太鋼生產(chǎn)短期計劃的功能設(shè)計與運用

仝中偉

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司制造部， 山西 太原 030003）

近年來鋼鐵企業(yè)的發(fā)展日新月異，不斷規(guī)模擴大化、品種多樣化、流程復(fù)雜化、制造智能化、管理扁平化、響應(yīng)快速化。山西太鋼不銹鋼股份有限公司（全文簡稱太鋼）作為國內(nèi)特大型特殊鋼企業(yè)，品種、數(shù)量、工藝產(chǎn)線更加復(fù)雜冗長，為滿足個性化的市場需求、快速響應(yīng)訂單，提高用戶滿意度，2016 年開始借助產(chǎn)銷質(zhì)一體化系統(tǒng)，通過短期生產(chǎn)計劃制定和實施，引用工業(yè)大數(shù)據(jù)和優(yōu)化算法，有效解決了個性化需求與大規(guī)模生產(chǎn)之間的矛盾，解決了靜態(tài)計劃與調(diào)度調(diào)整之間的矛盾，運用過程中，不斷符合生產(chǎn)實際和業(yè)務(wù)變化需求，實現(xiàn)了產(chǎn)線穩(wěn)定有序運行。

1 太鋼生產(chǎn)計劃概述

1.1 太鋼生產(chǎn)計劃層級分

太鋼生產(chǎn)計劃層級分為年度產(chǎn)能預(yù)算、季度生產(chǎn)預(yù)算、月度生產(chǎn)計劃、短期計劃（周計劃）、機組作業(yè)計劃（日、班計劃）。年度計劃用于制定下一年度的銷售和生產(chǎn)預(yù)算，季度計劃用于重新制定當(dāng)期三個月的滾動的銷售和生產(chǎn)計劃，由計財部負責(zé)編制；月度計劃用于制定未來1～2 個月的銷售和生產(chǎn)計劃，并提供短期生產(chǎn)計劃銷售配額作為訂單在線交期應(yīng)答的前提，由制造部負責(zé)編制；短期計劃基于月度生產(chǎn)計劃與機組作業(yè)計劃之間，以有限生產(chǎn)能力、庫存和工藝制程為約束，利用約束規(guī)劃方法，將銷售訂單進行工藝路徑的選擇以及有限能力的排產(chǎn)，給出精確到天的各工序計劃，由制造部負責(zé)數(shù)據(jù)維護和運用；機組作業(yè)計劃主要分為鋼軋作業(yè)計劃、冷軋作業(yè)計劃，其中煉鋼澆次計劃、熱軋單元計劃、冷軋長線機組計劃由制造部負責(zé)編制下發(fā)，其他如修磨、罩式爐、橫切、平整等按工序計劃下發(fā)由二級廠執(zhí)行，生產(chǎn)調(diào)度負責(zé)計劃執(zhí)行并過程異常反饋，計劃員調(diào)整后重新執(zhí)行。

1.2 生產(chǎn)計劃主要涵蓋工序

生產(chǎn)計劃主要涵蓋工序：煉鋼一廠碳鋼、不銹鋼、煉鋼二廠南區(qū)、煉鋼二廠北區(qū)；型材廠、不銹線材廠、不銹熱軋廠、熱連軋廠1549 工序、熱連軋廠2250 工序、冷軋硅鋼廠、不銹冷軋廠。各廠供應(yīng)鏈概覽圖如圖1 所示。

圖1 各廠供應(yīng)鏈概覽圖

2 短期計劃運用情況

2.1 系統(tǒng)功能設(shè)計

太鋼短期計劃是近年來同步于產(chǎn)銷質(zhì)一體化計劃系統(tǒng)同步上線運行的計劃系統(tǒng)，由坤帝克公司開發(fā)實施，引用工業(yè)大數(shù)據(jù)和優(yōu)化算法，接收產(chǎn)銷系統(tǒng)內(nèi)生產(chǎn)訂單（銷售合同和詢單轉(zhuǎn)化）,設(shè)定每日定期運行，實現(xiàn)訂單初計劃排程。旨在解決：訂單交貨期、制造周期參差不齊，規(guī)?；c小批量矛盾突出，多工藝制程選擇問題；多條煉鋼-熱軋-冷軋產(chǎn)線交叉多，生產(chǎn)流程長，碳鋼、硅鋼、不銹鋼多個品種兼顧，工藝時間要求高，平衡難度大，人工排產(chǎn)困難問題；實際生產(chǎn)中針對設(shè)備運行，生產(chǎn)集批，工序通過率變化的及時應(yīng)對問題；建立基于交期、產(chǎn)能、庫存等綜合平衡的計劃協(xié)同平臺。

