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1、钢厂物流优化中的炉机匹配钢厂物流优化中的炉机匹配问题研究问题研究报告人：肖阳指导教师：郑忠 教授1报告内容 可行性论证和进度安排可行性论证和进度安排 课题学术和实用意义课题学术和实用意义 国内外研究现状国内外研究现状 课题研究目的与内容课题研究目的与内容 技术路线技术路线 拟解决的关键问题拟解决的关键问题 钢厂物流优化中的炉机匹配问题研究2课题学术和实用意义 21世纪的钢铁工业面临的是一种最新形式的综合性挑战,它包括了经营成本、产品质量与性能、生产效率与合理规模、能耗与过程排放、环境与生态等多目标群优化。 物流研究以系统的整体优化为前提，从提高系统总生产率的目标出发，统筹分析、合理布置、寻求最
2、佳的设计和改善方案，在降低消耗和生产成本、改善物流、改进空间的利用、缩短生产周期等方面起着关键作用。 炉机匹配问题,指的是转炉到铸机的各生产环节的衔接匹配问题。炉机匹配的原则要求炼钢工序和连铸工序之间确立明确的对应关系，对应关系根据转炉和连铸工序的生产能力和生产周期确定。3课题学术意义 该课题对于钢厂物流优化提供了新的研究思路结合了钢厂实际的数据分析、人工经验与计算机仿真和人工智能技术，既提高了模型的针对性与实用性，又对人工智能技术在钢厂物流优化方面的应用进行了探索，为涉及炉机匹配问题的钢厂物流优化研究提供了帮助。 对炼钢生产物流的研究有助于发现炼钢连铸生产的物流和需求平衡问题，诊断生产中的瓶
3、颈和关键路径，优化企业生产运行和调度方案，以提高设备利用率提高产品质量、节能降耗、降低成本，最终实现提高企业竞争力的目标。4课题实用意义 攀钢集团是中国西部最大的钢铁联合企业，也是中国最大的钒钛产品生产基地，但由于提钒炼钢厂铁水原料处理区、转炉生产冶炼区、连铸生产浇铸区分布在一狭长区域内，其生产工艺比一般冶炼工艺复杂，其产品品质规格多，质量要求高，车间布局受地形地势影响，生产流程复杂，约束条件多，使得生产组织和生产运行难度很大。 通过对炼钢厂现有以及拟改造后的生产流程的分析调研，建立全流程物流优化模型，用于分析提钒炼钢厂生产组织特点，从物流运行优化的角度提出多种炉机匹配模式，用于制定从铁水进厂
4、直至铸机浇铸的生产作业计划，为实现全流程物流在线优化奠定基础。 5国外研究现状方法实例目标效果最优化方法 神户炼铁厂的原料运输船运行计划系统 编制原料运输船运行计划提高工作效率，降低运输费用，提高原料场地利用率 约束逻辑规划 千叶炼铁厂的原料场地作业计划系统 编制日间作业计划 缩短了编制计划时间，减少了作业次数，并能精确地把握原料库存 分枝定界和模糊规划神户炼钢厂的铁水调度系统 编制鱼雷运铁车和机车计划 提高铁水输送效率，运铁车的往返次数，减少热损失，实现铁水热装热送，减轻了操作人员的劳动强度 最短路径 知多炼钢厂的钢坯场地物流系统 自动运输车运行路线减少叉车搬运作业，降低运输费用，增加了钢坯
5、的存储量 6国外研究现状方法实例目标效果面向对象思想 美国钢联将系统分解成若干类对象，把具有相似功能和行为的实体归并为一类对象，每个对象类之间按照消息的传递关系连接起来。 Anglani基于 UML 建模语言和 ARENA 过程仿真语言，利用面向对象的技术建立了柔性制造系统的仿真模型开发环境UMSIS，从而将概念模型转化为实际模型 系统优化 神户钢铁公司加古川炼钢厂编制综合炼钢热轧计划和调度减少坯库存，降低热量损失及工序间的等待时间，缩短制造工期及增加热装率 AI技术 福山钢铁厂钢材物流系统编制出钢材发货运输计划 降低运输成本提高运输能力缩短钢材等待货时间 C/S 结构,多目标优化 京滨钢铁厂
6、的综合物流管理系统 计 划-目标-进度-实绩和搬运、仓库、沿岸综合管理系统的确定 提高了企业内搬运及仓储作业的效率 7国内研究现状 中国工程院殷瑞钰院士在国内首次提出了“钢铁制造流程多维物流管制”新概念。工序之间的衔接、匹配工程，主要体现在过程的物流管制、能量管制、质量管制，及在此基础上的信息管制。 长期以来，国内面向炉机匹配的钢厂物流优化研究有以下几种研究思路：人工经验控制、统计模型、基于人工与算法智能的建模与软件仿真8国内研究现状人工经验控制 是从生产设备，工艺路线上挖掘潜能，通过各个工序上设备利用率最大来达到全流程生产顺行，节奏紧凑，达到故障率最低，工位消耗时间最少，藉此达到转炉-铸机的
