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炼钢-连铸区段3种典型工序界面技术研究进展

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工程科学学报 2020年第12期42卷 1542-1556页

作者：杨建平张江山刘青北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室北京100083 北京科技大学钢铁生产制造执行系统教育部工程研究中心北京100083

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... 详细信息

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.

关键词：炼钢-连铸工序界面技术钢包运行天车运行生产运行模式协同

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安装时间和机器受限的订单接受与并行机调度

工程科学学报 2019年第4期41卷 528-538页

作者：王柏琳李铁克王海凤北京科技大学东凌经济管理学院北京100083 钢铁生产制造执行系统技术教育部工程研究中心北京100083

订单接受与不相关并行机调度是订单接受与订单调度的联合决策,广泛存在于面向定制的多品种混合生产环境中.针对这一问题,考虑了顺序与机器依赖的安装时间以及可加工机器限制,并以最小化总成本为优化目标.其中,总成本由被接受订单的总拖... 详细信息

订单接受与不相关并行机调度是订单接受与订单调度的联合决策,广泛存在于面向定制的多品种混合生产环境中.针对这一问题,考虑了顺序与机器依赖的安装时间以及可加工机器限制,并以最小化总成本为优化目标.其中,总成本由被接受订单的总拖期成本和被拒绝订单的总拒绝成本构成.通过分析订单拒绝对目标的影响,提出了列表拒绝方法和订单拒绝规则,进而设计了协同进化遗传算法.算法将染色体编码分解为订单列表和订单指派两个个体,提出了基于列表拒绝方法的解码方案来进行订单拒绝决策.由于两个个体相互独立,且二者的进化约束不同,因而引入协同进化策略,并根据个体的编码特征,分别采用单亲遗传算子和传统遗传算子进行遗传操作.数据实验验证了算法的有效性和求解效率,并对问题规模和订单拒绝成本对算法性能的影响进行了分析.

关键词：订单接受与调度不相关并行机安装时间可加工机器限制遗传算法协同进化

加工时间不确定的炼钢-连铸鲁棒优化调度方法

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控制与决策 2023年第6期38卷 1661-1669页

作者：燕洁晨陈红雨张文新苏艺璇李铁克王柏琳北京科技大学经济管理学院北京100083 钢铁生产制造执行系统技术教育部工程研究中心北京100083 宁波钢铁有限公司浙江宁波315807

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... 详细信息

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.

关键词：炼钢-连铸生产调度鲁棒优化不确定性遗传算法主动调度

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两阶段流水车间成组调度问题的迭代贪婪算法

系统工程理论与实践 2020年第10期40卷 2707-2716页

作者：袁帅鹏李铁克王柏琳刘青北京科技大学东凌经济管理学院北京100083 北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室北京100083 钢铁生产制造执行系统技术教育部工程研究中心北京100083

针对两阶段流水车间成组调度问题,在同时考虑序列不相关准备时间和阶段间双向运输时间约束的情况下,以最小化最大完工时间为目标建立了混合整数线性规划模型,结合问题特征提出一种协同进化迭代贪婪算法.算法将工件组间排序和各工件组内... 详细信息

针对两阶段流水车间成组调度问题,在同时考虑序列不相关准备时间和阶段间双向运输时间约束的情况下,以最小化最大完工时间为目标建立了混合整数线性规划模型,结合问题特征提出一种协同进化迭代贪婪算法.算法将工件组间排序和各工件组内工件间排序两个子问题进行统一编码,设计了不同的启发式规则产生问题的初始解,并提出一种协同导向迭代贪婪规则对两个子问题进行联合优化,进而给出了问题的三个下界以评估算法的性能.通过不同规模的数据实验和与对比算法的比较分析,验证了所提算法的高效性和稳健性.

