钢管生产线的优化切割研究

摘要

论文工作为对钢管生产线生产工艺、控制系统、控制方案的分析研究,着重从生产实际可行性的角度上,研究并实现了石油管道钢管生产过程中的优化切割问题。
　　 首先通过整个生产线工艺流程要求的介绍,针对工艺设备、控制设备、计算机硬件、软件的组成,分析了整个系统的构成。详细分析优化切割的执行过程,即控制计算机通过OPC Server采集控制器PLC中的生产数据,做好数据的同步处理后,通过实时对生产数据进行分析和计算,产生的切割规划信息再由控制计算机通过OPC Server下发给切割执行机构飞锯。
　　 论文全面分析生产线上的各种能够影响切割的因素,并划分出各个因素对切割影响程度的等级,从而建立起优化切割的目标、原则,分析得出优化切割问题的数学模型。
　　 通过对切割问题的数学模型的分析及其实现方案的研究,基于优化目标的复杂性不适合用传统的优化方法,从而间接地建立起优化目标的评价函数,运用遗传算法对目标趋向于更优方向上的搜索实现。根据对影响切割因素程度等级的划分,提出对评价函数加权合适的惩罚来扩大解的搜索空间,并通过惩罚函数实现工艺上的具体要求。与现有的切割方法模式进行了比较,明显地提高了自动化程度和钢材切割利用率及切割设备的寿命,给出了具体算法实现步骤。
　　 在开发过程中编制了相应的模拟软件进行模拟研究,最终开发出应用程序在山东钢管生产线中调试应用,取得很好的实际效果。
　　 文章中同时也包含了在整个系统实现中的大量工作,并在最后对生产系统的最终软件做了介绍。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 石油钢管行业综述

1.1.1 石油钢管简介

1.1.2 国内油管行业的历史与现状

1.2 钢材切割浪费情况总览

1.2.1 切割浪费统计

1.2.2 切割浪费原因分析

1.3 立项的背景和意义

1.4 论文的主要工作内容

第2章 生产工艺、设备及控制系统的构成

2.1 钢管生产系统的工艺流程介绍

2.2 生产线的控制系统硬件构成

2.2.1 控制区域的划分

2.2.2 各控制区控制设备

2.2.3 控制网络的构成

2.3 生产线的控制软件构成基础OPCServer

2.3.1 OPCServer简介

2.3.2 OPCServer结构

2.3.3 上位机软件编程数据采集

2.4 锯切控制模式

2.5 小结

第3章 切割实际问题与模型分析

3.1 影响锯切的因素

3.1.1 整线停机

3.1.2 缺陷

3.1.3 焊管的头部位置测量

3.1.4 生产限制

3.1.5 物理限制

3.2 优化锯切的目的

3.3 优化锯切的原则

3.4 实际切割模型分析

3.4.1 优化切割坐标系的建立

3.4.2 优化模型

3.5 切割方案研究

3.5.1 传统的优化算法

3.5.2 近代新型优化算法

3.5.3 本问题的优化算法可行性

3.6 小结

第4章 钢管切割的遗传算法研究与实现

4.1 遗传算法的产生和发展

4.2 遗传算法的基本思想

4.3 寻优的具体实现

4.3.1 基因编码

4.3.2 实现策略分析

4.3.3 初始化染色体

4.3.4 评价函数

4.3.5 选择过程

4.3.6 交叉操作

4.3.7 变异操作

4.3.8 停止原则

4.4 结论

4.4.1 遗传算法的应用结果

4.4.2 结果分析

4.5 小结

第5章 控制软件的形式与功能

5.1 工业上位机介绍

5.1.1 硬件、软件体系一般结构

5.1.3 通信

5.2 焊管生产线的上位机设计要求与组成

5.2.1 网络通用标准

5.2.2 系统的设计环境

5.2.3 系统的功能要求

5.3 上位机功能的软件实现

5.3.1 通讯

5.3.2 数据记录处理

5.3.3 优化切割实现

5.3.4 文件传输处理

5.4 小结

第6章 结论

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果