改进灰狼算法在炼钢-连铸调度中的应用研究

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钢铁工业是国民经济的支柱性产业,在国民经济、社会发展、基础设施建设、国防等方面都发挥着不可替代的作用。现代大型钢铁制造企业的生产流程通常由前端的炼铁,中部的炼钢-连铸以及后端的轧制三大工序组成。从横向的生产过程看,炼钢-连铸是钢铁生产全流程的中间工序,对整个生产过程起着桥梁和纽带的作用。从纵向的集成管理看,生产调度是生产管理的核心,对产品的质量和效率起着至关重要的作用。所以,炼钢-连铸生产调度是确保钢铁制造高效、高质与智能化生产的关键。本文以多工序、并行机、多品种、复杂的炼钢-连铸生产过程为研究对象,深入研究炼钢-连铸生产调度问题,其研究的主要工作如下:(1)描述炼钢-连铸生产调度问题的时代背景,概述了炼钢-连铸生产调度的研究现状,主要包括对已有的研究成果和研究方法的描述,强调优化炼钢-连铸生产调度问题的重要意义。其次,对灰狼优化算法和深度确定性策略梯度算法的应用进行理论研究,为本文的算法研究提供理论基础。(2)对炼钢-连铸生产调度问题进行深入分析和研究,针对实际生产要求,抽象出炼钢-连铸生产调度问题的优化目标以及约束条件,以设备作业冲突时间最小、炉次等待时间最短、开浇时间与给定开浇时间偏差最小为优化目标建立生产调度数学模型。(3)针对现有文献采用灰狼优化算法求解炼钢-连铸生产调度问题存在容易陷入局部最优、解的稳定性差等缺点,将深度强化学习与灰狼优化算法相结合,提出了基于深度确定性策略梯度算法的改进灰狼优化算法(DDPG-GWO)。利用深度确定性策略梯度算法训练调度计划智能体,提高算法学习性,利用经验池存放数据,提高数据利用率,从而打破灰狼优化算法易陷入局部最优的局面,提高解的稳定性。(4)将本文所提算法应用于求解炼钢-连铸生产调度问题中,采用中国某大型钢厂的真实数据进行仿真实验,获得了优化的调度计划方案,表明算法的可行性。并将本文所提算法与标准灰狼优化算法、保留精英策略的遗传算子的布谷鸟算法进行相同炉次规模和不同炉次规模的对比试验,结果证明,所提出的算法(DDPG-GWO)在保证获得可行计划方案的前提下,求解精度更好,求解速度更快。
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