（计算机应用技术专业论文）冷轧板材生产中动态调度排产系统的研究与实现.pdf

中文摘要 生产调度是冷轧板材生产的枢纽，调度的合理性、准确性、及时性都直接影 响了整个生产组织有序性、连续性、产能高低、产品质量好坏，以及企业应对市 场变化的能力高低。在信息技术高度发展的今天，传统人工调度的方法已经很难 满足企业生产组织的要求。利用现代信息通讯技术的发展成果，研究开发冷轧板 材生产中动态调度排产系统，成为冷轧板材生产企业信息化中必须解决的关键问 题 本文结合冷轧板材生产的工艺特点和传统调度经验，基于数据库技术、信息 计算技术和网络技术，设计实现了冷轧板材生产中动态调度排产系统，该系统包 括销售计划、生产计划、作业计划的生成、优化以及各种情况引起的计划变更调 度处理。在设计过程中，总结形成了排产规则、设计了物料结构模型和优化调度 模型。利用物料结构模型，建立生产工艺指导书档案，并且依据工艺指导书档案 和排产规则进行销售合同合并处理和优先级处理。利用优化调度模型找到主生产 计划的可行解，在此基础上，利用优化调度理论方法，在这些计划的可行解中， 寻找最佳解决方案，实现了生产工程中的工序作业计划处理以及各种实时再调度 处理。 系统在冷轧薄板各个生产车间、生产工序正式投入运行，并取得了较好的应 用效果：打通了用户合同一各工序排产一生产跟踪和质量跟踪一产成品入库整个从 经营管理到生产作业的关键路径，实现了供产销一体化的生产组织，为生产组织 的连续性、高效性提供了有力保障，实现了对生产物流进行全程跟踪，实现了合 同号计划号钢卷号的对应，解决了卷号跟踪的难题，提高了生产效能和 产品质量，提高了产品优质品率和按时交货率。 关键字：生产调度优化排产m e s 生产计划 a b s t i 认c t p r o d u c t i o nm a n a g e m e n ti st h ek e yp o i n td u r i n gp r o d u c i n gc o l dr o l l e d s t e e ls h e e t ，t h er e a s o n a b l e n e s s ，t h ea c c u r a c ya n dt i m e l i n e s sa f f e c t d i r e c t l yt h eo r d e r ，t h ec o n t i n u a t i o no ft h ew h o l ep r o d u c t i v eo r g a n i z a t i o n ， t h eh i g ho rl o wp r o d u c t i o nc a p a c i t y ，t h eg o o do rb a dp r o d u c tq u a l i t ya n d t h eh i g ho rl o wa b i l i t yo ft h ee n t e r p r i s e su p o nt a c k l i n gt h em a r k e tc h a n g e n o w a d a y s ，d u et ot h eh y p e r d e v e l o p m e n to ft h ei n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y ，i t i sn ol o n g e re a s yf o rt h et r a d i t i o n a la r t i f i c i a lm a n a g e m e n tm e t h o d st o s a t i s f yt h er e q u e s to ft h ee n t e r p r i s e p r o d u c t i v eo r g a n i z a t i o n t h e r e f o r e ， t h ek e yp r o b l e mw h i c hs h o u l db es o l v e di nt h ep r o c e s so fi n f o r m a t i o n a lis m o fe n t e r p r is e sp r o d u c i n gc o l dr o l l e ds t e e ls h e e tisr e s e a r c h i n ga n d d e v e l o p i n gt h ed y n a m i cm a n a g e m e n ta n ds c h e d u li n gs y s t e mi nt h ep r o c e s s o fp r o d u c i n gc o l dr o l l e ds t e e ls h e e tb yu s i n gt h ed e v e l o p m e n tr e s u l t so f m o d e r ni n f o r m a t i o na n dc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y a c c o r d i n gt om i x t u r