鋼鐵聯合企業的計劃與調度系統

［摘 要］鋼鐵企業的計劃與調度是企業高效組織，有序生產，保證產能、經濟效益最大化的最核心的生產管理功能。計劃部分需要考慮板型設計、物料計劃、生產計劃等，在詳細的排產階段需要設計熱金屬交付、連鑄、軋制等時刻表甘特圖。

［關鍵詞］鋼鐵生產；計劃；調度

doi:10.3969/j.issn.1673-0194.2009.15.007

［中圖分類號］F207.7Y；TP315［文獻標識碼］A［文章編號］1673-0194（2009）15-0023-02

1 前 言

鋼鐵企業由為數眾多的生產單元和設備構成，生產過程都是在高溫下完成，每個工藝環節都有許多實際的而且是復雜的約束，需要一套生產信息管理系統來支撐生產管理活動。本文探討鋼鐵企業生產管理的核心內容：計劃與調度［1］。生產計劃與調度要綜合考慮產品要求、生產限制、顧客優先級的諸多因素，是一項典型的系統工程。

2 方案架構

一個鋼鐵企業的計劃與調度系統的總體整合架構和各模塊之間的相互關系如圖1所示。需求模型和業務優化負責整個企業的長期規劃。ATP（Availabilty-To-Promise）就是根據庫存產品的信息對客戶的需求做出交貨期承諾，以求縮短交貨期和庫存水平；CTP（Capability-To-Promise），對于沒有得到庫存匹配的訂單，根據企業的加工能力給出的交貨期承諾［2］。

板型拼接功能優化鋼板的切割設計，使損耗降到最低；材料計劃功能負責為每個生產步驟分配合適的原料；生產計劃功能根據各種要求與限制來制訂中期計劃：周生產計劃，通常包含最終客戶、鋼種、產量、交貨期等信息。

調度也稱為排程，基于生產計劃排定的時刻表排列，除了鋼種產量等信息，還包括每個主要工藝段、設備的加工開始結束時間， 調度計劃通常是以天或班組為單位排定的。調度時刻表比生產計劃更詳細，可以直接作為生產依據。液態金屬調度、連鑄機調度和軋鋼調度負責各自工藝段的詳細時刻表計劃的制訂。在線板坯分配為板坯選擇最合理的生產路徑；運輸調度要安排各種魚雷罐車、天車、軌道的使用，為各種產品分配運輸工具、目的地和運輸時間；調度仿真器進行離線生產過程模擬。

3 計劃系統

3.1 生產計劃

生產計劃模塊是一個生產的產能計劃工具，它的目的是實現自動計劃生成。它使用和產能相關的信息，如設備產能、生產約束和運營戰略，并且為每個工作單生成開工、結束時間。

生產計劃模塊的處理流程和輸出結果是根據計劃的參數和規則來排定的。排產規則用來控制一些排產的因素，比如訂單的優先級和產品分組。生產計劃模塊也能生成一些報表比如產能的消耗情況、機組的資源利用率、發生延遲的訂單和庫存水平等。該功能幫助我們實現生產提前期最短，庫存最少。