最終以訂單的交期、有限產(chǎn)能為原則和月生產(chǎn)計劃為目標(biāo)，確定每個訂單在每個工序的產(chǎn)品產(chǎn)量計劃及加工日期，為各相關(guān)單位生產(chǎn)準(zhǔn)備提供依據(jù)；同時預(yù)判后續(xù)訂單和工序產(chǎn)能運行結(jié)果，為管理層提供計劃決策依據(jù)。

2.2 能力平衡策略

太鋼短期計劃系統(tǒng)能力平衡可按照兩種模式進行。

1）ASAP（產(chǎn)能優(yōu)先模式）。不論訂單需求交期多晚，系統(tǒng)將盡量將較早的能力用足，保證近期充分生產(chǎn)，這種模式是以提高產(chǎn)線機組利用率為目標(biāo)，交貨期次之的排產(chǎn)模式。

2）JIT（即時生產(chǎn)模式）。當(dāng)訂單需求交期較晚時，系統(tǒng)不會將產(chǎn)能提前占用，而是以訂單交期為目標(biāo)，產(chǎn)線效率次之的排產(chǎn)模式。

2.3 計劃決策策略

太鋼短期生產(chǎn)計劃是綜合平衡碳鋼、不銹鋼、硅鋼所有生產(chǎn)訂單，考量上下游工序間提前期、安全庫存量、預(yù)計庫存水平，結(jié)合JIT、ASAP 等生產(chǎn)策略，制定出上下游工序協(xié)同的計劃，針對整體訂單且結(jié)合設(shè)備能力限制進行自動預(yù)排。

2.3.1 有限產(chǎn)能計劃

通過靜態(tài)知識表，將各工序機組分不同品種維護機時產(chǎn)能，短期系統(tǒng)在有限的機組產(chǎn)能前提下，綜合考慮所有的約束條件，包括集批約束，訂單優(yōu)先級，產(chǎn)能約束，生產(chǎn)工藝約束等，對生產(chǎn)訂單進行全局協(xié)同計劃優(yōu)化。短期計劃系統(tǒng)訂單計劃總覽圖見圖2。

圖2 短期計劃系統(tǒng)訂單計劃總覽圖

2.3.2 集批計劃

太鋼根據(jù)自身生產(chǎn)實際特點，將由于工藝限制或者生產(chǎn)轉(zhuǎn)化（如方板坯切換）等因素影響，只能在特定的時間在指定的機組上生產(chǎn)某些產(chǎn)品確定為集批對象，維護到系統(tǒng)內(nèi)，每月底通過計劃員在短期計劃中設(shè)置集批計劃時間，形成集批計劃作為有限產(chǎn)能計劃的輸入信息及約束條件，參與有限產(chǎn)能計劃。

2.3.3 工藝路徑選擇

基于質(zhì)量設(shè)計提供的可選制程，綜合考慮交期及各產(chǎn)線產(chǎn)能約束，結(jié)合生產(chǎn)偏好規(guī)則，最優(yōu)化選擇制程，提高總體訂單交付率及工廠總體產(chǎn)量。首先以訂單產(chǎn)品的屬性確定各分廠的優(yōu)先級，并依此為權(quán)重進行工藝路徑選擇，重點確定產(chǎn)品在煉鋼分廠、熱連軋1 549/2 250 兩線的選擇，冷軋內(nèi)部重點確定連軋線與單機架制程選擇。短期計劃系統(tǒng)工藝路線選擇圖下頁見圖3。

2.3.4 煉鋼工序計劃調(diào)整

在短期計劃中，考慮了煉鋼工序中異鋼種連澆的要求。即對于能夠異鋼種連澆的鋼種，在編制中包計劃時，安排異鋼種連澆，以保證能夠盡量按照最大經(jīng)濟中包爐數(shù)組織生產(chǎn)，計劃員根據(jù)異鋼種連澆規(guī)則，對有限產(chǎn)能計劃結(jié)果進行調(diào)整，將可以進行異鋼種連澆的訂單，通過手工方式拖拽到一個中包中；另外，根據(jù)不銹鋼訂單寬度規(guī)格多，鋼坯寬度從900 mm到2 050 mm 接近連續(xù)變化，短期計劃考慮了部分鋼種在線調(diào)寬規(guī)則，最大限度中包歸并，便于提高生產(chǎn)效率，完成小批量規(guī)格生產(chǎn)。

