煉鋼—連鑄過程系統(tǒng)可靠性的研究

鋼鐵工業(yè)精細(xì)化、集成化、綠色化、可循環(huán)的發(fā)展趨勢對冶金過程控制與流程優(yōu)化的要求越來越高，迫切需要對鋼鐵冶金過程系統(tǒng)的可靠性問題進(jìn)行深入研究。目前，國內(nèi)外僅涉及對鋼鐵生產(chǎn)單體設(shè)備/工序或?qū)ζ淇刂葡到y(tǒng)的可靠性進(jìn)行研究。本項目在分析現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)流程及其運(yùn)行特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，闡述煉鋼－連鑄過程系統(tǒng)可靠性的內(nèi)涵和特點(diǎn)，剖析煉鋼－連鑄生產(chǎn)過程中的不可靠性因素。依據(jù)可靠性工程理論，通過對典型煉鋼廠的調(diào)研，進(jìn)行工序與過程系統(tǒng)的可靠性研究，探求適合于鋼鐵冶金過程系統(tǒng)的可靠性評價模型。另外，從冶金流程工程學(xué)的角度，從時間、產(chǎn)量、能耗和質(zhì)量因素四個方面提出科學(xué)、簡便的可靠性評價指標(biāo)對煉鋼－連鑄過程系統(tǒng)進(jìn)行整體評價。最后，在研究煉鋼－連鑄過程系統(tǒng)可靠性及其評價模式的基礎(chǔ)上，形成鋼鐵冶金過程系統(tǒng)可靠性評價的方法，為推動可靠性理論在鋼鐵行業(yè)的系統(tǒng)應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)鋼鐵生產(chǎn)過程運(yùn)行優(yōu)化、節(jié)能減排和提高經(jīng)濟(jì)效益。 2100433B

近年來，煉鋼-連鑄調(diào)度問題成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界共同關(guān)注的研究熱點(diǎn)。然而，由于煉鋼-連鑄過程具有大規(guī)模、強(qiáng)約束、多目標(biāo)和動態(tài)不確定等復(fù)雜特征，現(xiàn)有的調(diào)度方法還很不完善，難以有效應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。本項目擬以保證煉鋼-連鑄生產(chǎn)過程的安全平穩(wěn)高效運(yùn)行為目標(biāo)，系統(tǒng)研究煉鋼-連鑄自適應(yīng)魯棒調(diào)度方法，包括煉鋼-連鑄魯棒調(diào)度模型、基于Meta-Lamarckian學(xué)習(xí)機(jī)制的自適應(yīng)控制策略、基于離散群智能的高性能多目標(biāo)魯棒調(diào)度算法、調(diào)度魯棒性和魯棒調(diào)度算法的基本理論等內(nèi)容。充分考慮調(diào)度性能指標(biāo)和魯棒性指標(biāo)的統(tǒng)一，主動調(diào)度和反應(yīng)調(diào)度兩種模式的綜合集成，調(diào)度模型、控制策略和調(diào)度算法的呼應(yīng)，局部調(diào)度與全局調(diào)度的協(xié)調(diào)，給出一批具有可指導(dǎo)性和實(shí)用性的煉鋼-連鑄自適應(yīng)魯棒調(diào)度理論成果。研究成果將豐富和深化已有的煉鋼-連鑄調(diào)度方法，推動具有問題特征的魯棒調(diào)度理論的發(fā)展，可望直接服務(wù)于國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展。

