基地間物料共享智能化平臺開發和應用

摘要：介紹了基地間物料共享智能化平臺的方案設計、系統設計、系統實現和實施效果。基地間物料共享智能化平臺應用后更好地將余材分配給有需求的合同，從而降低庫存余材，降低合同余材，提高物料利用率，對于鋼鐵企業的降本增效具有重要的意義。

關鍵詞：跨基地 余材充當 現貨量 智能化

0 引言

隨著鋼鐵產品的不斷升級和迭代，用戶小批量、多品種的需求日益增多，比較零散的合同在煉鋼生產的過程中會產生余材，如果長時間無法對應合同，就形成了庫存，這部分庫存大多只能降級銷售，影響了公司整體的經營業績，如何提高帶出物料的銷售價格，盡可能以正式合同的形式消化，是提高企業整體經營業績的重要方面。國內先進企業如寶鋼股份公司、德勝鋼鐵集團有限公司，依靠強大的信息系統支撐，實現了以客戶為導向的業務全流程的運作，實現了客戶、質量、生產、成本等業務的統一管理，取得了良好效益，2021年首鋼股份公司上線了“精準化物料配置智能管控技術開發應用平臺”，在股份公司內的煉鋼、熱軋、冷軋工序實現了余材與合同的自動匹配，經過人工確認后掛單，比人工掛單匹配不僅提升了效率，還減少了少掛、漏掛的現象。

通過對行業現狀的研究，以及股份公司在此領域累計的實施經驗，參考國內先進企業實施案例，圍繞管理統一、資源集中、效率提升等核心指標，利用互聯網及先進信息技術，進行流程優化、模式創新，以自主研發的方式實現余材物料智能化管控，融入股份生產管理模式，打造余材物料充當新模式，實現跨地域、多基地、多賬套的一體化物料智能應用系統，提升物料周轉流通利用率，提升基地協同管理水平，扭轉目前鋼鐵企業所面臨的困境。

由于成本物流、產品認證等影響，股份和京唐兩地存在一些同質化的產品和合同，但余材充當只局限于本基地的合同和物料，跨基地匹配工作量大，對比成分和質量流程繁瑣，所以此項工作開展比較困難。由于兩個基地的內設計不統一，所以依靠人工對比化學成分和性能，需要人工篩選出無效庫存和合同，逐一比對合同和物料的匹配關系，人工逐一核對效率低下，因此業務亟需系統支撐解決跨基地余材充當現狀。

1 方案設計

本次項目擬在基地間物料共享方面進行研究，并形成相關解決方案和配套軟件功能。

主要研究內容如下圖所示：

基地間物料共享智能化平臺開發主要集中于多基地余材充當功能的實現，功能主要完成物料跨基地間阻礙實現信息資源共享與降本增效，提升庫存物料流轉率，降低無效庫存比例，實現基地間互利共贏的合作新局面。

基地間物料共享智能化平臺應用的技術難點在于：

1、在基地物料不同的“三對一”制造工藝對應關系下，如何科學規范地建立基地間物料的充當規則，通過規則校驗約束確認充當跨基地合同是否可行；

2、余材匹配推薦出合同結果信息，如何將可充當物料掛單至不同賬套下合同，實現對應合同變更，減少物料周轉倒運是關鍵業務提升點。

2 系統設計

針對首鋼一業多地的余材與不同基地的合同匹配問題，充分分析余材類型和特點，建立完善的匹配規則，克服基地間物料出鋼標記、成分體系、質量設計、工藝要求等異常因素的影響，實現余材物料多基地、智能化充當，提升余材利用率。

