钢铁企业宽厚板组板问题研究

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钢铁企业宽厚板合同具有小批量、多规格、按张交货等特征,这与宽厚板厂要求的钢板大单重,批量轧制形成了突出矛盾,经常会产生大量的无委托钢板。为了避免重复炼钢、提高资源利用率、降低生产和库存成本,钢铁企业经常会将无委托钢板分配给合适的合同,该过程称之为宽厚板组板。
  本文以钢铁企业宽厚板钢板的生产和消化为背景,针对钢铁企业宽厚板组板进行了研究。本文建立了混合整数规划模型,设计了分支-价格求解方法获得中等规模问题的最优解。并且,本文提出了3种工程优化求解策略能够快速获得大规模问题的近优解。主要研究内容如下:
  1)针对钢板的组板问题建立了混合整数规划模型。钢板组板问题的任务是如何将钢板分配给不同尺寸、性能要求的合同,从而满足客户需求,提高钢板资源利用率。与以往研究的匹配问题不同,该问题需要同时考虑钢板的二维切割及合同与钢板的匹配。针对该问题,以最小化匹配费用、钢板最小切损量为目标,考虑合同板规格、钢级等匹配工艺约束建立了混合整数规划模型。采用标准优化软件CPLEX验证了模型的准确性。
  2)针对钢板的组板问题提出了分支-价格最优求解方法。在求解过程中,将列生成算法嵌入到分支-定界框架中为分支-价格算法的每个节点提供问题下界。根据问题的结构特征,将混合整数规划模型重新建立成Set-Packing模型。区别于传统的分解方法,本文将组板长度限制约束分解到子问题中,将组板宽度限制约束保留在主问题中,使得子问题变为一维背包问题,有效降低了列生成子问题的求解难度。通过数值实验验证了算法的有效性。
  3)针对钢板的组板问题提出了工程优化近优求解方法。一方面,提出合同宽度近似策略,将列生成主问题宽度方向的背包约束近似为方案选择约束,从而降低主问题模型的复杂度,加快算法的收敛速度;另一方面,设计了基于动态规划的启发式算法,能够快速从列池中选择合理的组板方案,实现了大规模宽厚板组板问题的快速近优求解。通过数值实验验证了,所提出工程优化近优求解策略的有效性。
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