基于Witness的炼钢-连铸动态调度仿真
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调度 问题进行理论 分析 的 困难 ；同时在仿 真建模 过程 中不
必考虑炉次在各道工序 的机器安排及开工 时间 ，Ｗｉ ｅｓ ｔ ｓ 仿 ｎ 真软件将 自动模 拟整个 调度过 程 ，从而生 成各个 炉次在 各
阶段 的机器安排和开工时间 。 炼钢一 连铸生产 过程 属于 三阶段 并行 多机 ＨＦ Ｓ流水 车
间， 且连铸机在 生产过程 中必 须满足 连浇约束 条件 ；同时
在仿真建模过程 中 ，不但要对 实 际生产环 境进行模 拟 ，还 需输出有效的仿真结果数 据。故炼钢一 连铸 动态调度仿 真建 模关键 问题 包 括 ：① 工 艺 路 径 设 置 ；② 断 浇 修 复 技 术 ； ③扰动 因素设置及工艺路径 ；④调度结果输 出设置 。
ＦＥＮＧ ｎ ，Ｚ Ｔｉｇ ＨＡ ＮＧ ｅ － ｉ ，ＴＵ ｅｐｎ ，Ｚ ＡＮＧ ｅ － ｕ 。 Ｗ ｎ ｘｎ Ｘｕ － ｉ ｇ＇ Ｈ Ｗ ｎ ｘ ｅ， ＇ （ ． Ｓｈ ｏ ｆ ｃｎ ｍｉ ｎ ｎ ｇｍｅ ｔ Ｕｎｖ ｒｉ ｆ ｃｅｃ ｎ ｅｈ ｏｏ ｙＢ ｉｎ ， ｅｉｇ１ ０ ８ ， ｈｎ ； １ ｃ ｏ ｌ ｏｏ ｃ ａｄＭａ ａｅ ｎ ， ｉｅｓｔ ｏ ｉ ｅ ｄＴ ｃ ｎ ｌ ｅ ｉ Ｂ ｉｎ ０ ０ ３ Ｃ ｉａ ｏＥ ｓ ｙ Ｓ ｎ ａ ｇ ｊｇ ｉ ２ ｎ ｉｅｒ ｇＲｅｅｒ ｅ ｔｒ ｆ ＳＴｅｈ ｏｏ ｙｆｒ ｒｎ Ｓｅｌ ｒｄ ｃｉ ， ｉｉ ｒ ｆ ｄ ｃｔ ｎ Ｂ ｒｎ ．Ｅ ｇｎ ｅｉ ｓａｃ Ｃ ｎｅ ｎ ｈ ｏ ＭＥ ｃｎ ｌｇ ｏ ｏＩ ｔｅ Ｐ ｏ ｕ ｔ ｎ Ｍ ｎｓ ｙｏ ｕａｉ ， ｅ ｉｇ ｏ ｔ Ｅ ｏ １ ０ ８ ， ｈｎ ；３ ｒｊｃ ｅ ａｔ ｎ ， ｏ ｇｈ ｇＥ ｅｔｉ Ｇ ｏ ｐＤｏ ｇａ ｇＢ ｉ ｒ ｏ ， ｔ ， ｉｏ ｇ６ ３０ ， ０ ０ ３ Ｃ ｉａ ．Ｐ ｏｅｔ ｐ ｒ Ｄ ｍｅ ｔ Ｄ ｎ ｆｎ ｌｃ ｃ ｒｕ ｎ ｆ ｏ ｅ ． Ｌ ｄ Ｚｇ ｎ ４ ０ ０ ｒ ｎ ｌ Ｃ
工智 能算法 ；张文 学 （９ １ ） １８ 一 ，男 ，宁夏海原人 ，博士，研究方 向为生产计划与调度 、人工智能算法。Ｅｍａ ： ｅｇｉ ８ ３ ２ ．ｃｍ － ｉ ｆ ｔ ｇ ２ ＠１ ６ 。 ｌ ｎ ｎ
・
３２・ ８
计 算机 工程与 设计
２１ 拄 ｏ２
的研究 。在现有研究 中，文献 ［—］建立 了炼钢 连铸 生产 ７８
类 ：人工智能 和专家 系统 方法 ，仿 真实验方 法和滚 动窗 口
调度仿真系统 ，文献 ［］基于仿真实验方法建 立 了以有 色 ９
Ｐ ｔ 网为工具的炼 钢一 ｅｒ ｉ 连铸实 时调 度模 型 ，但文献 Ｅ ３并 ９ 没对其进行求解 ；文献 ［ ０１ ］基 于人工智 能和专家 系统 １ —５ 方法对炼钢一 连铸 动态 调度 进行研 究 。在 现有研 究基 础 上， 本文利用 Ｗｉ ｅｓ 真软件对炼 钢一 ｔ ｓ仿 ｎ 连铸 动态调度 问题 进行 系统仿真 。在仿真过程 中，本文 首先分析 了炼钢一 连铸 动态 调度 系统 的特征 ，重 点讨论 了基 于 Ｗｉ ｅｓ 炼钢一 铸动 ｔ ｓ对 ｎ 连 态调度 系统仿 真时 的关键 问题 ：工艺路 径设 置 、断浇修 复 技术 、动态扰动 设置 和调度 结果可视 化 。最后 ，源于钢 铁 企业 的实 际生 产数据 对炼 钢一 连铸 动态调 度进 行系 统仿 真 ， 其仿真结果表 明 Ｗｉ ｅｓ ｔ ｓ 仿真 软件对解 决炼钢一 铸动 态调 ｎ 连