eo ft h et e c h n o l o g i c a lf e a t u r e st h et r a d i t i o n a l m a n a g e m e n te x p e r i e n c e so fp r o d u c i n gc o l dr o l l e ds t e e ls h e e ta n db a s e do n t h ed a t a b a s et e c h n o l o g y ，i n f o r m a t i o n a n dn e t w o r kt e c h n o l o g y ，t h i sa r t i c l e d e s i g n sa n da c h i e v e st h ed y n a m i cm a n a g e m e n ta n ds c h e d u l i n gs y s t e mi nt h e p r o c e s so fp r o d u c i n gc o l dr o l l e ds t e e ls h e e t t h es y s t e mi n c l u d e st h e g e n e r a t o r ，o p t i m i z a t i o no fs a l e sp l a na n dp r o d u c t i o np l a n ，a n dp l a nc h a n g e o fm a n a g e m e n th a n d l i n gc a u s e db yv a r i o u ss i t u a t i o n s w h e nd e s i g n i n gt h e s y s t e m ，w ec o n c l u d ea n dm a k et h es c h e d u l i n gr u l e s ，a n dd e s i g nt h em a t e r i a l s t r u c t u r em o u l da n do p t i m u mm a n a g e m e n tm o u l d b yu t i l i z i n gt h em a t e r i a l s t r u c t u r em o u l d ，t h et e c h n o l o g yi n s t r u c t i o na r c h i v eh a sb e e ne s t a b l i s h e d a n dt h es a l e sc o n t r a c t sc a nh em e r g e da n dp r e f e r r e dt oh a n d l ea c c o r d i n g t ot h et e c h n o l o g yi n s t r u c t i o na r c h i v ea n ds c h e d u l i n gr u l e s b yu t i l i z i n g o p t i m u mm a n a g e m e n tm o u l d ，t h ef e a s i b l ea n s w e ro fm a i np r o d u c t i o np l a nc a n b ef o u n d ，a n db a s e do nt h es a i da n s w e r ，b yw a yo fo p t i m i z a t i o nm a n a g e m e n t t h e o r y ，t r yt of i n dt h eb e s ts o l v i n gs c h e m ea m o n gt h es a i da n s w e ra n d f i n a l l ya c h i e v et h em a n a g e m e n to ft h ej o bp r o c e s sp l a na n dv a r i o u s r e a l t i m er e s c h e d u l i n g t h es y s t e mh a sb e e nf o r m a ll yo p e r a t e di nt h ej o bp r o c e s sa n dw o r k s h o p o fc o l dr o l l e ds t e e ls h e e t ，a n dt h ea p p l i c a t i o ne f f e c ti sp r e t t yg o o d itg e tst h r o u g ht h ew h olek e yc h a n n elf r o mo p e r a tio na n dm a n a g e m e n tt o p r o d u c t i o na n dw o r k i n g ，n a m e l y ，t h ep r o c e s sf r o mc u s t o m e rc o n t r a c tt oj o b p r