工程科学学报.第42卷，第5期：645-653.2020年5月 Chinese Journal of Engineering,Vol.42,No.5:645-653,May 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.08.02.004;http://cje.ustb.edu.cn 基于“炉一机对应”的炼钢-连铸生产调度问题遗传优化 模型 刘 倩，杨建平)，王柏琳2，)，刘青1,3)四，高山)，李宏辉 1)北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室，北京1000832)北京科技大学东凌经济管理学院，北京1000833)钢铁生产制造执行 系统技术教育部工程研究中心，北京1000834)莱芜钢铁集团银山型钢有限公司，莱芜271104 ☒通信作者，E-mail:qliu@ustb.edu.cn 摘要针对炼钢一连铸过程因车间布局复杂造成工序间钢水交叉供应频繁、等待时间过长以及天车调度困难等问题，本文 建立以计划内所有炉次总等待时间最小为优化目标的炼钢-连铸过程生产调度模型，并采用改进的遗传算法求解该模型.在 遗传操作过程中，引入“炉-机对应”调控策略以改善初始种群质量，并根据转炉（精炼）与连铸作业周期的比较，来确定是否 对个体进行交叉、变异操作.以国内某中大型炼钢厂主要生产模式下的实际生产计划为仿真算例进行实验，结果表明：本文 提出的基于“炉-机对应”的改进遗传算法的性能显著优于基本遗传算法及启发式算法，针对炼钢厂产量占比超过80%的主 要生产模式4BOF-3CCM下的算例1，优化了生产过程等待时间，工序间最长等待时间由77min减小到54mi:炉-机匹配程 度也明显提高，3号精炼炉去往3号连铸机的钢水比例由25%提升到67%，减少了个别炉次由于设备随机指派造成的工序设 备间对应关系不明确及由于生产路径不合理造成等待时间过长的现象，为研究炼钢厂复杂生产调度问题提供了一种高效的 解决方案 关键词炼钢-连铸：生产调度：改进遗传算法：炉-机对应：生产模式 分类号TF087 Genetic optimization model of steelmaking-continuous casting production scheduling based on the "furnace-caster coordinating"strategy LIU Qian,YANG Jian-ping,WANG Bai-lin,LIU Qing,GAO Shan,LI Hong-hui 1)State Key Laboratory of Advanced Metallurgy,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Donlinks School of Economics and Management,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 3)Engineering Research Center of MES Technology for Iron and Steel Production,Ministry of Education,Beijing 100083,China 4)Laiwu Iron and Steel Group Yinshan Section Steel Co.Ltd.,Laiwu 271104,China Corresponding author,E-mail:qliu@ustb.edu.cn ABSTRACT To avoid the frequent cross supply,excessive waiting time and difficult crane dispatching of molten steel among processes that resulted from the complex workshop layout of the steelmaking continuous casting process,a production scheduling model for the steelmaking-continuous casting process was established in this study with the objective of optimizing and minimizing the total waiting time of all furnaces in the plan.Moreover,an improved genetic algorithm was used to solve the model.In the operation process of the genetic algorithm,the "furnace-caster coordinating"strategy was introduced to improve the quality of the initial population. Furthermore,the crossover and mutation operations were determined based on the comparison of the operating cycles of steelmaking 收稿日期：2019-08-02 基金项目：教育部博士学科点专项科研基金资助项目(20090006110024)：中央高校基本科研业务费专项基金资助项目(FRF-BR-17-029A)基于“炉−机对应”的炼钢−连铸生产调度问题遗传优化 模型 刘    倩1)，杨建平1)，王柏琳2,3)，刘    青1,3) 苣，高    山4)，李宏辉4) 1) 北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室，北京 100083    2) 北京科技大学东凌经济管理学院，北京 100083    3) 钢铁生产制造执行 系统技术教育部工程研究中心，北京 100083    4) 莱芜钢铁集团银山型钢有限公司，莱芜 271104 苣通信作者，E-mail：qliu@ustb.edu.cn 摘    要    针对炼钢−连铸过程因车间布局复杂造成工序间钢水交叉供应频繁、等待时间过长以及天车调度困难等问题，本文 建立以计划内所有炉次总等待时间最小为优化目标的炼钢−连铸过程生产调度模型，并采用改进的遗传算法求解该模型. 在 遗传操作过程中，引入“炉−机对应”调控策略以改善初始种群质量，并根据转炉（精炼）与连铸作业周期的比较，来确定是否 对个体进行交叉、变异操作. 以国内某中大型炼钢厂主要生产模式下的实际生产计划为仿真算例进行实验，结果表明：本文 提出的基于“炉−机对应”的改进遗传算法的性能显著优于基本遗传算法及启发式算法，针对炼钢厂产量占比超过 80% 的主 要生产模式 4BOF−3CCM 下的算例 1，优化了生产过程等待时间，工序间最长等待时间由 77 min 减小到 54 min；炉−机匹配程 度也明显提高，3 号精炼炉去往 3 号连铸机的钢水比例由 25% 提升到 67%，减少了个别炉次由于设备随机指派造成的工序设 备间对应关系不明确及由于生产路径不合理造成等待时间过长的现象，为研究炼钢厂复杂生产调度问题提供了一种高效的 解决方案. 关键词    炼钢−连铸；生产调度；改进遗传算法；炉−机对应；生产模式 分类号    TF087 Genetic optimization model of steelmaking−continuous casting production scheduling based on the “furnace−caster coordinating” strategy LIU Qian1) ，YANG Jian-ping1) ，WANG Bai-lin2,3) ，LIU Qing1,3) 苣 ，GAO Shan4) ，LI Hong-hui4) 1) State Key Laboratory of Advanced Metallurgy, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) Donlinks School of Economics and Management, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 3) Engineering Research Center of MES Technology for Iron and Steel Production, Ministry of Education, Beijing 100083, China 4) Laiwu Iron and Steel Group Yinshan Section Steel Co. Ltd., Laiwu 271104, China 苣 Corresponding author, E-mail: qliu@ustb.edu.cn ABSTRACT    To  avoid  the  frequent  cross  supply,  excessive  waiting  time  and  difficult  crane  dispatching  of  molten  steel  among processes that resulted from the complex workshop layout of the steelmaking continuous casting process, a production scheduling model for the steelmaking-continuous casting process was established in this study with the objective of optimizing and minimizing the total waiting time of all furnaces in the plan. Moreover, an improved genetic algorithm was used to solve the model. In the operation process of  the  genetic  algorithm,  the “furnace-caster  coordinating” strategy  was  introduced  to  improve  the  quality  of  the  initial  population. Furthermore, the crossover and mutation operations were determined based on the comparison of the operating cycles of steelmaking 收稿日期: 2019−08−02 基金项目: 教育部博士学科点专项科研基金资助项目 (20090006110024)；中央高校基本科研业务费专项基金资助项目 (FRF-BR-17-029A) 工程科学学报，第 42 卷，第 5 期：645−653，2020 年 5 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 42, No. 5: 645−653, May 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.08.02.004; http://cje.ustb.edu.cn