轧钢生产最优化问题(optimization problems of steel rolling)

应用最优化方法对轧钢生产中的关键问题从多个可行方案中选出最优方案的优化过程。主要有工艺制度最优制订、轧钢设备最优设计、轧钢机最优控制和企业最优管理4个方面。

工艺制度最优制订 合理制订轧制工艺制度是轧钢车间工艺设计的重要内容，其目的是在保证产品质量的前提下追求高产量，降低各种原材料和能源消耗，降低成本。工艺制度的主要内容包括：变形制度、温度制度和速度制度。所谓工艺制度最优制订，就是要求制订出来的工艺制度不仅是可行的，而且相对于某个或某几个评价指标来说是最优的。例如，初轧方坯鱼尾最短问题，冷轧带钢纵向厚度偏差最小问题等，这类问题的目标函数、约束条件与设计变量之间的关系属于非线性关系，因此，称为非线性规划问题。

轧钢设备最优设计 轧钢设备包括主要设备和辅助设备。最优设计的原则是：能满足产品大纲的生产工艺要求，结构合理，装配精良，有较高的工作效率，便于操作和维修等。以轧钢机为例，机架设计除了要求有足够的刚度外，还要考虑快速换辊的可能性等，这类设计要满足多项评价指标的要求，称为多目标规划问题。

轧钢机最优控制 找出控制规律，使受控对象从初始状态转移到某种要求的终端状态，并保证所要求的性能指标达到极值(最大或最小)。最优控制包括工艺参数控制和设备位置控制。前者主要指带钢厚度控制、宽度控制、凸度与平直度控制；后者有连轧机电能消耗控制，卷取机上卷与卸卷控制，剪切机动作控制等。轧钢机最优控制问题有4个要素(以连轧机节电优化压下规程为例)：受控对象为动态过程，其状态变量为各机座的轧制速度v_i、轧出厚度h_i，和轧制温度t_i；初始和终端条件为坯料厚度H、成品厚度h_n和连轧机架次n；性能指标为连轧机主电机电耗最小；约束条件为各机座轧制力不超过允许的P_i,max，各机座轧制力矩不超过允许的M_i,max。由于连轧选优过程属于多阶段决策过程，故此问题称为动态规划问题。

企业最优管理 是一个由人和计算机等组成的进行管理信息的收集、传递、贮存、加工、维护和使用的系统。其目的是采用自动化的事务处理方法来监视和控制企业的行为，并通过一些优化方法提供决策依据。例如，合同处理、市场预测、生产计划编排、运输作业、任务分派、投资规划、产品方案制订等。其中，一类问题是在一定数量的资源(人力、物力、财力)条件下，研究如何充分合理地利用这些资源，去完成最大量的任务；另一类问题是给定一项任务，研究应该怎样统筹安排，以最小量的资源消耗来完成它。实际上，这两类问题是一个问题的两个方面，都是要求在消耗最小的情况下，获得最大的经济效益、环境效益和社会效益。在它们的最优化模型中，由于目标函数、约束方程与设计变量之间呈线性关系，故称为线性规划问题。