o c e s ss c h e d u l i n g ，t op r o d u c t i o nt r a c k i n ga n dq u a l i t yt r a c k i n g ，a n d f i n a ll yt ot h es t o r a g eo fp r o d u c t s i ta c h i e v e st h ep r o d u c t i o n o r g a n i z a t i o no fi n t e g r a t i n gt h es u p p l y ，p r o d u c t i o na n ds a l e s ，p r o v i d e s h ep o w e r f u lg u a r a n t e et ot h ec o n t i n u a t i o n ，h i g he f f i c i e n c yo ft h e p r o d u c t i o no r g a n i z a t i o n ，a c h i e v e s t h ew h o l e p r o c e s st r a c k i n gt ot h e p r o d u c t i o nl o g i s t i c s ，a n da c h i e v e st h ea c c o r d a n c eo fc o n t r a c tn u m b e r ， p l a nn u m b e ra n ds t e e lv o l u m en u m b e r ，s o l v e st h ed i f f i c u l t yo ft r a c k i n g t h ev o l u m en u m b e ra n de n h a n c e st h ep r o d u c t i o ne f f i c i e n c ya n dp r o d u c t i o n q u a l i t y ，i n c r e a s e st h er a t i oo fg o o d p r o d u c t sa n dr a t i oo fo n t i m e d e l i v e r y 、 k e yw o r d s ：p r o d u c t i o nm a n a g e m e n t0 p t i m i z a t i o ns c h e d u l i n g m e s p r o d u c ti o np l a n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨盗盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者躲芗砭豪签字嗍。7 年月加日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤叠盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨鲞盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密啪学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 签字日期：汐1 7 年 导师签名： 7 茛害彳手 签字日期：夕7 年石月加日 ， 日爱哼k寺仂 孜月 7哆占 第一章绪论 第一章绪论 在我国国民经济中占有重要经济地位的石化、炼油、化工、冶金、制药、建 材、轻工、造纸、采矿、环保、电力等工业行业，普遍存在能耗大、产品质量差、 生产过程工艺落后、自动化水平低、管理水平低、信息集成度低、综合竞争力弱 等现状。流程工业企业信息化是将先进的工艺装备技术、现代管理技术和以先进 控制与优化技术为代表的信息技术相结合，将企业的工艺过程控制( p c s ) 、生产 过程管理与优化( 脏s ) 和资源管理的优化运行( e r p ) 这三层架构的集成运 行是达到数字化企业的必备条件，同时也是流程行业企业信息化整体解决方案。 作业计划与动态调度系统是联系与贯穿企业信息化三层架构的桥梁，是冶金、化 工等流程行业企业信息化关键技术与集成平台，是实现企业的优化运行、优化控 制与优化管理，从而成为提高企业竞争力的核心软件技术。 加入w t o 后，冶金、化工等流程业已面临国际竞争的严峻考验，这就迫使上 述企业的生产经营活动必须以拓展市场为生存空问，迫切需要一种更先进的制造 模式和科学的管理手段，以企业经济效益为中心，研究在市场经济大环境条件下 如何实现以最小的投入获得最大的产出，因此，生产方式由过去的少品种、大批 量改为多品种、小批量；生产计划环境，由过去的面向库存改为面向订单。因此， 作业计划需要将多个合同进行合并，并根据交货期、设备能力、生产的工艺要求 等限制，进行最佳组合，使前后工序的紧密衔接，减少等待时问，又要保证准时 交货，作业计划与动态调度就变得尤其重要。 1 1 钢铁工艺生产特点和面临问题 钢铁企业生产工艺过程是连续与离散相混合的生产工艺过程，产线长、工序 多、设备复杂。