面向炼钢生产物流的并行仿真与优化方法研究

摘要

炼钢生产物流系统是一个伴随着有物性变化的高温复杂系统，其生产工序多、设备复杂、对生产物流的时间、温度、性质均有严格的要求。对炼钢物流的研究有助于优化炼钢生产的计划和调度方案，提高设备利用率、缩短物流在系统内的运行时间、降低成本以及提高企业竞争力。系统仿真是揭示物流运行的有效手段。
　　 为提高炼钢生产物流仿真系统的效率，采用了时间-事件混合驱动的仿真机制。该仿真机制有效的克服了传统的时间驱动与事件驱动在仿真效率上的不足，该机制将时间推进与事件处理有机的结合，以时间表征仿真系统在空间上的推进，以事件作用来更改仿真对象模型中工位及运输线的状态。
　　 针对炼钢生产物流的特点，采用了目标导引下仿真优化模型，该模型以目标、信息、规则为关键要素。全局目标根据生产信息不断的更新，并分解成局部目标。物流在局部目标、全局规则以及局部规则的作业下，向有利于最优化生产的方向运行并对其所在的工位或运输线进行状态更新。工位和运输线的状态更新从整体上反映了系统总体运行状态的转变；仿真完毕即可获得优化的生产作业计划。
　　 以攀钢提钒炼钢厂现有生产流程为研究对象并进行仿真实验，结果表明：①以8小时的浇次计划为仿真任务，在相同的仿真输入条件及参数下，采用时间-事件混合的仿真驱动机制可有效的提高了仿真效率，较时间驱动机制可节省23％的计算机运行时间；②采用目标导引下的仿真优化模型，以24小时的浇次计划进行仿真实验，结果表明该优化模型能够模拟炼钢物流运行过程，可提高设备利用率，并在物流平均通过时间上较生产实绩缩短了4.3％。
　　 论文研究工作表明：时间-事件混合能够适应于炼钢物流仿真系统，提高仿真系统的运行效率，对其他复杂物流仿真系统的驱动机制提供了新的方法；目标导引下炼钢物流仿真优化模型能够表达炼钢生产物流特征、有效揭示复杂物流运行机制，可应用于解决炼钢生产的计划调度难题，为复杂制造流程的物流仿真和优化研究提供了新的手段和工具。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪 论

1.1引言

1.2炼钢生产物流特点

1.3炼钢物流方法研究现状

1.3.1数学规划方法

1.3.2仿真模型法

1.3.3人工智能方法

1.4炼钢物流仿真系统研究现状

1.5研究背景和内容

1.5.1研究背景

1.5.2研究内容

2时间-事件混合仿真推进机制研究

2.1炼钢物流仿真系统描述

2.1.1实体与状态

2.1.2事件

2.2仿真驱动机制研究

2.2.1时间驱动机制

2.2.2事件驱动机制

2.2.3时间-事件混合驱动机制

2.3时间-事件混合驱动的炼钢物流仿真方法的实现

2.3.1仿真过程中时间更新

2.3.2仿真过程中事件的提取与处理

2.3.3事件的随机性处理

2.4三种仿真机制的比较

3炼钢生产物流仿真优化方法研究

3.1生产调度与生产物流的关系

3.2仿真对象模型的搭建

3.3目标导引下炼钢生产物流仿真优化方法的提出

3.3.1炼钢生产过程分析

3.3.2目标导引下炼钢生产物流仿真优化方法

3.4炼钢物流仿真优化方法关键技术

3.4.1全局目标与局部目标

3.4.2局部信息与全局信息

3.4.3全局规则与局部规则

3.4.4仿真模型的并行演化过程

4炼钢物流仿真系统原型软件的开发

4.1炼钢生产物流仿真模型的设计

4.1.1仿真系统结构功能设计

4.1.2数据库设计

4.1.3仿真模型运行过程设计

4.1.4系统开发平台

4.2炼钢生产物流仿真模型的程序实现

4.2.1仿真模型的搭建

4.2.2系统的可视化表达

5炼钢生产物流仿真对象分析和实验

5.1攀钢提钒炼钢厂生产物流分析

5.1.1攀钢炼钢厂生产工艺流程分析

5.1.2攀钢提钒炼钢厂生产特点

5.2炼钢生产物流仿真实验方案设计

5.2.1实验内容

5.2.2仿真实验的评价指标

5.3炼钢生产物流仿真实验

5.3.1基于时间-事件混合的仿真效率的检验

5.3.2基于仿真的生产作业计划制定

5.3.3生产流程分析

6结论与展望

6.1结论

6.2展望

致 谢

参考文献

附录：作者在攻读学位期间发表的论文目录