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连铸机故障下炼钢-连铸动态调度混合协同进化算法

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工业工程与管理 2024年第1期29卷 184-196页

作者：苏艺璇李铁克王柏琳袁帅鹏张文新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

连铸机故障问题不仅需要考虑设备指派和时间调整,而且涉及浇次计划的修复,是炼钢-连铸生产中一类复杂的扰动事件。本文针对该问题提出浇次计划修复策略,以最小化总等待时间和调度前后偏差的加权总惩罚为目标,建立了混合整数规划模型,结... 详细信息

连铸机故障问题不仅需要考虑设备指派和时间调整,而且涉及浇次计划的修复,是炼钢-连铸生产中一类复杂的扰动事件。本文针对该问题提出浇次计划修复策略,以最小化总等待时间和调度前后偏差的加权总惩罚为目标,建立了混合整数规划模型,结合问题联合决策及模型变量的特征,提出了遗传算法和粒子群算法相混合的协同进化算法。在算法中,设计了初始启发式修复策略和基于冲突炉次动态修剪解空间策略,提出了前向正推和反向逆推相结合的双向解码方式,并设计了混合协同进化算子,继而利用调整变量对钢材质量产生了不同程度的影响,设定了变量调整次序和基于柔性浇铸时间的可行性处理策略。最后,通过仿真实验验证了模型和算法的可行性和有效性。

关键词：动态调度炼钢-连铸连铸机故障协同进化遗传算法粒子群算法

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国内外烧结优化配矿研究进展

钢铁 2024年

作者：唐珏王茗玉储满生石泉张振东北大学冶金学院低碳钢铁前沿技术教育部工程研究中心

高炉工序是全球钢铁生产节能降耗的重点工序。烧结优化配矿是高炉炼铁降本降耗的核心。国内外研究从铁矿粉特性、烧结杯试验、数学模型等多个角度进行了大量的工作。铁矿粉常温特性获取成本低，是国内外钢厂实际使用最多的方法，但在原... 详细信息

高炉工序是全球钢铁生产节能降耗的重点工序。烧结优化配矿是高炉炼铁降本降耗的核心。国内外研究从铁矿粉特性、烧结杯试验、数学模型等多个角度进行了大量的工作。铁矿粉常温特性获取成本低，是国内外钢厂实际使用最多的方法，但在原料条件变化大的情况下还需要考虑铁矿粉高温特性对烧结配矿的影响。通过铁矿粉特性进行矿粉搭配，仅在理论上满足了配矿需求，而烧结杯试验可以对铁矿粉性质或烧结原料工艺的理论分析结果进行有效验证，避免实际生产中的烧结矿产质量出现较大的偏差。烧结杯试验的不足在于试验设备要求高，时间及人力成本高。为了降低试验成本与现场工作强度，研究者们结合理论分析与现场生产条件，开发了基于数学规划或智能算法的烧结优化配矿模型。目前的烧结优化配矿模型对烧结工艺以及烧结矿高温冶金性能考虑少，限制了模型的降本潜力。从铁矿粉特性、烧结杯试验、烧结优化配矿模型构建等方面对烧结优化配矿技术进行了展望。收集大量铁矿粉数据并建立铁矿粉数据平台，开发符合原料与生产条件的铁矿粉动态评价方法，减少试验成本并实现铁矿粉的准确评价。在铁矿粉特性与现场实际生产等数据基础上，精心设计烧结杯配矿试验方案，在最小的时间人力成本下获得最有效的烧结杯试验研究结果。烧结优化配矿模型的研究重点包括烧结工艺与烧结矿高温冶金性能的高效利用。从钢铁厂铁前系统数据与生产条件出发，构建基于现场烧结原料特性、烧结操作、烧结矿常温与高温冶金性能、烧结-高炉状态等历史数据的烧结优化配矿模型，最终实现稳定烧结矿质量并降低生产成本的烧结优化配矿。

关键词：烧结配矿铁矿粉特性烧结杯数学模型

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基于粒度聚类的转炉炼钢氧气消耗量预测

自动化学报 2024年第1期50卷 132-142页

作者：阳青锋赖旭芝杜胜胡杰陈略峰吴敏中国地质大学(武汉)自动化学院武汉430074 复杂系统先进控制与智能自动化湖北省重点实验室武汉430074 地球探测智能化技术教育部工程研究中心武汉430074

转炉炼钢是钢铁企业的主要耗氧工序,预测转炉炼钢的氧气消耗量对氧气系统合理调度、保证生产安全具有重要意义.考虑到转炉冶炼工况多、钢种数据粒度不统一,提出一种基于粒度聚类的转炉炼钢氧气消耗量预测方法.首先,利用孤立森林异常检... 详细信息

转炉炼钢是钢铁企业的主要耗氧工序,预测转炉炼钢的氧气消耗量对氧气系统合理调度、保证生产安全具有重要意义.考虑到转炉冶炼工况多、钢种数据粒度不统一,提出一种基于粒度聚类的转炉炼钢氧气消耗量预测方法.首先,利用孤立森林异常检测法剔除历史数据库中的异常数据;接着,采用皮尔逊相关性分析和互信息相关系数选取相关影响因子,对不同钢种数据进行信息粒化,实现数据特征提取和维度统一,使用模糊C均值(Fuzzy C-means,FCM)划分工况并建立不同工况下的氧气消耗量预测子模型;最后,利用企业的实际生产数据进行实验,验证所提方法的准确性和有效性.