它的原料的种类不多，但生产流程比一般的产业长，而且每一个 制程所需的物料各不相同；物料的属性；检验的条件；物流方式各不相同，而每 一个制程用到物料都是由前一个制程产生，因此环环相扣，每个环节出现异常都 会波及到下一个环节，由于各工序之问的紧密性造成了物流的复杂性。 钢铁行业由于其物流的复杂性，制程紧密及环环相扣的特性，因此其信息化 追求的目标有别于其它产业。除了追求品质提升、成本降低、交期准确与弹性外， 更要对每一个制程不同而制定不同管理目标。铁区要求原料质量合格、烧结配料 合理、铁水成分稳定，钢区要求炼钢命中率高、钢坯质量，轧钢质量与成品质量 均要符合订单的要求，就连包装与标签要求也因成品不同而相异。而产品成才率 原料耗用、库存控制、设备利用率、客户交期的配合，也因制程不同而有不同 第一章绪论 的要求。因为其中每一个指标如不能有效的控制都会导致成品产量、成材率、质 量、客户满意度与效益降低、而成本与库存增高n 。 目前许多钢铁企业生产管理还是依赖于多年来积累的经验，生产和管理出 现较严重的脱节。数据断层严重制约了钢铁企业在多品种、少批量的市场需求和 客户要求多变、交货期紧的形势下的机制变革。 1 2 钢铁行业信息化发展现状 根据钢铁企业生产和经营管理的特点，结合系统集成的基本原则，钢铁信息 化工程在逻辑结构上一般分为三层，分别是：企业资源计划管理层、生产制造执 行层、过程控制层。如图1 - 1 所示。 企业 主要解决企业资源的合理利用 和牛产计划的编制问题。 主要对整个生产过程进行动态 优化管理，从根本上解决钢铁生产 过程的多变性和不确定性问题。 主要解决设备的自动控制以保 证生产合格产品的问题。 图1 - 1 钢铁企业信息化系统总体结构 e r p ( 企业资源规划) 系统面向集团公司，主要功能包括：采购管理、运输 管理、销售管理、财务管理、计划管理、质量管理、设备管理、人力资源管理、 决策支持、办公自动化等综合信息系统。还可以由此出发建立数据分析、数据仓 库等决策支持系统。其作用主要是根据企业的人、财、物各种资源的状况和产、 供、销各个环节的信息，对生产进行合理有效的计划、组织，使生产经营活动协 调有序地进行，并对企业的战略计划进行决策【2 】。 m e s ( 制造执行系统) 是上个世纪8 0 年代出现的一种新型的企业生产管理方 式。它以生产过程优化模型为核心，连接实时数据库和非实时的关系数据库，对 生产控制层安排生产作业计划，下达生产指令，进而对整个生产过程的物料、质 第一章绪论 量、设备、成本等内容进行控制。m e s 面向生产车间，主要功能包括：生产管理、 制造标准管理、作业计划编制、生产指令生成及下达、生产调度管制、质量设计、 质量管理与质量跟踪、物料跟踪、成本控制、生产实绩收集及生产统计、仓库管 理和生产成本的实时控制、生产设备运行状况监视等功能。其主要作用是根据 e r p 系统下达的销售合同，通过合同计划、质量设计、生产调度、生产统计、成 本控制、物料平衡和能源管理过程组织生产，并将信息加以采集、传递和加工处 理，及时呈报e r p 系统。最后达到上下连通现场控制设备与企业管理平台，实现 e r p 与p c s 间数据的无缝连接与共享。前后贯通所有生产线，实现生产全过程的 一体化：产品与质量设计；计划与物流调度；现场的生产、质量的控制与管理的 目的。以生产优化运行为核心的m e s 运用于钢铁企业，主要解决生产计划的一体 化编制和处理，生产过程的动态优化调度，生产成本在线跟踪预测与优化控制， 生产过程的计量质量动态跟踪以及设备运行状态监控等一系列问题。它在生产过 程控制与管理之间实现无缝链接，从而对生产过程实现全过程高度协调的控制和 管理 】。 p c s ( 过程控制系统) ，系统包括整个生产线的过程控制和单体设备基础自动 化两个部分。其主要作用是根据m e s 下达的生产指令进行各工序的过程控制，设 定各种设备的具体动作参数，进行各种模型计算和控制计算，同时收集执行过程 中的实绩数据上传m e s 和e r p 系统哺1 。 1 3 目前流程业动态调度系统研究现状 2 0 世纪8 0 年代后期，随着计算机技术和网络技术的迅速发展，流程工业控 制中出现了多学科问的相互渗透与交叉，信号处理技术、计算机技术、通讯技术 及计算机网络与自动化控制技术的结合使过程控制开始突破自动化孤岛模式，出 现了集控制、优化、调度、管理、经营于一体的综合自动化新模式。 2 0 世纪9 0 年代，随着计算机技术的日新月异，计算机集成生产系统的研究 已成为自动化领域的一个前沿课题。国外大型流程企业，特别是石化、冶金等企 业非常重视信息集成技术的应用，纷纷构架工厂级、公司级甚至超公司级的信息 集成系统。1 9 9 5 年美国、日本、西欧等国已有1 0 0 多家企业实施c i m s 计划，推 动了流程工业信息化技术在实际生产中的应用。 目前国内冶金、化工等流程企业作业计划与动态调度系统仅处于研发阶段， 尚未达到实用化地步，其主要原因：其一，虽然不少企业在实施e r p 软件，e r p 中没有生产计划。国内外研究e r p 的厂商有上千家，其中知名度较高的有：s a p 、 o r a c l e 等。国内开发研究e r p 也有十几家，大都是针对机械电子等离散装配业 开发的，而流程行业的e r p 软件较少。