实际生产数据证 明 了Ｗｉ ｅｓ ｔ ｓ 仿真软件对解 决炼钢一 动 态调度 问题是 可行 且有效 的 ，通过 对软件 自身优 化 算法进行 比 ｎ 连铸
较 ，结果表 明采用不 同优化算法 ，其对应的解的质量和收敛效 率不同。
关键词 ：炼钢一 连铸 ；动态调 度 ；仿 真 ；Ｗｉ ｅｓ ｔ ｓ 软件 ；机 器故 障 ｎ 中图法分 类号 ： Ｐ ８ 文献标识号 ： Ｔ １ Ａ 文章编 号 ： ０ ０７ ２ （０ ２ １０ ８ —６ １ ０ —０ ４ ２ １ ）０ —３ １０
度问题是可行 且有效 的。
再调度方法 ［］ ８ 。人工智能 和专家 系统 方法对 新环 境 的适
应较差 、开发 周期长 、成本 高 ；滚动 窗 口再 调度方 法把 动 态调度过程 分成多个 调度 时刻 ，放弃 了全局最 优概 念 ；而 仿真方法是动态调 度研究 中最 常用 的方 法 ，该方法 通过 对 实际生产 环境 的建模来模 拟实 际生产 环境 ，从 而避开 了对
主要有 ：线性规划方法 与遗传算 法相结合 的两阶段算法＿ ］ １ 。 和启发式及其 混合算法 ［ ４ 剞。由于动态调度 策略更加符合 生 产实 际过程 ，越来越多 的学 者开始 注重炼钢一 连铸 动态调 度
且要考 虑温度 、时间 以及质 量偏差 等影响 调度方 案顺 利执
行 的动 态扰动 因素 。该 阶段 调度 的优 劣不 仅关 系到整 个生
作者 简介：冯婷 （９７ ） １８ 一 ，女 ，湖南衡 阳人 ，硕士 ， 研究 方向为生产计划与调度 、人工智能算法 ；张文新 （９６ ） 男 ，河北保定人 ，副 １６ 一 ， 教授 ，研究方 向为企业管理信息系统 、先进制造管理 、电子商务 ； 雪平 （９５ ） 涂 １８ 一 ，男 ，重庆人 ，硕士 ，研究方 向为范围 内连续浇 铸 ； ③精炼炉的钢水 在满 足成分 和温度 的要求 后 ，可 以在 精炼
为方便对问题建模做 进一 步探讨 ，在 建模过 程 中对 以
Ｓ ｍｕ ａ ｉｎ ｏ ｙ ａ ｃ ｓ ｈ ｄ ｌ ｇ ｆ ｒｓ ｅ ｌ ａ ｉ ｇ ａ ｄ ｃ ｎ ｉ ｕ ｕ ａ ｔ ｇ ｉ ｌ ｔ ｆｄ ｎ ｍｉ ｃ ｅ ｕ ｉ ｏ ｔ ｅｍ ｋ ｎ ｎ ｏ ｔｎ ｏ ｓ ｃ ｓ ｉ ｏ ｎ ｎ ｂ ｓ ｄ ｏ ｉｎ ｓ ａ ｅ ｎＷ ｔ ｅ ｓ
２１ ０ ２年 １ 月
计 算机 工程与设计
ＣＯＭ Ｐ ＵＴＥ ＥＮＧＩ Ｒ ＮＥＥ ＮＧ ＲＩ ＡＮＤ Ｓ ＧＮ ＤＥ Ｉ
Ｊｎ ２ １ ａ ．０ ２
Ｖｏ． ３ Ｎｏ １ １３ ．
第 ３卷 ３
第１ 期
基于 Ｗｉ ｅｓ ｔ ｓ 的炼钢一 ｎ 连铸动态调度仿真
冯 婷 ，张文新 ，涂 雪平 ，张文学ｈ“ 。 （．北京科技大学 经济管理学院，北京 １０８ ；２ １ ０ ０ ３ ．钢铁 生产制造执行 系统技术教育部工程研 究中心 ， 北京 １０ ８ ； ． 中国东方电气集 团东方锅炉股份有限公司项 目部 ，四川 自 ６３０ ； ０ ０３ ３ 贡 ４ ００