3.2 生產計劃的原則

生產計劃模塊將生產任務安排到設備的空閑周期，避免生產瓶頸，生成作業次序。

3.2.1 順排計劃和倒排計劃

（1）倒排：工作單按照時間的加工過程的順序，先排定靠后的生產過程的加工時間，逐步向前順推出前邊生產過程的加工時間。例如先排連鑄，再排煉鋼。

（2）順排：工作單按照時間的加工過程的順序，先排定靠前的生產過程的加工時間，逐步向后順推出后邊生產過程的加工時間。例如先排熱軋，再排冷軋。

（3）在實踐中生產計劃模塊可以執行多次的順排和倒排以得到最終的生產計劃。

3.2.2 有限產能計劃和無限產能計劃

（1）有限產能計劃遵守工廠里的每個資源的產能限制。這是生成生產計劃的正常條件。

（2）無限產能計劃不考慮產能的限制，所以每個訂單只根據定義好的加工時間來設定時間序列。

4 作業排程解決方案

4.1 液態金屬作業排程模塊

液態金屬調度模塊管理各種準備活動、生產活動、后處理活動時間消耗與順序序列，同時監控各種計劃的和故障性停產，在排定生產時序的過程中適當加入緩沖期，以使排出的計劃能夠抵御一定的擾動。給出的時刻表的序列通常由甘特圖來顯示，供生產管理和操作人員查看。本模塊的核心是一些調度算法，用來選定生產路徑與每個生產操作的開始結束時間。生產進行的過程中要實時監視生產的完成實績，發現各種沖突與不足，及時進行動態調度以修正靜態調度的不足。調度模塊會給出在特定情況下的推薦操作以應對各種突發事件。

除車間內部的設備時刻表外，液態金屬作業排程還要管理如下主要功能：天車調度、熱金屬交付調度、鋼包調度、溫度模型等。

4.2 連鑄機作業排程

作業排程模塊用來生成合理高效的連鑄機作業序列。排程是系統在后臺運行的任務，當排程完成時，系統返回排程結果供審查。系統的排程過程用視圖顯示每個中間包的工作單的作業順序。主要考慮的因素有：中間包等設備的壽命限制、經濟爐數等前提條件，不同的流數、寬度、厚度、速度設定。正是由于煉鋼連鑄生產具有如上的工藝約束，加之通常配置有并行設備，使得煉鋼-連鑄生產調度具有工件等待時間受限的混合流水車間調度問題的特征，但由于在連鑄階段，爐次受到必須按澆次分組連續加工的工藝限制，使得煉鋼-連鑄生產調度與一般混合流水車間調度問題相比有其特殊性［3］。

4.3 熱軋作業排程模塊

該模塊用于傳統的熱軋軋機和冷軋軋機的排程，并能支持和連鑄機的熱送熱裝。主要考慮鋼材種類選擇、軋制屬性設定、換輥、批次切換停機時間和啟動條件等。

熱軋作業排程和其他的一般的生產排程一樣是NP-Hard的［4］，通常用啟發式規則庫、約束滿足等方法完成排程。排程結果是軋制單元的時間序列，用戶可以決定拒絕還是下發該作業序列。排程過程中，系統會選擇適合于熱送熱裝的工作單。

5 運行效果

2008 年項目完成后，該鋼鐵聯合企業發生了顯著的變化，更能適應客戶的苛刻要求。熱軋產品的交貨期降低了23%，僅需29天；冷軋產品的交貨期降低了31%，僅需47天。按時交貨率有大幅提升，出口產品的按時交貨率由73%提高到86.5%。庫存顯著降低，進而降低了生產成本。以前每月有41萬噸的庫存，現在的庫存降到了31萬噸，庫存周轉率是12。材料的企業內運輸顯著減少，減少了產品在企業內部的周轉時間，更加合理地使用了各種運輸工具。

主要參考文獻

［1］ 李鐵克，孫林，杜景紅，李蘭英．煉鋼車間MES中的生產調度系統［J］．冶金自動化，2003（5）：22-25.

［2］ 王宇，蔡洋，李鐵克．鋼鐵企業訂單排產中的ATP與CTP模型［J］．科技和產業，2005，11（5）：37-39.

［3］ 孫玲．煉鋼-連鑄-熱軋計劃與調度方法研究［D］．北京: 北京科技大學，2007：122.

［4］ 李鐵克，郭冬芬．基于約束滿足的熱軋批量計劃模型與算法［J］．控制與決策，2007，22（4）：389-393.

Planning Scheduling System of Iron Steel Production

ZHOU Yong-liang，LI Tie-ke

（ School of Economics and Management， University of Science and Technology Bejing， Beijing 100083， P.R. China）

Abstract：Planning Scheduling is the central part of production management in Iron Steel enterprises， which optimizes logistics and save the cost. In the phase of planning，there are many modules， such as， Plate Combination， Material Management and Production Planning. The Gantt chart of liquid metal， continuous casting and rolling will be arranged in the scheduling phase。

Key words：IS Production; Planning; Scheduling