到目前为止，国际、国内完全针对冶金企 第一章绪论 业开发的企业资源计划管理软件，仅有瑞典i n t e n t i a 公司的m o v e xs t e e l 等一、 二个产品。但m o v e xs t e e l 的生产计划管理只局限在长期计划和短期计划上，没 有动态调度功能。其二，虽然有一些大专院校和科研院所在“九五”期间对流程 业作业计划与动态调度技术进行了探索，开发了几个离线的原形产品，无论与顶 层e r p 还是与底层p c s 都没有集成m 】。 在我国，通过“九五”科技攻关和8 6 3 高技术计划c i m s 主题的大力支持， 在以下几方面取得了重大突破：( 1 ) 研制开发成功了集散控制系统，并实现了产业 化；( 2 ) 研制开发成功基于现场总线f f 、h a r t 、p r o f i b u s 等技术的现场设备与控 制系统；( 3 ) 在以作业计划与动态调度为核心的e r p 肛s p c s 企业信息化系结构 中，形成了一些定制生产计划调度的功能化模块及软件，但功能上和开放性上还 存在不少问题，因此“十、五”期间已将该课题列入国家8 6 3 高技术研究发展计 划的五大软件产品计划中。可见，该软件对与推动我国流程业信息化至关管重要， 相信在不久的将来该软件会达到实用化的地步阳1 。 1 4 研究内容与章节安排 1 4 1 研究内容 本论文主要研究了冷轧板材生产组织的特点，并建立了物料结构模型和优化 调度模型，总结形成了排产规则；并在该模型和排产规则的基础上使用计算机排 产方法，找到主生产计划的可行解；在此基础上，利用优化调度理论方法，在这 些计划的可行解中，寻找最佳解决方案。主要包括了生产工艺档案、销售计划、 生产排产、作业动态调度、质量管理等内容。 1 4 2 章节安排 本论文具体章节安排如下： 第二章：冷轧板材生产特点，主要介绍了冷轧板材生产工艺，生产调度处理 的业务流程，并总结了生产组织的特点。 第三章：物料结构模型和优化调度模型，首先介绍了用于支持能力计划、产 品质量设计等工艺的物料结构模型，并详细说明了其中主要包含产品数据结构模 型和质量模型；然后介绍了以企业获得最大利润为目标建立的优化调度模型，该 模型综合考虑了生产工序、生产机组的产能和效率，可生产产品种类以及每个产 品的利润，客户数量以及订货情况和重要程度，市场预测，瓶颈工序等多种因素。 第四章：系统功能设计。在设计中将人工排产经验总结为排产规则，把各种 第一章绪论 产品生产的工艺进行总结，从而建立生产工艺指导书档案；并且依据工艺指导书 档案和排产规则进行销售合同合并处理和优先级处理、生产工程中的工序作业计 划处理以及各种实时再调度处理。同时介绍了系统的数据库主要设计。 第五章：系统功能实现。介绍了系统的整体实现，具体功能包括销售计划、 生产计划、作业计划的生成、优化以及各种情况引起的计划变更调度处理。 第六章：总结与展望。 第二章冷轧板材生产特点 2 1 冷轧板材生产工艺 第二章冷轧板材生产特点 冷轧板材是具有高附加值的钢材产品，是汽车、机械制造、建筑和电气等行 业必需的原材料。冷轧薄板生产厂是一个非常复杂的混合型流程企业，一般都拥 有数十套生产装置，生产过程错综复杂，年产各种冷轧薄板近百万吨，产品的品 种规格多达数千种，常生产的产品种类有2 0 0 种左右，一般企业的年销售收入达 数十亿乃至上百亿元。冷轧板带属于钢铁产品生产的末端精品，在行业供应链上 特殊的位置使其具有独特的经营管理特点。整个生产流程共有酸洗、冷轧、脱脂、 退火、平整、横切、纵剪、镀锡、镀锡横切等，主要原料有热卷、酸洗卷、b p 原板，主要成品有平整卷、冷轧板、冷轧卷、镀锡卷和镀锡板。各机组产能存在 较大差异，原料与成品种类繁多，每道工序前后都有临时放置场，而各工序会有 多台相同或不同型号的并行作业机组，因此，冷轧生产线是带有有限中间库、多 机并联的半连续性流程式生产线，这对于排产和调度都提出了较高要求。成品的 状态有板或卷或纵剪带形式，这主要取决于用户要求。各种冷轧板材生产流程如 图2 1 所示【l o 】。 图2 - 1 各种冷轧板材生产流程 冷轧板材生产具有如下几个特点： 第二章冷轧板材生产特点 1 ) 产品生产路径复杂，根据产品牌号、规格、质量要求、交货要求、工艺 要求等的不同，各个工序执行的先后顺序，执行的要求都不同，部分产 品还存在多次经过同一个工序加工的情况或者根本不执行某些工序，致 使一个普通冷轧板材的生产企业就有多达七、八十种工艺路径； 2 ) 生产中同时存在多种牌号、多种规格、多种技术要求和交货要求的产品， 对生产设备的要求( 工作辊、支撑辊) 不同； 3 ) 多个工序的设计能力各不相同。 2 2 生产调度业务流程 2 2 1 计划排产业务流程 销售、生产排产中销售计划和生产计划的编制对于整个企业运作和生产来说 是十分重要的。它们是整个生产过程的灵魂与核心，整个生产车间的生产基本上 是依靠编制完成的生产计划而进行的，而生产计划又是依托销售计划来制定的。 经过对实际工作流程的调研、了解、分析和细化，可以将销售和生产部门的工作 流程用图2 2 表示。 图2 - 2 计划排产业务流程 因为销售计划和生产计划分别是在销售部门和生产调度部门制定的，所以依 第二章冷轧板材生产特点 据实际情况将该整个排产作业流程分为两部分：销售部门计划作业流程和生 产部门计划作业流程。 