Sequencing and Scheduling in Coil Coating with Shuttles

Applying combinatorial optimization in real life yields cost savings delighting the industry. Beyond that, at the core of some applications also lies a pretty (sub)problem rejoicing the mathematician. In our application coils of sheet metal are coated with k layers out of hundreds of colors. Coils are stapled together to run through k coaters, and non-productive time occurs e.g. when the color in a coater needs to be changed. Some coaters have two parallel tanks, enabling either parallel colors or cleaning of one tank during production. We present our sequencing and scheduling scheme in use at the plant today, lower bounds proving solution quality, and problems in the edge-wise union of interval graphs as a pretty mathematical subproblem

Production Scheduling in Integrated Steel Manufacturing

Steel manufacturing is both energy and capital intensive, and it includes multiple production stages, such as iron-making, steelmaking, and rolling. This dissertation investigates the order schedule coordination problem in a multi-stage manufacturing context. A mixed-integer linear programming model is proposed to generate operational (up to the minute) schedules for the steelmaking and rolling stages simultaneously. The proposed multi-stage scheduling model in integrated steel manufacturing can provide a broader view of the cost impact on the individual stages. It also extends the current order scheduling literature in steel manufacturing from a single-stage focus to the coordinated multi-stage focus. Experiments are introduced to study the impact of problem size (number of order batches), order due time and demand pattern on solution performance. Preliminary results from small data instances are reported. A novel heuristic algorithm, Wind Driven Algorithm (WDO), is explained in detail, and numerical parameter study is presented. Another well-known and effective heuristic approach based on Particle Swarm Optimization (PSO) is used as a benchmark for performance comparison. Both algorithms are implemented to solve the scheduling model. Results show that WDO outperforms PSO for the proposed model on solving large sample data instances. Novel contributions and future research areas are highlighted in the conclusion

09261 Abstracts Collection -- Models and Algorithms for Optimization in Logistics

From June 21 to June 26, 2009 the Dagstuhl Seminar Perspectives Workshop 09261 ``Models and Algorithms for Optimization in Logistics \u27\u27 was held in Schloss Dagstuhl~--~Leibniz Center for Informatics. During the seminar, several participants presented their current research, and ongoing work and open problems were discussed. Abstracts of the presentations given during the seminar as well as abstracts of seminar results and ideas are put together in this paper. The first section describes the seminar topics and goals in general. Links to extended abstracts or full papers are provided, if available

Coil batching to improve productivity and energy utilization in steel production

This paper investigates a practical batching decision problem that arises in the batch annealing operations in the cold rolling stage of steel production faced by most large iron and steel companies in the world. The problem is to select steel coils from a set of waiting coils to form batches to be annealed in available batch annealing furnaces and choose a median coil for each furnace. The objective is to maximize the total reward of the selected coils less the total coil'coil and coil'furnace mismatching cost. For a special case of the problem that arises frequently in practical settings where the coils are all similar and there is only one type of furnace available, we develop a polynomial-time dynamic programming algorithm to obtain an optimal solution. For the general case of the problem, which is strongly NP-hard, an exact branch-and-price-and-cut solution algorithm is developed using a column and row generation framework. A variable reduction strategy is also proposed to accelerate the algorithm. The algorithm is capable of solving medium-size instances to optimality within a reasonable computation time. In addition, a tabu search heuristic is proposed for solving larger instances. Three simple search neighborhoods, as well as a sophisticated variable-depth neighborhood, are developed. This heuristic can generate near-optimal solutions for large instances within a short computation time. Using both randomly generated and real-world production data sets, we show that our algorithms are superior to the typical rule-based planning approach used by many steel plants. A decision support system that embeds our algorithms was developed and implemented at Baosteel to replace their rule-based planning method. The use of the system brings significant benefits to Baosteel, including an annual net profit increase of at least 1.76 million U.S. dollars and a large reduction of standard coal consumption and carbon dioxide emissions

