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钢铁企业板坯QM合同匹配与负荷分配问题的研究

作　者: 罗锐
导　师: 唐立新
学　校: 东北大学
专　业: 系统工程
关键词: 热轧板坯QM合同匹配聚类优化负荷分配差分进化算法自适应差分下降算法
分类号: TF089
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着经济一体化进程的不断加快,钢铁企业作为国家经济命脉上的重要环节,在国家经济体系中扮演着重要的角色。目前国际原料供应日趋紧张,致使许多钢铁企业产品成本居高不下,利润空间越来越小。然而,钢铁企业难以再通过传统的手段来降低产品的成本。因此,如何利用科学的管理思想来降低钢铁企业的生产成本,成为近年来钢铁企业提高其产品市场竞争力关注的焦点。本文以降低生产成本为目的,对钢铁企业热轧板坯QM合同问题和热连轧精轧负荷分配问题进行了研究,具体内容概括如下。(1)热轧板坯QM合同匹配问题。热轧QM合同与普通的期货合同不同,它代表一种make-to-stock的生产方式。与常见的无委托板坯匹配问题相比,热轧板坯QM合同匹配需要预测在库无委托板坯的期货配成率、考虑控制库存水平和设计虚拟合同。本文对钢铁企业热轧板坯QM合同匹配问题进行了细致的分析,提出了无委托板坯期货配成率计算方法及无委托板坯库存计算方法,并根据热轧板坯QM合同匹配问题的特点,分别建立了无委托板坯确定产线模型和热轧QM合同聚类优化模型。本文所建立的模型均未在公开发表的文献中见到过。并且,对于热轧QM合同聚类优化问题,本文首次提出了一个基于启发式的多项式时间最优化算法。最后,本文基于所提出的模型与算法,开发了热轧板坯QM合同匹配自动优化决策支持系统,为钢铁企业的热轧板坯QM合同匹配过程提供了科学、便捷、可靠的决策支持。(2)热连轧精轧负荷分配问题。钢铁企业热连轧精轧负荷分配问题是钢铁企业为了适应现代市场向低成本市场转变,积极响应国家“建设资源节约型社会”的号召而做的生产过程中精轧机组能耗(负荷)分配方法的研究。本文基于钢铁企业热连轧精轧机组负荷分配问题的目标、生产实际约束和实际生产中出现的问题,在经典轧制理论的基础上,提出了热连轧精轧机组负荷分配问题的优化模型。针对钢铁企业热连轧精轧机组负荷分配问题的特点,本文采用差分进化算法进行求解,并提出了一个线性变换的解码规则和一个基于启发式的修复策略。本文在标准差分进化算法的框架上,通过引入自适应交义概率递增策略和带扰动的局部搜索策略,提出了自适应差分下降算法用来改善标准差分进化算法的求解效果。最后,本文将所采用的智能优化算法与基于Know-how知识的人工负荷分配算法进行了比较,验证了算法的有效性。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-18
  1.1 问题背景、研究目的和意义  12-13
  1.2 相关问题的国内外研究现状以及本文的研究特点  13-16
    1.2.1 热轧板坯QM合同匹配问题的研究现状  13-14
    1.2.2 热连轧精轧机组负荷分配问题的研究现状  14-15
    1.2.3 差分进化算法的研究现状  15-16
  1.3 本文的主要工作  16-17
  1.4 本文的研究路线  17-18
第2章热轧板坯QM合同匹配问题描述  18-32
  2.1 热轧QM合同的背景  18
  2.2 热轧QM合同的来源  18-19
  2.3 板坯与合同信息  19-23
    2.3.1 板坯信息  19-22
    2.3.2 热轧QM合同信息  22-23
  2.4 热轧板坯QM合同匹配流程  23-27
    2.4.1 无委托板坯期货配成率的计算  23
    2.4.2 挑选无委托板坯  23
    2.4.3 为挑选的无委托板坯编排轧制计划  23-26
    2.4.4 热轧QM合同聚类  26-27
  2.5 热轧板坯QM合同匹配的目标  27-28
  2.6 热轧板坯QM合同匹配的约束  28-30
    2.6.1 出钢记号匹配约束  28
    2.6.2 产线匹配约束  28-29
    2.6.3 宽度匹配约束  29
    2.6.4 在库时间匹配约束  29
    2.6.5 板坯轧制约束  29-30
  2.7 本章小结  30-32
第3章热轧板坯QM合同匹配问题模型与算法  32-48
  3.1 无委托板坯期货配成率的计算公式  32-34
    3.1.1 板坯期货配成比例的计算  32-33
    3.1.2 无委托板坯可被消化为期货合同概率的计算  33-34
    3.1.3 无委托板坯期货配成率计算  34
  3.2 无委托板坯库存模型  34-35
  3.3 无委托板坯确定产线模型  35-37
    3.3.1 符号定义  35-36
    3.3.2 数学模型  36-37
  3.4 热轧QM合同聚类优化模型  37-38
    3.4.1 符号定义  37
    3.4.2 数学模型  37-38
  3.5 热轧QM合同聚类优化模型最优算法与证明  38-41
    3.5.1 最优算法与证明  38-40
    3.5.2 算法测试结果与比较  40-41
  3.6 热轧板坯QM合同自动优化匹配决策支持系统  41-46
    3.6.1 系统的功能层次  41-42
    3.6.2 参数设置  42-43
    3.6.3 钢级分级表的维护与MOSAIC表的维护  43-44
    3.6.4 计算期货配成率  44-45
    3.6.5 选择板坯  45
    3.6.6 QM合同匹配清单  45-46
  3.7 本章小结  46-48
第4章热连轧精轧负荷分配问题描述与模型  48-62
  4.1 热连轧精轧负荷分配问题描述  48-51
    4.1.1 热连轧精轧机组设备描述  48-50
    4.1.2 热连轧精轧机组负荷分配描述  50-51
  4.2 热连轧精轧负荷分配数学模型  51-60
    4.2.1 热连轧精轧过程模型  52-58
    4.2.2 热连轧精轧负荷分配优化模型  58-60
  4.3 本章小结  60-62
第5章热连轧精轧负荷分配问题的算法及改进  62-78
  5.1 热连轧精轧负荷分配问题求解的整体框架  62-63
  5.2 差分进化算法的介绍  63-66
    5.2.1 差分进化算法的步骤  63-64
    5.2.2 差分进化算法的要素  64-66
  5.3 针对热连轧精轧负荷分配问题的差分进化算法改进  66-73
    5.3.1 初始种群的构造  66
    5.3.2 计算适应值函数  66-70
    5.3.3 变异操作  70
    5.3.4 自适应交叉操作  70-71
    5.3.5 选择操作  71
    5.3.6 带扰动的局部搜索  71-73
  5.4 算法性能测试及分析  73-76
    5.4.1 测试环境及算法参数配置  73
    5.4.2 测试结果及分析  73-76
  5.5 本章小结  76-78
第6章结束语  78-80
参考文献  80-84
致谢  84-86
攻读硕士学位期间发表的论文  86

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