1 ) 销售部门作业流程 销售部门处理的工作繁琐、灵活，需要与各方面及时的沟通，其涉及得更多 的是与客户的交流，因此销售计划的制定相当灵活，所受的影响和约束非常复杂， 暂时无法形成套较正式的制定规则。根据调研的结果，它所要完成的任务可以 概括为两个方面的内容：销售计划的制定以及变更的协调。 销售计划的制定 首先，销售计划员必须了解原料库中的库存情况以及对未来原料的预计情 况，因为只有具备了相应原料才能够对合同要求的规格进行生产，所以原料信息 是安排销售计划所必须考虑的个因素。之后，计划员根据与客户签订的销售合 同、合同预测及协议，编制出销售计划( 销售计划的编制是一个较为复杂的工作， 这部分内容将在下文中详细说明) 。该销售计划在编制完成后需递交给领导进行 审批。如果审批未通过，则需返回进行重新修改编制；如果领导同意该计划，则 可将该计划下达到其它各个部门，如下达到原料库进行原料准备；下达到生产调 度室进一步安排生产计划；下达到成品库对将要生产出的成品进行入库准备等 等。 变更的协调 变更的情况可以分为两种：一种是生产部门因生产过程中出现的一些实际情 况( 如意外生产造成的生产未达到标准) 而造成的生产变更，另一种是客户提出 变更要求对其合同内容进行变更。这些变更的情况都需要销售部门与客户和生产 部门进行联系、协调才能够解决。这一部份内容也将在后面进行详细的分析。 2 ) 生产部门作业流程 生产部门作业流程：首先是由生产总调度室根据销售计划安排生产总计划， 生产总计划的生成有其特有的算法与规则，在此暂不赘述，下文将细加阐释。之 后，根据生产总计划生成酸洗计划。与此同时，生产部门根据销售计划从原料库 中领取原料，酸洗作业区将根据酸洗计划对原料进行酸洗。此时，根据实际情况 ( 如生产能力、销售变更等) 需要对生产总计划进行调整以生成轧机计划，并下 发到轧机作业区，轧机作业区就是依据轧机计划对原材料进行轧制。 轧机的下一个步骤是退火，在此退火计划暂时不需要考虑，但是在安排生产 的过程中要充分考虑到退火能力的平衡问题，使得整个生产过程不会在退火这一 环节出现瓶颈，也不会在这一环节出现退火能力剩余过多的问题。对此，在生产 计划编制的过程中将用一个模块予以实现。而对于退火这一过程，在实际生产中 所进行安排的是一种先来先服务式的安排方式。 第二章冷轧板材生产特点 生产流程经过退火后就进入了最后的两个工宁平整和精整。在进行平整 和精整之前，生产调度室需要根据生产总计划制定平整和精整计划。在此，平整 和精整计划是大体一致的，也是同时下发的。不同的是精整计划比平整计划更为 简练，它不需要像平整计划那样精确到每一个钢卷的情况，而只是对每个计划进 行安排。最后，对产成品进行包装并进入成品库。 在此，需要注意的一点就是生产变更的情况，即如图2 2 中红线所示。在生 产的每个作业区，尤其是轧机作业区，都会出现因实际生产与计划安排不符的情 况。此时，生产部门需要向生产总调度室进行反映，总调度室再与销售部门联系， 对这种生产变更进行处理。 2 2 2 生产业务流程 图2 3 冷轧薄板生产生产业务流程 冷轧薄板生产主要流程如图2 3 所示。调度长根据经营部下达的销售计划进 行生产总计划制定，由各工序调度根据生产总计划制定各工序计划，根据各工序 生产计划进行生产，在生产过程中要跟踪生产计划的完成情况、工艺情况、钢耗 情况、台时利用率、故障及原因、等级等，统计根据现场情况对成品打印标签并 将其与半成品报送统计长或各工序调度，由统计长或各工序调度进行数据录入或 数据采集，然后进行钢耗的分摊及成品审核待成品库入库，以上工作完成以后由 统计进行废品入库，给销售提供废品入库单及由统计出各项报表，上报主管厂长。 当成品库有内退或销售外退要生产时，根据退库单由生产线接收( 在哪条生产线 生产) ，然后进行生产，在生产过程中要跟踪退库钢卷的所有信息，根据退库信 息冲减当月各项报表的产量。 第二章冷轧板材生产特点 2 3 生产调度组织特点 上述特点使得冷轧薄板企业的均衡生产和生产计划优化与调度变得很困难。 这是因为该冷轧薄板生产线既有串行生产线的均衡生产问题，也有离散生产的排 产与调度问题；它既要协调相邻工序的产品规格混合比，也要考虑支撑辊的使用 周期、工作辊的使用周期、工艺规则等工艺约束；它不仅涉及到企业内部的优化 运作模式，而且还存在与上游企业的企业间协同计划问题；其复杂性还体现在既 有离散计划调度的复杂度，还有流程企业对实时性的要求。目前国内多数企业仍 采取根据人工经验，由人工判断、分析物流状况，并对物流变化情况进行调整的 管理方法。这种基于经验的人工判断方法，往往难以应对问题的复杂性，因此容 易出现对未来的生产物流走势预测判断欠准确或滞后的情况，同时也无法准确地 把握生产工序间的物流和库存状况【1 1 卅2 1 。 第三章物料结构模型和优化调度模型 第三章物料结构模型和优化调度模型 31 物料结构模型 物科结构模型用于支持能力计划、产品质量设计等工艺主要包含产品数据 结构模型和质量模型。产品数据结构和质量数据相结合用于实现整体计划安排、 生产反馈和调度调整。产品数据结构和质量数据之间关系如图3 - 1 所示。 乎 巨】 巫 图3 - 1 产品数据与质量数据关系示意图 产品数据结构主要包含物料清单加牛产工艺。