收 稿 Ｅ期 ：２ １－３１ ；修 订 日期 ：２ １－５Ｕ ｔ ０ １０ —１ ０ １０ 一
基 金项 目：国家 自 然科学基金项 目 （０ ７ ０ ８ ０ ７ ０ ７ ；中央高校基 本科研业务 费专项基金项 目 （ Ｒ Ｓ０ —０Ｂ ；宁夏医科大学特 ７ ７ １ ０ 、７ ３ １ ５ ） Ｆ ＤＡ － ０ ７ ） ９ 殊人 才科研启动基金项 目 （ Ｔ ０ １０ ） Ｘ ２ １０ ３
２ １ 元 素 及 变 量定 义 ．
１ 问题分 析
炼钢一 连铸主要包 括炼钢 、精炼 、连铸 ３ 阶段 ，每个 个 阶段存在着 多台生产设 备 ，因此 可归结 为三 阶段并行 多机 的 ＨＦ 。除具 有一般 ＨＦ Ｓ Ｓ车 间的工 艺特 征外 ，炼 钢一 连铸 ＨＦ Ｓ还有其 自身特点 ：①炉次 在工序问无等 待或者等待 时
Ｏ 引 言
在钢铁 生产 制 造过 程 中，炼 钢一 铸 生 产 调 度是 整 个 连
生产调 度 的核 心 。一般 来 说 ，炼 钢一 铸 生产 调 度 可 以抽 连 象成 工件等待 时 间受 限或 机器 无 空 闲的 特殊 ＨＦ Ｓ调度 问
产 过程 的物 流和资源平衡 ，而且关 系到生产 能力和 时间平
４ 宁夏 医科 大学 理 学院 ，宁夏 银 川 ７００ ） ． ５０４
摘 要 ：为 了对炼钢一 连铸 动态调 度进行仿真 ，分析 了炼钢一 连铸 动 态调度 系统的特征 ，重 点讨 论 了基 于 Ｗｉ ｅｓ对炼钢一 ｔｓ ｎ 连 铸动 态调度 系统仿 真时的关键 问题 ，即工艺路径设置 、断 浇修复技术 、动 态扰动设 置和调度 结果 可视 化 。源 于钢铁 企业的
Ｃｈｎ ；４ ｉａ ．Ｃｏｌｇ ｆＳ ｉｎ ｅ ｌ ｅｏ ｃｅ ｃ ，Ｎｉｇ ｉ ｅ ｉａ ｉｅｓｔ ｅ ｎ ｘａＭ ｄｃ ｌ Ｕｎｖ ｒｉ ｙ，Ｙｉｃ ｕ ｎ ７ ０ ０ ，Ｃ ｉａ ｎ ｈ ａ ５ ０ ４ ｈｎ ）
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衡 。因此对炼钢 连铸动态 调度 的研究具 有重要 的理论 意义
及 实际价值 。 目前 ，对 炼钢～ 铸 生 产调 度 的 研究 策 略 主要 分 成 两 连
类 ，即静 态调度 策略 和动 态调度 策略 。静态 调度策 略算 法
题 ，调 度过程不但 要考虑资 源和工序 方 面的诸 多约束 ，而
调度 问题进行理论 分析 的 困难 ；同时在仿 真建模 过程 中不
必考虑炉次在各道工序 的机器安排及开工 时间 ，Ｗｉ ｅｓ ｔ ｓ 仿 ｎ 真软件将 自动模 拟整个 调度过 程 ，从而生 成各个 炉次在 各
阶段 的机器安排和开工时间 。 炼钢一 连铸生产 过程 属于 三阶段 并行 多机 ＨＦ Ｓ流水 车
间， 且连铸机在 生产过程 中必 须满足 连浇约束 条件 ；同时
在仿真建模过程 中 ，不但要对 实 际生产环 境进行模 拟 ，还 需输出有效的仿真结果数 据。故炼钢一 连铸 动态调度仿 真建 模关键 问题 包 括 ：① 工 艺 路 径 设 置 ；② 断 浇 修 复 技 术 ； ③扰动 因素设置及工艺路径 ；④调度结果输 出设置 。
