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冶金企业生产与物流作业管理决策支持系统

作　者: 薛世旭
导　师: 唐立新
学　校: 东北大学
专　业: 系统工程
关键词: 冶金企业 生产调度 物流优化 Benders分解算法 禁忌搜索
分类号: F426.32
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 15次
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内容摘要


冶金企业是典型的流程工业,包括钢铁、铝、铜等生产加工企业。企业中的生产与物流作业管理是一类非常重要的问题,强调低成本、高质量和快速响应市场,追求企业物流总成本最低和作业流程最优的目标。因此,为降低库存成本、物流成本、提高客户的满意度,本文以钢铁企业为背景,研究了原料场原料的动态输入配置问题,并开发了料场的三维仿真系统；以铝厂为背景,研究了带有批决策的铝生产调度问题,并开发了决策支持系统。主要工作如下：(1)对于原料的输入配置优化问题,建立有效的动态原料输入MILP数学模型,并利用优化软件确定最优解决方案。但考虑实际问题的规模性,单纯通过建立MILP模型,即便求得一个可行解也要耗费计算机大量资源(内存)和运算时间。通过对问题整数与连续变量分离,借用选址配送领域成熟的优化算法Benders分解算法予以求解。扩大问题的规模,运算速度明显下降,从中发现主问题(整数规划)运算速度、主问题终止准则、割的产生三个因素是影响算法上下界快速改进的关键。基于这一结论,提出应用智能优化算法求解主问题,改变求解终止准则来加快问题的求解速度,通过多组数据测试显示,改进算法求得的平均近优解与最优解的差距在0.045%,而且求解时间得到大幅降低。(2)利用OpenGl技术实现料场的三维动态仿真,通过控制台操作,可以实现料场中料堆的360度旋转,以及改变视距、仰角,改变料堆的入射光线等属性,便于管理人员在远程实时获取料场的信息,提高原料场作业的信息化,管理的现代化。(3)针对铝铸造问题的特点,建立多阶段带有异构并行机的生产调度模型,利用优化软件求解时,发现即使10个订单也需要近1个小时的运算。为解决求解速度过慢的问题,结合问题的性质及特点,将原问题分解为批决策子问题与批调度子问题,并提出基于MILP的Tabu Search混合算法,包括批决策算法,启发式算法和Tabu Search算法。其中,批决策算法与启发式算法结合使用,是为求取初始解,Tabu Search算法是将初始解进行智能改进,同时构造了Shift、Swap、2-OPT邻域移动策略,通过变邻域搜索进一步改进解的质量。实验结果显示,对于求解大规模问题,此方法可以快速求得较好的可行解决方案。(4)以国内某铝厂的生产过程为背景开发一决策支持系统。系统内嵌的优化算法,可自动、快速的给出铝生产计划,为计划员直接使用,或以甘特图显形式显示在人工调度界面中,调度人员可以根据实际情况做适当的手工调整。

全文目录


摘要  6-8
abstract  8-13
第1章 绪论  13-21
  1.1 铝生产计划与调度问题  13-15
    1.1.1 研究的意义  13-14
    1.1.2 铝生产计划与调度问题的研究现状  14-15
  1.2 原料场原料动态输入配置问题  15-18
    1.2.1 研究的意义  15-16
    1.2.2 钢铁企业原料场物流作业管理问题研究现状  16-18
  1.3 ILOG CPLEX MIP介绍  18
  1.4 Tabu Search算法介绍  18
  1.5 本文的主要工作及研究路线  18-21
    1.5.1 本文的主要工作  18-19
    1.5.2 本文的研究路线  19-21
第2章 原料场原料动态输入配置与模型建立  21-31
  2.1 问题背景描述  21-22
  2.2 研究的主要内容  22-23
  2.3 原料动态输入配置数学模型  23-28
    2.3.1 符号定义  23-24
    2.3.2 问题的模型说明  24-26
    2.3.3 模型求解过程分析  26-28
  2.4 求解原料动态输入配置问题的算法  28
    2.4.1 算法流程  28
  2.5 本章小结  28-31
第3章 基于Tabu Search的Benders分解混合方法求解多产品配送问题  31-47
  3.1 引言  31
    3.1.1 Benders分解方法研究目的  31
    3.1.2 Benders分解方法改进的必要性  31
  3.2 多产品配送问题研究现状  31-32
  3.3 多产品配送问题背景描述  32-33
  3.4 多产品配送问题数学模型  33-35
    3.4.1 符号定义  33-34
    3.4.2 数学模型及约束说明  34-35
  3.5 Tabu Serach与Benders分解混合算法  35-44
    3.5.1 标准Benders分解方法的执行步骤  35-36
    3.5.2 Tabu Search算法  36-42
    3.5.3 TS-BD混合算法实施步骤  42-43
    3.5.4 TS-BD混合算法流程图  43-44
  3.6 实验结果分析与评价  44-45
  3.7 本章小结  45-47
第4章 三维料场的动态仿真  47-57
  4.1 引言  47
  4.2 OpenGL介绍  47
  4.3 三维料场仿真整体构架  47-48
  4.4 三维料场仿真实例介绍  48-52
  4.5 三维料场仿真系统实现  52-55
  4.6 本章小结  55-57
第5章 带有批决策的铝生产调度算法与系统  57-91
  5.1 问题背景描述  57-58
  5.2 研究的主要内容  58-60
  5.3 原问题分解策略  60-61
    5.3.1 批决策子问题  61
    5.3.2 批调度子问题  61
  5.4 批决策子问题数学模型  61-63
    5.4.1 符号定义  61-62
    5.4.2 批决策数学模型  62-63
  5.5 基于MILP的Tabu Search混合算法  63-80
    5.5.1 批决策算法  64
    5.5.2 启发式算法  64-73
    5.5.3 Tabu Search算法  73-80
  5.6 混合算法实施步骤  80
  5.7 混合算法应用流程图  80-83
  5.8 铝连铸生产计划与调度系统  83-89
    5.8.1 功能划分  83-85
    5.8.2 数据管理模块  85-86
    5.8.3 甘特图批调度模块  86-88
    5.8.4 结果显示评价模块  88
    5.8.5 模拟仿真模块  88-89
  5.9 本章小结  89-91
第6章 结束语  91-93
参考文献  93-97
致谢  97-99
攻读硕士学位期间发表的文章  99

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中图分类: > 经济 > 工业经济 > 中国工业经济 > 工业部门经济
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