基于虚拟现实的炼钢连铸生产调度仿真系统的设计与开发

摘要

在钢铁生产中，炼钢-连铸生产是炼钢厂生产流程中的关键工序，生产过程中各工序之间不仅存在物流平衡和资源平衡问题，而且存在时间平衡问题。该问题的有效解决能够均衡各工序负荷、缩短工序间等待时间。炼钢连铸调度仿真系统的建立，对于研究调度方法的可行性有重要作用。引入虚拟现实技术建立模拟实际生产流程的仿真系统，对于调度系统和调度方法的应用研究均有重要意义。本文依托东北大学“985工程”流程工业综合自动化科技创新平台开放子课题“炼钢连铸智能调度仿真实验系统”，对炼钢连铸生产调度仿真系统进行研究和开发，主要工作有：
　　 1.建立炼钢连铸生产物流仿真对象模型。在详细分析炼钢连铸生产流程的基础上，分析了生产物流模型框架，采用以一种生产工序为中心的建模思路，将钢包对象作为各工序连接的枢纽，建立了炼钢连铸生产物流模型，包括生产设备建模和生产流程建模。
　　 2.从炼钢连铸调度的实际需求出发，充分考虑各种工艺，建立了包括计划编制子系统、生产物流子系统和计划调整子系统的生产调度仿真系统。设计了各个子系统的功能：计划编制子系统采用设备指派和冲突解消两阶段启发式方法。生产物流子系统引用了虚拟现实技术对炼钢车间流程进行仿真包括生产流程模拟、人机交互和辅助决策。计划调整子系统包括扰动生成和时间优化。并进行了数据库和界面设计。
　　 3.在系统设计的基础上，采用面向对象的仿真建模技术对炼钢连铸生产调度仿真系统进行软件开发。系统体系结构采用C/S模式，开发平台采用.NET平台，开发工具采用C＃，数据库系统采用Oracle10g。其中生产物流子系统的开发包括三维建模、模型库建立、车间模型建立、模型驱动、人机交互和辅助决策。
　　 4.介绍了整个仿真系统的硬件环境和软件环境，描述了可做的实验内容及实验步骤。说明了实验需做的各项准备工作，包括数据准备等。并以宝钢炼钢厂的实际生产数据对系统各项实验内容进行了研究，并对实验结果进行了评价分析，证明了整个调度仿真系统的合理性和有效性。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题来源及研究意义

1.1.1 课题来源

1.1.2 研究意义

1.2 炼钢连铸生产工艺流程

1.3 炼钢连铸生产调度系统的特点和难点

1.4 炼钢连铸生产调度仿真系统研究现状

1.4.1 系统仿真技术及发展

1.4.2 虚拟现实技术介绍

1.4.3 炼钢连铸生产调度仿真系统的国内外研究现状

1.5 本文的主要工作

第2章 炼钢连铸生产物流仿真对象模型

2.1 引言

2.2 炼钢连铸生产流程分析

2.3 虚拟现实建模软件

2.3.1 3DS MAX软件介绍

2.3.2 Flexsim软件介绍

2.4 炼钢连铸生产物流模型框架

2.5 炼钢连铸生产物流建模

2.5.1 生产设备建模

2.5.2 生产流程建模

2.5.3 人机交互

2.6 本章小节

第3章 基于虚拟现实的炼钢连铸生产调度仿真系统的设计

3.1 引言

3.2 系统目标

3.3 系统结构图

3.4 功能设计

3.4.1 计划编制子系统

3.4.2 生产物流子系统

3.4.3 计划调整子系统

3.5 数据库设计

3.5.1 数据库设计原则

3.5.2 数据表清单

3.6 界面设计

3.6.1 界面设计原则

3.6.2 界面设计

3.7 本章小结

第4章 炼钢连铸生产调度仿真系统的软件开发

4.1 引言

4.2 开发工具

4.2.1 开发平台

4.2.2 开发语言

4.2.3 数据库系统

4.3 系统软件结构

4.4 计划编制子系统开发

4.5 生产物流子系统开发

4.5.1 三维建模

4.5.2 模型库建立

4.5.3 车间模型建立

4.5.4 模型驱动

4.5.5 人机交互

4.5.6 辅助决策

4.6 计划调整子系统开发

4.6.1 扰动生成模块开发

4.6.2 扰动调整模块开发

4.7 本章小结

第5章 炼钢连铸生产调度仿真系统的实验研究

5.1 引言

5.2 实验平台介绍

5.2.1 硬件环境

5.2.2 软件环境

5.3 实验内容及初始数据

5.3.1 实验内容及步骤

5.3.2 初始数据

5.4 实验研究及结果分析

5.4.1 计划编制

5.4.2 生产流程模拟

5.4.3 计划调整

5.4.4 效果分析评价

5.5 本章小结

第6章 总结和展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的主要工作