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钢铁热链物流与能源调度

作　者: 马庆涛
导　师: 唐立新
学　校: 东北大学
专　业: 系统工程
关键词: 钢铁能耗能源调度物流调度吊机调度禁忌搜索算法优化系统
分类号: F252
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

能源紧张是世界各国经济发展过程中的一个普遍性问题。由于钢铁企业是一种高能耗行业,如何节能降耗成为企业所面临的关键技术难题。一般来说,企业主要通过工艺改进、自动化运行水平的提高、管理技术的提升三种途径来达到节能降耗的目的。对于管理技术的提升又可以进一步分为两种情况：一种是通过直接方式进行优化能源配置；另一种是通过间接方式进行优化热链物流调度节能。本文以钢铁生产为背景,对两种节能方式进行了研究,分别研究了钢铁企业能源分配及物流调度问题。对于能源分配优化问题,主要是根据钢铁多工序生产对不同的能源介质需求,综合考虑能源介质的生产和供应情况确定最优的分配方案。其主要目的是提高能源介质的利用率。对于物流调度问题,主要是研究在炼钢-精炼工序之间的吊机何时搬运盛有高温钢水的钢包,以达到缩短工件等待时间,降低能源消耗的目的。本文的主要工作包括：1)问题的提出与分析介绍了国内外钢铁企业能源消耗状况及能源管理的现状,分析了目前钢铁企业节能降耗的主要途径和一些先进国家在节能降耗的先进经验,并对该问题的研究文献进行了综述；提出了能源分配和物流调度问题,论述了问题的可行性与重要性。2)能源分配问题调度模型在深入分析了钢铁企业各种能源介质的特点和能源流程后,综合考虑各种能源介质的投入产出能力和配比关系、能源管网的压力、能源存储等约束,建立了能源动态平衡与优化调度模型。该模型与已有模型的区别在于：能源介质增多了；生产工序更加完善；能源的实时分配调度；重点考虑到了二次能源的回收和再利用问题。通过实验结果,表明了模型的有效性。3)炼钢-精炼热链物流调度模型与优化在深入了解炼钢-精炼阶段生产工艺及生产工序间热工件运输特点后,既考虑了炼钢—多重精炼过程中的运输协调调度问题,又考虑了台车与吊机衔接负责生产间的运输等约束,建立了问题的数学规划描述。该模型与已有模型的区别在于：同时考虑不同生产设备之间的运输以及两种不同类型运输工具的协调。由于该问题属于NP-难问题,采用常规方法无法求解,针对问题性质构造了禁忌搜索算法对其进行求解。数值实验结果表明算法是有效的。4)炼钢-精炼热链物流调度决策支持系统的设计与实现由于炼钢-精炼物流调度的复杂性与多变性,单纯靠人工调度方式很难系统的优化。本系统有机结合优化模型算法与计划人员的经验,能够针对不同钢铁企业内部吊机、台车物流调度方面存在的问题,实现利用优化算法自动编排吊机、台车的作业任务。通过系统仿真实验,验证了模型和算法的有效性。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-13
第1章绪论  13-31
  1.1 问题的背景及意义  13-16
    1.1.1 问题的背景  13-15
    1.1.2 问题的来源  15-16
    1.1.3 研究的目的与意义  16
  1.2 钢铁能源调度研究文献综述  16-29
    1.2.1 钢铁能源简介  16-22
    1.2.2 钢铁能源调度的主要方法  22-24
    1.2.3 钢铁企业物流与能源调度的文献综述  24-29
  1.3 本文研究的技术路线以及所做的工作  29-31
    1.3.1 本文所做的工作  29-30
    1.3.2 本文研究的技术路线  30-31
第2章钢铁企业能源调度问题分析  31-47
  2.1 调度问题  31-36
    2.1.1 问题描述  31
    2.1.2 调度方法研究  31-34
    2.1.3 调度算法  34-35
    2.1.4 典型生产调度系统工具包介绍  35-36
  2.2 钢铁企业能源分配问题分析  36-38
    2.2.1 考虑能源消耗的钢铁生产计划问题分析  36
    2.2.2 考虑能源消耗的钢铁生产调度问题分析  36-38
  2.3 机组组合优化问题分析  38-42
    2.3.1 确定性机组组合问题分析  38-41
    2.3.2 随机性机组组合问题分析  41-42
  2.4 带有能源价格竞争的钢铁生产调度问题  42-44
  2.5 钢铁生产与能源优化协调调度  44-45
  2.6 本章小结  45-47
第3章钢铁企业能源调度问题数学模型  47-67
  3.1 引言  47
  3.2 问题的描述  47-50
    3.2.1 能源中心动态平衡与优化调度模块的应用背景  47-49
    3.2.2 问题的目标  49
    3.2.3 建模原则  49-50
  3.3 问题的模型  50-55
    3.3.1 参数  50-51
    3.3.2 决策变量  51
    3.3.3 目标函数及其意义  51-52
    3.3.4 约束条件及意义  52-54
    3.3.5 能源中心动态平衡与优化调度模型  54-55
  3.4 模型特点  55-56
  3.5 实例分析  56-66
    3.5.1 实验数据  56-61
    3.5.2 实验结果及分析  61-66
  3.6 本章小结  66-67
第4章炼钢-精炼热链物流调度问题数学模型与优化  67-83
  4.1 引言  67
  4.2 钢铁企业物流  67-69
    4.2.1 钢铁企业生产流程  67-69
    4.2.2 钢铁企业物流特点  69
  4.3 炼钢—精炼吊机、台车物流调度问题  69-79
    4.3.1 问题背景  69-71
    4.3.2 问题描述  71-72
    4.3.3 问题模型  72-75
    4.3.4 禁忌搜索算法  75-79
  4.4 实验结果与结论  79-81
    4.4.1 数据来源与实验环境  79
    4.4.2 实验结果  79-80
    4.4.3 结论  80-81
  4.5 本章小结  81-83
第5章炼钢-精炼热链物流调度决策支持系统  83-95
  5.1 系统概述  83-86
    5.1.1 系统设计原则  83-84
    5.1.2 系统开发支持  84-86
  5.2 系统功能结构图  86
  5.3 系统功能介绍  86-93
    5.3.1 系统管理模块  86
    5.3.2 基础信息管理模块  86-88
    5.3.3 手动计划编排模块  88-91
    5.3.4 自动计划编排模块  91-93
    5.3.5 动画仿真模块  93
  5.4 本章小结  93-95
第6章结束语  95-97
参考文献  97-103
致谢  103

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