2.1 主要內容

（1）建立規則匹配基表：完成基地間物料匹配關系對照基表，為基地間的物流匹配提供依據。

（2）材料查詢：查詢不同基地間所有可用余材明細信息數據，將查詢結果顯示在充當結果推薦界面。

（3）合同查詢：查詢所有允許掛單合同明細信息數據，將查詢結果顯示在充當結果推薦界面。

（4）推薦結果：根據充當推薦規則，后臺將滿足規則的合同與物料篩選出來。

（5）充當執行：根據推薦結果，結合庫存實際，人工確認無誤后，進行充當操作。

（6）進程終止：將匹配算法運行進程結束。

2.2 模型構建

考慮余材充當的合同計劃編制概述如下：假設計劃展望期T內有N個合同需要交貨，共有J道工序、K種鋼級的余材，每個合同的重量、交貨期及其生產路徑、材質規格已知，每個生產合同通過的工序確定，每道工序的能力一定，在滿足能力約束和前序關系的前提下，安排合同進行庫存匹配（每個合同只能匹配一種庫存余材）或生產（在每道工序通過的時間），使所有合同的總懲罰最小（假設每個合同在同一時間段最多只可完成兩道工序）。每個合同可以有庫存匹配、生產、合同取消三種選擇。

（1）模型的構建

1）模型相關變量

ωi—合同i的需求量；Qk—余材k的期初庫存數量；Ejt—工序j在時段t的產能；[ai，bi]—合同i的交貨期窗口；α—單位產成品拖期懲罰系數；γ—單位產成品提前懲罰系數；ξ—單位產成品取消懲罰系數；λs—單位半成品庫存成本；λg—單位產成品庫存成本；μ—期望最低負荷率系數，為（0，1）之間的值；υ—產能未充分發揮的懲罰系數；Ijo—第j道工序的期初庫存量；Ij max—第j道工序的最大庫存量；J′—該工序完成后產品形態為半成品，I≤J′＜J；Ji—合同i的最后一道加工工序，對于半成品合同，Ji= J′；對于成品合同，Ji = J。

2）決策變量

（1）

（2）

（3）

其中i=1，2，…，N，表示合同號；j=1，2，…，J，表示工序號；t=1，2，…，T，表示時間段。

設每個合同最多只能和一種庫存余材匹配，合同i所要求的鋼級為k’，實際匹配余材的鋼級為k，匹配費用定義如下：

（4）

其中，gkk′表示以好充次的單位費用，hik表示合同i和鋼級為k的余材的匹配量。

3）目標函數

①提前拖期懲罰

（5）

②取消懲罰—保持完整性

（6）

③“以優充次”成本

（7）

④庫存成本

（8）

⑤生產能力未充分使用懲罰

（9）

將上面5個函數相加得總目標函數：

（10）

s.t.

（11）

（12）

（13）

（14）

（15）

（16）

（17）

（18）

（19）

（20）

（21）

（22）

（23）

其中，約束（11）表示半成品庫存匹配的數量限制；約束（12）表示合同不能既匹配又完全生產，且每個合同最多只能匹配一種板坯；約束（13）表示工序的產能約束；約束（14）和（15）表示半成品合同生產工序的時間一致性和前序關系；約束（16）表示完成庫存匹配后的成品合同，必須經過后續所有工序；約束（17）表示對于完成庫存匹配后的成品合同，進行后續工序加工的前序關系；約束（18）和（19）表示對于不進行庫存匹配的成品合同，各工序加工的時間一致性和前序關系；約束（20）表示半成品合同加工不經過后續工序；約束（21）表示匹配后的成品合同不經過前半部分工序；約束（22）表示每個合同在同一時間段最多只可完成兩道工序；約束（23）表示各工序在各時間段內的在制品庫存不能超過庫存限制。

2.3 系統管理

（1）權限管理：根據系統所設置的安全規則，用戶被指定不同的用戶角色，只能訪問自己被授權的資源。在系統層面上區分出功能權限與數據權限。功能權限，只能訪問被賦予權限的內容，包括頁面及功能按鈕等；數據權限，每個用戶同樣也只能訪問被賦予權限的數據而不能訪問其余的數據。權限管理能夠保證系統功能及數據的穩定運行。

