面向节能的铝工业生产调度问题模型与算法研究

【摘要】：生产调度系统是铝工业组织和管理生产的中心,实现优化调度对于铝工业增加系统柔性、提高设备利用率、降低能耗等多方面均具有重要的意义。针对铝工业企业单纯地追求企业利益最大化为目标,凭经验进行调度,无法实现以能耗最优为目标的生产调度与资源配置等问题,本文以能量消耗最优为目标,充分考虑工艺要求、仓储、运输及交货期等集成约束条件,研究了铝工业生产调度与资源优化问题。本文以国家自然科学基金重点项目《面向节能降耗的有色冶金过程若干理论与方法研究》(60634020)的一个子项目《流程工业过程的模式识别能耗寻优与优化调度方法研究》为背景,针对铝工业生产过程中不同调度问题建立数学模型,并基于改进的粒子群算法进行了相应的优化算法研究,主要工作如下: (1)全流程分析总结出铝工业生产过程中影响能耗的因素,进而从中提取出可调度的因素,找到面向节能的调度问题的落脚点,根据这些因素在实际生产中对能耗影响的大小,将铝工业生产可调度因素中对能耗影响较大的、有实际调度意义的因素提取出来,选为本文研究的重点。 (2)建立了烧结法和拜耳法统一配矿的优化调度模型,并针对模型中存在的非线性、多约束和多目标特点,运用了一种引入遗传因子的HPSO算法进行寻优。在充分考虑了软件的工业实用性及界面友好性的基础上,应用该调度方法,设计并开发了氧化铝配矿过程的优化调度软件,并获得了软件著作权。 (3)以连铸连轧中断和炉次等待能耗之和最小为目标函数,结合企业生产经验,建立了连铸连轧生产线调度模型,并提出了一种新的改进型的混合粒子群算法HPSO-LP算法进行求解;最后,利用实际生产数据进行了仿真实验与结果分析。 (4)以生产能耗、运输能耗及库存能耗之和最小为目标函数,建立了铝工业虚拟企业伙伴选择调度模型,并提出了一种HDPSO算法进行求解;最后,通过仿真实验验证了所建模型的合理性及算法的有效性。 最后,对全文进行了总结,并对铝工业生产调度问题的研究方向及其调度模型与算法的下一步研究重点进行了展望。 【关键词】：铝工业 节能 生产调度 多目标优化 HPSO算法 软件开发
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TF808
【目录】：

• 摘要9-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 铝工业生产调度的特点与发展现状12-15
• 1.1.1 铝工业生产基本过程12-14
• 1.1.2 优化调度在铝工业生产中的地位与研究现状14
• 1.1.3 铝工业生产调度的主要研究方法14-15
• 1.1.4 现行研究中存在的不足15
• 1.2 粒子群算法的概念与研究现状15-19
• 1.2.1 粒子群算法的基本思想16-17
• 1.2.2 基本粒子群算法的优点与不足17-18
• 1.2.3 基于粒子群算法的研究现状18-19
• 1.3 面向节能的铝工业调度问题研究的基本思想19-21
• 1.3.1 基于具体工艺环节的铝工业优化调度模型研究19-20
• 1.3.2 基于虚拟企业的铝工业优化调度模型研究20-21
• 1.3.3 基于不同铝工业生产调度问题的优化算法研究21
• 1.4 论文研究的意义21-23
• 1.5 研究内容及章节安排23-24
• 第二章 铝工业生产可调度因素分析24-34
• 2.1 铝工业过程中影响能耗的因素分析24-31
• 2.2 铝工业过程中可调度因素提取31-32
• 2.3 铝工业优化调度的切入点选择32
• 2.4 本章小结32-34
• 第三章 氧化铝配矿调度方法研究与软件实现34-55
• 3.1 氧化铝配矿调度问题的数学模型34-38
• 3.1.1 氧化铝配矿调度问题描述34-35
• 3.1.2 模型的相关假设35
• 3.1.3 模型的目标函数及约束条件35-38
• 3.2 求解配矿调度模型的HPSO 算法38-40
• 3.2.1 粒子的编码与解码38
• 3.2.2 遗传因子的引入38-39
• 3.2.3 适应度函数设计39
• 3.2.4 算法流程39-40
• 3.3 仿真实验及结果分析40-41
• 3.4 氧化铝配矿调度软件的设计与实现41-54
• 3.4.1 系统的总体设计42-47
• 3.4.2 登录管理47-48
• 3.4.3 系统管理48-49
• 3.4.4 配矿调度相关数据管理49-54
• 3.5 本章小结54-55
• 第四章 连铸连轧生产线调度方法研究55-64
• 4.1 连铸连轧生产线调度问题的数学模型55-57
• 4.1.1 连铸连轧生产线调度问题描述55
• 4.1.2 模型的相关假设及符号定义55-56
• 4.1.3 模型的目标函数及约束条件56-57
• 4.2 HPSO-LP 算法的设计及问题求解57-60
• 4.2.1 HPSO-LP 算法的提出57-58
• 4.2.2 HPSO 优化调度环节58-59
• 4.2.3 LP 优化调度环节59-60
• 4.2.4 HPSO-LP 算法流程60
• 4.3 仿真试验及结果分析60-63
• 4.4 本章小结63-64
• 第五章 铝工业虚拟企业伙伴选择问题优化方法研究64-74
• 5.1 铝工业虚拟企业伙伴选择问题的数学模型64-67
• 5.1.1 虚拟企业伙伴选择问题描述64-65
• 5.1.2 铝工业虚拟企业伙伴选择问题背景65-66
• 5.1.3 铝工业虚拟企业伙伴选择问题模型66-67
• 5.2 HDPSO 算法的设计及问题求解67-70
• 5.2.1 粒子的编码与解码68
• 5.2.2 PSO 算法的离散化68-69
• 5.2.3 基于惯性权重的改进69
• 5.2.4 基于变异的改进69-70
• 5.2.5 适应度函数的选择70
• 5.2.6 HDPSO 算法的主要流程70
• 5.3 仿真实验及结果分析70-73
• 5.4 本章小结73-74
• 第六章 总结与展望74-77
• 6.1 全文总结74-75
• 6.2 研究展望75-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-83
• 作者在学期间取得的学术成果83

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