基于“炉机对应”原则的炼钢—连铸调度模型

针对某特殊钢厂炼钢-连铸生产调度问题,首先,构建以炉机匹配度、连浇炉数以及过程等待时间等为主要评价指标的多目标优化调度数学模型.进而,对工艺流程结构以及炼钢、精炼和连铸三个工序的运行时间进行解析,分析合理的产品结构范围及不同产品结构下的生产组织模式.根据炼钢厂运行的"炉机对应"原则,运用柔性工序缓冲调节策略,协调优化炼钢、连铸工序间的生产节奏,求解不同生产模式下的调度方案.最后,通过仿真计算与实际生产状况的综合分析,验证了调度模型和求解策略的有效性和优越性.      

炼钢厂多尺度建模与协同制造

在阐述炼钢厂多尺度建模与协同制造技术架构的基础上,分别从单体工序尺度、车间区段尺度与炼钢厂运行尺度开展了炼钢厂协同制造的研究。从工序/装置过程控制系统（PCS）到炼钢厂制造执行系统（MES）进行了较为系统的建模研发,构建了包括转炉工序、精炼工序与连铸工序在内的工序工艺控制模型以及以生产计划与调度模型为核心的物质流运行优化模型,并通过工序工艺控制和生产计划与调度的动态协同,实现了炼钢厂多工序/装置的高效运行。研发了炼钢?连铸过程工序工艺控制模型、生产计划与调度模型同MES之间的数据接口,实现了MES与生产工艺控制、流程运行控制、生产计划与调度系统的有机融合,形成了以机理模型与数据模型协同驱动的工艺精准控制、多工序协同运行、基于“规则+算法”的生产计划与调度为支撑的炼钢?连铸过程集成制造技术,通过多层级的纵向协同与多工序的横向协同,实现了炼钢厂的协同运行与控制。研究成果是炼钢?连铸过程智能制造的有益探索与实践,对流程工业智能制造企业具有很强的参考价值,对冶金工业绿色化、智能化发展具有示范与借鉴作用。应用后,明显提升了炼钢厂的协同制造水平,取得了显著的经济与社会效益。      

炼钢连铸生产及调度过程分析

当前,大部分炼钢厂都选择通过多个炉次、多个浇次完成炼钢连铸生产,表示炼钢连铸生产作业同时涉及到了多台连铸机、精炼炉、转炉,炼钢厂在确保炼钢连铸生产应用工艺及流程科学程度的基础上,有必要采取一定的炼钢连铸生产调度方式。为此,首先阐述了炉次及浇次定义、炼钢连铸生产关键条件、炼钢连铸生产调度需求,其次分析了炼钢连铸生产过程及炼钢连铸生产调度过程,以期为炼钢连铸生产及调度提供参考思路。     

炼钢–连铸区段3种典型工序界面技术研究进展

面对钢厂智能化发展的时代要求,炼钢–连铸区段工序界面技术受到越来越多冶金学者的关注,其不仅是解决工序关系集合协同–优化问题的重要手段,也影响着工序功能集合解析–优化和流程工序集合重构–优化的效果。本文对炼钢–连铸区段3种典型工序界面技术,即钢包运行控制、天车运行控制和生产运行模式优化的研究进展进行阐述,其中,钢包运行控制包括钢包热状态监测、钢包选配以及钢包调度,天车运行控制包括吊运任务的分配和同跨/异跨天车的协同调度,生产运行模式优化包括工序/设备产能、时间节奏与炉–机对应模式的匹配设计。此外,针对炼钢–连铸区段多工序协同运行的制约因素,指出工序界面技术协同的必要性,并对上述工序界面技术的协同机制与协同方案进行了阐述。      