关键词：流水车间成组调度准备时间双向运输时间启发式规则协同进化迭代贪婪算法

基于“炉-机匹配”的炼钢?连铸过程多工序运行仿真

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中南大学学报（自然科学版） 2020年第3期51卷 587-599页

作者：杨建平洪宇杰刘倩王柏琳高山郭伟达刘青北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室北京100083 北京科技大学钢铁生产制造执行系统教育部工程研究中心北京100083 莱芜钢铁集团银山型钢有限公司山东济南271104

为探究“炉?机匹配”模式对炼钢?连铸过程多工序运行的影响,以国内某无精炼跨中型炼钢厂为研究对象,首先,采用Plant Simulation软件构建考虑天车运行约束的炼钢?连铸过程多工序运行仿真模型,并阐述天车作业冲突的消解策略;其次,针对不... 详细信息

为探究“炉?机匹配”模式对炼钢?连铸过程多工序运行的影响,以国内某无精炼跨中型炼钢厂为研究对象,首先,采用Plant Simulation软件构建考虑天车运行约束的炼钢?连铸过程多工序运行仿真模型,并阐述天车作业冲突的消解策略;其次,针对不同连铸机停机的“四炉对三机”生产组织模式,归纳4类“炉?机匹配”模式,并应用基于“炉?机匹配”模式(改进的和未改进的)启发式算法求解不同连铸机停机的4个实际生产计划的调度方案;最后,运用仿真模型对所得调度方案进行仿真,得到天车运行约束下的调度方案,并与实际人工调度方案进行对比。选取生产计划总作业时间、钢包总周转数量、工序间传搁时间以及浇次开浇时间最大偏离量作为调度方案的评价指标,并提出评价指标优劣的综合判定方法。研究结果表明:相比于未优化的调度方案和实际调度方案,基于“炉?机匹配”模式优化的调度方案中生产计划加权总作业时间分别减少13.6 min和4.5 min,炉次从转炉工序到LF精炼工序的加权平均传搁时间分别减少1.3 min和1.2 min,炉次从LF精炼工序到连铸工序的加权平均传搁时间分别减少1.5 min和0.4 min,所有炉次的工序间传搁时间处于合理范围内,此外,4个生产计划的开浇时间最大偏离量也处于可接受范围内,某一生产计划的钢包总周转数减少1个。

关键词：炼钢?连铸多工序运行 “炉-机匹配” 仿真模型调度 Plant Simulation

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求解板坯倒垛和落位问题的分布估计算法

系统工程理论与实践 2017年第11期37卷 2955-2964页

作者：李铁克栾治伟王柏琳董广静北京科技大学东凌经济管理学院北京100083 钢铁生产制造执行系统技术教育部工程中心北京100083 首都师范大学教育学院北京100037

针对钢铁企业板坯库的板坯倒垛问题,与以往的研究不同,考虑了在倒垛过程中压在目标板坯上的障碍板坯可以不倒回原垛位的作业模式.提出采用板坯在板坯库中的移动次数来衡量板坯库的作业负荷,建立了以移动次数为优化目标的整数规划模型.... 详细信息

针对钢铁企业板坯库的板坯倒垛问题,与以往的研究不同,考虑了在倒垛过程中压在目标板坯上的障碍板坯可以不倒回原垛位的作业模式.提出采用板坯在板坯库中的移动次数来衡量板坯库的作业负荷,建立了以移动次数为优化目标的整数规划模型.在对模型的求解中设计了基于概率模型进化的分布估计算法(estimation of distribution algorithm,EDA)来确定轧制单元对应的板坯,采用基于辐射邻域的启发式算法为障碍板坯寻找最佳的落位位置.通过不同规模的数据实验,探讨了参数对算法性能的影响,确定了有效的参数组合.并与当前常用的改进遗传算法、单亲遗传算法进行对比,验证了所提算法的有效性和鲁棒性.