关键词：转炉炼钢氧气消耗预测信息粒化工况识别

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基于同位素的长治市大气环境PM_(2.5)和扬尘中Nd来源解析

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环境科学学报 2024年第5期44卷 361-367页

作者：陈浩闫雨龙胡冬梅彭林王成华北电力大学环境科学与工程学院资源与环境系统优化教育部重点实验室北京102206 北京交通大学环境学院智能交通清洁低碳技术教育部工程研究中心北京100044 北京交通大学交通能源与环境研究院北京100044 山西能源学院资源与环境工程系太原030600

钕元素(Nd)是一种典型的镧系元素,对人体肺部有一定危害,厘清大气环境PM25和扬尘中Nd的来源对其管控有重要意义.本研究采集了长治市2017年秋季、冬季和2018年夏季大气环境PM_(2.5)、道路扬尘和城市扬尘及其他典型污染源样品,采用MC-ICPM... 详细信息

钕元素(Nd)是一种典型的镧系元素,对人体肺部有一定危害,厘清大气环境PM25和扬尘中Nd的来源对其管控有重要意义.本研究采集了长治市2017年秋季、冬季和2018年夏季大气环境PM_(2.5)、道路扬尘和城市扬尘及其他典型污染源样品,采用MC-ICPMS测试了样品中Nd同位素比值(^(143)Nd/^(144)Nd),并使用贝叶斯同位素混合模型分析了环境受体Nd的来源.结果表明,汽油车尾气、柴油车尾气、燃煤、土壤和钢铁生产中^(143)Nd/^(144)Nd具有明显差异性,燃煤和土壤中同位素值低于现有研究,表明其具有地域性特征.基于同位素特征的源解析结果显示,燃煤、汽油车尾气、钢铁生产、土壤和柴油车尾气对长治市大气PM_(2.5)中Nd平均贡献率分别为25.5%、24.7%、20.8%、16.4%和12.6%,冬季采暖增加导致燃煤对PM_(2.5)中Nd贡献最高(29.3%),夏季钢铁生产过程贡献最高(25.7%),秋季汽油车尾气排放贡献最高(28.8%).道路扬尘中Nd主要来自柴油车尾气(25.8%),而城市扬尘中Nd主要来自土壤(25.1%).燃煤、柴油车尾气、汽油车尾气、土壤、钢铁生产等排放源对大气环境颗粒物中Nd的影响呈现明显的季节变化特征,本研究精确解析了大气环境PM_(2.5)和扬尘中Nd的来源,可为Nd的控制提供参考.

关键词： PM_(2.5) Nd同位素扬尘贝叶斯同位素混合模型源解析

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考虑加热炉生产因素的热轧板坯轧制计划模型与算法

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控制与决策 2022年第7期37卷 1827-1836页

作者：张卓伦张文新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

加热炉生产是影响热轧机组利用率和轧制计划质量的重要环节之一.通过分析加热炉对热轧生产的影响,抽取板坯标准在炉时间和出炉温度这两个关键因素,建立热轧板坯轧制计划的整数规划模型,并提出自适应邻域搜索算法.在算法中设计约束满足... 详细信息

加热炉生产是影响热轧机组利用率和轧制计划质量的重要环节之一.通过分析加热炉对热轧生产的影响,抽取板坯标准在炉时间和出炉温度这两个关键因素,建立热轧板坯轧制计划的整数规划模型,并提出自适应邻域搜索算法.在算法中设计约束满足策略、自适应搜索策略和反向学习邻域搜索策略.约束满足策略针对目标特征和加热炉因素设计两种值选择规则,用于生成高质量初始解;自适应搜索策略能够自主选择邻域结构和终止邻域搜索,有效优化邻域结构选择方式和算法收敛速度;反向学习邻域搜索策略基于反向学习技术增强解空间多样性,提高全局搜索能力.基于实际生产数据设计多种规模的实验,通过实验验证了算法的有效性.