产品数据结构是系统的核 心，是质量跟踪与作业成本控制的基础。其数据结构模型如图3 - 2 所示： 匣高 第三章物料结构模型和优化调度模型 图3 - 2 产品数据模型 全面的质量管理是冶金企业的重要环节，因此在质量模型中必须将各项标准 分解成计算机语言输入系统。包括产品标准管理、钢种管理、质量检验规范管理 掣1 扣悯。如图3 3 所示 汐歹”叨羽汐2 ”2 弼8 2 霸眵”2 ”8 ”弼 镕质鬣标准 j e 钢 种诤瑾化学成分j 跪女2 纽勰2 盆篮翻盔g 赶缁隧琵盛施施妊啦垃幺缸幺鲞物琵如幺幺幺缸弛血盔溯 圆 是盎一量质匿蝴 第三章物料结构模型和优化调度模型 3 2 优化调度模型 在整体优化调度处理中考虑机组生产能力和机组生产不同规格品种的效率， 以企业获得最大利润为目标建立优化决策模型。确定合同计划需要包含哪些类型 的客户订单和市场预测信息。考虑机组生产能力，考虑机组生产不同规格品种的 效率，进行产能的粗平衡，争取最大利润的决策目标。 钢种规格为s l ，为钢种规格序号，n 为钢种规格总数。 生产机组为m 曲，g = l lg ， = i lh g ，g 为生产工序号，冷轧生产线共有酸洗、 轧制、脱脂、退火、平整、纵剪、拉矫等共七道主要工序，j i l 为机组序号，以为 第g 道工序中机组的总数。 生产墨钢种规格产品的利润为毋。 机组的生产能力为砀，锄的计算为合同计划制定周期内的额定工时 减去维修工时和故障工时。 机组生产s 的生产效率为，( 单位时间生产吨数) ，当机组不能生 产s 时，则洲= 0 。 设某客户f ，i = i l ，的订单对于钢种s 的订货量为q ，制定合同计划时的计划 生产量为墨? ，为此次制定合同计划时考虑的客户总数。由于每个客户对于企 业的重要程度是不同的，因此，我们设对于某客户i 重要程度的衡量因子为c i 。q 随着客户重要程度的不同而不同，可能是一个确定的数字，也可能是一个 ( q ，一耐? ) 的一个函数。一般来说，越重要的客户的q 越大，这样可以保证对企 业重要的客户的订单能得到更多的满足。当然，如果某客户定单要在这个合同计 划的生产周期内交付，e 也可以看作是拖期惩罚因子。为了方便起见，并通过与 销售部门的协商，实际应用时我们认为它是一个常数。 由于我们以用户订单和市场预测相结合的方式制定合同计划，因此，我们假 设在合同计划制定周期内，对墨的需求预测量是一个随机变量“它服从某一分 布。确定考，具体属于某一分布，需要大量的统计数据进行统计分析才能得到结论， 为了方便使用起见，我们以口j ，岛1 区间上的均匀分布为例。 设由预测产生的墨的计划生产量为彤，如果我们暂且不考虑机组生产能力 问题，假设机组有足够的生产能力，其生产效益叩，也是一个随机变量。设蜀为生 产量小于实际需求量的销售损失因子，b 为生产量大于实际需求量的库存损失 因子，则效益函数7 7 ，为： 。、f 另墨一k 1 皤一墨2 )白墨2 ) 栌肌劲2 俺喝( 吊一z ) 。蠢， 为此，我们考虑怎样确定研舢，使，7 ，的平均效益最大，既砌，最大。我们以毒， 第三章物料结构模犁和优化调度模型 服从【口，6 f 】的均匀为例，这时有分布密度函数： 肛，= 胪咱耋裳嚣 e ne = e h ( x ) f ( x ) d x 。i 与畦( 毋+ 心) 【( 墨2 ) ) 2 一孑】一心舛2 ) ( x f 2 ) - - a 1 ) + ( 弓+ 蜀) 哥2 ) ( 岛一墨2 ) 一三q 砰一( 霹2 ) 2 】) 我们将上式对霹2 求导并令其等于零，则得到 j 1 2 ) ；r 2 a , + p i b l + k l b l，：也 i b + k 、+ k ， 时，平均效益值最大。 以上是在不考虑机组生产能力的情况下的优化决策，但这种假设不符合实际 情况，特别是市场需求量大于机组生产能力时，必须考虑机组生产能力，因此， 设由预测产生的墨的计划生产量为硝2 ) 需要满足以下约束： 0 矗2 冠2 ，：i ln 上述的合同计划制定决策可以归结为求解以下线性规划方程。 施 4 ( 1 ) g v 、 n， 脚( 4 = 写匹砑+ 墨2 ) 一c ；踢一霹) 】g = 1 , 2 , 3 ，4 , 5 , 6 , 7 ( 2 ) f - lf - 1f _ 1 ， s t ( 硌+ 磺) 锄 砀h = l l 乓，g = l 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 ( 3 ) 1 = 1f - l h 。jl、 艺硌- 砑 i = i ln , g = 1 , 2 , 3 ，4 , 5 ，6 , 7 ( 4 ) o 墨动墨刁 l = i ln ，g = l 2 , 3 , 4 , 5 ，6 , 7 i = i ln , i = i l1 ( 6 ) ，= 也 ( 7 ) 这里 y * g 1 h l i 表示的是第g 道工序第 号机组生产昂产品的数量。( 1 ) 式表示的 是如果没有确定瓶颈工序，则从所有工序的最大获利量中取最小的决策为此次合 第三章物料结构模型和优化调度模型 同计划的最优决策。如果已经确定出生产的瓶颈工序( 里碑冷轧板材有限公司的 瓶颈工序既为退火) ，就不需要( 1 ) 式，只需要计算对于瓶颈工序g 的决策即可。 