基于机器学习的炼钢-连铸生产调度方法

近年来,机器学习作为人工智能最活跃的分支得到突飞猛进的发展。炼钢-连铸作为钢铁制造全流程中的关键环节,其生产调度问题具有约束复杂和强不确定性等难点。在回顾数据驱动的生产调度方法的基础上,探讨了基于机器学习计算的炼钢-连铸调度方法涉及的主要研究内容,并提出了一种集成算法框架。该框架基于机器学习算法,通过期望指标预测器、调度规则挖掘器、滚动优化算法等模块实现调度过程智能化寻优。最后,对本文工作进行了总结,针对炼钢-连铸调度特点,对强化学习方法的应用提出展望。     

钢铁生产过程动态调度综述

钢铁制造是典型的流程工业,其复杂生产流程中的多重不确定性为生产调度带来了巨大挑战。面向不确定事件扰动,如何制定动态调度策略实现快速响应,是钢铁企业亟需解决的实际问题。现有研究针对炼铁、炼钢-连铸、热轧、炼钢-连铸-热轧一体化调度等多种调度场景,提出了基于Petri网、启发式算法、数学规划、动态约束满足、人机交互、案例推理、鲁棒和模糊优化等各类方法的大量动态调度方法。针对钢铁动态调度这一领域展开综述,介绍钢铁生产的主要流程及其动态扰动因素,回顾钢铁制造过程中各生产环节的动态调度研究,总结现有的动态调度方法,分析钢铁行业的实际需求与现有研究的局限,提出知识和数据驱动的高性能动态调度算法、全流程多工序协同的动态调度问题及方法、可配置的决策支持系统等亟待解决的关键科学问题与待探索的研究方向。     

基于“炉?机对应”的炼钢?连铸生产调度问题遗传优化模型

针对炼钢?连铸过程因车间布局复杂造成工序间钢水交叉供应频繁、等待时间过长以及天车调度困难等问题,本文建立以计划内所有炉次总等待时间最小为优化目标的炼钢?连铸过程生产调度模型,并采用改进的遗传算法求解该模型。在遗传操作过程中,引入“炉?机对应”调控策略以改善初始种群质量,并根据转炉（精炼）与连铸作业周期的比较,来确定是否对个体进行交叉、变异操作。以国内某中大型炼钢厂主要生产模式下的实际生产计划为仿真算例进行实验,结果表明:本文提出的基于“炉?机对应”的改进遗传算法的性能显著优于基本遗传算法及启发式算法,针对炼钢厂产量占比超过80%的主要生产模式4BOF?3CCM下的算例1,优化了生产过程等待时间,工序间最长等待时间由77 min减小到54 min;炉?机匹配程度也明显提高,3号精炼炉去往3号连铸机的钢水比例由25%提升到67%,减少了个别炉次由于设备随机指派造成的工序设备间对应关系不明确及由于生产路径不合理造成等待时间过长的现象,为研究炼钢厂复杂生产调度问题提供了一种高效的解决方案。      

基于一体化生产的炼钢-连铸-热轧动态调度仿真系统

根据炼钢-连铸-热轧一体化生产计划与调度的特点,提出了一体化生产下炼钢-连铸-热轧的动态调度问题,并在此基础上分析了炼钢-连铸过程中的生产扰动。基于生产扰动问题,提出了炼钢-连铸-热轧一体化动态调度策略,并依此建立了炼钢-连铸-热轧一体化动态调度仿真系统。最后对实际生产中常见的"追加计划"进行了仿真,系统分别对炼钢-连铸计划、轧制和加热炉计划进行了动态调度。结果表明,该系统能够依据扰动,动态调整生产计划,保证生产稳定顺行。     

应用改进遗传算法求解炼钢连铸生产调度问题

炼钢连铸制造流程是一个复杂的多阶段、多产品生产过程,其生产调度问题可建模为车间调度问题.提出一个改进遗传算法求解炼钢连铸生产调度问题.改进包括三个方面:基于排序的适应度分配、基于排序的工件过滤交叉算子和基于指数关系的变异率曲线.经24个benchmark的比较测试表明,改进遗传算法比传统遗传算法的寻优能力更强.通过16个生产计划和6个处理工序的炼钢连铸生产调度实例计算结果表明,改进遗传算法是有效的.     

