结构设计
• 3.3.1 协调管理智能体结构
• 3.3.2 工位智能体结构
• 3.3.3 天车智能体结构
• 3.4 各智能体运行原理
• 3.4.1 协调管理智能体运行原理
• 3.4.2 工位智能体运行原理
• 3.4.3 天车智能体运行原理
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于多智能体的炼钢车间天车调度仿真模型实现
• 4.1 基于多智能体的炼钢车间天车调度仿真模型的设计
• 4.1.1 天车调度仿真模型结构设计
• 4.1.2 数据库设计
• 4.2 基于多智能体的炼钢厂车间天车调度仿真模型实现
• 4.2.1 天车调度仿真模型的程序实现
• 4.2.2 仿真模型的参数设置、运行显示及结果表达
• 4.3 本章小结
• 第五章 炼钢厂车间天车调度仿真对象分析及仿真实验
• 5.1 昆钢炼钢车间炼钢-连铸分析
• 5.1.1 昆钢炼钢厂炼钢—连铸生产流程
• 5.2 昆钢炼钢—连铸车间生产物流数据采集和分析
• 5.2.1 昆钢炼钢—连铸车间生产物流数据采集和分析
• 5.3 昆钢炼钢—连铸车间天车调度仿真实验
• 5.3.1 仿真实验目的、内容及仿真实验结果评价
• 5.3.2 天车调度仿真模型的正确性检验
• 5.3.3 不同生产条件对天车调度和生产影响的仿真分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录（A） 攻读硕士学位期间发表的论文专利
• 附录（B） （A1-A5）连铸机利用率