基于煉鋼的最優(yōu)爐次計劃模型構(gòu)建研究

嚴(yán) 龍

（新余鋼鐵股份有限公司銷售部，江西 新余 338001）

鋼鐵產(chǎn)業(yè)是當(dāng)前我國國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，但由于產(chǎn)能過剩、需求不振等因素的影響，鋼鐵企業(yè)的壓力越來越大。在目前形勢下為了提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，各個鋼鐵企業(yè)都急需提高自身的生產(chǎn)管理技術(shù)水平，構(gòu)建最優(yōu)的爐次計劃模型，以此在市場競爭中占據(jù)一席之地。煉鋼-連鑄是鋼鐵生產(chǎn)的重要組成部分，其實際生產(chǎn)過程復(fù)雜，生產(chǎn)過程中不確定因素較多，這降低了調(diào)度者的工作效率，使企業(yè)資源的優(yōu)化配置難以得到實現(xiàn)，嚴(yán)重影響了企業(yè)的生產(chǎn)力以及其市場競爭力，是生產(chǎn)線上的瓶頸工序。有效的生產(chǎn)調(diào)度計劃可以優(yōu)化設(shè)備利用率，減少工序等待時間，增加產(chǎn)能。煉鋼-連鑄批量計劃是鋼鐵生產(chǎn)計劃急需解決的重大關(guān)鍵問題之一，科學(xué)合理的批量計劃方案可在提高生產(chǎn)效率的同時降低生產(chǎn)成本[1]。當(dāng)下對煉鋼-連鑄批量計劃的模型并不十分精準(zhǔn)，算法的精度與速度也有待提高。通過對煉鋼的最優(yōu)爐次計劃模型的構(gòu)建方法研究，幫助鋼鐵企業(yè)制定科學(xué)合理的生產(chǎn)調(diào)度方案，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，從而增強(qiáng)企業(yè)競爭力。

1 基于煉鋼的最優(yōu)爐次計劃模型構(gòu)建方法設(shè)計

1.1 設(shè)立自組織運行方式

大部分學(xué)者以最小化所有爐次內(nèi)板坯在鋼級、規(guī)格、交貨期等方面差異為目標(biāo)，基于調(diào)度規(guī)則的自組織運行方式，利用實際問題的經(jīng)驗知識，研究了板坯寬度固定條件下的爐次計劃問題，調(diào)整提供了更多的爐次方案[2]。對批量計劃問題進(jìn)行了研究，在構(gòu)建最優(yōu)爐次計劃的過程中與其他方法結(jié)合使用，從而使整個生產(chǎn)過程具有更大的靈活性。

1.2 提出柔性爐次計劃

在實際生產(chǎn)計劃過程中，爐次數(shù)量是由計劃員決定的，是一個決策量。在爐次數(shù)量未知的情況下來研究爐次計劃問題更能符合實際生產(chǎn)情況，但也增加了問題的難度。且不能有效把握系統(tǒng)的整體性能，存在一定的局限性，求解的質(zhì)量也需要得到提高，提出爐次數(shù)量未知的煉鋼-連鑄一體化生產(chǎn)的組爐模型，將該模型轉(zhuǎn)化的方法來解決該問題。結(jié)果表明爐次數(shù)量未知的模型能夠減少未選擇的板坯數(shù)量，提高生產(chǎn)效率，但沒有確定中心板坯，不能提供實際生產(chǎn)所需的爐次鋼級以及寬度等數(shù)據(jù)。

1.3 計算煉鋼最優(yōu)爐次計劃

在現(xiàn)實情況中多數(shù)鋼鐵企業(yè)的客戶訂單是具有柔性尺寸的，可以通過多種機(jī)制在原有尺寸基礎(chǔ)上與客戶進(jìn)行協(xié)商。建立最小化爐次數(shù)和最小操作成本產(chǎn)出最大化產(chǎn)能的多目標(biāo)優(yōu)化模型是我們的目標(biāo)[3]。以目標(biāo)函數(shù)定界法為基準(zhǔn)，將多目標(biāo)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為多個單一目標(biāo)優(yōu)化問題，提出引導(dǎo)式變鄰域模擬退火算法以及兩階段啟發(fā)式算法。我們將在爐次數(shù)量未知的前提下，構(gòu)建柔性爐次計劃模型，通過仿真實例對模型及算法進(jìn)行驗證。本文研究的問題是確定最優(yōu)爐次計劃，其中涵蓋了爐次中心訂單以及合并到這些中心訂單的訂單，確定其訂單當(dāng)中的鋼級和重量以及寬度范圍。假設(shè)對給定的x個板坯中每一個板坯的重量都小于最大爐次容量，并且都無法進(jìn)行分割，那么可建立爐次數(shù)量未知情況下的柔性爐次計劃問題模型如下所示：

其中，i=2，...，n為板坯序號，Xy和Xij為決策變量，分別如下所示：

綜上所述的爐次計劃優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)（2）表示一個訂單中最多只能合并到一個中心訂單，（3）表示一個爐次中的訂單容量總重量不能超過爐次最大容量。柔性爐次計劃問題也可以看做全局聯(lián)系和部分聯(lián)系之間的問題，并分別確定為爐次順序及爐次寬度兩個問題，爐次順序確定后，若兩個相鄰爐次不能連澆，那么則說明后一個爐次需要重新開澆[4]。上述采用的算法可以在多項式時間內(nèi)快速求出此類問題的最有效算法，以便選取較大的寬度值，得到最優(yōu)爐次計劃。

2 實驗驗證與結(jié)論

根據(jù)鋼級分組的柔性爐次計劃分級將訂單分成兩組，然后分別對各組求解得到算法的目標(biāo)函數(shù)值及運行時間如下所示：

圖1 柔性與固定爐次結(jié)果比較

由圖1所示的結(jié)果可以看出，柔性爐次計劃模型所用的爐次平均運行時間與固定爐次計劃相比明顯減少，本文提出的改進(jìn)柔性爐次計劃能夠有效節(jié)省生產(chǎn)時間降低生產(chǎn)升本，從而提高生產(chǎn)效率。因此本研究基于煉鋼的最優(yōu)爐次計劃所構(gòu)建的柔性爐次計劃模型是有效的。

3 結(jié)語

鋼鐵工業(yè)屬于多階段流程型制造業(yè)，本文針對以提高生產(chǎn)效率降低生產(chǎn)成本為目的，設(shè)立煉鋼的最優(yōu)爐次計劃中自組織方法，構(gòu)建煉鋼的最優(yōu)爐次計劃模型，以此提高各鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)的自身生產(chǎn)管理技術(shù)水平[5]。本文設(shè)立了柔性爐次計劃模型與常規(guī)爐次計劃進(jìn)行對比實驗，并對其結(jié)果進(jìn)行分析研究。實驗論證表明，本文設(shè)計的方法具備極高的有效性。希望本文能夠為煉鋼的最優(yōu)爐次計劃的模型構(gòu)建研究提供理論依據(jù)。