冶金行業(yè)復雜生產(chǎn)過程優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)

武雪飛

河鋼宣鋼物流公司

冶金行業(yè)復雜生產(chǎn)過程優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)

武雪飛

河鋼宣鋼物流公司

冶金行業(yè)的實時優(yōu)化調(diào)度過程強調(diào)整體性和實時性，針對復雜的產(chǎn)品生產(chǎn)過程、生產(chǎn)任務(wù)及要求，協(xié)調(diào)各種設(shè)備及各車間生產(chǎn)的正常運轉(zhuǎn)，保證生產(chǎn)過程運行平穩(wěn)、高效。本文研究的復雜生產(chǎn)過程優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)從企業(yè)全局出發(fā)，宏觀上利用生產(chǎn)作業(yè)計劃對生產(chǎn)過程分析、評價和調(diào)控，在保證全局生產(chǎn)平衡、滿足技術(shù)經(jīng)濟指標及客戶訂單要求前提下，對單元及設(shè)備進行優(yōu)化調(diào)度，微觀上對產(chǎn)品生產(chǎn)過程監(jiān)控、調(diào)整、執(zhí)行并實時反饋。

冶金行業(yè)；復雜生產(chǎn)過程；優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)

1 、前言

生產(chǎn)過程調(diào)度方法是生產(chǎn)過程調(diào)度問題研究中的核心內(nèi)容，其主要包括生產(chǎn)過程調(diào)度問題的建模方法和優(yōu)化方法.生產(chǎn)過程調(diào)度問題優(yōu)化方法主要用于在滿足生產(chǎn)過程調(diào)度問題中的工藝和資源等相關(guān)約束條件下，對調(diào)度策略進行優(yōu)化，以使某個或多個調(diào)度性能指標達到最優(yōu)或較優(yōu).

2 、冶金行業(yè)復雜生產(chǎn)過程調(diào)度的核心問題

冶金企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度的核心問題可總結(jié)為：

2.1 生產(chǎn)調(diào)度計劃

合理制定生產(chǎn)過程中各工序的生產(chǎn)進度表，按實際生產(chǎn)計劃展開設(shè)計生產(chǎn)計劃，按時間序列細分各個工序，同時配備監(jiān)視系統(tǒng)，如果生產(chǎn)過程中出現(xiàn)動態(tài)擾動情況，如計劃延遲﹑工序發(fā)生異常﹑合同變更或生產(chǎn)能力變化等，要求系統(tǒng)具有動態(tài)調(diào)整功能，維護生產(chǎn)作業(yè)的順利進行。

2.2 批量組合生產(chǎn)計劃

生產(chǎn)計劃的組織階段即按生產(chǎn)工藝路線﹑技術(shù)條件﹑設(shè)備的作業(yè)要求，將多品種﹑小批量合同來組織批量生產(chǎn)。集成化生產(chǎn)管理，能夠依據(jù)訂單﹑產(chǎn)品交貨期﹑工序約束條件﹑生產(chǎn)效率﹑庫存等，作出目標最優(yōu)的批量組合生產(chǎn)計劃。

3 、基于排序理論和規(guī)則的優(yōu)化調(diào)度方法

3.1 冶金行業(yè)生產(chǎn)過程調(diào)度問題描述

對冶金企業(yè)生產(chǎn)過程調(diào)度問題的描述是建立在三元組α/β/γ描述法之上。對冶金行業(yè)生產(chǎn)調(diào)度問題采用三元組描述法進行詳細分析。

3.1.1 α表示機器數(shù)量﹑類型和環(huán)境。機器包括設(shè)備﹑人力﹑技術(shù)和信息等生產(chǎn)當中使用的有限資源，將工作中心資源用一個等效工作中心類集合描述，總生產(chǎn)能力為所有具體工作中心生產(chǎn)能力之和。

3.1.2 β表示任務(wù)性質(zhì)﹑加工要求和各種約束。

生產(chǎn)約束規(guī)則主要有：

(1)產(chǎn)品優(yōu)先級約束。冶金產(chǎn)品按性質(zhì)不同分為正常品﹑新產(chǎn)品和軍工產(chǎn)品，優(yōu)先安排新產(chǎn)品和軍工產(chǎn)品；優(yōu)先安排客戶要求交貨期早的產(chǎn)品。綜合考慮各種因素，設(shè)置總優(yōu)先級系數(shù)，表示一個生產(chǎn)任務(wù)要求優(yōu)先安排的程度，按系數(shù)調(diào)度生產(chǎn)任務(wù)，構(gòu)成任務(wù)序列。

(2)生產(chǎn)工作中心使用要求。生產(chǎn)中應(yīng)區(qū)別對待每臺工作中心具有的使用特點，調(diào)度人員要重點考慮關(guān)鍵工作中心的生產(chǎn)安排，如為避免頻繁更換鋼種冶煉，必須合理安排煉鋼生產(chǎn)的冶煉順序。

(3)工序連續(xù)性要求。工藝路線有連續(xù)性要求時，例如從電爐冶煉到鋼水澆鑄，其前后工序必須緊密銜接，不能中斷，采用先進先出的調(diào)度規(guī)則。生產(chǎn)過程優(yōu)化調(diào)度模型根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)所在不同工藝階段的工藝要求，動態(tài)選用合適的調(diào)度規(guī)則。

3.1.3 γ表示生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化目標。冶金行業(yè)生產(chǎn)通常把最小加工周期作為優(yōu)化調(diào)度目標。

