开工时间延迟下的炼钢-连铸生产重调度方法

在炼钢-连铸生产过程中, 因铁水或废钢供应不及时经常发生钢水在转炉设备上开工延迟, 导致相邻炉次在同一设备上产生作业冲突或同一浇次内的相邻炉次在连铸机上断浇, 使原调度计划失效.由于炼钢-连铸生产存在多台转炉、多台精炼炉和多台连铸机, 以及多重精炼方式且存在着可重入生产情况, 加上要保证已开工和完工炉次按原调度计划执行, 使得已有炼钢-连铸生产重调度方法难以适用.本文建立了开工时间延迟下的炼钢-连铸生产重调度模型, 将模型分解和启发式方法相结合, 提出了由炉次加工设备指派和作业时间决策组成的启发式重调度方法.通过实际工业数据仿真实验和在某大型钢铁企业的炼钢-连铸生产重调度的工业应用表明所提出的重调度方法显著减少了炉次加工冗余等待时间.     

一种炼钢–连铸生产计划一体化编制方法

炼钢和连铸生产调度是钢铁企业生产调度的重要内容而且二者密切相关.目前采用的调度方法多是分别编制炼钢炉次计划和连铸浇次计划,还没有协调处理二者的有效办法.提出了一种炼钢-连铸生产计划的一体化编制方法.首先通过求解炼钢炉次计划编制的多目标优化模型得到炉次计划的多个候选方案,在此基础上通过求解以最小化计划数为目标的连铸浇次计划数学模型得到浇次计划,最后根据浇次计划从炉次计划的候选方案中确定炉次计划.求解过程中使用了多目标模拟退火算法和改进变邻域搜索算法.基于实际生产数据的仿真试验表明了所提方法的有效性.     

炼钢-连铸中作业时间冲突的协调优化方法

炼钢-连铸生产过程中可能因时间扰动导致调度过程出现时间冲突,动态调度后会使得连铸过程出现断浇,从而需要进行拉速与调度的协调优化。针对这2个问题,以断浇时间最小,冗余等待时间最小,连铸机拉速调整时间最小和拉速调整尽量平缓为目标,以生产工艺要求为约束建立数学模型。将模型分为2个部分求解:上层动态调度和连铸机拉速调整。调度部分通过求解简单的线性规划问题可得,拉速优化部分利用极大值原理求得精确解,从实验结果看出该协调优化方法的有效性和优越性。     

加工时间可控的炼钢调度问题两阶段模型及优化算法

炼钢-精炼-连铸是钢铁产品的关键生产工序,其有效的调度对生产过程中减少热能消耗、提高生产效率具有重要意义.根据生产过程中工序加工时间可控性和主要工艺约束提出了分散搜索(scattcr scarch,SS)算法和数学规划相结合的两阶段求解算法.第1阶段应用SS算法基于各阶段正常的加工时间,确定炼钢-精炼生产阶段各设备的加工炉次集和各炉次的加工顺序.第2阶段将SS求得的解转化为时间约束网络图,建立了以炉次等待设备时间和设备等待炉次时间及最大完成时间最小为调度目标,工序加工时间可控的混合整数规划模型,应用CPLEX求解模型确定各炉次的加工时间和开始时间.基于国内某钢铁企业炼钢-精炼-连铸生产过程的实绩生成了14个不同规模的测试案例,对钢厂生产实绩效果与本文两阶段求解算法的优化效果进行了对比,分析了不同等待时间权重对两阶段算法性能的影响,并与采用遗传局域搜索(gcnctic local search,GLS)算法与数学规划相结合的求解算法的优化效果进行了比较.实验结果表明本文给出的模型和两阶段求解算法对加工时间可控的炼钢-精炼-连铸调度问题的优化效果很好.     

基于Witness的炼钢-连铸动态调度仿真

为了对炼钢-连铸动态调度进行仿真,分析了炼钢-连铸动态调度系统的特征,重点讨论了基于Witness对炼钢-连铸动态调度系统仿真时的关键问题,即工艺路径设置、断浇修复技术、动态扰动设置和调度结果可视化.源于钢铁企业的实际生产数据证明了Witness仿真软件对解决炼钢-连铸动态调度问题是可行且有效的,通过对软件自身优化算法进行比较,结果表明采用不同优化算法,其对应的解的质量和收敛效率不同.     

加工时间不确定的炼钢连铸生产调度串级交叉熵算法

针对加工时间不确定的炼钢连铸生产调度问题, 一方面考虑炉次精炼时间是运输时间和等待时间的线性增函数, 并考虑分时电价, 提出基于关键炉次的左右混合调整方法对各炉次精炼时间进行调整; 另一方面, 考虑炉次在各阶段的基本加工时间和连铸机最早开浇时间可在一定范围内选择, 提出一种串级交叉熵算法进行求解. 设计了不同的仿真实例, 并将串级交叉熵算法与改进自适应遗传算法进行比较, 验证了所提出算法的优越性.