关键词：板坯倒垛移动次数落位辐射邻域分布估计算法

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无缝钢管热轧生产过程中的轧辊孔型匹配问题

计算机集成制造系统 2017年第12期23卷 2676-2682页

作者：栾治伟张文新王柏琳吴子轩李铁克北京科技大学东凌经济管理学院北京100083 钢铁生产制造执行系统技术教育部工程中心北京100083

针对无缝钢管热轧生产过程中给定轧制计划下的轧辊孔型匹配问题,以最小化轧辊车削量为优化目标,建立了能够综合表述不考虑轧辊重用的静态轧辊孔型匹配和考虑轧辊重用的动态轧辊孔型匹配两种情形的0-1整数规划模型。对静态轧辊孔型匹配... 详细信息

针对无缝钢管热轧生产过程中给定轧制计划下的轧辊孔型匹配问题,以最小化轧辊车削量为优化目标,建立了能够综合表述不考虑轧辊重用的静态轧辊孔型匹配和考虑轧辊重用的动态轧辊孔型匹配两种情形的0-1整数规划模型。对静态轧辊孔型匹配问题提出最少车削量匹配准则,并证明了该准则的最优性;对动态轧辊孔型匹配问题,证明了在最少车削量匹配准则下,动态轧辊孔型匹配的结果不劣于静态轧辊孔型匹配。基于问题性质的分析,针对问题模型设计了基于动态候选轧辊集合和最少车削量准则的启发式算法。通过基于实际生产数据的算例和仿真实验,验证了模型和算法的有效性。

关键词：无缝钢管轧制计划轧辊车削启发式算法

无缝钢管热轧批量调度问题的学习型文化基因算法

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计算机集成制造系统 2019年第11期25卷 2753-2761页

作者：栾治伟李铁克王柏琳北京科技大学东凌经济管理学院北京100083 钢铁生产制造执行系统技术教育部工程研究中心北京100083 冶金工业规划研究院北京100013

针对无缝钢管热轧批量调度问题,考虑生产工艺约束、生产需求优化等因素,以最小化热工具轧辊使用消耗、生产拖期为目标,建立了多目标整数规划模型。分析了无缝钢管批量调度顺序对热工具轧辊消耗的影响,给定了轧制批量顺序下的求解启发式... 详细信息

针对无缝钢管热轧批量调度问题,考虑生产工艺约束、生产需求优化等因素,以最小化热工具轧辊使用消耗、生产拖期为目标,建立了多目标整数规划模型。分析了无缝钢管批量调度顺序对热工具轧辊消耗的影响,给定了轧制批量顺序下的求解启发式算法,并设计了一种基于多种群进化的学习型文化基因算法。针对目标设计了不同的搜索算子以及算子的自适应学习选择策略来指导种群进化,充分发挥全局搜索和局部搜索能力。仿真实验与常用的带精英策略的快速非支配排序遗传算法和文化基因算法进行了对比,验证了所提模型和算法的有效性。

关键词：无缝钢管批量调度多目标优化学习型文化基因算法

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考虑机器检修的圆钢热轧批量调度算法

计算机集成制造系统 2014年第10期20卷 2502-2511页

作者：许绍云李铁克王雷王柏琳柏亮董广静北京科技大学东凌经济管理学院北京100083 北京科技大学钢铁生产制造执行系统技术教育部工程研究中心北京100083 中国刑事警察学院治安学系辽宁沈阳110854

针对圆钢的热轧批量调度问题,考虑实际生产中的机器检修计划对批量连续性加工的影响,以最大化产能利用率、最小化机器调整时间和订单提前拖期为优化目标,建立了多目标的整数规划模型,并提出改进的带精英策略的快速非支配排序算法对模型... 详细信息

针对圆钢的热轧批量调度问题,考虑实际生产中的机器检修计划对批量连续性加工的影响,以最大化产能利用率、最小化机器调整时间和订单提前拖期为优化目标,建立了多目标的整数规划模型,并提出改进的带精英策略的快速非支配排序算法对模型进行求解。算法结合问题的约束特征,采用改进的NEH算法生成初始解,并采用罚函数的思想设计适应度函数,对种群中存在的不合理解设计修复规则进行修复;针对遗传进化过程,设计了遗传操作方式,并在算法迭代过程中嵌入基于有限搜索范围的邻域搜索算法,避免算法陷入局部最优。实验结果表明,模型和算法对问题的描述和求解是可行有效的。

关键词：热轧批量调度多目标优化带精英策略的快速非支配排序算法遗传算法圆钢生产