【材料】材料塑性成型工程學(xué)－生產(chǎn)工藝優(yōu)化部分

1、資料塑性成型工程學(xué)原料-產(chǎn)品消費(fèi)系統(tǒng)的優(yōu)化又稱(chēng)為計(jì)算機(jī)輔助消費(fèi)管理系統(tǒng)一、.計(jì)算機(jī)軋制輔助工程開(kāi)展情況二、消費(fèi)系統(tǒng)的優(yōu)化三、工藝規(guī)程制定的數(shù)學(xué)模擬.一、計(jì)算機(jī)軋制輔助工程開(kāi)展情況1.1.引言1.2. 國(guó)內(nèi)外軋鋼消費(fèi)中的模擬和優(yōu)化 研討1.3 .國(guó)內(nèi)外軋鋼消費(fèi)中原料產(chǎn)品生 產(chǎn)系統(tǒng)的優(yōu)化.1.1 .引言 目前在我國(guó)一提到計(jì)算機(jī)運(yùn)用，人們往往想到自動(dòng)化控制系統(tǒng)，而忽視技術(shù)決策支持系統(tǒng)的作用。 軋鋼技術(shù)決策支持系統(tǒng)可為軋鋼產(chǎn)品構(gòu)造優(yōu)化提供可靠的根據(jù)。同時(shí)，它本身就是工藝技術(shù)構(gòu)造優(yōu)化的一個(gè)重要方面。美國(guó)鋼鐵學(xué)會(huì)組織眾多專(zhuān)家、學(xué)者 指出：必需開(kāi)發(fā)靈敏的可以比較不同消費(fèi)工藝和產(chǎn)質(zhì)量量的方法 ，思索帶有一定柔

2、性以順應(yīng)不同消費(fèi)途徑或?qū)ΜF(xiàn)有工藝進(jìn)展改造 . 我國(guó)國(guó)家冶金局規(guī)劃開(kāi)展司組織的冶金科技開(kāi)展指南中也指出，“十五期間，我國(guó)鋼鐵工業(yè)科技提高的詳細(xì)目的與主要方向是： 1 優(yōu)化鋼鐵消費(fèi)流程，節(jié)能降本錢(qián)，提高經(jīng)濟(jì)效益 2 以市場(chǎng)為導(dǎo)向，調(diào)整產(chǎn)品構(gòu)造，提高實(shí)物質(zhì)量和添加短缺種類(lèi) 3 加強(qiáng)環(huán)保和資源綜合利用，推進(jìn)清潔消費(fèi)，走可繼續(xù)開(kāi)展道路 4 提高鋼鐵企業(yè)消費(fèi)過(guò)程的自動(dòng)化程度和管理信息化程度著重提出要大力研討鋼鐵企業(yè)內(nèi)部各工序間的優(yōu)化組合，充分發(fā)揚(yáng)整條消費(fèi)線的消費(fèi)才干 .21世紀(jì)軋鋼技術(shù)提高將集中于消費(fèi)工藝流程的延續(xù)化、緊湊化，過(guò)程控制將實(shí)現(xiàn)軋材性能的高質(zhì)量化、種類(lèi)規(guī)格多樣化及控制和管理的計(jì)算機(jī)化和信息化。

3、計(jì)算機(jī)輔助軋鋼消費(fèi)管理系統(tǒng)PPS、計(jì)算機(jī)輔助工藝制定CAP計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD計(jì)算機(jī)輔助質(zhì)量監(jiān)控CAQ計(jì)算機(jī)輔助工程CAE以及其他種種計(jì)算機(jī)輔助功能。 綜合運(yùn)用到整個(gè)軋鋼消費(fèi)過(guò)程中，構(gòu)成了計(jì)算機(jī)集成消費(fèi)系統(tǒng)CIM .圖 軋鋼系統(tǒng)CIM方案。 其中軋鋼技術(shù)決策支持系統(tǒng)提出決策或?yàn)闆Q策提供根據(jù)，自動(dòng)化控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)決策的執(zhí)行系統(tǒng)。.1.2. 國(guó)內(nèi)外軋鋼消費(fèi)中的模擬和優(yōu)化研討 用計(jì)算機(jī)模擬消費(fèi)過(guò)程中各工段或各工序的配合以?xún)?yōu)化消費(fèi)過(guò)程的協(xié)調(diào)性，模擬變形過(guò)程以?xún)?yōu)化變形參數(shù)以及其他工藝制度的優(yōu)化 ,美國(guó)、德國(guó)、日本、加拿大和前蘇聯(lián)等國(guó) 。 消費(fèi)過(guò)程的模擬與優(yōu)化 美國(guó)開(kāi)發(fā)了均熱爐初軋機(jī)仿真系統(tǒng)，均熱坑數(shù)量和

4、裝入才干的優(yōu)化設(shè)計(jì)及均熱爐軋機(jī)的合理配合和作業(yè)調(diào)度； .加拿大的軋鋼廠直觀仿真系統(tǒng)用于編制造業(yè)方案，減少了工序和消費(fèi)時(shí)間，減少了中間庫(kù)存 。變形過(guò)程和參數(shù)的模擬與優(yōu)化：德國(guó)IBF研討所開(kāi)發(fā)了軋制鋼軌和工字鋼等異型斷面時(shí)變形區(qū)中各點(diǎn)的變形分布、溫度分布等的模擬。建立了軋材組織和性能與工藝參數(shù)間關(guān)系的模型 。按工藝參數(shù)預(yù)告軋后軋材組織和性能，或者按產(chǎn)品性能要求優(yōu)化控軋、控冷工藝制度 。 .德國(guó)、美國(guó)一些工廠還開(kāi)發(fā)了無(wú)縫鋼管在變形區(qū)中的外形變化、壁厚分布和各有關(guān)參數(shù)變化的模擬和圖形顯示系統(tǒng)，用以?xún)?yōu)化工具參數(shù)和軋機(jī)調(diào)整參數(shù) 。前蘇聯(lián)也建立了根據(jù)軋制工藝參數(shù)預(yù)告軋材性能或按軋材性能要求優(yōu)化軋制工藝的程序