由上述( 1 ) ( 7 ) 中解得x i ( i = i l ，) 为此次制定合同计划分配给客户i ( i = 1 l ，) 的最优生产量，卅2 ) 为市场预测部分的最优生产量删。 第四章系统功能设计 4 1 系统结构 第四章系统功能设计 生产调度和排产主要是以用户订单和市场预测相结合的方式制定合同计划， 并以此为基础制定主生产计划，对生产进行驱动。在制定合同计划时，考虑机组 生产能力和机组生产不同规格品种的效率，以企业获得最大利润为目标建立优化 决策模型，确定合同计划需要包含哪些产品类型的客户订单和市场预测信息。考 虑机组生产能力，考虑机组生产不同规格品种的效率，进行产能的粗平衡，争取 最大利润的决策目标。因此在系统中首先要将人工排产经验总结为排产规则，把 各种产品生产的工艺进行总结，从而建立生产工艺指导书档案；并且依据工艺指 导书档案和排产规则进行销售合同合并处理和优先级处理、生产工程中的工序作 业计划处理以及各种实时再调度处理。 4 2 计划排产规则 根据以销定产的原则，企业生产计划一般包括销售计划和生产计划。销售计 划根据客户和市场情况制定整体计划；生产计划在销售计划的基础上，根据当前 生产车间、生产设备、原料等凶素制定更实际、更优化的实际作业计划。 计划排产的合理性受多种因素影响，排产的目标就是实现企业资源的综合平 衡，主要实现以下平衡目标： 1 ) 生产任务与生产能力之间的平衡； 2 1 生产任务与生产力之间的平衡 3 ) 生产任务与物资供应能力之间的平衡 4 ) 生产任务与生产技术准备之间的平衡 5 ) 生产任务与资金占用之间的平衡1 2 5 4 2 1 销售计划的编排规则 销售计划的制定是一个复杂而又灵活的过程，它的编制受到各种因素的影响 ( 如人为因素、客户关系、原料、生产部门等等) 。因此，销售部门在编制销售 计划的时候通常会根据这些因素对不同的合同明细进行很灵活地分配，同时这一 过程存在着许多随机的因素，在为合同明细分配生产数额的时候不仅仅受到该合 同的紧迫性及原料数量的影响，人为因素在此中也会占有很大的一份比重。根据 销售计划和合同处理的规律和生产工艺的特点，总结如下排产规则r 1 ： 第四章系统功能设计 1 ) 根据合同、市场预测及协议的具体内容，制定整体计划。 2 ) 根据原料库中现存原料以及预测原料的情况，从合同中确定具体能够生 产的明细项目( 包括合同预测及协议项) 。由计划中的数量、原料规格及 钢耗来确定该计划所需的原料件数。 3 ) 从未排合同中抽取规格、技术要求、原料等参数一致的明细项目合并为 一个计划，且要满足交付期的要求。 4 ) 对合并的计划按照等级进行排序。同等级内，以此次参加排序的签订最 早的合同中的明细顺序来排列计划，合同预测的排在最后。 4 2 2 生产总计划编排规则 生产调度计划是整个生产流程的前提和龙头。冷轧工艺的各个工序，如酸 洗、轧机、退火、平整、精整等的运作基本依照生产计划的调度进行操作，因此， 制定生产计划必须考虑实际中的各种情况，以利于生产的顺利进行。与销售计划 的制定相比，生产计划主要是根据实际中的机器情况来编排，灵活度相应降低很 多，并且在长期的生产过程中，生产调度人员以最大程度地减少加工时间为目标， 摸索出了一整套的生产计划编排规则。因此，利用人工经验形成的规则和一些优 化技术，可以自动为生产调度人员生成一个完整的生产总计划。但是由于实际的 情况相当复杂，也应该留有充分的灵活性，使调度人员能根据实际生产的情况对 自动生成的生产计划进行调整。 在冷轧板材的生产中冷轧机组是整个生产流程的关键工序，决定着全部生产 流程是否连贯顺畅，制定保证冷轧机组全负荷生产的计划也是整个排产的任务重 点。因此，冷轧机组的编排规则成为形成主生产计划可行解的主要约束条件。根 据对冷轧板材生产调度组织特点的分析，总结如下规则r 2 ： 1 ) 块内以宽窄初排，先宽后窄 2 ) 同等宽度的情况下，以薄厚排序，先薄后厚 3 ) 换支撑辊的情况 4 ) 换支撑辊后需要一段时间预热，为了加快其预热速度，在编排总计划时 要加以调整( 已知是否此次计划需要时，选择换支撑辊排法) 。方法是将 轧制厚度厚的计划号放在前面( 必须其原料是同一宽度，同一产地的) 5 ) 看成品的钢种号，如果不需要轧制则排在最后。( 钢种号存在标准库中) 6 ) 上级要求加急完成。 4 3 工艺指导书档案 冷轧板材的产品品种繁多，而且根据规格、等级、尺寸公差的要求不同，生 第四章系统功能设计 产制造经过的工艺路径，执行的工艺规范和工序的操作、设备要求会发生很大变 化。建立工艺指导书档案为销售人员确认客户订货提供依据，让销售人员知道企 业能生产及销售的产品，以及对工艺和时间的要求，是连接客户、销售及生产的 桥梁。同时工艺指导书为生产计划部门审核配料、生产排程提供依据，并提供规 范给生产工厂进行生产、放行，指导仓储运输部门按标准包装、装载、运输。 4 4 销售计划和合同处理 根据客户合同或协议的定货要求( 产品品种、质量要求、特殊要求、重量、 交货时间等) 和企业对于市场行情分析出的市场预测形式，同时结合各种产品的 工艺要求( 工艺路径、工艺规则以及各个工序的工作辊、支撑棍要求和所需时问 等) 和企业本身各主要生产工序上机组的生产能力，制定一定阶段的销售计