无缝钢管热轧生产中的核心设备是热连轧机组,热轧批量调度的主要约束来自于热连轧机组的设备可用状态和工艺要求,因此,在无缝钢管热轧调度方法中,必须对设备调整、设备检修、设备故障、设备可加工限制等设备相关约束给予充分的考虑。本文针对无缝钢管热轧生产中的几类典型设备约束,分析热轧批量调度问题的特点,结合特定目标探讨相应的优化性质,建立问题模型并开发求解算法。主要研究内容和创新点如下:(1)针对无缝钢管热轧生产中设备调整的工艺特点,分析了基于规格的顺序依赖设备调整与满足交货期需求之间的关联性质,基于这些性质提出了分别针对调整时间和交货期的优化规则;以最小化总设备调整时间和总拖期为优化目标,基于进化算法框架设计了快速重排序邻域搜索多目标算法;通过基于实际生产数据的实验结果表明,在进化算法框架内嵌入基于问题特点的优化规则,可以为决策者提供有效的非支配解调度方案。(2)在上述研究基础上,对设备固定检修环境下考虑交货期要求和设备调整特点的热轧批量调度问题,建立了以最小化设备调整时间、最小化设备闲置时间和最小化拖期为目标的数学模型,并设计了两阶段的基于优化策略的局部重排序启发式算法。算法第一阶段利用最早交货期优先规则获取具有最小拖期的初始轧制批量集合;第二阶段设计了三种优化操作:组合式批量前插,局部重排序和局部优化。并通过实际生产数据实验验证了算法有效性。(3)针对动态环境下设备可能出现故障的情况,研究了考虑设备故障的热轧批量重调度问题。从故障后轧辊重匹配孔型系统以维持生产持续运行的角度出发,提出了一种离线维修与生产并行策略,建立了最小化总完工时间和最小化拖期的多目标数学模型。通过对轧辊发生故障时对孔型受损影响范围的分析,设计了两阶段重调度启发式算法。算法的第一阶段设计了具有逆向思维的孔型匹配规格算法,生成基于故障位置后的调度初始解;第二阶段基于问题特点,设计了快速邻域搜索策略对初始解进行优化。最后,仿真实验表明该算法通过有效利用故障维修时间和对原始方案的重调度,达到维持生产稳定性和降低生产成本的目的。(4)针对设备加工规格范围存在差异的两台并行轧机环境,研究了考虑设备可加工限制的热轧批量并行机调度问题。以最小化设备调整时间和最小化最大完工时间为目标,建立了多目标的数学模型。通过分析两台轧机的加工规格范围,将其转化为单机上的批量排序问题和多机上的批量指派问题,并设计了基于排序和指派规则的两阶段启发式算法。第一阶段中,结合一类调整时间最优规则完成对单机上的批量排序,同时采用最早完工时间规则对轧机交集部分批量指派设备;第二阶段,基于两台轧机能力约束特点设计了四种优化规则对初始方案进行优化,提高设备使用效率。仿真实验验证了本算法在求解这类具有设备加工能力受限特征的并行机调度问题上的有效性。