5、系統(tǒng) 。其中用于高精度型材拉拔工藝的系統(tǒng) 。工藝制度的優(yōu)化： 前蘇聯(lián)建立了鋼錠從澆注到軋制廢品整個(gè)過(guò)程中的熱形狀變化模型，得出綜合能耗最小的鋼錠加熱制度 。.I.Koffner等報(bào)道了優(yōu)化加熱制度可使軌梁軋機(jī)消費(fèi)率提高5%、溫度動(dòng)搖下降70%、廢品率下降60%。美國(guó)報(bào)道的熱軋帶鋼壓下規(guī)程計(jì)算機(jī)優(yōu)化程序能按多目的優(yōu)化壓下規(guī)程 。前蘇聯(lián)建立了描畫(huà)型鋼軋后水冷時(shí)軋件溫度場(chǎng)模型，它可以模擬有任何水冷段數(shù)的冷卻過(guò)程和預(yù)告在延續(xù)冷卻過(guò)程中奧氏體的分解，據(jù)此可以?xún)?yōu)化控軋控冷制度 。以提高成材率為目的的工藝優(yōu)化是計(jì)算機(jī)運(yùn)用于軋鋼工藝優(yōu)化的中的一個(gè)重要方面。 .用計(jì)算機(jī)根據(jù)各廢品材的定尺長(zhǎng)度綜合優(yōu)化鋼錠連鑄坯中

6、間坯廢品材之間的尺寸和分量關(guān)系，并根據(jù)軋后軋件的長(zhǎng)度預(yù)告，優(yōu)化廢品剪切方案，以減少切損提高成材率。如前蘇聯(lián)某2800mm厚板軋機(jī)運(yùn)用計(jì)算機(jī)優(yōu)化板坯分量和軋后厚板的剪切，使初軋機(jī)金屬耗費(fèi)下降6kg/t，因厚板剪切量減少可獲經(jīng)濟(jì)效益10萬(wàn)盧布/年。 另一鋼管廠的優(yōu)化程序使1988年管坯耗費(fèi)比原方案下降0t。 .工藝過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬還用來(lái)替代新軋機(jī)投產(chǎn)時(shí)的試軋，大大縮短了投產(chǎn)期 。前蘇聯(lián)某450mm延續(xù)中型軋機(jī)投產(chǎn)前用計(jì)算機(jī)模擬了各產(chǎn)品的軋制工藝，發(fā)現(xiàn)60mm圓鋼在原設(shè)計(jì)終軋速度為4.7m/s時(shí)，設(shè)備負(fù)荷和咬入條件等均比允許值低許多 。1.3 國(guó)內(nèi)外軋鋼消費(fèi)中原料產(chǎn)品消費(fèi)系統(tǒng)的優(yōu)化軋鋼領(lǐng)域中，運(yùn)用孔

7、型設(shè)計(jì)優(yōu)化、壓下溫度速度規(guī)程優(yōu)化、坯料和剪切優(yōu)化、設(shè)備匹配優(yōu)化等單元工藝技術(shù)優(yōu)化系統(tǒng)集成起來(lái)構(gòu)成了軋鋼工藝技術(shù)決策優(yōu)化系統(tǒng)。 .原料和廢品的剪切優(yōu)化系統(tǒng)直接決議著鋼材產(chǎn)品的成材率和定尺率，影響著企業(yè)的總體經(jīng)濟(jì)效益 。 國(guó)外研討過(guò)程及現(xiàn)狀 1976年，前蘇聯(lián)學(xué)者提出了一種啟發(fā)式算法,在保證軋件剪切長(zhǎng)度不超出公差的前提下，采用計(jì)算機(jī)控制，充分利用板坯的有效長(zhǎng)度，在鋼坯定尺范圍內(nèi)適當(dāng)改動(dòng)鋼坯剪切長(zhǎng)度，根本上做到了每根軋件的無(wú)剩余剪切。 .1976年G.B.Tilanus和C.Gerhardt提出一種兩階段啟發(fā)式算法。首先從眾多的坯料中找出了與定貨種類(lèi)在分量,數(shù)量方面相匹配的坯料,然后運(yùn)用啟發(fā)式算法找

8、出其中最優(yōu)的六種組合,并粗略地思索了鋼坯分量動(dòng)搖的影響。實(shí)際證明在大型機(jī)上只需幾秒鐘即可得到問(wèn)題的解。1977年R.S.Stainton報(bào)道了他們采用啟發(fā)式算法編制的剪切規(guī)劃用于某廠的高強(qiáng)度棒材剪切8,使棒材切余減少大約4%。 .1989年，前蘇聯(lián)學(xué)者進(jìn)展了錠坯材系統(tǒng)兩階段剪切優(yōu)化研討9。他們采用了一種啟發(fā)式算法，以切余最少為目的進(jìn)展了從中型開(kāi)坯軋機(jī)到棒材軋機(jī)坯料及產(chǎn)品的剪切優(yōu)化，該算法運(yùn)用于前蘇聯(lián)某棒材廠，頭一年就使該廠的金屬耗費(fèi)下降118噸。 上述文獻(xiàn)報(bào)道中的剪切優(yōu)化都是單純采用了啟發(fā)式算法。1981年住友制鐵所在消費(fèi)中采用線性規(guī)劃，將定貨的鋼種、規(guī)格與原料的鋼種、規(guī)格進(jìn)展最正確調(diào)配，并采

