钢铁生产混合流程智能调度及其知识网系统的研究

Iron and steel enterprises need urgently the dynamic, timely, ordered and integrated production strategy of hybrid production planning and scheduling. The current artificial and automatic scheduling system doesn't meet the demands of continuous production and high utilization ratio of production equipments and resources, which restricts much the production efficiency of the complex iron and steel hybrid production. This present study deals with the intelligent scheduling of the hybrid production process in iron and steel production. After exploring the production planning and the scheduling model parameters, the dynamic scheduling model with different feedback systems for the iron and steel production is constructed. To realize intelligent scheduling, an iron and steel production oriented knowledge network is built, followed by the software developments for production and scheduling. The validity and reliability of this system is assessed and verified by the actual production data analysis. The results give a promising and feasible method for the complex production planning and scheduling of the iron and steel hybrid production process.

钢铁企业生产混合流程调度是一类复杂的生产计划与调度问题，直接影响钢铁企业的动态、及时、有序和一体化的生产管理水平。现有的针对生产的人工调度及自动控制调度系统不能满足钢铁企业的连续化生产及对设备、资源的合理利用，严重制约了生产流程的生产效率。本项目以钢铁企业混合生产流程的调度为研究对象，建立钢铁生产混合流程的计划调度模型以及具有不同反馈模式的动态计划调度模型，构架了一种面向钢铁生产流程的知识网系统，并开发出其系统原型，实现智能调度。通过现场数据的采集，验证该系统的有效性与可靠性，并提出优化与改进措施，进一步完善系统。本项目采取理论分析、数值模拟、现场试验与工程设计相结合的研究方法和手段，研究成果集生产计划、调度和控制于一体，有望在理论上为钢铁企业复杂的混合流程生产计划与调度提供一个可借鉴的方法,并对钢铁企业生产计划与调度具有重要指导意义。

钢铁生产管理具有工序的“不同步”衔接、生产计划与生产调度的失控、紊乱等问题，同时多批少量订单、生产扰动以及钢铁种类繁多提高了生产调度的难度。针对钢铁生产既连续又离散的生产流程特点以及钢铁企业一体化生产管理系统的发展现状与趋势，分析了钢铁混合流程的生产方式，总结和简化了钢铁生产计划与调度模型，研究钢铁生产多阶段混合流程调度模型的参数化、模块化、知识化和智能化建模。提出了面向对象的混合知识表示方式，建立了基于知识的钢铁一体化知识库、模型库、算法库及数据库，构建了基于模型规则知识的聚类遗传算法，研究了钢铁生产混合流程知识网系统框架和运行模式，探讨了知识网系统同ERP/MES/PCS系统的关系，并采用C#和Matlab混合编程构建了钢铁生产调度一体化控制知识网系统。最后通过仿真实例，输出生产计划与调度GANNT图，说明了钢铁生产智能调度知识网系统运行的有效性与智能调度算法的可行性，并通过与传统遗传算法对比分析，说明了改进的聚类遗传算法具有收敛早、运算性能稳定的优点。