超薄鋁箔加工的動態(tài)集成排產(chǎn)方法研究

顧俊 高崇偉 舒竹霞

【摘 要】超薄鋁箔的制造在我國的生產(chǎn)越來越多的被關(guān)注，其生產(chǎn)方面具有流程性生產(chǎn)、離散加工和裝配生產(chǎn)的特征，根據(jù)這些特點建立了眾多的模型，推導(dǎo)出狀態(tài)變化的迭代公式。為了保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行、訂單的及時交貨和能耗的降低，生產(chǎn)上運營了啟發(fā)式的方法來優(yōu)惠排序。運用排產(chǎn)方法進(jìn)行排序和裝爐的計劃調(diào)整增減計劃和在線生產(chǎn)的控制。

【關(guān)鍵詞】鋁箔 加工 排產(chǎn) 優(yōu)化

鋁箔的生產(chǎn)，在工藝方面和材料的使用方面要求都比較高。需要的工藝流程復(fù)雜，要經(jīng)過焙鑄、熱軋鑄軋、冷軋、箔材軋制、分切等加工工藝和熱處理過程才能對鋁制品進(jìn)行加工，工序比較長、難度比較大。鋁箔的生產(chǎn)技術(shù)不斷的發(fā)展使我國在鋁箔方面的消費比例不斷的提高但是鋁箔的生產(chǎn)水平還依然存在很多問題，對于加工方法還有待研究。本文對超薄鋁箔的加工動態(tài)集成排產(chǎn)方法進(jìn)行研究。

1熱軋問題的使用方法

1.1數(shù)學(xué)規(guī)劃方法

在熱軋的問題上，我們早期使用的方法是數(shù)學(xué)規(guī)劃的方法。數(shù)學(xué)規(guī)劃模型的使用是利用動態(tài)的規(guī)劃方法對離散鋼鐵企業(yè)的優(yōu)化生產(chǎn)問題進(jìn)行解決的。PVC板生產(chǎn)中的多開工時間調(diào)度問題開發(fā)出了一種TABU搜索啟發(fā)的算法，這種算法的應(yīng)用很大程度上減弱了開工時間的調(diào)度問題。分支界定算法的出現(xiàn)是對無縫鋼管的軋制進(jìn)行多階段的分批調(diào)度問題的解決。而在軋機、加熱爐、能力損耗和制造成本方面的調(diào)度目標(biāo)模塊所使用的是分支界定求解的方法。在國外，這幾種方法得到了廣泛的應(yīng)用但是應(yīng)用的時效性受到了限制。

1.2非數(shù)學(xué)規(guī)劃的方法

非數(shù)學(xué)的規(guī)劃方法可以分為兩大類，主要是啟發(fā)式方法和人工智能的方法。啟發(fā)式方法是通過對計算過程和評價指數(shù)的運算在比較短的時間里，有意識的尋找最佳的解決方案。COWLING提出了一種決策系統(tǒng)，這種決策系統(tǒng)是以鋼鐵熱軋過程的多模型為依據(jù)，利用TSBU的算法對調(diào)度問題進(jìn)行有效的解決。熱軋調(diào)度問題的簡化是PCVRP的模型，同時提出了基于大規(guī)模鄰域定義的局部搜索方法。模擬退火算法有時候也被用于求解熱軋調(diào)度的相關(guān)問題。

1.3數(shù)學(xué)模型的建立

我國的研究者陳雄創(chuàng)造出了軋制批量計劃問題的數(shù)學(xué)模型，這種數(shù)學(xué)模型分為啟發(fā)式算法和模擬退火算法。我國在熱軋批量計算問題的約束滿意問題進(jìn)行了處理，對軋熱問題的PCTSP建模和該模蟻群的蒜放方面做出了研究。針對軋熱問題的CVRP建模還提出了混合免疫算法。

上述的這些方法都是軋制生產(chǎn)中的優(yōu)化排產(chǎn)的基本理論和方法。由于我國超薄鋁箔的生產(chǎn)不斷的發(fā)展，生產(chǎn)要求也隨之提高，在排產(chǎn)計劃和熱處理方面要使生產(chǎn)具有動態(tài)性就要根據(jù)具體實際進(jìn)行任務(wù)的不斷完善和添加，隨時對排產(chǎn)計劃進(jìn)行調(diào)整，排產(chǎn)的相關(guān)實時性要求和方法要快速的計算，增加可靠性和實用性特點。