9、用啟發(fā)式算法對(duì)消費(fèi)的型鋼進(jìn)展.在線剪切優(yōu)化，每隔1-2小時(shí)對(duì)來(lái)料分量進(jìn)展實(shí)測(cè)，修正由原來(lái)估計(jì)分量為根底制定的剪切方案。該算法使住友大型型鋼廠成材率提高2.0-4.0%。1981年新日鐵報(bào)道了室蘭制鐵廠棒材分廠采用計(jì)算機(jī)控制提高棒材剪切成材率的閱歷。他們采用了動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法，以切余為最小目的進(jìn)展了棒材的剪切優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了成材率優(yōu)先、主定尺優(yōu)先、操作性能優(yōu)先的三種剪切制度的模擬。在優(yōu)化結(jié)果的指點(diǎn)下，該廠對(duì)控制設(shè)備和剪切設(shè)備進(jìn)展了改造，使該廠1980年棒材成材率提高到 97.4%。.1979年前蘇聯(lián)學(xué)者報(bào)道了阿那么爾巴德任斯克鋼管廠進(jìn)展的由850型初軋機(jī)、750開(kāi)坯機(jī)到軋管機(jī)組的全程剪切優(yōu)化的綜合研討。

10、他們采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法，以鋼錠利用體積最大為目的，編制了從初軋開(kāi)場(chǎng)到軋管前管坯剪切終了的多階段剪切制度優(yōu)化程序。該程序的運(yùn)用使此廠每年獲得 24.6萬(wàn)盧布的經(jīng)濟(jì)效益。 1977年前蘇聯(lián)一家型鋼廠針對(duì)中間坯編制的隨機(jī)優(yōu)化程序，使每根中間坯的切損從2.78盧布降到1.82盧布。.1989年前蘇聯(lián)學(xué)者運(yùn)用了概率實(shí)際對(duì)鋼錠分量進(jìn)展了優(yōu)化，其優(yōu)化對(duì)象是1150板坯初軋機(jī)。消費(fèi)實(shí)際闡明，各種規(guī)格板坯與鋼錠分量的匹配情況得到較大改善。 由以上兩篇文獻(xiàn)報(bào)道可見(jiàn)，人們開(kāi)場(chǎng)將概率和隨機(jī)的方法引入優(yōu)化。 前蘇聯(lián)某鋼廠建立了從初軋機(jī)到延續(xù)式開(kāi)坯機(jī)的優(yōu)化系統(tǒng)，用于該廠1300初軋廠，得出了使各部分任務(wù)節(jié)拍協(xié)調(diào)的坯料尺寸，

11、使初軋道次減少兩道，軋機(jī)負(fù)荷均勻，產(chǎn)量添加。.總之，國(guó)外在研討軋鋼領(lǐng)域上下工廠車(chē)間供料關(guān)系優(yōu)化中，剪切優(yōu)化方法及目的函數(shù)是多種多樣的。國(guó)內(nèi)研討過(guò)程及現(xiàn)狀對(duì)于自動(dòng)化程度比較好的軋鋼消費(fèi)廠其剪切優(yōu)化的研討主要放在控制系統(tǒng)上。例如： 成都無(wú)縫鋼管廠設(shè)計(jì)的管坯剪切自動(dòng)控制系統(tǒng)，可完成管坯的自動(dòng)稱(chēng)重、測(cè)長(zhǎng)和保送，以及長(zhǎng)度優(yōu)化剪切計(jì)算，定尺送料剪切等一系列的自動(dòng)控制操作。.首鋼第二型材廠經(jīng)過(guò)對(duì)高速?gòu)U品飛剪定長(zhǎng)配尺剪切的影響要素及對(duì)廢品材尾段的控制分析，提出了正確可行的優(yōu)化配尺剪切控制方案。包頭鋼鐵設(shè)計(jì)研討院對(duì)引進(jìn)的泰國(guó)泰龍棒材軋機(jī)因坯料長(zhǎng)度動(dòng)搖而出現(xiàn)的堆鋼景象，進(jìn)展了倍尺剪的優(yōu)化剪切研討，投入消費(fèi)后效果較

12、好。 但是，多數(shù)軋鋼企業(yè)由于軋機(jī)比較陳舊，消費(fèi)工藝不盡合理、連鑄比低、供料關(guān)系不合理等緣由，使得綜合成材率較低。 . 1987年鞍鋼140自動(dòng)軋管機(jī)組運(yùn)用“黃金定律優(yōu)化計(jì)算后，將原料從6m改為5.4m，下料支數(shù)減少15，成材率提高0.75，產(chǎn)量上升7%。1990年北京科技大學(xué)與首鋼特鋼廠協(xié)作，采用了啟發(fā)式方法、參數(shù)估計(jì)法、隨機(jī)概率法等優(yōu)化方法對(duì)原料至廢品的規(guī)格匹配問(wèn)題進(jìn)展了優(yōu)化。該軟件在首鋼特鋼公司軋鋼二廠進(jìn)展了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，效果良好。.1992年北京科技大學(xué)與包鋼協(xié)作，對(duì)重軌的錠重和坯重進(jìn)展了優(yōu)化，采用了動(dòng)態(tài)規(guī)劃法和仿真優(yōu)化，使成材率提高0.26%。1998年唐鋼把工程概率優(yōu)化設(shè)計(jì)方法運(yùn)用于剪切

13、規(guī)程設(shè)計(jì)中，采用反向推理技術(shù)，以棒材規(guī)格、全定尺長(zhǎng)度及根數(shù)作為知條件，求解成材率最大時(shí)原料的規(guī)格和定尺長(zhǎng)度，獲得了更符合實(shí)踐的剪切規(guī)程。 .廣州鋼鐵公司二軋廠棒材線，長(zhǎng)期以來(lái)產(chǎn)品不斷是按一定尺一非定尺組織消費(fèi)的，平均定尺率只需53%左右。由于市場(chǎng)的變化，非定尺材呵斥積壓。為使產(chǎn)品適銷(xiāo)對(duì)路，必需進(jìn)展消費(fèi)改造。經(jīng)過(guò)試軋，修正確定了合理的坯料單重，并改造了相應(yīng)的消費(fèi)設(shè)備。L20、22全定尺消費(fèi)的投資費(fèi)用在半年內(nèi)已收回，定尺率的提高和定尺材差價(jià)兩項(xiàng)在1995年和1996年累計(jì)已超越1千萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)效益。從以上文獻(xiàn)報(bào)道可以看出，確定合理的用坯尺寸是提高成材率的關(guān)鍵。 .除了少數(shù)企業(yè)對(duì)剪切規(guī)程進(jìn)展了優(yōu)化設(shè)計(jì)