     

面向炼钢—连铸调度过程的两阶段优化模型与算法

以某钢厂多台转炉及多台精炼炉对多台连铸机的复杂生产线为研究对象,针对其调度过程涉及多设备、多目标、多约束等调度要素,且离散和连续变量混杂,采用常规建模方法难以满足现场对调度的精度及排产速度的需求问题,提出一种新型的两阶段优化建模方法.首先,证明了炉次从炼钢到连铸总等待时间最小的调度目标与该炉次在转炉开始作业时间最大是等价的事实,并以离散型的设备变量为决策变量,以转炉开始作业时间最大为动态规划最优指标,建立设备指派多阶段动态规划基本方程和设备指派优化模型;然后,以炉次在设备开始作业时间的连续型变量为决策变量,并将准时开浇的非线性调度指标转化成与之等价的线性优化目标,以在同一台连铸机上浇铸的炉次之间断浇的时间间隔最小、钢包在设备之间的冗余等待时间最小、提前与滞后理想开浇时间的时间间隔最小为目标,建立线性规划冲突解消模型.工业实验表明所提出两阶段优化建模方法在求解速度与求解精度均满足现场要求.     

PFSP 问题的混和CHIO算法优化

在冠状病毒群体免疫优化算法基础上进行了改进形成了一种求解置换流水车间调度问题的混合算法. 在群体免疫进化阶段使用了动态改变扩展速率的策略平衡了算法探索能力与开发能力, 在重生阶段后增加基于差分进化的交叉阶段以增强最优解的挖掘能力; 采用基于最小位置值的方式实现置换流水车间调度问题解的编码与解码. 以最小化最大完工时间为求解目标, 在21个Reeves测试实例上进行了实验, 实验结果表明了提出算法在求解置换流水车间调度问题上的有效性.     

求解炼钢连铸生产调度问题的改进算法

将炼钢连铸生产调度问题抽象为混和流水车间调度,建立了0-1型混合整数线性规划模型,并提出了一种遗传和线性规划相结合的求解方法。该模型通过优化钢水传搁时间来满足钢水的温度要求,通过最小化浇次开浇提前/拖期惩罚来协调连铸与热轧间的生产节奏。在算法设计中,给出了一种染色体编码来表示炉次设备指派与炉次在设备上的加工顺序方案,并探讨了相应的遗传操作。最后,仿真实验的结果表明了该算法的有效性。     

基于总空闲时间增量的无等待流水调度混合遗传算法

将NP-难的最小化最大完工时间无等待流水调度问题等价转化为最小化总空闲时间的问题,改变传统求解调度序列目标函数的模式,通过目标函数变化量判断新解的优劣,大大降低算法所需计算时间.分析启发式算法基本操作和进化算子的总空闲时间增量性质,设计基本总空闲时间增量法以快速评估新产生解的质量.提出混合遗传算法IHGA(increment based hybrid genetic algorithm)求解该问题,构造相应初始种群生成方法和进化算子,提出进化概率动态更新策略和种群收敛判断与再生机制;算法混合了迭代改进局部搜索以进一步提高解的质量,基于120个经典Benchmark实例,将IHGA与目前求解该问题的有效算法RAJ,GR,SA2,TSM和FCH进行比较,实验结果表明:IHGA在性能方面优于其他,计算效率方面优于SA2和TSM,略逊于GR,RAJ和FCH.     

加工时间不确定的炼钢-连铸鲁棒优化调度方法

炼钢-连铸生产存在着复杂的物理和化学变化,加工时间在实际生产中呈现出较强的波动性,基于标准加工时间建立的调度方案难以满足实际生产需求.针对加工时间不确定的炼钢-连铸调度问题,采用鲁棒优化方法,构造“盒子+多面体”型不确定集处理加工时间信息,建立以总等待时间最小为目标的炼钢-连铸鲁棒优化调度模型.针对模型中存在两种不同类型决策变量的情况,即离散型的指派变量和连续型的鲁棒对等转换变量,结合两类变量特征提出一种混合编码遗传算法,并针对染色体的混合编码特征提出并行进化策略.算法中引入精英策略和自适应的调节参数方法,以提高搜索能力.最后基于不同规模的实际生产数据进行仿真实验,验证了鲁棒优化调度模型和算法的有效性.     

基于准时制思想的炼钢—连铸生产动态调度算法

通过对炼钢—连铸生产动态调度问题的分析，建立了基于准时制思想的炼钢—连铸生产动态调度模型．提出了一种基于多个邻域结构和种群进化策略的进化迭代局部搜索算法，用于求解该模型．基于实际生产数据的仿真试验证明了所提出模型和算法的有效性．     

冷链物流越库调度的拉格朗日松弛算法

为了提高冷链物流的运输效率,解决越库在冷链物流中的应用问题,提出了基于拉格朗日松弛算法的冷链物流的越库调度方法.首先进行了问题域的描述并做出了具体假设,基于问题域以最小化卡车等待时间和越库内部运输成本为目标,建立越库调度的整数规划数学模型.然后,提出了针对越库调度模型的拉格朗日松弛算法,松弛复杂约束后根据决策变量将松弛问题分解为若干子问题,采用次梯度算法求解松弛模型.最后,对各种不同规模的越库模型进行仿真实验,并与传统的贪婪算法进行对比,结果表明,所提出的调度算法适用于问题的求解,并可以在较短时间内获得良好的近优解.     

