372 北京科技大学学报 第35卷 随着科技的进步和市场竞争的日益激烈，钢铁 定各个浇次计划在相应连铸机上的开浇时刻以及各 :工业向着高效、低成本和稳定生产的方向发展叫 个炉次计划在相应设备上作业开始及结束时刻，即 生产计划和调度在钢厂的高效稳定生产过程中扮演 生产调度计划：问时，执行生产调度计划，并根据 着重要角色，是现代化钢铁生产管理系统的核心功 实际生产过程中的不确定性因素，对其进行重新编 能②.炼钢-连铸区段在钢铁生产过程中占有重要 排的过程.调度的目标是使各生产炉次在各工：序上 地位，铁水经炼钢炉、精炼装置和连铸机，变成钢 时间、温度和成分符合要求，生产高效、低耗、连 坯.生产调度的目标就是通过编制合理的生产调度 续和稳定运行2). 计划，充分利用现有的设备资源，减少过程等待时 特殊钢厂炼钢连铸生产过程主要包括冶炼、 间并消除生产过程的作业冲突，实现连铸机的最大 二次冶金（精炼）和连铸二个[序，生产钢种主要 连浇，从而获取最大的经济效益. 有常规钢和品种钢.由于在生产不同的钢种时，需 除了一般机械工业的生产调度限制外，由于钢铁 要采用不同的精炼设备，使得特殊钢厂具有多条 生产在高温下进行，发生由液态钢水到固态钢坯的 工艺路线.此外，不同连铸机生产不同钢种时，对 转变，再加上物质量和时间等严格的连续性要求③)， 应的中间包寿命（一个中间包所能生产的最大炉次 使得炼钢-连铸调度问题非常复杂.近年来，国内 数)也不相问.内此，特殊钢厂炼钢-连铸生产过程 外学者对钢厂计划调度问题进行了大量研究.文献 具有设备多、模式多、路线多和扰动多的特点，致 [⑤]采用动态模拟对从连铸到热轧的调动实践进行 使调度过程制约条件众多.特殊钢厂炼钢-连铸生 了评估，通过及时更新调度计划，达到稳定生产、 产工艺流程及主要设备如图1所示（本文不考虑模 铸).由于生产钢种的不同，炼钢厂冶炼工序生产设 提高能源效率的日的：为消除调度顺行与提高能源 备可能为转炉或电炉，精炼上序生产设备可能为Ar 效率之间的冲突，文献6将智能体方法应用于钢 站、LF或VD或RH或VOD等，连铸工序生产设 铁制造系统，使得操作简捷易行，经济效益提高：文 献[⑦采用一种启发式算法，达到了提高钢厂生产 备为连铸机.其中，BOF(basic oxygen furnace)为 转炉，EAF(electric arc furnace)为电弧炉，Ar站 效率、减少产品滞留时间的日的：针对炼钢-连铸 (argon blowing station)为氩站，LF(ladle furnace) 调度问题，文献[8)提出一种HANO算法；文献9] 为钢包精炼炉，RH(Ruhrstahl Heraeus)为循环真 将拉格朗日松弛法应用于炼钢-连铸-热轧生产调度 空脱气设备，VD(vacuum degassing)为真空脱气设 模型中，并进行了大规模复杂调度问题的求解；文 备，VOD(vacuum oxygen decarburization)为真空吹 献[10-11采用遗传算法来解决炼钢厂的炼钢-连铸 氧脱碳设备，CC(continuous caster)为连铸机. 调度问题，满足了生产实际的需求：文献[12]建立 了一个将温度预测和生产调度集成的模型，使得钢 冶炼工序 精炼工序 连铸工序 水质量合格、连铸连浇及达到节约能源的目的 “或 上述研究对于一般情形下的钢铁生产调度问 BOF Ar站] RH 或 F 题的性质与方法进行了有益的探索.然而对于特殊 VOD] cc EAF 钢厂，由于钢种及其工艺路线的严格限制，增加了 VD 调度的难度，使得已有的智能算法在模型求解过程 图1特殊钢」炼钢连铸生产工艺流程及主要设备 中并不能很好的应用.本文针对特殊钢厂的实际调 Fig.1 Production process and main equipment for steel- 度问题，建立了多日标优化调度模型.模型经过静 making-continuous casting in the special steel plant 态调度得出初始调度计划；而当生产出现异常时， 采用动态调度策略对初始调度计划进行调整.最后 1.2模型假设 以国内某特殊钠厂炼钢-连铸调度计划的制定实例 钢铁制造流程是一个复杂过程系统，钢铁生产 来验证模型的有效性. 过程是一个准连续或间歇生产过程13到.在炼钢厂 实际生产过程中，充足的原材料供应、稳定的设备 1炼钢-连铸生产调度模型 状况是生产稳定、顺行的前提.通过调研发现，炼 1.1问题描述 钢厂的各生产设备的作业周期都会在一定范围内波 生产调度实质上是在批量计划的基础上得出 动.为此，作如下假设：(1)生产稳定，铁水供应充 生产调度计划，是生产作业计划的执行及其调整过 足：(2)各设备运行正常，无故障：(3)生产浇次计 程.