14、外，大多數(shù)消費(fèi)廠都是在消費(fèi)中憑閱歷和手工計(jì)算，經(jīng)過(guò)試軋?zhí)角蟾鞣N鋼材的適宜的坯料尺寸。這樣勢(shì)必會(huì)影響正常的消費(fèi)次序，而且每次修正都要改造一些配備，呵斥極大的人力、物力、財(cái)力的浪費(fèi)。同時(shí)，該規(guī)劃經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)展，無(wú)法總結(jié)其內(nèi)在的規(guī)律性，以充分發(fā)揚(yáng)設(shè)備的消費(fèi)潛力。綜上所述，軋鋼系統(tǒng)上下工廠車(chē)間供料關(guān)系的優(yōu)化問(wèn)題可分為兩種類(lèi)型：一種是在線優(yōu)化，它是將優(yōu)化和控制結(jié)合起來(lái)，也即根據(jù)來(lái)料的 .情況選擇相應(yīng)的優(yōu)化方案，控制軋制制度和剪切制度，降低某階段的金屬耗費(fèi)，提高綜合經(jīng)濟(jì)目的。這種優(yōu)化算法適用于控制設(shè)備和監(jiān)測(cè)設(shè)備完善的軋鋼系統(tǒng)。另一種是離線優(yōu)化，它思索了較多的影響要素，對(duì)一個(gè)或幾個(gè)過(guò)程進(jìn)展整體規(guī)劃，從宏觀上改

15、良系統(tǒng)的供料關(guān)系，提高企業(yè)的綜合經(jīng)濟(jì)目的。.隨著計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的不斷提高，人們開(kāi)場(chǎng)將概率和隨機(jī)的方法引入規(guī)劃過(guò)程，選擇并改良適宜的優(yōu)化算法，突破了以往只對(duì)某一確定性問(wèn)題進(jìn)展優(yōu)化的局限性，把最優(yōu)解看成帶有動(dòng)搖的隨機(jī)變量綜協(xié)作用的結(jié)果。優(yōu)化的對(duì)象也正從過(guò)去的某一階段或某一過(guò)程擴(kuò)展到軋鋼系統(tǒng)的全過(guò)程。.二、消費(fèi)系統(tǒng)的優(yōu)化1.消費(fèi)優(yōu)化方法的選擇什么是最優(yōu)化問(wèn)題？我們所選擇的方案是一切能夠方案中最優(yōu)的方案，這就是最優(yōu)方案。1安排消費(fèi)方案方面：如何在現(xiàn)有人力、物力條件下，合理安排產(chǎn)品消費(fèi)，使總產(chǎn)值最高。2安排消費(fèi)工藝方面：軋鋼自動(dòng)控制系統(tǒng)中連軋機(jī)各機(jī)架壓下量的設(shè)定：3孔型方面設(shè)計(jì)：在設(shè)備、工藝條件允許的前

16、提下，改動(dòng)各中間孔型的外形、尺寸使軋制能耗最小。.最優(yōu)化技術(shù)的開(kāi)展最優(yōu)化技術(shù)研討處理的兩類(lèi)問(wèn)題：1如何將最優(yōu)化問(wèn)題表示成數(shù)學(xué)模型2如何根據(jù)數(shù)學(xué)模型，盡快求出最優(yōu)解最優(yōu)化技術(shù)迅速開(kāi)展的主要緣由：近代科技與消費(fèi)開(kāi)展的需求電子計(jì)算機(jī)的飛速開(kāi)展優(yōu)化是在給定環(huán)境下獲得最好結(jié)果的行為。優(yōu)化的數(shù)學(xué)根底是運(yùn)籌學(xué)。運(yùn)籌學(xué)是數(shù)學(xué)的一個(gè)分支，是涉及用科學(xué)的方法和手段進(jìn)展決策及確定最優(yōu)解的數(shù)學(xué)。表2-1給出了運(yùn)籌學(xué)中定義明確的領(lǐng)域。.表2-1中，數(shù)學(xué)規(guī)劃可用于在給定的約束集合下，求解多變量函數(shù)的極值。隨機(jī)過(guò)程過(guò)程的方法可用于分析由一組知概率分布的隨機(jī)變量描畫(huà)問(wèn)題。 對(duì)各種不同類(lèi)型的優(yōu)化問(wèn)題，必需選用適當(dāng)?shù)膬?yōu)化方法。由

17、于目前還不存在一種優(yōu)化方法可以有效地求解一切優(yōu)化問(wèn)題。 幾種軋鋼領(lǐng)域中常用的方法和能夠利用的優(yōu)化方法加以討論。(1) 啟發(fā)式算法即運(yùn)用與求解問(wèn)題的特性有關(guān)的啟發(fā)性知識(shí)如處理問(wèn)題的戰(zhàn)略，技巧，對(duì)解的特性及規(guī)律的估計(jì)等實(shí)際知識(shí)，加快推理過(guò)程，提高搜索效率，減少運(yùn)算時(shí)間的優(yōu)化算法。 .軋鋼領(lǐng)域的原料廢品系統(tǒng)中，啟發(fā)式算法已被廣泛運(yùn)用于軋鋼問(wèn)題的求解。(2) 線性規(guī)劃法在軋鋼領(lǐng)域，線性規(guī)劃法已有一些運(yùn)用實(shí)例。在處理消費(fèi)方案、運(yùn)輸作業(yè)、義務(wù)指派和資金利用等消費(fèi)管理時(shí)，普通可以利用線性規(guī)劃方法來(lái)處理。首先要以數(shù)學(xué)的方式來(lái)描畫(huà)所要求解的問(wèn)題，也就是建立線性目的模型和約束方程；第二要保證約束條件構(gòu)成的可行域?yàn)?/p>