（2）安全管理：通過對外部網絡、用戶訪問進行跟蹤記錄保證數據的穩定，避免數據崩潰。對于外部網絡用戶的訪問要及時跟蹤，發現問題能夠準確定位。

（3）任務管理：為了能夠最大限度增強用戶體驗感，系統設置消息推送來通知發布的內容，保證客戶能夠第一時間掌握行情的動態及合同執行情況。

（4）數據同步管理：建立完善的數據驗證、傳輸設備的監控體制，多系統間的數據如出現不一致的情況通過郵件報警或明細報表的形式進行展示。

3 系統實現

3.1 技術路線

“業務問題分析及基地間物料共享智能化平臺開發和應用規則制定-＞應用平臺規則模型建立及軟件功能實現-＞針對業務場景實現可配置軟件功能-＞整體解決方案”相結合的技術路線，堅持以創新為核心的基本原則，把軟件的可配置業務分析功能與企業的實際需求緊密結合，以技術的實用性和先進性為出發點，切實解決基地間在余材匹配至合同，人工確認掛合同實現充當過程中遇到的多方面的實際問題。

3.2 系統功能

針對首鋼一業多地的余材與不同基地的合同匹配問題，充分分析余材類型和特點，建立完善的匹配規則，克服基地間物料出鋼標記、成分體系、質量設計、工藝要求等異常因素的影響，實現余材物料多基地、智能化充當，提升余材利用率。

（1）充當規則校驗：京唐物料數據已通過遷鋼制造管理系統中在制品或成品匹配規則檢驗，包括材料規格和成分表等信息，確保具備掛至遷鋼合同的條件。

（2）材料查詢：查詢不同基地間所有可用余材明細信息數據，將查詢結果顯示在充當結果推薦界面。

（3）合同查詢：查詢所有允許掛單合同明細信息數據，將查詢結果顯示在充當結果推薦界面。

（4）推薦結果：根據自定義的充當推薦規則，后臺將滿足規則的合同與物料篩選出來，顯示物料與合同匹配結果。

（5）自動充當執行：根據推薦結果，結合庫存實際，人工確認無誤后，進行充當操作，待規則準確無誤后，自動充當執行推薦結果，將獲取到的京唐物料自動匹配出滿足充當條件的遷鋼合同號。

3.3 系統接口

（1）物料與合同數據接口：該系統需要從遷鋼股份公司信息系統獲取需要優化配置的跨基地物料明細數據（板坯、鋼卷、鋼板等）和合同明細數據（包括折算到各個工序的產品規格數據）。

（2）匹配規則參數接口：匹配規則中涉及大量的與生產過程相關的參數，用于表明物料與合同的適配條件。這些參數需要通過人機交互方式進行設定和調整，并以數據表形式存儲于股份公司信息系統服務器。基地間物料共享智能化平臺需有權限隨時對服務器中的參數表進行讀寫操作。

（3）系統接口：因基地間物料共享智能化平臺開發和應用項目在制造管理系統開發，與京唐制造管理系統交互通過數據庫xjob方式推送物料數據信息，無需建立新的外部接口通訊。

4 實施效果

2021年現貨發生率9.54%，2022年系統上線初期現貨發生率8.76%，月均現貨量5.75萬噸，2023年上半年月均現貨量5.46萬噸，降幅5.04%，目前月現貨發生率綜合降至7.93%，目標降至7.5%，應用效果顯著。

5 結語

大量余材對鋼鐵企業的生產經營造成了諸多不良影響，如成本升高、物流成為瓶頸、生產周期延長等。目前處理余材的一個簡單可行的方法就是將其充當給有需求的合同，一方面能夠避免重復煉鋼、消化余材，提高資源利用率；另一方面，能夠縮短合同的生產周期。綜上所述，如何更好地將余材分配給有需求的合同，從而降低庫存余材，降低合同余材，提高物料利用率，對于鋼鐵企業的降本增效具有重要的意義。