D0I:10.13374M.issn1001-053x.2012.07.014 第34卷第7期 北京科技大学学报 Vol.34 No.7 2012年7月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jul.2012 钢坯热轧加热炉区生产调度模型与算法 杨业建 姜泽毅四 张欣欣 北京科技大学机械工程学院，北京100083 ☒通信作者，E-mail:zyjiang@(usth.edu.cm 摘要钢坯热轧加热炉区生产调度属于组合优化中的NP-complete问题.本文根据加热炉区生产特点建立了分别以生产能 耗最小化和加热质量最优化为主次目标的钢坯加热炉区调度数学模型，将其归结为布尔可满足性问题，构造了采用二进制编 码方式的遗传禁忌搜索算法进行求解.基于实际生产数据的模拟优化结果表明，该模型和求解方法充分满足了现场加热炉区 生产调度的需求，在满足生产工艺约束的前提下，缩短了生产时间，提高了钢坯入炉温度和加热质量，与传统人工调度方法的 结果相比具有更好的节能、高产效果 关键词加热炉：生产调度：数学模型：遗传算法：禁忌搜索 分类号T℉089：F406.2 Model and algorithm of furnace area production scheduling in slab hot rolling YANG Yejian,JIANG Ze-yi☒，ZHANG Xin--in School of Mechanical Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:zyjiang@ustb.edu.cn ABSTRACT A reheating furnace area scheduling problem in steel production has the NP-hard feature of a combinatorial optimization problem.A mathematical model of the scheduling problem was established according to the production features of the furnace area.Of the scheduling model,the first aim is to minimize the energy consumption cost and the second to optimize the heating quality,so the scheduling problem can be summed up as a Boolean satisfiability problem.A binary encoding method and a hybrid genetic-tabu search algorithm were proposed to solve the mathematical model.Simulation results based on practical data show that the mathematical model and the solution method fully satisfy the demand of furnace area production scheduling.Under the condition of meeting process constraints,the production time is reduced,the charging temperature is increased and the heating quality is improved.The mathemati- cal model and the solution method have a better performance of high production and energy efficiency than the traditional manual sched- uling method. KEY WORDS heating furnaces:scheduling:mathematical models:genetic algorithms:tabu search 钢坯加热炉是钢坯热轧前的加热设备，是现提下，决定钢坯在加热炉区中的加工路径.Clifford 代治金企业铸一轧工序的缓冲环节和耗能大户.在 等因提出了一种加热炉调度策略，但没有考虑后续 满足生产工艺要求的前提下，优化加热炉区的生 热轧工序的约束要求；Paralic等)用启发式模型和 产调度，减少加热工序能耗，对降低生产成本尤为 约束规划两个途径对推钢式加热炉调度进行了分析 重要W 和比较，该方法推广应用到其他炉型有一定难度：宁 近年来，有关加热炉的研究大多侧重于加热炉 树实等阅将加热炉调度问题看作背包容量为无限 数学模型和优化控制P,对钢坯在加热炉区的生 的多约束背包问题进行优化求解，但其加热工艺过 产调度的关注相对较少.加热炉区生产调度是在轧于简化，加热时间只有几分钟，且未考虑加热炉的能 制计划（即钢坯离开加热炉区的次序）和连铸出坯 力约束，不具普遍性.现有加热炉区调度模型均是 计划（即钢坯到达加热炉区的时间）己经确定的前 以最小化钢坯在炉时间为优化目标，没有充分考虑 收稿日期：201105-06 基金项目：国家重点基础研究发展计划资助项目(2012CB720405):中央高校基本科研业务费专项(FRF-AS-10-005B)第 34 卷 第 7 期 2012 年 7 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 34 No． 7 Jul． 2012 钢坯热轧加热炉区生产调度模型与算法 杨业建 姜泽毅 张欣欣 北京科技大学机械工程学院，北京 100083 通信作者，E-mail: zyjiang@ ustb． edu． cn 摘 要 钢坯热轧加热炉区生产调度属于组合优化中的 NP-complete 问题． 本文根据加热炉区生产特点建立了分别以生产能 耗最小化和加热质量最优化为主次目标的钢坯加热炉区调度数学模型，将其归结为布尔可满足性问题，构造了采用二进制编 码方式的遗传禁忌搜索算法进行求解． 基于实际生产数据的模拟优化结果表明，该模型和求解方法充分满足了现场加热炉区 生产调度的需求，在满足生产工艺约束的前提下，缩短了生产时间，提高了钢坯入炉温度和加热质量，与传统人工调度方法的 结果相比具有更好的节能、高产效果． 关键词 加热炉; 生产调度; 数学模型; 遗传算法; 禁忌搜索 分类号 TF089; F406. 2 Model and algorithm of furnace area production scheduling in slab hot rolling YANG Ye-jian，JIANG Ze-yi ，ZHANG Xin-xin School of Mechanical Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China Corresponding author，E-mail: zyjiang@ ustb． edu． cn ABSTRACT A reheating furnace area scheduling problem in steel production has the NP-hard feature of a combinatorial optimization problem． A mathematical model of the scheduling problem was established according to the production features of the furnace area． Of the scheduling model，the first aim is to minimize the energy consumption cost and the second to optimize the heating quality，so the scheduling problem can be summed up as a Boolean satisfiability problem． A binary encoding method and a hybrid genetic-tabu search algorithm were proposed to solve the mathematical model． Simulation results based on practical data show that the mathematical model and the solution method fully satisfy the demand of furnace area production scheduling． Under the condition of meeting process constraints，the production time is reduced，the charging temperature is increased and the heating quality is improved． The mathemati￾cal model and the solution method have a better performance of high production and energy efficiency than the traditional manual sched￾uling method． KEY WORDS heating furnaces; scheduling; mathematical models; genetic algorithms; tabu search 收稿日期: 2011--05--06 基金项目: 国家重点基础研究发展计划资助项目( 2012CB720405) ; 中央高校基本科研业务费专项( FRF--AS--10--005B) 钢坯加热炉是钢坯热轧前的加热设备，是现 代冶金企业铸--轧工序的缓冲环节和耗能大户． 在 满足生产工艺要求的前提下，优化加热炉区的生 产调度，减少加热工序能耗，对降低生产成本尤为 重要［1］． 近年来，有关加热炉的研究大多侧重于加热炉 数学模型和优化控制［2--5］，对钢坯在加热炉区的生 产调度的关注相对较少． 加热炉区生产调度是在轧 制计划( 即钢坯离开加热炉区的次序) 和连铸出坯 计划( 即钢坯到达加热炉区的时间) 已经确定的前 提下，决定钢坯在加热炉区中的加工路径． Clifford 等［6］提出了一种加热炉调度策略，但没有考虑后续 热轧工序的约束要求; Paralic 等［7］用启发式模型和 约束规划两个途径对推钢式加热炉调度进行了分析 和比较，该方法推广应用到其他炉型有一定难度; 宁 树实等［8］将加热炉调度问题看作背包容量为无限 的多约束背包问题进行优化求解，但其加热工艺过 于简化，加热时间只有几分钟，且未考虑加热炉的能 力约束，不具普遍性． 现有加热炉区调度模型均是 以最小化钢坯在炉时间为优化目标，没有充分考虑 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2012.07.014