3.2 問題描述模型建立

3.2.1 分形計劃調(diào)度模型。根據(jù)冶金產(chǎn)品生產(chǎn)特點，為了提高生產(chǎn)調(diào)度效率，采用分形處理調(diào)度策略。分形計劃調(diào)度法是將每個生產(chǎn)分廠作為一個塊，獨立對其上運行的生產(chǎn)任務(wù)進行調(diào)度獲得局部最優(yōu)解，以局部優(yōu)化代替全局優(yōu)化；對超出分廠自身設(shè)備能力的情況，采用協(xié)調(diào)調(diào)度方法以達到各分廠的綜合平衡和優(yōu)化，獲得全局最優(yōu)解。即盡量將發(fā)生的意外情況在本分廠內(nèi)處理，避免不必要的資源浪費。FPSM可以形成一系列調(diào)度業(yè)務(wù)邏輯，通過這些邏輯，組合成一個或多個調(diào)度模型，根據(jù)每個生產(chǎn)任務(wù)的特點，調(diào)用相應(yīng)的模型完成調(diào)度計算。協(xié)調(diào)調(diào)度是指每個分廠的調(diào)度結(jié)果只是一個局部最優(yōu)的調(diào)度方案，需要放到整個過程中重新進行評價，才能得到全局最優(yōu)的調(diào)度結(jié)果。

3.2.2 調(diào)度規(guī)則的確定。在生產(chǎn)任務(wù)執(zhí)行過程中，可能存在對資源如人員﹑設(shè)備等的競爭。為使占用資源的時間最短，采用基于排序理論和調(diào)度規(guī)則的方法對生產(chǎn)任務(wù)進行調(diào)度，根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)和資源使用狀況分析生產(chǎn)過程中關(guān)鍵工序以及關(guān)鍵工序?qū)?yīng)的資源，并依據(jù)相應(yīng)的規(guī)則對生產(chǎn)任務(wù)進行排序，確定生產(chǎn)任務(wù)執(zhí)行順序及所用的資源。

3.2.3 目標函數(shù)的確定。交貨期對企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營具有非常重要的影響，是客戶要求的集中反映，即使增加成本，也要保證產(chǎn)品按期完成。把提前時間和拖期時間確定為衡量完成時間的指標，把每個生產(chǎn)任務(wù)的提前時間或拖期時間作為該任務(wù)完成時間差值，比較得出整個任務(wù)集合中最大完成時間差值，并使其不超出企業(yè)給定的額定值。

3.2.4 調(diào)度算法處理流程。以調(diào)度模型為依據(jù)，構(gòu)建復雜生產(chǎn)過程優(yōu)化調(diào)度算法框架。以棒線材廠軋制安排為核心，進行軋制組批，確保發(fā)揮關(guān)鍵設(shè)備的能力，然后按照反提料方式反向推算煉鋼合爐順序。調(diào)度系統(tǒng)最終產(chǎn)生粗能力計劃報告和排產(chǎn)時間表，經(jīng)確認可行后導入生產(chǎn)系統(tǒng)，用來指導生產(chǎn)。

4 、鋼鐵行業(yè)基于排序理論和規(guī)則的優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)

4.1 系統(tǒng)集成

在集成化的生產(chǎn)管理系統(tǒng)中，生產(chǎn)過程調(diào)度系統(tǒng)不是孤立的，它與其他系統(tǒng)有著數(shù)據(jù)共享﹑功能集成。通過與其他系統(tǒng)的緊密集成，生產(chǎn)過程調(diào)度系統(tǒng)能夠?qū)崟r收集生產(chǎn)變動數(shù)據(jù)，掌握生產(chǎn)第一線情況，及時解決生產(chǎn)擾動造成的調(diào)度計劃變動問題。

4.2 系統(tǒng)主要功能

根據(jù)企業(yè)實際并結(jié)合上述算法，開發(fā)冶金行業(yè)復雜生產(chǎn)過程優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)，主要功能有：

(1)生產(chǎn)計劃管理。完成生產(chǎn)任務(wù)﹑原料／坯料計劃編制，月計劃﹑日計劃下達，生產(chǎn)任務(wù)變更等。如果能匹配到工藝路線且符合條件，則形成月計劃和成材廠的生產(chǎn)任務(wù)，匹配不到工藝路線，則說明是新產(chǎn)品，需添加新的生產(chǎn)工藝路線。

(2)調(diào)度算法的計算機模擬仿真結(jié)果。在生產(chǎn)計劃調(diào)度中設(shè)計了基于甘特圖的可視化仿真工具，一方面它檢驗調(diào)度算法的結(jié)果，另一方面，采用仿真分析和人工的方式來改進調(diào)度算法的結(jié)果。

5 、結(jié)語

綜上所述，根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)實際并結(jié)合本文調(diào)度算法，研發(fā)了冶金行業(yè)復雜生產(chǎn)過程優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)，進行計算機模擬仿真，驗證了算法準確性﹑有效性和實用性，實現(xiàn)企業(yè)計劃調(diào)度的整體優(yōu)化，對冶金企業(yè)運作管理過程的分析決策具有指導意義。

[1] 高慧敏，曾建潮.鋼鐵生產(chǎn)調(diào)度智能優(yōu)化與應(yīng)用.北京：冶金工業(yè)出版社，2006.

[2] 劉民，吳澄.制造過程智能優(yōu)化調(diào)度算法及其應(yīng)用.北京：國防工業(yè)出版社，2008.