18、密閉的內(nèi)部無(wú)空隙的凸集。.(3) 參數(shù)估計(jì)法 在計(jì)算中對(duì)各變量進(jìn)展實(shí)測(cè)，并對(duì)其均值和方差進(jìn)展統(tǒng)計(jì)分析，以統(tǒng)計(jì)值近似總體均值和方差，將隨機(jī)問(wèn)題看成確定性問(wèn)題，將均值看成名義值，實(shí)際值進(jìn)展計(jì)算尋優(yōu)。同時(shí)，用區(qū)間估計(jì)法確定均值和方差的執(zhí)行區(qū)間，得到問(wèn)題的解。這種方法比較簡(jiǎn)單，而且模型本身并沒(méi)有思索隨機(jī)要素的影響，它介于確定型和隨機(jī)型優(yōu)化之間。 .(4) 隨機(jī)概率歸一法 此算法是將多個(gè)隨機(jī)變量的動(dòng)搖揉和到一個(gè)總變量中去，以各變量產(chǎn)生的動(dòng)搖范圍求出總變量的動(dòng)搖范圍，并假設(shè)其變化符合某一知概率分布，求出此分布下總變量的方差和均值，然后研討總變量不同取值時(shí)的各點(diǎn)概率，尋求最優(yōu)解。 此算法的優(yōu)點(diǎn)是避開(kāi)了繁重的

19、丈量任務(wù)，以歸一總量的動(dòng)搖代表了各種變量的隨機(jī)變化。. (5) 工程概率優(yōu)化法 此優(yōu)化設(shè)計(jì)是對(duì)含有隨機(jī)變量的模型，決議隨機(jī)設(shè)計(jì)變量在滿(mǎn)足一定的概率約束和常規(guī)約束下，使目的函數(shù)的某種概率目的收斂于極值。工程概率優(yōu)化設(shè)計(jì)方法是當(dāng)前設(shè)計(jì)實(shí)際中的一種具有嶄新思想的設(shè)計(jì)方法，它把最優(yōu)化實(shí)際同概率論的思想結(jié)合起來(lái)，思索了消費(fèi)和工程實(shí)踐中的各種隨機(jī)要素，從而是一種更符合消費(fèi)和工程實(shí)踐的設(shè)計(jì)思想。 .(6) 動(dòng)態(tài)規(guī)劃法Dynamic Programming) 動(dòng)態(tài)規(guī)劃法可用于多級(jí)序貫構(gòu)造中確定性的和隨機(jī)性的、延續(xù)的或離散的、線性的和非線性的問(wèn)題優(yōu)化。動(dòng)態(tài)規(guī)劃法中，還未找到一個(gè)一致的判別規(guī)范來(lái)判別哪些問(wèn)題用動(dòng)態(tài)

20、規(guī)劃法求解有效。 在運(yùn)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法時(shí)主要存在的問(wèn)題是： 維數(shù)災(zāi)。當(dāng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃中維數(shù)增大時(shí)，計(jì)算機(jī)需求存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量成倍添加，運(yùn)算時(shí)間大大延伸。 動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型中的形狀很難確定。 .很難保證在動(dòng)態(tài)規(guī)劃過(guò)程中無(wú)后效性。雖然有上述種種困難，由于動(dòng)態(tài)規(guī)劃沒(méi)有普通優(yōu)化中需求的數(shù)學(xué)模型，還是得到了較多運(yùn)用。例如，武漢鋼鐵學(xué)院方云番等在“帶鋼熱連軋機(jī)規(guī)程的優(yōu)化中運(yùn)用了動(dòng)態(tài)規(guī)劃法。(7) 仿真 當(dāng)實(shí)踐系統(tǒng)的內(nèi)部要素及其關(guān)系非常復(fù)雜，對(duì)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)不夠充分時(shí)，無(wú)法建立適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型，或建立的數(shù)學(xué)模型過(guò)于煩瑣和復(fù)雜如隨機(jī)要素過(guò)多時(shí)，求解此類(lèi)問(wèn)題的有效方法就是仿真。仿真技術(shù)在軋鋼領(lǐng)域內(nèi)已有一些運(yùn)用。 .寶鋼鋼管公司購(gòu)置了有

21、限元分析軟件，對(duì)油井管接頭進(jìn)展工況仿真、性能預(yù)測(cè)，結(jié)合實(shí)踐情況，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案，到達(dá)以較低本錢(qián)制造出優(yōu)良油井管的目的。8人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有處置信息速度快、計(jì)算才干強(qiáng)、高度容錯(cuò)、強(qiáng)魯棒性等特點(diǎn)和自順應(yīng)、自學(xué)習(xí)、歸納等智能性功能，使其可被用于非線性、強(qiáng)干擾、時(shí)滯不定、難于建模、快速多變的復(fù)雜系統(tǒng)的控制。如德國(guó)Westfalen廠把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)學(xué)模型的修正，組成綜合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，用來(lái)完成熱軋帶鋼軋制力的預(yù)測(cè) 。 .神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)還可以用來(lái)預(yù)測(cè)冷軋變形抗力和摩擦系數(shù),高爐內(nèi)煤氣流分布及預(yù)告連鑄漏鋼等 。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的Hopfield網(wǎng)絡(luò)引入“能量函數(shù)的概念，給出網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性判據(jù)，可用來(lái)進(jìn)展約