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工智 能算法 ；张文 学 （９ １ ） １８ 一 ，男 ，宁夏海原人 ，博士，研究方 向为生产计划与调度 、人工智能算法。Ｅｍａ ： ｅｇｉ ８ ３ ２ ．ｃｍ － ｉ ｆ ｔ ｇ ２ ＠１ ６ 。 ｌ ｎ ｎ
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３２・ ８
计 算机 工程与 设计
２１ 拄 ｏ２
的研究 。在现有研究 中，文献 ［—］建立 了炼钢 连铸 生产 ７８
类 ：人工智能 和专家 系统 方法 ，仿 真实验方 法和滚 动窗 口
调度仿真系统 ，文献 ［］基于仿真实验方法建 立 了以有 色 ９
Ｐ ｔ 网为工具的炼 钢一 ｅｒ ｉ 连铸实 时调 度模 型 ，但文献 Ｅ ３并 ９ 没对其进行求解 ；文献 ［ ０１ ］基 于人工智 能和专家 系统 １ —５ 方法对炼钢一 连铸 动态 调度 进行研 究 。在 现有研 究基 础 上， 本文利用 Ｗｉ ｅｓ 真软件对炼 钢一 ｔ ｓ仿 ｎ 连铸 动态调度 问题 进行 系统仿真 。在仿真过程 中，本文 首先分析 了炼钢一 连铸 动态 调度 系统 的特征 ，重 点讨论 了基 于 Ｗｉ ｅｓ 炼钢一 铸动 ｔ ｓ对 ｎ 连 态调度 系统仿 真时 的关键 问题 ：工艺路 径设 置 、断浇修 复 技术 、动态扰动 设置 和调度 结果可视 化 。最后 ，源于钢 铁 企业 的实 际生 产数据 对炼 钢一 连铸 动态调 度进 行系 统仿 真 ， 其仿真结果表 明 Ｗｉ ｅｓ ｔ ｓ 仿真 软件对解 决炼钢一 铸动 态调 ｎ 连
实际生产数据证 明 了Ｗｉ ｅｓ ｔ ｓ 仿真软件对解 决炼钢一 动 态调度 问题是 可行 且有效 的 ，通过 对软件 自身优 化 算法进行 比 ｎ 连铸
较 ，结果表 明采用不 同优化算法 ，其对应的解的质量和收敛效 率不同。
关键词 ：炼钢一 连铸 ；动态调 度 ；仿 真 ；Ｗｉ ｅｓ ｔ ｓ 软件 ；机 器故 障 ｎ 中图法分 类号 ： Ｐ ８ 文献标识号 ： Ｔ １ Ａ 文章编 号 ： ０ ０７ ２ （０ ２ １０ ８ —６ １ ０ —０ ４ ２ １ ）０ —３ １０
度问题是可行 且有效 的。
再调度方法 ［］ ８ 。人工智能 和专家 系统 方法对 新环 境 的适
应较差 、开发 周期长 、成本 高 ；滚动 窗 口再 调度方 法把 动 态调度过程 分成多个 调度 时刻 ，放弃 了全局最 优概 念 ；而 仿真方法是动态调 度研究 中最 常用 的方 法 ，该方法 通过 对 实际生产 环境 的建模来模 拟实 际生产 环境 ，从 而避开 了对
主要有 ：线性规划方法 与遗传算 法相结合 的两阶段算法＿ ］ １ 。 和启发式及其 混合算法 ［ ４ 剞。由于动态调度 策略更加符合 生 产实 际过程 ，越来越多 的学 者开始 注重炼钢一 连铸 动态调 度
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作者 简介：冯婷 （９７ ） １８ 一 ，女 ，湖南衡 阳人 ，硕士 ， 研究 方向为生产计划与调度 、人工智能算法 ；张文新 （９６ ） 男 ，河北保定人 ，副 １６ 一 ， 教授 ，研究方 向为企业管理信息系统 、先进制造管理 、电子商务 ； 雪平 （９５ ） 涂 １８ 一 ，男 ，重庆人 ，硕士 ，研究方 向为范围 内连续浇 铸 ； ③精炼炉的钢水 在满 足成分 和温度 的要求 后 ，可 以在 精炼