关键词：轧制计划热轧板坯加热炉变邻域搜索自适应

无关并行机类型混合流水车间成组调度问题的改进候鸟优化算法

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计算机集成制造系统 2022年第12期28卷 3912-3922页

作者：袁帅鹏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

针对无关并行机类型的混合流水车间成组调度问题,在考虑序列相关准备时间的情况下,以最小化最大完工时间为目标建立混合整数线性规划模型,结合问题特征提出一种改进的候鸟优化算法。算法对工件组间排序、各工件组内工件间排序、各工件... 详细信息

针对无关并行机类型的混合流水车间成组调度问题,在考虑序列相关准备时间的情况下,以最小化最大完工时间为目标建立混合整数线性规划模型,结合问题特征提出一种改进的候鸟优化算法。算法对工件组间排序、各工件组内工件间排序、各工件组在各阶段上并行机指派3个子问题进行统一编码,基于负载均衡思想和改进的先到先得策略将染色体解码为问题的可行解;根据编码特征设计了不同的邻域搜索机制来构造邻域结构,并提出一种协同优化的邻域解生成策略。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：混合流水车间成组调度无关并行机序列相关准备时间候鸟优化算法协同优化

自动化分拣仓库中多自动导引小车在线协同调度算法

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计算机集成制造系统 2022年第11期28卷 3340-3353页

作者：余娜娜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

针对实时动态环境下自动化分拣仓库中多自动导引小车(AGV)任务指派和路径规划的协同调度问题,以最小化加权总搬运完成时间为目标建立了混合整数线性规划模型,并提出一种集中与分散决策相结合的在线协同调度算法。算法通过集中决策实时... 详细信息

针对实时动态环境下自动化分拣仓库中多自动导引小车(AGV)任务指派和路径规划的协同调度问题,以最小化加权总搬运完成时间为目标建立了混合整数线性规划模型,并提出一种集中与分散决策相结合的在线协同调度算法。算法通过集中决策实时统筹仓库系统的全局信息,并将AGV视为具有决策能力的智能体(Agent),基于分散决策策略,由各AGV自主接收实时仓库信息并确定搬运任务和行走路径。为支持AGV决策,设计了基于优先规则的指派算法和基于栅格阻塞度的路径规划算法,实现了多AGV任务指派和路径规划的协同优化,并解决了多AGV间的冲突和拥堵。通过不同规模的仿真实验验证了所提算法的有效性。

关键词：自动化分拣仓库自动导引小车在线协同调度任务指派路径规划

加工时间不确定的炼钢-连铸区间多目标优化调度

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中国管理科学 2022年

作者：李铁克苏艺璇张文新王柏琳北京科技大学经济管理学院钢铁生产制造执行系统技术教育部工程研究中心

加工时间不确定是炼钢-连铸生产中普遍存在且具有代表性的一类不确定因素。针对其调度问题，采用三参数区间数描述加工时间不确定性信息，建立了以炉次总等待时间和浇次开浇时间提前/拖期总惩罚最小化为优化目标的区间多目标混合整数规...

加工时间不确定是炼钢-连铸生产中普遍存在且具有代表性的一类不确定因素。针对其调度问题，采用三参数区间数描述加工时间不确定性信息，建立了以炉次总等待时间和浇次开浇时间提前/拖期总惩罚最小化为优化目标的区间多目标混合整数规划模型，并结合问题特征，设计了一种基于分类进化策略的改进快速非支配排序区间多目标遗传算法。在算法中，融合区间数相关操作提出了区间意义下的逆序并行倒推解码法和基于机器选择规则的种群初始化混合策略，设计了基于个体拥挤距离的交叉变异算子分类进化策略，并提出对种群中重复个体执行再变异操作，以维持种群多样性。基于实际生产数据的仿真实验验证了区间多目标优化算法在求解质量和求解效率方面的有效性。

关键词：

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考虑关节摩擦力的打捆机构动力学建模

机械设计 2024年第5期41卷 42-47页

作者：芦泽鹏张金柱王涛姜力太原理工大学机械与运载工程学院山西太原030024 先进金属复合材料成形技术与装备教育部工程研究中心山西太原030024 哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室黑龙江哈尔滨150001

为了减小钢铁生产的能量消耗,文中提出了一种基于折展机构的打捆机器人以降低打捆作业能耗。首先,基于棒材打捆轨迹设计了一种新型的打捆机器人,分别建立了打捆机构的位置正反解模型,并通过算例对其进行验证;基于牛顿-欧拉法对打捆机构... 详细信息

为了减小钢铁生产的能量消耗,文中提出了一种基于折展机构的打捆机器人以降低打捆作业能耗。首先,基于棒材打捆轨迹设计了一种新型的打捆机器人,分别建立了打捆机构的位置正反解模型,并通过算例对其进行验证;基于牛顿-欧拉法对打捆机构各组成单元进行动力学分析,建立了整个打捆机构考虑关节摩擦力的动力学模型;采用AD⁃AMS软件对打捆机构进行动力学仿真。理论和仿真结果表明:在考虑关节摩擦的情况下驱动力的差值明显大于理想状况,揭示了实际打捆工序中考虑摩擦力的必要性。所建立的动力学模型可为整个机构的能耗优化设计提供了理论基础。

关键词：打捆机器人折展机构动力学关节摩擦力