22、束優(yōu)化問(wèn)題的求解，但易墮入部分最小。北京理工大學(xué)建立對(duì)象的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，根據(jù)模型輸出對(duì)輸入的梯度，采用有約束梯度優(yōu)化方法，研討在限定范圍內(nèi)的對(duì)象輸入?yún)?shù)的尋優(yōu)，為尋覓最優(yōu)消費(fèi)條件或最優(yōu)輸入?yún)?shù)的消費(fèi)過(guò)程提供了有效途徑。包含人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的在線外表監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 預(yù)測(cè)冷軋變形抗力和摩擦系數(shù) 預(yù)告軋制壓力.人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)：采用物理可實(shí)現(xiàn)的模型來(lái)模擬人腦神經(jīng)細(xì)胞的構(gòu)造和功能的系統(tǒng)。 輸入層i隱層j輸出層k.BP訓(xùn)練時(shí)生成的訓(xùn)練誤差曲線 .9遺傳算法 遺傳算法是模擬生物的遺傳和長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程開(kāi)展起來(lái)的一種搜索和優(yōu)化算法。它只需一個(gè)順應(yīng)值函數(shù)，而不需求導(dǎo)數(shù)或其它輔助信息，具有廣泛的順應(yīng)性。 可同時(shí)搜索解空間中

23、的許多點(diǎn)，可以快速全局收斂；運(yùn)用概率規(guī)那么指點(diǎn)搜索，因此可以搜索離散的多峰值復(fù)雜空間。 東北大學(xué)利用遺傳算法很好地優(yōu)化了板坯立軋短行程控制曲線。對(duì)于錠-坯-材多階段的復(fù)雜優(yōu)化計(jì)算，可思索運(yùn)用此算法。.經(jīng)過(guò)對(duì)上述幾種優(yōu)化方法的分析，結(jié)合原料廢品系統(tǒng)規(guī)劃的特點(diǎn)，原料廢品系統(tǒng)仿真，采用啟發(fā)式算法及隨機(jī)概率歸一法，對(duì)坯、材的剪切規(guī)程及原始坯料的最正確尺寸進(jìn)展優(yōu)化。 .2.消費(fèi)方案問(wèn)題消費(fèi)方案、原料配料、運(yùn)輸作業(yè)、義務(wù)指派和資金利用等實(shí)踐問(wèn)題統(tǒng)稱(chēng)為消費(fèi)管理問(wèn)題。其中：一類(lèi)問(wèn)題是在一定數(shù)量的資源人力、物力、財(cái)力條件下，研討如何充分合理地運(yùn)用這些資源，來(lái)完成最大量的義務(wù)。另一類(lèi)問(wèn)題是給定一項(xiàng)義務(wù)，應(yīng)該怎樣統(tǒng)

24、籌安排，以最小量的資源來(lái)完成它。實(shí)踐上，這兩類(lèi)問(wèn)題是一個(gè)問(wèn)題兩個(gè)方面，.都是在要求耗費(fèi)最小量的情況下，獲得最好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。如：某廠消費(fèi)甲、乙兩種產(chǎn)品，需求三種資源勞動(dòng)力、原資料、燃料.問(wèn)：這兩種產(chǎn)品每天各消費(fèi)多少件，才干使利潤(rùn)最大？.常用最優(yōu)化技術(shù)的根本概念和解法下面簡(jiǎn)要引見(jiàn)最常用的優(yōu)化方法：線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃和動(dòng)態(tài)規(guī)劃。1線性規(guī)劃的根本概念先舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子闡明什么是線性規(guī)劃？例如：消費(fèi)規(guī)劃的最優(yōu)化問(wèn)題。設(shè)某車(chē)間消費(fèi)A、B兩種產(chǎn)品，每種產(chǎn)品各有兩道工序，分別由兩臺(tái)機(jī)器完成這兩道工序。假設(shè)每臺(tái)機(jī)器每周至多任務(wù)40小時(shí)，而產(chǎn)品A的單價(jià)為200元，產(chǎn)品B的單價(jià)為500元，問(wèn)每

25、周A、B產(chǎn)品應(yīng)各消費(fèi).多少件，可使總產(chǎn)值為最高？ A、B產(chǎn)品需用的工時(shí) 工時(shí) 工序 第一道 第二道 產(chǎn)品 A 1.5小時(shí) 2小時(shí) B 5小時(shí) 4小時(shí) 設(shè)該車(chē)間每周應(yīng)消費(fèi)產(chǎn)品A、B分別為X1、X2件，那么約束條件為：. 1.5X1+5X240 2X14X2 40而且 X10 X2 0而要求該車(chē)間每周的總產(chǎn)值為最大就是目的函數(shù)S，即： S200X1500X2Max這個(gè)消費(fèi)規(guī)劃優(yōu)化問(wèn)題就是求出X1、X2的最優(yōu)解。既能滿(mǎn)足約束條件而又使目的函數(shù)為最大。這就是一個(gè)線性規(guī)劃問(wèn)題。.因目的和約束條件均為線性函數(shù)，故成為線性規(guī)劃。線性規(guī)劃問(wèn)題的解法：圖解法、單純形法圖解法 上述例題中，知數(shù)學(xué)模型：.圖形法適用

26、于變量維數(shù)n2的線性規(guī)劃問(wèn)題，這種方法實(shí)際上可以推行到n維空間。單純形法：利用疊代的原理求解線性規(guī)劃問(wèn)題在消費(fèi)規(guī)劃中，遇到線性規(guī)劃的情況很少，通常所處置的目的函數(shù)和約束條件為非線性規(guī)劃。2非線性規(guī)劃的根本概念及尋優(yōu)方法只需目的函數(shù)或約束條件為非線性函數(shù)那么規(guī)劃問(wèn)題為非線性規(guī)劃。在優(yōu)化孔型設(shè)計(jì)中，很多問(wèn)題屬于非線性規(guī)劃。例如：在前后兩道方孔尺寸給定的條件下，如何分配中間橢圓孔的壓下量，在變形答應(yīng)得條件下，得到軋制能耗最小的橢圓孔。.那么其目的函數(shù)為：Sf(h、bK、V，T，D)而約束條件為f t z B bKBK式中h為壓下量； bK是軋件寬；V軋件速度；T是軋件溫度； D是任務(wù)輥徑； f 、t

