基于案例推理的钢铁生产动态调度系统的研究与开发.doc

博 士 学 位 论 文 基于案例推理的钢铁生产动态调度系统 的研究与开发 常 春 光 二○○四年八月 分类号???????????????????? 密 级?????????????????????? UDC ??????????????????? 学 位 论 文 基于案例推理的钢铁生产动态调度系统 的研究与开发 作 者 姓 名 常 春 光 指导教师姓名 汪定伟教授 东北大学系统工程研究所 申请学位级别 博 士 学 科 类 别 工 学 学科专业名称 系统工程 论文提交日期 2004年5月 论文答辩日期2004年9月 学位授予日期 答辩委员会主席 评 阅 人 东 北 大 学 2004年9月 A Dissertation in System Engineering Study and Development of CBR Based Dynamic Scheduling System for Steel Making By Chang Chunguang Supervisor: Professor Wang Dingwei Northeastern University September 2004 声 明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示致谢。 本人签名： 日 期： 基于案例推理的钢铁生产动态调度系统 的研究与开发 摘 要 随着全球钢铁行业竞争的日趋激烈，竞争的焦点落在如何有效实现多品种小批量生产、质优价廉、准时交货上面，以适应钢铁市场复杂多变的需求。所有这些都与钢铁生产的动态调度密切相关，因此加强动态调度已经成为钢铁企业提高竞争力的重要途径。钢铁生产工艺复杂、生产设备多、物流纵横交错。同时，不仅要考虑钢水到达时间偏差，设备故障，而且还需考虑钢水成分不合格、温度补偿等动态扰动事件。显然，作为钢铁企业制造执行系统（MES）的重要组成部分，动态调度对于协调工艺流程，加快工艺节奏，提高企业经济效益具有重要意义。 根据钢铁生产动态调度的特点，以案例推理方法为研究主线，引入粗糙集理论，将神经网络、遗传算法等优化方法结合到案例推理中，研究了基于案例推理的动态调度系统的相关理论。在此基础上，提出了动态调度的整体框架与实现方法，并将其运用到宝钢炼钢厂一炼钢分厂的动态调度系统开发中。本文主要工作内容如下： 为了更进一步研究有效的动态调度方案，归纳了钢铁生产的动态调度问题的种类、特点；从理论与实践应用两方面分析了该领域的研究方法，具体介绍了基于模型、智能、人机交互方法，并分析了各种方法间交叉组合的方式；进而研究工程实现模式，得出钢铁生产动态调度的三位一体综合集成模式。 归纳了案例推理方法的基本理论，在传统的一级案例推理系统的基础上，提出两级案例推理系统实现系统的稳定性。研究了如何采用框架结构描述钢铁生产动态调度的案例；引入决策树的思想实现案例聚类，运用最邻近法实现案例匹配；运用调整规则集调整案例，并探讨了案例维护的基本方式。 提出了基于多BP网的案例匹配技术，描述了BP网的拓扑结构与实现步骤；提出一种基于改进的德尔菲法的算法来确定输出样本集；给出了基于多BP网的案例匹配技术框架。 研究了基于粗糙集理论的案例属性约简技术，以核为出发点，提出了一种改进的基于分辨矩阵的属性最小约简方法；针对连续属性，提出一种基于逼近精度敏感性的离散化算法。该技术用于消除了冗余信息，提高了案例匹配的效率。 归纳了案例推理中主要案例调整方法，以模糊集理论为出发点，提出并论证了主要案例调整方式的适用条件；在此基础上，设计了案例调整算法，并给出一个通用的案例调整框架；介绍了诱导调整方式中调整模型的建立、线性转换与求解过程；使用上述案例调整技术，对钢铁生产的动态调度实例进行了求解，验证该技术在解决复杂的案例调整问题上的有效性和柔性。 以宝钢炼钢厂一炼钢分厂为背景，基于本文所提出的动态调度框架与实现的具体方法，提出了钢铁生产动态调度系统的设计目标、设计思想、和总体设计方案；针对系统开发中的关键技术，开发了相应的原型系统，将其结果与现场实际调度方法进行比较，验证该技术的有效性