钢厂炼钢-连铸生产调度是指根据生产计划，确 划已知（浇次数已知，各浇次内炉次数己知）· · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 卷 随着科技的进步和市场竞争的日益激烈, 钢铁 二业向着高效 、 低成本和稳定生产的方 向发展 生产计划和调度在钢厂的高效稳定生产过程中扮演 着重要 角色 , 是现代化钢铁生产管理系统的核心功 能 炼钢一连铸区段在钢铁生产过程 中占有重要 地位 , 铁水经炼钢炉 、精炼装置和连铸机 , 变成钢 坯 生产调度 的 目标就是通过编制合理的生产调度 计划 , 充分 利用现有的设备资源 , 减少过程等待时 间并消除生产过程的作业冲突, 实现连铸机的最大 连浇 , 从而获取最大的经济效益 除了一般机械工业的生产调度限制外, 由于钢铁 生产在高温 下进 行 , 发生由液态钢水到固态钢坯的 转变, 再加上物质量和时间等严格的连续性要求 , 使得炼钢一连铸调度问题非常复杂 ' 近年来, 国内 外学者对钢厂计划调度问题进行了大量研究 文献 采用动态模拟对从连铸到热轧的调动实践进行 了评估 , 通过及时更新调度计划 , 达到稳定生产 、 提高能源效率的 目的 为消除调度顺行与提高能源 效率之间的冲突, 文献 将智能体方法应用于钢 铁制造系统 , 使得操作简捷 易行, 经济效益提高 文 献 【」采用一种启发式算法, 达到了提高钢厂生产 效率 、 减少产品滞 留时间的 目的 针对炼钢一连铸 调度问题, 文献 提出一种 算法 文献 将拉格朗 日松弛法应用于炼钢一连铸一热轧生产调度 模型中, 并进行了大规模复杂调度问题的求解 文 献 一 采用遗传算法来解决炼钢厂的炼钢一连铸 调度问题, 满足了生产实际的需求 文献 【」建立 了一个将温度预测和生产调度集成的模型, 使得钢 水质 量合格 、连铸连浇及达到节约能源的 目的 上述研 究对 沂一般情 形下的钢 铁生产 调度 问 题的性质与方法进行了有益的探索 然而对于特殊 钢厂 , 由于钢种及其工艺路线的严格限制, 增加了 调度的难度, 使得已有的智能算法在模型求解过程 中并不能很好 的应用 木文针对特殊钢厂的实际调 度 问题, 建立 了多目标优化调度模型 模型经过静 态调度得出初始调度计划 而 当生产出现异常时, 采用动态调度策略对初始调度计划进行调整 最后 以国内某特殊钢厂炼钢一连铸调度计划的制定实例 来验证模型的有效性 定各个浇次计划在相应连铸机上的开浇时刻以及各 个炉次计划在相应设备上作业开始及结束时刻 , 即 生产调度计划 同时, 执行生产调度计划, 并根据 实际生产过程 中的不确定性因素 , 对其进行重新编 排 的过程 调度 的目标是使各生产炉次在 各 序上 时间 、温度和成分符合要求 , 生产高效 、低 耗 、 连 续和稳定运行 特 殊钢厂炼钢一连铸 生产 过程主要包 括冶炼 、 二次冶金 精炼 和连铸二个 〕序, 生产钢种主要 有 常规钢和品种钢 由于在生产不同的钢种时 , 需 要采用不 同的精炼设备 , 使得特殊钢厂具有 多条 工艺路线 此外, 不同连铸机生产 不同钢种时, 对 应 的中间包寿命 一个 中间包所能生产的最大炉次 数 也不相同 因此, 特殊钢厂炼钢一连铸生产过程 具有设备多 、模式多 、路线 多和扰动 多的特 点, 致 使调度过程制约条件众多 特殊钢厂炼钢一连铸生 产工艺流程及主要设备如 图 所示 本文不考虑模 铸 由于生产钢种的不同, 炼钢厂冶炼一序 生产设 备可能为转炉或电炉, 精炼 序生产设备可能为 站 、 或 或 或 等, 连铸 序生产设 备为连铸机 其中 , 为 转炉, 为电弧炉 , 站 为氛站 , 为钢包精炼炉 , 为循环真 空脱气设备 , 为真空脱气设 备, 为真空吹 氧脱碳设备, 为连铸机 冶炼工序 一 一 一 一 一 匡亘 些 洲 匡巫 精炼工序 连铸工序 一勺 言 图 特殊钢 炼钢一连铸生产 艺流程及主要 设各 炼 钢一连铸 生产 调 度模 型 问题描述 生产调 度实质上是在批 量计 划的基础上得出 生产调度计划 , 是生产作业计划的执行及其调整过 程 钢厂炼钢一连铸生产调度是指根据生产计划 , 确 模型假设 钢铁制造流程是一个复杂过程系统 , 钢铁生产 过程是一个准连续或间歇 生产过程 即 在炼钢厂 实际生产过程中, 充足的原材料供应 、稳定的设备 状况是生产稳定 、 顺行的前提 通过调研发现 , 炼 钢厂的各生产设备的作业周期都会在一定范围内波 动 为此, 作如下假设 生产稳定 , 铁水供应充 足 各设备运行正常, 无故障 生产浇次计 划已知 浇次数已知, 各浇次 内炉次数已知