煉鋼連鑄階段是鋼鐵生產(chǎn)過程的瓶頸環(huán)節(jié)。煉鋼連鑄調(diào)度技術(shù)直接影響著鋼鐵生產(chǎn)的成本與效益，是實(shí)現(xiàn)煉鋼連鑄過程合理化、自動化和集成化的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。本項目圍繞煉鋼連鑄魯棒調(diào)度問題，在群智能調(diào)度算法、煉鋼連鑄調(diào)度算法、煉鋼連鑄重調(diào)度算法等三個方面展開研究，主要研究成果包括：①探索了果蠅算法、人工蜂群算法和遷徙鳥群算法等群智能算法解決調(diào)度問題的關(guān)鍵理論與技術(shù)，提出了一種改進(jìn)人工蜂群算法，有效解決了以最大完成時間為目標(biāo)的混合流水車間調(diào)度問題；提出了一種人工蜂群禁忌搜索混合算法，有效解決了多目標(biāo)柔性作業(yè)車間調(diào)度問題；提出了一種改進(jìn)遷移鳥群算法，有效解決了以總流經(jīng)時間為目標(biāo)的混合流水車間調(diào)度問題。②建立了煉鋼連鑄調(diào)度問題的混合整數(shù)規(guī)劃模型，提出了一種拉格朗日松弛算法，給出了求解松弛問題的線性規(guī)劃方法，給出了保證松弛解有界的充要條件，提出了避免無界的方法；研究了工件排列編碼的鄰域特性和工件移動特性，提出了一種有效的人工蜂群煉鋼連鑄調(diào)度算法；構(gòu)建了煉鋼連鑄調(diào)度問題與鑄機(jī)分配問題的統(tǒng)一模型，提出了一種協(xié)同蜂群優(yōu)化調(diào)度算法，同時優(yōu)化煉鋼連鑄調(diào)度與鑄機(jī)分配問題。③實(shí)際生產(chǎn)中采用重調(diào)度策略處理生產(chǎn)過程的動態(tài)不確定性。針對煉鋼連鑄重調(diào)度問題，考慮到工件的加工時間可調(diào)性，建立了基于時間索引變量的煉鋼連鑄重調(diào)度問題的混合整數(shù)規(guī)劃模型，提出了基于機(jī)器能力約束部分松弛和全部松弛的拉格朗日松弛算法；綜合考慮機(jī)床隨機(jī)故障和工件加工時間隨機(jī)變化兩種突發(fā)事件，提出了一種結(jié)合果蠅算法和迭代貪心搜索的混合優(yōu)化算法；考慮到計劃執(zhí)行過程中的穩(wěn)定性，提出了不改變正在作業(yè)爐次已分配加工設(shè)備的具有一定魯棒性的重調(diào)度方法；采用離散場景描述煉加工時間的不確定性，以最小化壞場景出現(xiàn)的可能性為目標(biāo)，建立了一個魯棒優(yōu)化調(diào)度模型，提出了一種人工蜂群魯棒調(diào)度算法。本項目共完成論文39篇，其中SCI論文30篇，EI中文期刊論文7篇。在所發(fā)表的SCI論文中，ESI高被引論文1篇、IEEE Trans長文6篇、IFAC會刊長文1篇、Control Engineering Practice 長文1篇、運(yùn)作管理領(lǐng)域知名期刊European Journal of Operational Research 和OMEGA論文5篇。在中科院SCI期刊JCR大類分區(qū)一區(qū)期刊上發(fā)表論文7篇。獲得教育部自然科學(xué)獎一等獎1項。申請專利2項，培養(yǎng)博士研究生4名，碩士生 2100433B

研究煉鋼過程熱平衡是為了很好地控制煉鋼過程中的熔池溫度，全面掌握煉鋼設(shè)備的物料和能量利用情況、工作能力和熱效率，為改進(jìn)煉鋼工藝、實(shí)現(xiàn)煉鋼設(shè)備的優(yōu)化操作探索途徑，并為降低原材料消耗及合理利用和節(jié)約能源提供方向。二是可以判斷收支各項在冶煉過程中起作用的大小，以便對能源合理利用;三是可以發(fā)現(xiàn)熱工上和吹煉中存在的問題加以改進(jìn)。四是可為設(shè)計或校核煉鋼設(shè)備及其附屬系統(tǒng)和煉鋼車間提供依據(jù)。五是為研究煉鋼過程，制定煉鋼操作工藝提供參數(shù)。也是提高煉鋼終點(diǎn)命中率，制定煉鋼過程自動控制數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)。