供应链计划与调度是供应链管理中优化资源配置、合理安排生产与物流等活动的过程,也是以供需匹配赢得竞争优势的途径。钢铁工业属于多阶段流程型制造业,不同阶段在生产工艺、制造模式、产品特征等方面具有较大的差异,从而导致不同阶段之间决策的冲突,为供应链计划与调度的理论、方法及技术的深入发展提供了研究背景。供应链计划与调度的优化已成为钢铁运营中急需解决的关键问题,这些优化问题通常可归结为难解的组合优化问题,因此探讨适合这些问题的有效算法已成为学术界关注的热点。本文针对从钢铁生产中提炼出的烧结-炼铁低碳供应链计划、炼钢-热轧生产与物流供应链计划、炼钢-连铸-热轧供应链调度问题,建立了相应的混合整数规划模型,分析问题结构和特征,分别设计了基于列生成的分支定价最优算法。主要内容概述如下：1)烧结-炼铁低碳供应链计划是在满足铁水需求的情况下,考虑碳排放总量控制与交易机制,根据烧结与炼铁两个阶段的生产配方要求,确定原燃料采购、生产配方的选择、原燃料与烧结矿的库存、碳交易的优化问题。以最小化采购、生产、库存和碳交易成本为目标,建立了混合整数规划模型。该模型的特点为把碳排放控制机制与组合优化相结合,在考虑多阶段经济性目标的同时,兼顾了碳减排的需要。2)烧结-炼铁低碳供应链计划问题的算法研究。针对常规算法对该问题在大规模下难以快速获得最优解,设计了基于列生成的分支定价最优算法。提出了两种改进策略,一是在分析炼铁生产中烧结矿消耗数量关系的基础上提出两类不影响子问题结构和算法的有效不等式以提升下界,二是基于子问题路径的检验数进行变量消除来降低搜索空间从而提高算法性能。实验结果显示所提出的算法性能优于商业求解软件CPLEX,验证了算法的有效性。3)炼钢-热轧生产与物供应链流计划研究。与常规单阶段不同,热轧需求的多样性与炼钢规模生产的冲突导致中间产品板坯和成品热轧卷的不合理库存以及需求的延期交货。在考虑炼钢和热轧受能力限制、两阶段之间三种连接方式的情况下,以最小化生产与物流成本及延期交货惩罚为目标,建立混合整数规划模型。设计了基于列生成的分支定价算法。从理论上分析了极点的性质,提出凸化和投影离散化的混合分解方法,实现整数变量和连续变量的分离,从而达到了对模型更为紧凑的等价变换和改进列生成收敛性的目的。实验结果表明了算法的有效性。4)炼钢-连铸-热轧供应链调度问题是在满足各阶段生产工艺约束的情况下,分析炉次、浇次和板坯之间的关系,确定它们在机器上的排序和调度时间的问题。以最小化炉次和板坯等待惩罚以及热轧生产切换成本为目标,建立混合整数规划模型。该模型不仅包含炉次和浇次对机器的选择和排序,还包板坯对轧制单元的选择和排序,以及热轧机上轧制单元的排序问题,具有复杂的耦合约束。5)炼钢-连铸-热轧供应链调度问题的算法研究。提出了基于机器和轧制单元的调度时间窗对原问题进行了更为紧凑的Dantzig-Wolfe分解策略,把炼钢和连铸阶段子问题归结为具有时间窗的最小化总加权完成时间的单机调度问题,提出了子问题的最优性并设计了双向动态规划算法求解。把热轧轧制单元子问题归结为具有资源约束和线性时间依赖成本的无环最短路问题,引入状态空间松弛技术设计了伪多项式时间算法求解。根据热轧生产的工艺要求,提出一类改进的能力有效不等式以提升基于列生成的分支定价算法的性能。实验结果验证了算法的有效性。