基于约束满足方法求解炼钢—连铸生产调度问题

针对各阶段均有并行机的炼钢—连铸生产调度问题,建立了问题的约束满足模型．通过分析炼钢—连铸调度问题特点,将其归结为最小化操作开工时间偏移的调度问题．在求解过程中,首先用变量选择和值选择启发式方法构造时间可行的初始调度,然后应用冲突检查算法检测资源冲突，基于回跳的后向修剪组合算法修复冲突,直至得到一个一致性的最终解．数据实验表明本文提出的方法是有效的.     

A bi-layer optimization approach for a hybrid flow shop scheduling problem involving controllable processing times in the steelmaking industry

A steelmaking-continuous casting (SCC) scheduling problem is an example of complex hybrid flow shop scheduling problem (HFSSP) with a strong industrial background. This paper investigates the SCC scheduling problem that involves controllable processing times (CPT) with multiple objectives concerning the total waiting time, earliness/tardiness and adjusting cost. The SCC scheduling problem with CPT is seldom discussed in the existing literature. This study is motivated by the practical situation of a large integrated steel company in which the just-in-time (JIT) and cost-cutting production strategy have become a significant concern. To address this complex HFSSP, the scheduling problem is decomposed into two subproblems: a parallel machine scheduling problem (PMSP) in the last stage and an HFSSP in the upstream stages. First, a hybrid differential evolution (HDE) algorithm combined with a variable neighborhood decomposition search (VNDS) is proposed for the former subproblem. Second, an iterative backward list scheduling (IBLS) algorithm is presented to solve the latter subproblem. The effectiveness of this bi-layer optimization approach is verified by computational experiments on well-designed and real-world scheduling instances. This study provides a new perspective on modeling and solving practical SCC scheduling problems.     

基于动态策略的差分进化柔性车间优化调度

针对柔性作业车间调度问题,提出基于动态策略的差分进化优化方法。首先,基于差分进化算法框架,考虑个体之间的距离,设计种群拥挤度指标来衡量当前种群的分布情况,进而自适应判断算法所处阶段;然后,针对不同阶段的特点设计相应的变异策略池,实现变异策略的动态阶段选择,达到提高算法搜索效率的目的;最后,10个标准测试函数的计算结果表明了所提方法的有效性,进一步,采用工序和机器双层编码的方式,以最大完工时间为目标,求解得到作业车间调度测试问题的最佳调度方案。     

航班滑行路径规划和停机位分配联合优化

针对机场的航班滑行路径规划和停机位分配的联合优化调度问题,构建基于冲突回避的滑行道与停机位联合调度模型,并提出改进的自适应差分进化算法求解问题.以最小化航班的滑行时间和旅客转机的行走时间为优化目标,建立非线性混合整数规划联合调度模型.设计考虑了滑行冲突的路径规划算法,完成航班的滑行路径分配,并通过自适应动态调整差分进化...     

Dynamically scheduling ships to multiple continuous berth spaces in an iron and steel complex

This paper studies the problem of dynamically scheduling ships to multiple continuous berth spaces at the raw material docks in an iron and steel complex with the objective of minimizing the total weighted service time. We propose two mathematical models and develop an improved Lagrangian relaxation algorithm to solve the problem. Based on the problem structure, six properties are observed that help speed up the procedures of solving the sub-problems, updating Lagrangian multipliers and obtaining feasible solutions, respectively. Computational results on 50 real data problems and 120 randomly generated problems show that the algorithm generates good solutions in short time and that using the properties can reduce by more than 80% the computation time of the algorithm.     

炼钢-连铸生产启发式调度方法

实际炼钢–连铸生产存在着多阶段、多并行机,以及在精炼阶段具有多重精炼方式,从而大大增加了炼钢–连铸生产调度难度.目前已有的炼钢–连铸生产调度研究由于仅仅针对简单生产方式而难以应用于目前大型炼钢–连铸生产调度.而实际生产过程中的以人工为主的调度方法速度慢、优化程度低,极易造成炉次在设备间的冗余等待时间过长,导致钢水温度下降,甚至造成连铸断浇事故.本文针对中国宝钢某大型炼钢厂的多重精炼方式且存在着可重入调度下的炼钢–连铸生产调度问题进行研究,提出了多种调度顺序方法和设备指派方法,通过仿真实验对多种调度顺序方法和多种设备指派方法组合而成的各种启发式方法进行了研究.最后将本文提出的性能最好的启发式方法应用于该大型炼钢厂的炼钢–连铸生产调度,钢水平均日冗余等待时间得到显著降低.