熱軋并行多產(chǎn)線板坯匹配問題研究.pdf

1、板坯是由煉鋼-連鑄生產(chǎn)出的半成品，通過熱軋加工成板卷。無委托板坯是由于填充煉鋼大型設(shè)備滿批容量而生產(chǎn)的沒有用戶合同要求的板坯。無委托板坯匹配是根據(jù)板坯與用戶合同的鋼級、寬度、長度、重量等屬性要求，將無委托板坯合理地分配給有欠量的用戶合同。無委托板坯是否及時、合理地分配將影響材料利用率和合同完成率，因此無委托板坯匹配問題日益受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的重視。
　　本文針對上述問題，從生產(chǎn)計劃角度，對具有板坯動態(tài)到達、匹配模式多樣、板坯產(chǎn)出量

2、和客戶需求隨機等不同特征的板坯匹配問題進行建模和優(yōu)化方法的研究;從生產(chǎn)管理角度，為了評價板坯匹配對運作管理的績效影響，采用基于模型預(yù)測控制的方法對績效邏輯進行分析;從實際應(yīng)用角度，開發(fā)了熱軋并行多產(chǎn)線板坯合同優(yōu)化匹配決策支持系統(tǒng)和鋼鐵運作管理績效決策支持系統(tǒng)。本文的主要研究內(nèi)容如下:
　　1)研究了熱軋并行多產(chǎn)線的動態(tài)板坯匹配問題，考慮煉鋼-連鑄工序板坯動態(tài)產(chǎn)出與期貨合同、潛在合同、自擬合同三種匹配模式。以板坯選擇匹配模式和合同為

3、決策變量，考慮期貨合同完整性、交貨期和安全庫存等實際約束，建立0-1整數(shù)規(guī)劃模型，目標為最小化板坯-合同匹配費用、庫存存儲費用、超量供貨的折扣費用、合同欠量的懲罰費用、自擬合同的啟動費用等加權(quán)費用。設(shè)計基于三基因結(jié)構(gòu)編碼策略的分散搜索算法對問題進行快速近優(yōu)求解，引入多鄰域局部搜索機制和隨機擾動策略來增強算法的深度和廣度搜索能力。仿真數(shù)據(jù)的實驗結(jié)果顯示所提出算法與商業(yè)求解軟件IBM ILOGCPLEX相比，能夠快速獲得高質(zhì)量解;實際數(shù)據(jù)的

4、實驗結(jié)果顯示所提出算法優(yōu)于鋼鐵企業(yè)采用的手工排產(chǎn)方法。
　　2)研究了動態(tài)板坯匹配問題中的匹配參考時間推薦問題。為由成分規(guī)格適配性導(dǎo)致暫時無法分配給期貨合同的難配板坯決策最大等待時間（在此之后板坯必須分配給自擬合同）。以歷史板坯和合同數(shù)據(jù)為輸入，采用基于最小二乘支持向量機的數(shù)據(jù)解析方法來建立板坯匹配參考時間預(yù)測模型。為提高預(yù)測結(jié)果的準確性，提出了分散搜索算法對數(shù)據(jù)解析模型中的參數(shù)進行優(yōu)化。計算實驗結(jié)果顯示使用分散搜索算法進行參數(shù)改

5、進后最小二乘支持向量機預(yù)測模型的均方根誤差為2.40％。
　　3)研究了多階段情形下板坯產(chǎn)出量和客戶需求不確定的隨機板坯匹配問題，來克服單階段確定性板坯匹配問題只顧短期效益而放棄長遠目標的局限性。以板坯分配量為決策變量，滿足庫存平衡、生產(chǎn)和庫存能力等約束，以最小化生產(chǎn)和庫存費用為目標，采用場景樹刻畫隨機需求的方法，為隨機板坯匹配問題建立隨機混合整數(shù)規(guī)劃模型。針對場景樹建模導(dǎo)致模型規(guī)模大而難以求解的問題，提出了場景聚合的模型降維方法

6、。設(shè)計帶有隨動鄰域的導(dǎo)向性局域搜索的分散搜索算法對問題進行求解。計算實驗結(jié)果表明，提出的改進分散搜索算法能夠求得中小規(guī)模問題最優(yōu)解，對于大規(guī)模問題，求解時間和求解質(zhì)量均優(yōu)于商業(yè)求解軟件IBM ILOG CPLEX。
　　4)開發(fā)了熱軋并行多產(chǎn)線板坯合同優(yōu)化匹配決策支持系統(tǒng)。對某鋼廠熱軋并行多產(chǎn)線的板坯匹配計劃進行詳細需求分析，以設(shè)計的多產(chǎn)線板坯合同匹配模型和優(yōu)化算法為核心，開發(fā)了熱軋并行多產(chǎn)線板坯合同優(yōu)化匹配決策支持系統(tǒng)，系統(tǒng)包括

7、數(shù)據(jù)管理模塊、板坯匹配計劃編制模塊、參數(shù)設(shè)置模塊等，系統(tǒng)提供了柔性化和個性化的人機交互界面。該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于國內(nèi)某大型鋼鐵企業(yè)，有效提高了無委托板坯的利用率和合同完成率，降低庫存和生產(chǎn)物流成本，提高了工作效率。
　　5)開發(fā)了鋼鐵運作管理績效決策支持系統(tǒng)，用于評價板坯匹配等對運作管理績效影響。通過分析板坯匹配與運作管理績效關(guān)系，確定板坯匹配、鋼鐵其他生產(chǎn)材料及合同的關(guān)鍵業(yè)績指標。以板坯匹配相關(guān)指標為例，采用模型預(yù)測控制的思想對鋼