7、产能匹配。代表性的文章主要由各个钢厂技术人员根据实际生产以及设备参数，提出的解决方法。谢集祥等针对华凌涟钢的炉机匹配文章，董金武等针对济钢的炉机匹配文章。 精确模型 是以钢厂生产运行研究为基础，从物质量基本参数角度对设备冶炼周期以及作业计划时间等数据进行分析，建立流程设备运行时间与生产能力解析模型，在此基础上探讨解决炉机匹配的可行方案。刘青等针对刑钢的炉机匹配文章，凌遵峰针对天钢的炉机匹配文章。基于智能的算法与计算机仿真 通过对生产流程建立模型，结合各种智能算法，生成炉机匹配的生产调度计划，并通过编程实现算法和炉机匹配计算机管理系统。董杰方等提出的启发式算法，芦永明等提出的多目标数学规划模型。
8、9课题研究目的 本课题研究的目的：通过对炼钢厂现有以及拟改造后的生产流程的各个工序冶炼时间以及加工路径的分析，建立起正常生产与异常扰动情况下的炉机匹配优化工艺路线的模型系统，提高了钢厂生产节奏与物流管控水平，为建立全流程生产调度优化系统以及健全完善企业ERP系统奠定基础。10课题研究内容研究涉及炉机匹配的钢厂物流管控优化的机理，并对研究方法进行分类比较；研究基于知识、规则的人工智能方法在钢厂生产物流优化控制中的理论与应用；研究涉及多目标约束的双匹配模型在钢厂物流优化中的理论及应用；研究攀钢提钒炼钢厂历史生产数据，挖掘炉机匹配的影响因素，通过基于数据挖掘技术的聚类对转炉、铸机的时间因素进行解析，
9、并对钢包运转周期及个数进行分析优化，建立炉机匹配的生产数据统计模式库；研究结合攀钢生产现状与数据分析结果，建立基于知识、规则涉及多目标约束的炉机匹配钢厂物流优化仿真模型；11技术路线历史冶炼数据分析 针对从攀钢提钒炼钢厂历史生产数据中筛选的数据（转炉、钢包、铸机）进行时间因素解析，设备生产能力解析，结合现场生产经验，得出合适的设备运行参数和生产组织路线 对涉及炉机匹配钢厂物流优化进行仿真建模 针对攀钢生产情况，建立数学规划优化模型。在综合考察满足规则约束（连浇、设备负载均衡）等的基础上尽量使任务在执行时间最短且完成时间最早的处理机上执行，同时满足工位设备负载均衡和高吞吐率的目标，从炉机匹配模式
10、库中选择最佳的生产路径以及最佳的钢包运转管理。 模型系统实现 利用面向对象的建模方法建模，以及模型的求解优化方法实现12拟解决的关键问题用数据挖掘技术，分析炼钢厂各工序历史生产数据，探讨各工序生产限制因素，提高设备生产效率，建立炉机一一匹配的物流调控方案模式；基于知识、规则的人工智能约束条件的建立；应用面向对象编程语言，建立基于知识、规则的炉机双匹配生产流程仿真模型，并用面向对象编程语言实现，对钢厂物流走向进行仿真优化，并测试模型的调控优化效果 13可行性论证重庆大学冶金信息系统与仿真实验室长期从事各种优重庆大学冶金信息系统与仿真实验室长期从事各种优化算法、模型建立及其面向钢铁生产应用的研究工
11、作。化算法、模型建立及其面向钢铁生产应用的研究工作。为建立炼钢生产物流优化系统打下了坚实的的基础；为建立炼钢生产物流优化系统打下了坚实的的基础；攀枝花钢铁有限责任公司已和实验室成功合作开发的攀枝花钢铁有限责任公司已和实验室成功合作开发的炼钢物流仿真系统，可做为原型系统；炼钢物流仿真系统，可做为原型系统；攀钢提钒炼钢厂对此研究工作提供了必要的实验设备攀钢提钒炼钢厂对此研究工作提供了必要的实验设备与相关数据；与相关数据；实验室即将与攀钢签订研发合同，拥有充足的科研经实验室即将与攀钢签订研发合同，拥有充足的科研经费支持费支持14进度安排计划序号起止周次工 作 内 容12010.9.10-2011.2.23熟悉钢厂物流优化技术，攀钢相关生产实际以及人工智能和动态建模的知识，查阅相关文献对比各种方法优缺点，确定课题方案22011.2.25-2011.6.25深入分析攀钢炼钢厂生产历史数据，结合现场生产经验，并提出物流优化方案，学习面向对象编程语言32010.6.26-2010. 10.2使用面向对象编程语言对提出的方案进行仿真建模，代码实现42011. 10.3-2012.2.20系统测试并分析物流优化效果，完成论文撰写52012.2.212012.5.20修改论文，论文答辩151617
