卡索practicos

HKM优化准时制钢计划

挑战

优化钢铁生产流程,确保稳定、及时交货

解决方案

使用MATLAB和全局优化工具箱,使每年超过500万吨的钢铁产量最大化

结果

  • 算法的开发速度加快了10倍
  • 优化时间从1小时缩短到5分钟
  • 客户满意度提高

“c++、Java或第三方优化解决方案将要求我们在开发中花费更多时间或简化我们的万博 尤文图斯约束。只有MATLAB提供了我们所需的灵活性、可扩展性、开发速度和优化水平。”

Alexey Nagaytsev, Hüttenwerke克虏伯曼内斯曼
手动审核的生产进度(上)和用MATLAB遗传算法自动优化的生产进度(下)。优化后的计划最小化了计划冲突(红色部分),满足交付日期,并达到了目标利用率。

为了每年生产超过500万吨钢材并按时交付订单,Hüttenwerke克虏伯曼内斯曼(HKM)工厂必须严格控制进度。这个过程的每个阶段都是精心安排的。成吨的焦炭、生铁、废铁和其他原材料必须在需要的时候准时送到相应的机器,高炉必须加热到至少1450摄氏度,钢铁必须在有时间冷却之前铸造。在生铁生产过程中,该过程的各个阶段可以通过线性生产来处理,但在钢铁厂,物流和客户要求增加了复杂性。

为了在满足这些操作限制的同时最大限度地提高吞吐量,HKM工程师在MATLAB中开发了一个自动调度系统®.HKM项目经理Alexey Nagaytsev表示:“MATLAB使我们能够快速开发一个用于钢铁工艺全局优化的系统,将其作为Java组件部署在我们的生产环境中,并作为计算集群运行。”“使用MATLAB,我们可以轻松地进行更改,以纳入新的约束条件,并扩展系统以满足新的需求。”

挑战

钢铁生产是一个复杂的过程,有150多个离散的步骤,受到设备性能、原材料可用性、环境法规和多个客户需求的众多限制。客户通常要求在精确安排的阶段交付他们的订单。在HKM之前的流程中,调度人员手动管理整个工厂的调度。虽然人工操作可以很好地最大化吞吐量,但它不能完全考虑客户强加的交货时间表。

调度员的角色需要对流程有如此广泛的了解,以至于只有少数员工有资格胜任。如果任何一个调度员缺席,业务就会产生重大风险。

为了降低这一风险,HKM需要一个自动化系统,能够最大限度地提高工厂产量并满足交货时间表。Nagaytsev说:“我们希望该系统能在几分钟内为复杂的优化问题提供客观的结果。”“系统必须足够灵活,以适应不断变化的限制。它还必须与我们现有的Java软件集成,并且全天候可用。最后,我们希望在保持低开发成本的同时快速部署系统。”

解决方案

HKM使用MATLAB和相关优化、并行计算和应用部署产品开发了一个完整的工厂调度系统,支持高效、及时地交付钢铁产品。s manbetx 845万博1manbetx

利用MATLAB和全局优化工具箱,Nagaytsev迅速建立了核心优化模块的原型。该模块使用遗传算法搜索全局解决方案,根据客户要求以及时间、温度和设备使用限制,最大限度地提高工厂效率。万博 尤文图斯

为了加速优化过程,Nagaytsev使用了并行计算工具箱和MATLAB并行服务器在16 worker Linux上执行优化算法®计算集群。

Nagaytsev在MATLAB中生成了图形,以可视化算法的中间结果,他用来创建一个自定义的遗传算法变体。

他使用MATLAB Compiler™和MATLAB Compiler SDK™创建了一个Java®类,然后作为Java组件部署在HKM现有的调度应用程序中。

基于MATLAB的Java组件从主系统检索最新的约束和状态信息,计算优化的调度,然后将结果返回到主系统,由调度程序访问。

香港铁路调度员目前正在使用基于MATLAB的优化来规划未来24至48小时的调度,以及长达4周的长期调度。

结果

  • 算法的开发速度加快了10倍.Nagaytsev说:“使用MATLAB,我们在短短20天内完成了优化算法的工作版本。”“在Java中实现类似的算法将花费大约10倍的时间和10倍的成本。”

  • 优化时间从1小时缩短到5分钟.Nagaytsev指出:“我们的流程非常复杂,最初需要大约一个小时才能完成完整的优化。”“我们使用并行计算工具箱和MATLAB并行服务器在我们的集群上设置了应用程序,代码更改很少。现在我们大约5分钟就有结果了。”

  • 客户满意度提高.Nagaytsev说:“在某些情况下,自动化系统提供了调度员没有考虑到的解决方案。”“他们使用MATLAB和全局优化工具箱产生的客观结果,不断改进流程,降低风险。我们的客户更满意,因为他们可以在他们要求的时间准时拿到材料。”