2.3.5 熱連軋工序計劃調(diào)整

為了支持熱連軋工序在每日生產(chǎn)中各軋制單元的結(jié)構(gòu)比例要求，系統(tǒng)考慮了每日下發(fā)到作業(yè)排產(chǎn)計劃的訂單，其各鋼種在不同厚度范圍內(nèi)的工序計劃量分布，與全月該鋼種全部訂單，在該厚度范圍上的需求量分布，保持相同或接近的比例。

2.3.6 數(shù)據(jù)導(dǎo)出與展示

短期計劃具備自動運行計劃功能，通過每日定時或人工點擊運行計劃面板上的按鈕，計劃將會利用多種優(yōu)化算法運行并產(chǎn)出每個計劃決策的最優(yōu)化計劃；在短期計劃運行完畢后，系統(tǒng)將根據(jù)運行結(jié)果，將各工序的計劃開始及完成時間，計劃量導(dǎo)出給產(chǎn)銷系統(tǒng)及各機組作業(yè)計劃系統(tǒng)。

計劃結(jié)果以圖形化展示，針對關(guān)注的KPI 指標(biāo)可配置顯示，如訂單按期滿足率、預(yù)計脫期量、不足整爐訂單量、鉻鋼比等。工序產(chǎn)能平衡見圖4，KPI 指標(biāo)顯示見下頁圖5。

圖3 短期計劃系統(tǒng)工藝路線選擇圖

圖4 工序產(chǎn)能平衡

3 運用效果

自運用以來，太鋼改變了生產(chǎn)綜合計劃無統(tǒng)一平臺，各計劃層級獨立編制，無法進行全局產(chǎn)線平衡，產(chǎn)線效率得不到整體發(fā)揮最優(yōu)局面；解決了產(chǎn)線選擇復(fù)雜，難以進行精細化計劃編制狀況；實現(xiàn)了動態(tài)及時糾偏的基于多種策略考慮的全局最優(yōu)計劃；實現(xiàn)了生產(chǎn)平衡的系統(tǒng)化管理，即實現(xiàn)對各廠的小平衡在短期計劃系統(tǒng)中統(tǒng)一考慮、碳鋼與不銹鋼統(tǒng)一考慮的綜合模式；實現(xiàn)了對訂單的工序生產(chǎn)時間計劃，交期預(yù)判，特別是對煉鋼工序?qū)崿F(xiàn)按計劃結(jié)果的管控；建立了基于太鋼實踐的生產(chǎn)計劃執(zhí)行模式。

4 影響因素及關(guān)注重點

在實際運行過程中，太鋼通過長期實踐摸索、結(jié)果校驗、數(shù)據(jù)不斷完善更新，過程糾偏，總結(jié)出了影響短期計劃準(zhǔn)確運行的主要因素和關(guān)注重點：

1）管理規(guī)范。強化系統(tǒng)操作規(guī)范，數(shù)據(jù)維護及時準(zhǔn)確，嚴(yán)格計劃執(zhí)行率；系統(tǒng)知識表數(shù)據(jù)不斷更新、需設(shè)定的集批、檢修、通過率、策略、權(quán)重等參數(shù)及時，系統(tǒng)流程清晰，產(chǎn)銷系統(tǒng)內(nèi)訂單狀態(tài)更新及時且有效；庫存狀態(tài)準(zhǔn)確；物料轉(zhuǎn)用充當(dāng)及時。

圖5 KPI 指標(biāo)顯示

2）質(zhì)量設(shè)備保證。產(chǎn)品命中率、投料系數(shù)穩(wěn)定可靠，從而可避免單筆訂單多次投料；設(shè)備運行穩(wěn)定，主體設(shè)備故障率低，產(chǎn)能發(fā)揮平穩(wěn)。

3）物流有序可控。物流有序、先進先出，避免長期積壓滯留，造成實際物流與系統(tǒng)設(shè)定物流速度偏差大；避免紅送熱裝坯料掉隊造成計劃分多單元軋制。

5 結(jié)語

太鋼運用短期計劃系統(tǒng)工具，解決了大型鋼鐵企業(yè)復(fù)雜的產(chǎn)線計劃排程，實現(xiàn)對交期實時的預(yù)判，應(yīng)對生產(chǎn)實際做出及時反應(yīng)，監(jiān)控生產(chǎn)變化對于后續(xù)計劃的影響，為當(dāng)期計劃提供決策依據(jù)，在不斷變化的外部數(shù)據(jù)及生產(chǎn)實績基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了滾動的全局最優(yōu)計劃。