基于Extendsim的炼钢-连铸调度建模与优化

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炼钢-连铸作为钢铁生产的核心环节,具有多元性、多层次及开放性、非线性、远离平衡、动态有序等复杂系统特征,其生产调度对全流程生产的有序、紧凑、高效、连续有着重要的影响。因此,炼钢-连铸生产调度问题成为生产调度领域的热点,也是典型的具有复杂约束的 NP难题[1]。系统仿真技术因具有强大的动态运行能力、分析能力,以及可避开对复杂调度问题进行理论分析的优势,已成为研究炼钢-连铸调度问题的一种有效手段。论文针对炼钢-连铸调度的特点及难点,基于Extendsim仿真软件开展炼钢-连铸调度问题的建模及优化方法的研究,旨在为该问题的研究提供一种新思路。  依据Extendsim仿真平台的建模原理和分层建模的优势,采用“自顶向下”的层次化建模方法构建炼钢-连铸调度仿真模型。针对炼钢-连铸生产系统的特征,将其分为工位设备层、工序对象层、系统建模层三个层次,依据建模问题特征描述的需求选择合适的功能模块,通过模块连接、变量及参数设计等步骤构建了各层次结构的仿真模型。通过对仿真模型中不同功能模块的封装,展示了具有层次化特征的炼钢系统结构,降低了建模复杂度,且表明Extendsim能有效满足炼钢-连铸调度过程的仿真建模需求。  从实现连铸机连浇和优化全流程等待时间的角度,研究基于遗传算法的优化模块Optimizer对生产调度优化的实现方法。以连铸机开浇时间为决策变量,以最小化各铸机断浇率及最小化炉次在工序前的等待时间为优化目标在Optimizer模块中进行参数设置,将Optimizer模块的遗传算法与优化模型进行集成。优化模型在遗传算法自组织寻优策略的指导下,进行目标导引下的开浇时间的优化。  为验证基于Extendsim的炼钢-连铸调度仿真模型与优化算法的有效性,以攀钢炼钢厂的生产调度问题为背景进行实例验证。以某段时间内的生产计划和统计所得的生产数据为仿真条件,构建攀钢炼钢-连铸调度仿真模型,进行仿真实验。通过仿真模拟结果与生产实绩的比较分析,验证了仿真模型的正确性;通过Optimizer优化各铸机的开浇时间,并将所得最优开浇时间输入模型进行检验,得到优化后的仿真调度结果。优化结果表明连铸机基本能实现全连浇,系统各项评价指标均优于生产实绩,证明了基于Extendsim的仿真优化方法的可行性。  通过本文研究表明:基于层次化建模方法构建的炼钢-连铸调度模型具有较好的扩展性和通用性;遗传算法和Extendsim相结合的优化方法在炼钢-连铸调度优化方面具有较好的效果。
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