27、分別為小方孔和中間橢圓孔的延伸系數(shù)；z總延伸系數(shù)；BK孔型寬； B是系數(shù)。此例中，其目的函數(shù)和約束條件分別為非線性規(guī)劃，故可歸納為非線性規(guī)劃問(wèn)題。非線性規(guī)劃問(wèn)題的求解方法大致可以歸為兩大類(lèi)：.間接尋優(yōu)方法(解析法利用函數(shù)求導(dǎo)數(shù)尋求函數(shù)極值的方法，這類(lèi)方法要求把一個(gè)非線性規(guī)劃問(wèn)題用數(shù)學(xué)方程式描畫(huà)出來(lái)，再按照充分條件或者問(wèn)題的實(shí)踐物理意義間接地確定最優(yōu)解，因此成為間接法。 這類(lèi)間接尋優(yōu)方法適用于求解目的函數(shù)具有簡(jiǎn)單明確的數(shù)學(xué)方式的非線性規(guī)劃問(wèn)題。而對(duì)于目的函數(shù)比較復(fù)雜，或者無(wú)明確的數(shù)學(xué)表達(dá)式的情況，難以解析處置時(shí)，間接法就無(wú)能為力。.對(duì)于孔型設(shè)計(jì)時(shí)的尋優(yōu)，由于影響軋制過(guò)程分析的要素很多，目的函數(shù)通

28、常都是很復(fù)雜的，所以間接尋優(yōu)法在孔型設(shè)計(jì)中的運(yùn)用遭到了限制。這時(shí)往往借助下面的直接尋優(yōu)法。直接尋優(yōu)方法搜索法這是一種數(shù)值方法。利用函數(shù)在某一部分區(qū)域的性質(zhì)或一些知點(diǎn)的數(shù)值，來(lái)確定下一步計(jì)算的點(diǎn)，這樣一步步搜索、逼近，最后到達(dá)最優(yōu)點(diǎn)。直接尋優(yōu)方法為兩類(lèi)：消去法和爬山法。A消去法.它是不斷消去部分搜索區(qū)間，逐漸減少最優(yōu)點(diǎn)存在地范圍來(lái)尋求最優(yōu)點(diǎn)的。此類(lèi)方法處置單變量函數(shù)的尋優(yōu)問(wèn)題是非常有效的。B)爬山法它根據(jù)曾經(jīng)求得的目的函數(shù)數(shù)值，判別前進(jìn)的方向，逐漸改善目的函數(shù)而到達(dá)最優(yōu)。這類(lèi)似爬山攀頂峰。故爬山法。該法主要用于處理多變函數(shù)的尋優(yōu)問(wèn)題。非線性規(guī)劃的尋優(yōu)方法與線性規(guī)劃方法的區(qū)別在于：似乎沒(méi)有一種計(jì)算

29、方法甚至一類(lèi)計(jì)算方法對(duì)非線性規(guī)劃問(wèn)題是普遍有效的。各種計(jì)算方法適宜不同情況。.幾乎所以得非線性規(guī)劃的尋優(yōu)方法求解的結(jié)果往往都是部分最優(yōu)解。假設(shè)非線性規(guī)劃中的目的函數(shù)是凸函數(shù)，那么部分最優(yōu)解就是全局最優(yōu)解。3動(dòng)態(tài)規(guī)劃的根本概念及最優(yōu)化原理人們?cè)谙M(fèi)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)等活動(dòng)中，往往要按照預(yù)定的義務(wù)去實(shí)現(xiàn)某種受控過(guò)程。在過(guò)程進(jìn)展中，應(yīng)如何在客觀條件允許的范圍內(nèi)選擇最好的措施去控制過(guò)程的開(kāi)展，以期最好地完成預(yù)定義務(wù)。這就叫作過(guò)程最優(yōu)化。動(dòng)態(tài)規(guī)劃過(guò)程的根本概念和原理，是與過(guò)程最優(yōu)化問(wèn)題嚴(yán)密的聯(lián)絡(luò)在一同的。.最優(yōu)化原理 最優(yōu)化原理可表達(dá)如下：“一個(gè)過(guò)程的最優(yōu)戰(zhàn)略具有這樣的性質(zhì)，即無(wú)論它初始形狀與初始戰(zhàn)略如何，隨后

30、的諸決策對(duì)以第一個(gè)決策所構(gòu)成的形狀作為初始形狀的過(guò)程而言，必需構(gòu)成一個(gè)最優(yōu)戰(zhàn)略。.最短道路問(wèn)題 將此原理用于最短道路問(wèn)題時(shí)可表達(dá)為：一條道路假設(shè)是最短道路，那么對(duì)該線上的任何一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，最短道路以此點(diǎn)為起點(diǎn)的其他部分，依然是從此點(diǎn)到終點(diǎn)的最短道路，不具有這種性質(zhì)的道路，必然不是最短道路。 因此根據(jù)這點(diǎn)，我們可以對(duì)過(guò)程的各個(gè)階段，一個(gè)階段一個(gè)階段、一個(gè)點(diǎn)一個(gè)點(diǎn)地檢查，每個(gè)階段只保管那些能夠成為最短道路上的點(diǎn)線而丟掉其它不符合上述性質(zhì)的點(diǎn)線，這樣的尋覓過(guò)程就是逐段檢查、逐段過(guò)慮的動(dòng)態(tài)過(guò)程。.為了闡明這些概念和原理，舉一實(shí)例延伸系數(shù)分配問(wèn)題某軋機(jī)軋制某種規(guī)格的圓鋼，在孔型系統(tǒng)選定的前提下，各個(gè)孔型的延