面向节能降耗的炼钢-连铸生产调度模型及求解

炼钢-连铸生产是等待时间受限的混合流水车间生产过程。当前,产能已不是瓶颈,所以笔者不以计划的总完工时间最小和产量最大为目标,而以节能降耗、质量可靠、生产有序为优化目标,设计出炼钢-连铸生产过程调度模型,并用基于2-opt的邻域搜索策略进行迭代求解,解决实际生产调度问题,制定出转炉和连铸机的时刻表计划。通过实例仿真,验证了该解决方案具有求解迅速、适于动态调度的特点。     

炼钢-连铸生产智能调度的二层规划方法(上)

炼钢-连铸生产计划分为生产批量计划和生产时间计划两类。传统的方法是将原本密切相关的两类计划单独编制,导致编制炼钢-连铸生产计划时,在优化目标的设置和优化变量的选取等方面出现缺乏全局性考量的问题。作者分析了炼钢-连铸生产调度的层次性特点,将求取两类计划的问题描述为一种具有二层递阶结构的决策优化问题,在同一模型中针对两类计划展开研究,建立了基于二层规划的智能调度模型。其中,上层规划解决浇次组合、排序和分配问题;下层规划解决在浇次计划已知的前提下寻求优化的生产时间计划问题。应用遗传算法分别求解二层规划中的上、下层子问题。仿真算例表明了该智能调度二层规划方法的有效性。     

含加工等待和工序跳跃的炼钢-连铸调度方法

现有的钢铁冶炼生产过程广泛存在精炼工艺不同和设备转运时间可变的限制条件,目前的炼钢-连铸调度多面向单工序路径生产进行分析和建模,未解决实际应用与投产问题。针对国内某大型炼钢厂炼钢-连铸过程中精炼工艺路径不同和相邻炉次之间存在设备转运时间的问题,建立了符合实际的优化调度模型,且为处理加工等待和工序跳跃的子问题提出了前向法,为处理连铸工序无等待时间的子问题提出了反向法,同时以冶炼的最大完工时间为优化指标,通过制定排程方案验证前向-反向法。排程甘特图表明,本文的方法避免了错排程和重叠排程,能有效指导生产,证明了该方法是可行和有效的。     

炼钢-连铸动态调度中基于规则的时间调整方法(待续)

为了保证炼钢-连铸生产在动态扰动情况下的稳定性,针对生产调度中频繁发生的时间偏差类动态事件,提出了基于规则的时间调整方法。首先,结合炼钢-连铸生产工艺技术,定义了多个柔性可调的缓冲时间;然后,建立了减少过程等待时间、缩短工序处理时间和相邻工序间运输时间、延长紧前炉次浇注时间、推迟浇次或浇次中部分炉次开浇时刻等规则及相应的数学模型。根据偏差时间的长短,通过调用规则,可以有效消除时间偏差引起的扰动,生成优化的动态调度时间调整方案。仿真算例表明了该方法的有效性。     

炼钢-连铸动态调度中基于规则的时间调整方法(续完)

为了保证炼钢-连铸生产在动态扰动情况下的稳定性,针对生产调度中频繁发生的时间偏差类动态事件,提出了基于规则的时间调整方法。首先,结合炼钢-连铸生产工艺技术,定义了多个柔性可调的缓冲时间;然后,建立了减少过程等待时间、缩短工序处理时间和相邻工序间运输时间、延长紧前炉次浇注时间、推迟浇次或浇次中部分炉次开浇时刻等规则及相应的数学模型。根据偏差时间的长短,通过调用规则,可以有效消除时间偏差引起的扰动,生成优化的动态调度时间调整方案。仿真算例表明了该方法的有效性。     

