铁水运输中鱼雷车调度建模与优化方法研究

发布时间：2020-06-07 22:45

【摘要】：铁水物流优化调度是根据高炉出铁信息,转炉需铁信息,以及扒渣、脱磷脱硫等预处理工位的状态信息,确定铁水的流向和运输工具的运行路径。由于铁水运输过程涉及受铁、重罐运输、倒罐和空罐运输一系列工序,运输路径受固定轨道限制等工艺特征,使得铁水物流优化调度具有一定难度,并且鱼雷车的运输状态与铁水温降等生产指标紧密相关,因此研究鱼雷车调度问题对铁水物流优化调度有重要的意义。本文对铁水物流优化调度中涉及到的鱼雷车运输任务调度问题和鱼雷车行驶路径规划问题展开研究,定制化设计数学模型和求解算法,主要研究内容如下:(1)针对鱼雷车运输任务调度问题,考虑铁水运输过程中的高温操作性,以最小化运输任务总等待时间带来的能耗损失为目标函数,建立混合整数规划(MIP)模型。采用Danzig-Wolfe分解方法将MIP转化为集划分主问题和价格子问题,在列生成算法的实施过程中,采用基于最近邻的启发式算法获得初始可行解,构造限制性主问题。通过对价格子问题的特征分析,设计基于标号更新的动态规划算法。最后,以原混合整数规划模型的非整数解的决策变量作为分支策略为依据,开发分支-定价算法,从而得到问题的最优整数解。通过将列生成算法与CLPEX求解软件进行结果比较,验证算法的有效性。(2)针对鱼雷车行驶路径规划问题,考虑鱼雷车运输过程受固定轨道限制的工艺特征,以厂区内的铁路为网络,根据各工位点之间的距离等现场因素,重点解决鱼雷车行驶过程中可能出现的碰撞冲突,提炼出鱼雷车走行的时空流平衡特征,建立时空网络流模型,从而得到鱼雷车的最优行驶方案。计算实验中,在鱼雷车运输任务调度问题的调度方案基础上,使用CPLEX求解软件对模型进行求解,为鱼雷车制定合理的行车路线,验证提出的时空模型能够有效解决实际规模的工业问题。(3)以上述模型和算法为核心开发决策支持系统,设计和开发铁水物流优化调度决策支持系统,为铁水运输过程提供科学、定量的决策支持,达到提高鱼雷车的周转率、减少鱼雷车运输过程中的等待时间、降低铁水在运输中的温度损耗等效果。
【图文】：

示意图,铁水运输,过程,示意图

铁水从不同的高炉被装入由机车牵引的鱼雷车内，，然后运送至预处理站进行前扒逡逑渣、脱硫和后扒渣等预处理工序，最后在指定的倒罐站倒罐送至炼钢厂。铁水运逡逑输过程示意图如图１．２所示。逡逑Ｉ邋鱼雷罐机车逡逑ｊ逦１逦１逦转炉逡逑图１．２铁水运输过程示意图逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｔｈｅ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｍｏｌｔｅｎ邋ｉｒｏｎ邋ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ逡逑钢铁企业内铁水调度过程主要具有出温度要求高、能源消耗大，工艺环节复逡逑杂、在线设备多，运输资源受限，生产过程具有连续性和实时性等特征［２１。上述逡逑的特征表明铁水物流调度一个复杂的钢铁生产计划调度过程。随着钢铁企业的规逡逑模扩大，铁水物流过程呈现出物流规模增大，物流速度加快，企业能耗压力增大逡逑等趋势。这一趋势对铁水物流优化调度提出了以下新的目标：实现高炉与炼钢之逡逑间的产能平衡、多个高炉和转炉之间物流交叉管理，铁水的合理分配，以及控制逡逑鱼雷车和机车的运行路径等。因此实现炼铁与炼钢之间各工序的物流平衡、对铁逡逑水物流进行合理分配、对运输工具的路径进行合理安排是铁水物流优化调度过程逡逑中亟待解决的问题。逡逑在铁水物流优化调度问题中，主要需要协调三个层次的问题，分别为铁水分逡逑配问题、鱼雷车调度问题和机车调度问题。其中，铁水分配问题所要决策的是将逡逑各个高炉产出的铁水何时运输到哪一个炼钢厂，鱼雷车调度问题主要根据高炉的逡逑出铁信息和转炉的需铁信息

示意图,鱼雷车,过程,示意图

间带来的能耗损失为目标，制定鱼雷车的运输任务安排。每一个运输任务有且仅逡逑有一辆鱼雷车执行，最终得到鱼雷车执行运输任务的序列，即鱼雷车的运输任务逡逑调度计划。图２．１给出了一辆鱼雷车／ｔ在执行运输任务过程中所经历的受铁、重逡逑罐运输、倒罐、空罐运输等操作过程的示意图。鱼雷车运输任务调度问题需要为逡逑每一辆鱼雷车安排运输任务及确定任务的执行顺序，使得所有的运输任务都被服逡逑务，同时满足操作时间约束。逡逑继续回到高炉运下一炉铁水逡逑ｒ逦．．．！逡逑高炉出铁逦受铁逦重罐运输逦预处理逦倒罐逦炼钢厂逡逑去高炉处回停车场逡逑停车场逡逑图２．１鱼雷车执行运输任务过程示意图逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｔｈｅ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ逡逑上述钢铁企业中鱼雷车运输调度计划很大程度上依赖调度员的经验决策，很逡逑难达到最优的安排。因此，本章使用数学规划的方法，为这一复杂的鱼雷车运输逡逑任务调度问题建立准确的数学模型。逡逑－１５－逡逑
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TF086

【参考文献】