Paperi- ja terästeollisuuden tuotannonsuunnittelumenetelmät

Tämän diplomityön tarkoituksena on ollut tutkia, kuinka paperiteollisuuden tuotannon suunnittelun eroavat ja yhtenevät terästeollisuuden tuotannon suunnittelun kanssa. Tavoitteena on ollut tutustua tuotannon suunnitteluun ja sen ongelmiin ensin yleisellä tasolla, minkä jälkeen on keskitytty kuvaamaan tarkemmin tarkastelussa olevien teollisuudenalojen erityispiirteitä. Lopuksi on tehty prosessien vertailuja ja johtopäätöksiä niistä löydetyistä yhtäläisyyksistä. Työssä on kuvattu sekä paperin että teräksen tuotantoprosessit ja materiaalivirrat. Karkealla tasolla tarkasteltuna prosessit ovat hyvinkin samantyyliset, koska kummassakin prosessissa juoksevassa muodossa olevista raaka-aineista valmistetaan ensin isompi yksikkö, joka paloitellaan pienemmiksi palasiksi asiakkaiden tilausten mukaan. Syvemmät prosessien tarkastelut tuovat kuitenkin esiin niiden ainutlaatuiset erityispiirteet, jotka vaikeuttavat tuotannon suunnittelua ja yhtäläisyyksien löytämistä. Eräs työn alkuperäisistä tavoitteista oli tehdä abstraktiot molemmista prosesseista, minkä avulla niiden samankaltaisuudet tulisivat parhaiten esille. Työn edistyessä kävi kuitenkin ilmi, että syvempien abstraktioiden tekeminen ei ollut järkevää ja parempiin tuloksiin päästäisiin vertailemalla prosesseja rinnakkain ilman harhaanjohtavia yleistyksiä. Paperikone on hyvin merkittävässä roolissa koko tuotannon ajoituksen ja suunnittelun kannalta. Paperiteollisuudessa suurin hävikki aiheutuu yleensä lajinvaihdoista ja trimmihukasta. Lajinvaihdoista aiheutuvan hukan minimoimiseksi eri paperilaatujen tuotanto-ohjelma suunnitellaan sykliseksi, jolloin paperin ominaisuudet muuttuvat vain vähän kerrallaan ja lajinvaihtohukka on pieni. Toinen tärkeä suunnittelun kohde on siis trimmitys. Sen tarkoituksena on suunnitella emorullan leikkauskohdat siten, että pystytään hyödyntämään käytettävissä oleva rullaleveys ja -pituus mahdollisimman tarkasti huomioiden samalla asiakkaiden vaatimukset. Terästeollisuudesta ei ole löydettävissä paperiteollisuutta vastaavaa syklisyyttä. Siellä tärkein suunnittelukohde on sulaton ajoitus ja käytössä olevan konvertterikoon mahdollisimman tarkka hyödyntäminen. Paperiteollisuudesta tuttua lajinvaihto-ongelmaa ei itse teräksen teossa ole. Sen sijaan muut tuotannon yksikköprosessit vaativat tarkkaa suunnittelua juuri lajinvaihtojen osalta. Tuotteiden erilaiset paksuudet, leveydet ja lämpötilat ovat ongelmana terästuotannon jatkuvatoimisissa linjoissa, sillä peräkkäisten tuotteiden ominaisuudet eivät saisi poiketa toisistaan liian paljon. Koska teräksestä tehdään paperin tapaan määrämittaisia levyjä ja nauhoja, paperiteollisuuden kaltaiset trimmitys- ja leikkuuongelmat tulevat esille sielläkin. Teräksen teossa leikkuuongelma ei kuitenkaan ole yhtä merkittävä kuin paperin teossa, sillä lopputuotteiden mitat voidaan huomioida jo aihiokokoa suunniteltaessa. Paperiteollisuuden tuotannon suunnittelu on paljon pidemmälle vietyä ja kokonaisvaltaisempaa kuin terästeollisuudessa. Tähän vaikuttaa prosessien erilainen luonne ja paperin lyhyempi valmistusaika. Teräksen teossa on myös paljon enemmän erillisiä tuotantovaiheita kuin paperin valmistuksessa

Index to 1984 NASA Tech Briefs, volume 9, numbers 1-4

Short announcements of new technology derived from the R&D activities of NASA are presented. These briefs emphasize information considered likely to be transferrable across industrial, regional, or disciplinary lines and are issued to encourage commercial application. This index for 1984 Tech B Briefs contains abstracts and four indexes: subject, personal author, originating center, and Tech Brief Number. The following areas are covered: electronic components and circuits, electronic systems, physical sciences, materials, life sciences, mechanics, machinery, fabrication technology, and mathematics and information sciences

Preliminary Draft Report: State-of-the-Art Review of Integrated Systems Control in the Steel Industry

This is a preliminary draft version of the report to be issued on the "State-of-the-Art of Integrated Systems Control in the Steel Industry". The draft is incomplete and not necessarily in final form. Its purpose is to provide background material for the IIASA Conference on "Integrated Systems Control in the Steel Industry" scheduled for 30 June to 2 July, 1975. A second purpose is to motivate feedbacks concerning omissions and additions generated by respondents and Conference participants which may be incorporated into the final 'report