加热炉工序的配置与调度优化研究

针对某不锈钢和碳钢的混合型板带钢厂,分析了板坯连铸-轧钢各个关键工序的出坯节奏和年产能力,得出非专用加热炉最优配置数量为3座;为了实现板坯连铸-轧钢工序的协同、高效运行,研究了加热炉群的调度问题,运用改进的遗传算法对加热炉群调度模型进行求解,得出优化的调度方案。研究结果表明：通过对加热炉工序的配置与加热炉群调度优化进行综合研究,得到单块板坯在加热炉外的平均等待时间可减少20min以上,热送热装率提高8%以上。     

考虑铸轧协调的炼钢-连铸-热轧一体化生产计划

炼钢-连铸-热轧生产计划编制是一个多目标、多约束的复杂组合优化问题。从有利于多工序生产组织的角度,提出了一种可分工序独立编制工序计划,并且按铸轧衔接关系进行系统协调的一体化生产计划编制方法。即首先以铸坯作为热轧与炼钢-连铸不同工序生产阶段统一的生产计划对象,并将炼钢、连铸与热轧的生产目标和约束进行归类抽象,使得炼钢炉次计划、连铸浇次计划和热轧单元计划的制定模型具有内在的逻辑相关性;以缩小铸轧时间差作为铸轧界面衔接关系的协调控制目标,来优化连铸与热轧之间的生产衔接,进而获得一体化生产计划。采用某钢厂的生产订单数据和生产计划目标、约束条件,通过模型仿真计算与生产实绩数据的对比检验了该一体化生产计划编制方法的有效性。     

基于免疫多Agent系统求解炼钢连铸动态调度问题(待续)

炼钢连铸生产过程中,随着调度问题规模的扩大,传统的集中式动态调度方法存在响应速度慢等问题。为了解决此问题,基于多Agent动态调度系统与人体免疫系统的相似性,模拟人体免疫系统的结构和机制,设计了动态调度系统的体系结构和协商机制,建立了炼钢连铸免疫多Agent动态调度系统。仿真实验表明,所建系统可以快速有效解决炼钢连铸动态调度问题。     

物流仿真技术在炼钢连铸调度计划中的应用

物流仿真技术的应用研究是国内外研究的一个热点.首先简要介绍了炼钢连铸物流研究中的一些理论和方法,分析了炼钢连铸生产计划与调度的过程、工艺和特征等.然后针对炼钢连铸调度的复杂混合系统的特性,建立了各物理对象的Petri模型,进一步根据炼钢连铸的调度目的,开发了基于组件技术及其体系架构的炼钢连铸物流仿真系统.最后给出了一个调度计划的实例,说明了物流仿真系统的应用效果.     

特殊钢厂炼钢-连铸调度模型

针对特殊钢厂的炼钢-连铸调度问题,建立了多目标调度模型.在模型求解过程中,对静态调度策略和动态调度策略进行了探讨.在静态调度部分,结合炼钢厂运行原则,并根据炼钢炉和连铸机作业周期的不同对应关系,对生产模式进行了分类,给出了相应的求解方法.在动态调度部分,给出了基于规则的动态调度策略以及具体的时间调整方法.最后,根据某转炉特殊钢厂的实际生产状况,在三台连铸机同时生产的情形下,对三个浇次的调度计划进行了仿真计算.通过与实际生产数据的比较,表明所采用方法的有效性.      

炼钢-连铸区段天车调度的多目标建模与求解

针对炼钢-连铸区段天车调度问题多机多任务的特点,以天车行驶路程最短、天车间负载时间差异最小、所有吊运任务的总运输时间最短为目标函数,以天车执行任务时受到的时空约束为约束条件,建立了多目标天车调度模型。设计了分区、择车、冲突消解等调度规则以表达天车运行特征。基于调度规则的思想,提出了一种启发式算法对模型进行求解。最后,采用某钢厂钢水接收跨的生产数据进行检验,对比分析模型求解得到的3组调度方案,说明了模型的有效性和可行性,对实际生产过程中的天车调度具有一定的指导意义。