31、伸系數(shù)可以在一定范圍內(nèi)動(dòng)搖，即各個(gè)孔型的尺寸可以有動(dòng)搖，孔型尺寸變化可影響相鄰道次的能耗。我們希望找到一種軋制方案，從坯料 廢品軋制能耗最小。例如：Kij表示各個(gè)尺寸不同的孔型，i表示道次數(shù)，j表示尺寸方案，相應(yīng)兩點(diǎn)的連線上的數(shù)字表示假設(shè)的軋制能耗。 我們可以把這種最小能耗問(wèn)題中所思索的過(guò)程分為假設(shè)干階段。.從坯料到K4孔作為第一段，依此類(lèi)推，這是一個(gè)五階段過(guò)程。每一段開(kāi)場(chǎng)我們都面臨作出決策：在幾條不同的道路中選擇哪條路，即這一段路的終點(diǎn)選在哪一點(diǎn)上？這些決策不同，所走道路就不同。.圖 用不同軋制方案軋制時(shí)的假設(shè)能耗表示圖坯料KpK4孔K3孔K2孔產(chǎn)品孔KnK41K31K21K42K32K22

32、在每一個(gè)階段作出不同的決策去控制它的開(kāi)展過(guò)程，這就是過(guò)程最優(yōu)化的一種。.過(guò)程最優(yōu)化問(wèn)題，可以用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法的方法求解。上述例題最小能耗問(wèn)題可以用最直觀的窮舉法求解。從坯料 廢品共有八種不同的軋制方案，對(duì)于每一種方案，將各段的軋制能耗相加，就得到相應(yīng)的目的函數(shù)總軋制能耗如下： 方案 軋制能耗Kp-K41-K31-K21-K11 44464139170. 方案 軋制能耗Kp-K41-K31-K22-K11 44464340173 Kp-K41-K32-K21-K11 44464339171 Kp-K41-K32-K22-K11 44464440174 Kp-K42-K31-K21-K11 45444

33、139169 Kp-K42-K31-K22-K11 45444340172 Kp-K42-K32-K21-K11 45444239171Kp-K42-K32-K22-K11 45444440174 比較上述八種不同軋制方案的目的函數(shù)值，選出目的函數(shù)值最小的方案，就是最優(yōu)方案。最優(yōu)方案為： Kp-K42-K31-K21-K11 45444139169 .可以看出，當(dāng)段數(shù)很多，各段選擇道路很多時(shí)，這種窮舉法的計(jì)算量是很大的，甚至在計(jì)算機(jī)上也實(shí)現(xiàn)不了。 因此，采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法尋覓最優(yōu)軋制方案。動(dòng)態(tài)規(guī)劃普通是從過(guò)程的最后一個(gè)階段開(kāi)場(chǎng)計(jì)算，即最優(yōu)決策是逆序決議過(guò)程。第一步：看最后一個(gè)階段，即從廢品前孔至廢

34、品孔。由K21孔至K11孔只需一種選擇，即K21 K11 ，能耗為39，而由K22孔軋出廢品也只需一種選擇，即K22 K11 ，能耗為40。.故：從K21軋成K11的最小能耗為：f4(K21)=39從K22軋成K11的最小能耗為：f4(K22)=40第二步：看倒數(shù)第二段，即從K3孔至K2孔。 K3孔可以有兩種不同的孔型尺寸K31和K32，先看K31，如今尚不知道運(yùn)用哪一個(gè)是最優(yōu)方案。假設(shè)采用K31為最正確方案，那么最正確方案必需是以K31孔軋出的軋件為坯料軋出廢品，由K31可以軋出K21也可以軋出K22 ，那么采用K31孔時(shí)，有兩種方案可以選擇。選用K21，那么由K31軋出廢品的能耗為：.d(

35、K31, K21)+f4(K21)；如選K22 用K31 軋出廢品的能耗為d(K31, K22)+f4(K22)， 找出二種方案中能耗最小的作為由K31孔軋出廢品的最小能耗f3(K31)，即： d(K31, K21)+f4(K21)f3(K31)min d(K31, K22)+f4(K22) =min42+39=80 43+40即假設(shè)K31從開(kāi)軋,那么K31- K21- K11為最優(yōu)軋制方案。. d(K32, K21)+f4(K21)f3(K32)min d(K32, K22)+f4(K22) min42+39=82 44+40假設(shè)從K32從開(kāi)軋,那么K32- K21- K11為最優(yōu)軋制方案。

36、第三步：看倒數(shù)第三階段，即第二階段。可以從K41孔或K42孔開(kāi)軋。與前述同理可求得：. d(K41, K31)+f3(K31)f2(K41)min d(K41, K32)+f3(K32) min46+80=126 46+82 d(K42, K31)+f3(K31)f2(K42)min d(K42, K32)+f3(K32) min44+80=124 46+82第四步：看第一階段的情況，起點(diǎn)只需一個(gè)Kp.與上述同理，可求得： d(KP, K41)+f2(K41)f1(KP)min d(KP, K41)+f2(K42) min124+44=169 124+45這樣，最后求得最優(yōu)方案為： KP- K

37、42- K31- K21- K11動(dòng)態(tài)規(guī)劃法，它就是過(guò)程的幾個(gè)階段分為幾步，技術(shù)計(jì)算的方法與過(guò)程本身的.走向相反，即從最后一步開(kāi)場(chǎng)計(jì)算到第一步。每一步都作出決策，即每一步都要決議最優(yōu)方案。計(jì)算下一步時(shí)要利用上一步的計(jì)算結(jié)果，故稱(chēng)為迭代法。動(dòng)態(tài)規(guī)劃法與窮舉法相比，其優(yōu)點(diǎn)如下：(A)可減少計(jì)算任務(wù)量。如上例中，假設(shè)用窮舉法求解，共有8種能夠的方案，每種方案要相加3次，共需求24次，而動(dòng)態(tài)規(guī)劃法那么需求相加10次。B豐富了計(jì)算結(jié)果 如上例中，用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法計(jì)算，不僅得到從坯料至產(chǎn)品的最優(yōu)軋制方案及其相應(yīng)間隔，而且得到從各中間孔開(kāi)軋.至廢品的最優(yōu)軋制方案及其能耗。.原料廢品系統(tǒng)規(guī)劃的特點(diǎn)分析 原料廢品系統(tǒng)以其多階段，多分枝，多要素及多種要素交叉影響為