2代數(shù)法建模

2.1符號函數(shù)的定義方法

I設(shè)置為鋁卷號，I=1，2...，P。J為設(shè)備的編號，J=1，2，...，M。工藝路線矩形陣R。R是n*m型矩陣，其中元素R表示鋁卷I在加工工藝路線中設(shè)備J所占的順序位。鋁卷號關(guān)系表E%表E中每行代表一個鋁卷號的屬性、各列分別表示物料編碼、爐架號、直徑、計劃開始時間、加工時間、設(shè)備編號、工藝順序號其中物料編碼、設(shè)備編號、工藝順序號、加工時間的數(shù)據(jù)來源于工藝路線矩陣和加工時間矩陣。圖1所示為爐架和鋁卷的幾何尺寸其中a、b、h分別代表爐架的長、寬、高。條件如下所示：

H=h1+h2+h3

r1>r2>....rk rk+1>rk+2>....>rk2k

上排

h1>r1 h2>r1 u1=r1 u2=r1+r2

下排

H3>rk+1 h2>rk+1

圖1.爐架和鋁卷的幾何參數(shù)

2.2第一次排序

第一次排序是對訂單池中的鋁卷進(jìn)行排序，排序按照重要的程度和緊急的程度進(jìn)行安排，優(yōu)化的準(zhǔn)則體現(xiàn)在評價指數(shù)當(dāng)中。對調(diào)度問題的NP難度性，要選擇計算量不大，計算時間不長的效果優(yōu)化好的啟發(fā)式目標(biāo)函數(shù)作為評判的標(biāo)準(zhǔn)。

兼顧能夠?qū)υO(shè)備的使用率提高、合同按照完工率和裝爐系數(shù)等進(jìn)行多樣性目標(biāo)的歸集，評價的指數(shù)可以參照鋁卷號和爐架號進(jìn)行歸類。第一次排序是對任務(wù)中的全部鋁卷進(jìn)行加工，按照從小到大的順序進(jìn)行排序。

2.3第二次排序

第二次排序是第一次排序的升級，把第一次排序截取的歸屬于統(tǒng)一最佳的鋁卷進(jìn)行內(nèi)部的排序，使呂佳能夠安裝更多的鋁卷，這樣能夠節(jié)省熱處理電費。這種方法也被稱為爐次計劃，計劃的步驟主要體現(xiàn)在：

首先，在按照排好的序列中從前向后截取鋁卷直徑之和小于或等于2a最好接近2a的鋁卷子序列。

其次，從這種子序列中對鋁卷進(jìn)行選擇，每隔一個選取一個，按照鋁卷的直徑大小排列，排列順序是由小到大的排列順序。

最后，將該兩段鋁卷分別擺放在支架的上下兩排，對每個鋁卷的位置是否滿足約束條件進(jìn)行檢查，如果符合則排產(chǎn)成功，進(jìn)行下一步，如果沒有成功就要對兩端序列進(jìn)行保留。截取兩端子序列，在四段中選配評價指數(shù)最小的又能滿足條件的方案。然后輸出鋁卷的兩次排序方式和爐架上的擺放方式。

2.4狀態(tài)賦值

當(dāng)設(shè)備為退火爐時，設(shè)定編號為K，設(shè)備軋機時設(shè)定編號為J。這種情況下設(shè)備的變量的計算方式主要有三種，分別表示為：

首先，設(shè)備編號為軋制設(shè)備時每一個爐架的第一鋁卷開工時間為上一道熱處理時間與本輪最后一個任務(wù)完成時間的最大值。每一個爐架非第一個鋁卷軋制工序設(shè)備加工最近的鋁卷被上一道工序加工完畢是具有以下公式：

在設(shè)備J沒有加工鋁卷時，鋁卷被上一道程序加工時的公式是：

在這里i表示設(shè)備k加工的上一道鋁卷，熱處理工序的狀態(tài)時間是在當(dāng)前設(shè)備加工的前一個爐架的結(jié)束時間和當(dāng)前鋁卷時間的最大值。

3結(jié)語

綜上所述，本文從鋁卷的排產(chǎn)方法、爐架的布置以及生產(chǎn)的調(diào)度方面對超薄鋁箔的生產(chǎn)排產(chǎn)方法進(jìn)行了研究。按照訂單的需求進(jìn)行先后的排序，在同一個鋁卷在爐架上的合理排放方式進(jìn)行了分析。超薄鋁箔具有工藝流程復(fù)雜性的特點，我們要對對象進(jìn)行合并、分割、集中的特點運用相應(yīng)的代數(shù)方法進(jìn)行模型的建立以此促進(jìn)按時完成訂單和節(jié)能減排的一員。

參考文獻(xiàn)：

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