有色金属工业是国民经济发展的重要基础产业,由于原料价格上涨、生产过程能源资源消耗大、生产设备运行效率低从而导致我国的有色生产企业都面临着经营微利等严峻的挑战。如何在现有工艺装备和生产条件下降低生产成本、提高生产效率和大型生产设备的利用率是有色金属工业企业急需解决的问题。本文以铝生产为背景,研究有色金属的生产调度建模与优化,一方面,从实践中提炼出新的调度问题和调度模型扩展和丰富了现有调度领域的研究;另一方面,其研究的潜在应用有助于提高有色金属工业机组的生产效率,减少工件在机组之间的等待时间,降低生产过程中的能源消耗,提高企业的经济效益和市场竞争力。本文首先针对典型生产调度问题,开展了差分进化和分散搜索算法及其改进算法的智能优化的基础研究;然后针对从有色金属工业生产实际中提炼出的铝连续铸轧组炉与批调度、铝电解-铸造集成批调度和生产合同重调度问题,在建立混合整数规划模型基础上进行了智能优化的应用研究。主要研究内容如下:1)针对单机带有顺序相关调整时间的总加权拖期调度问题,提出了分散搜索和变邻域搜索的混合智能优化算法。混合优化算法提出自适应参数的变邻域搜索改进分散搜索中通过构造和随机启发式产生的初始种群和组合产生的新解;在参考集更新的过程中,通过计算两个解之间不同边的数目来衡量解的“距离”,提出了参考集长度自适应调整策略;在组合解的过程中,设计了一种离散差分算子和两种交叉算子用于组合子集中的解。通过对Benchmark算例的测试实验表明,混合算法性能优于当前文献中最好的智能优化算法。2)针对加工车间生产调度问题,提出一种集成离散差分进化算法。在集成差分进化算法中,个体的表达采用基于操作的离散编码方式;为了同时发挥多种算子的优势,构造三种变异算子和三种交叉算子进行集成组合用于并行种群中的子种群进化;提出一种基于变邻域搜索的策略来改进新产生的试验个体。通过标准测试算例对提出的算法进行的实验测试表明,集成算法的性能优于使用单一算子的离散差分算法。3)针对并行装配线平衡调度问题,提出了改进的分散搜索算法进行求解。并行装配线平衡调度问题对于给定的任务集合,按照工艺约束需要确定任务到并行工作站的分配方案,在满足每个工作站分配的任务的总加工时间小于节拍时间的要求下,使得需要的工作站数最小。通过问题的结构特征分析,提出了基于新的初始种群产生方法和新的改进解策略和新的组合解方法的改进分散搜索算法。通过Benchmark算例进行了计算实验,实验结果表明提出的改进算法在合理的计算时间里能够获得高质量的近似解,性能优于文献报道的同类问题的智能优化算法。4)从铝连续铸轧生产过程中提炼出一种组炉与批调度优化问题,问题在考虑由合金成分、宽度、厚度等引起的顺序相关调整时间的条件下,决策铝铸轧卷的生产顺序。针对此问题,建立了混合整数非线性规划模型,目标是最小化制造期及总拖期之和。针对问题的结构特征和工艺约束,提出了基于分散搜索的算法进行求解,在分散搜索算法的初始种群构造、参考集更新和组合解方面进行了改进研究。根据模拟工业实际规模随机生成的算例进行了计算实验,结果表明提出的分散搜索算法可以获得比混合整数非线性规划通用软件GAMS更好的解。5)从铝电解-铸造两阶段生产过程提炼出一种集成批调度问题。针对该问题的批特征,提出了批与单工件事件点的不同刻画方法,建立了特定设备基于事件的连续时间模型,模型中考虑了分派约束、铸造批容量约束、顺序约束、生产时间约束和批决策约束等实际生产约束,以最小化制造期为目标函数。根据问题的结构和工艺特点提出了两组加强约束用于降低模型的可行空间而不影响模型的最优性。针对该问题的NP-难性,提出了改进差分进化算法用于获得问题的近似解。计算实验表明,对于小规模问题,该模型使用CPLEX软件能够高效获得最优解;对于大规模问题,提出的改进差分进化算法能够获得高质量的近似解。6)针对铝轧制过程由于工况变化需要对生产合同在轧线多机组分配上进行重调度问题,以原调度目标、重调度偏差和产线能力均衡为目标函数,建立了混合整数规划模型。针对问题的结构特征,提出了离散差分进化算法对问题进行求解。离散差分进化算法中研究了个体的离散编码解码方法;提出了新的变异算子、基于路径重连的交叉算子以及局部搜索优化个体解等改进策略。通过对随机产生的算例和实际数据进行的计算实验验证了提出的算法的有效性。