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计 算机 工程与设计
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Ｊｎ ２ １ ａ ．０ ２
Ｖｏ． ３ Ｎｏ １ １３ ．
第 ３卷 ３
第１ 期
基于 Ｗｉ ｅｓ ｔ ｓ 的炼钢一 ｎ 连铸动态调度仿真
冯 婷 ，张文新 ，涂 雪平 ，张文学ｈ“ 。 （．北京科技大学 经济管理学院，北京 １０８ ；２ １ ０ ０ ３ ．钢铁 生产制造执行 系统技术教育部工程研 究中心 ， 北京 １０ ８ ； ． 中国东方电气集 团东方锅炉股份有限公司项 目部 ，四川 自 ６３０ ； ０ ０３ ３ 贡 ４ ００
收 稿 Ｅ期 ：２ １－３１ ；修 订 日期 ：２ １－５Ｕ ｔ ０ １０ —１ ０ １０ 一
基 金项 目：国家 自 然科学基金项 目 （０ ７ ０ ８ ０ ７ ０ ７ ；中央高校基 本科研业务 费专项基金项 目 （ Ｒ Ｓ０ —０Ｂ ；宁夏医科大学特 ７ ７ １ ０ 、７ ３ １ ５ ） Ｆ ＤＡ － ０ ７ ） ９ 殊人 才科研启动基金项 目 （ Ｔ ０ １０ ） Ｘ ２ １０ ３
２ １ 元 素 及 变 量定 义 ．
１ 问题分 析
炼钢一 连铸主要包 括炼钢 、精炼 、连铸 ３ 阶段 ，每个 个 阶段存在着 多台生产设 备 ，因此 可归结 为三 阶段并行 多机 的 ＨＦ 。除具 有一般 ＨＦ Ｓ Ｓ车 间的工 艺特 征外 ，炼 钢一 连铸 ＨＦ Ｓ还有其 自身特点 ：①炉次 在工序问无等 待或者等待 时
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产 过程 的物 流和资源平衡 ，而且关 系到生产 能力和 时间平
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摘 要 ：为 了对炼钢一 连铸 动态调 度进行仿真 ，分析 了炼钢一 连铸 动 态调度 系统的特征 ，重 点讨 论 了基 于 Ｗｉ ｅｓ对炼钢一 ｔｓ ｎ 连 铸动 态调度 系统仿 真时的关键 问题 ，即工艺路径设置 、断 浇修复技术 、动 态扰动设 置和调度 结果 可视 化 。源 于钢铁 企业的
Ｃｈｎ ；４ ｉａ ．Ｃｏｌｇ ｆＳ ｉｎ ｅ ｌ ｅｏ ｃｅ ｃ ，Ｎｉｇ ｉ ｅ ｉａ ｉｅｓｔ ｅ ｎ ｘａＭ ｄｃ ｌ Ｕｎｖ ｒｉ ｙ，Ｙｉｃ ｕ ｎ ７ ０ ０ ，Ｃ ｉａ ｎ ｈ ａ ５ ０ ４ ｈｎ ）
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及 实际价值 。 目前 ，对 炼钢～ 铸 生 产调 度 的 研究 策 略 主要 分 成 两 连
类 ，即静 态调度 策略 和动 态调度 策略 。静态 调度策 略算 法
题 ，调 度过程不但 要考虑资 源和工序 方 面的诸 多约束 ，而