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热轧无缝钢管生产计划的滚动编制
时间:2011-01-23 浏览次数:1645次 无忧论文网
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[摘 要]对热轧无缝钢管生产的特点进行了分析 ,在此基础上 ,研制开发了热轧无缝钢管生产计划系统。该系统包括数据管理、 月计划编制、 生产作业计划编制和计划滚动 4 个模块。数据管理模块实现计划数据与基础数据的集成以及数据的及时更新;月本论文由无忧论文网 www.51lunwen.net整理提供计划编制与生产作业计划编制模块使计划工作程序化 ,实现计划的快速有效编制;计划滚动模块及时响应信息的变更 ,实现计划的滚动编制。
Abstract :The characters of hot rolling seamless steel tube production process are analyzed. Based on the analysis , a production planning system is developed. The system includes 4 modules : data management ,month production planning , production scheduling and rolling planning. The module of data managementintegrates and renews planning data and basic data. The modules of month production planning and produc2tion scheduling have production planning and production scheduling programmed. C onsequently productionplanning and production scheduling can be quickly and effectively obtained. The module of rolling planning responses promptly to the change of information and makes rolling planning possible.
Key words :hot rolling seamless steel tube ; production planning ; production scheduling ; rolling planning
    0    引言
    某无缝钢管企业的计划工作完全通过人工方式进行 ,尽管生产计划的编制有一套较完整的编制规则 ,从总体到局部 ,计划员都力求达到最佳效果 ,但由于计划过程中存在着大量的人工协调和资源平衡 ,计算工作量非常巨大 ,有限的人力使得协调和平衡的准确性及效果大打折扣。另外由于信息的传递 ,特别是计划变更、 销售变更、 库存变更、 实时生产本论文由无忧论文网 www.51lunwen.net整理提供情况等相关信息传递都受限于人工作业方式 ,使得计划不够及时准确。针对上述计划现状 ,作者研制与开发了热轧无缝钢管生产计划系统。该系统的目标是实现生产计划的快速有效编制。
    1   热轧无缝钢管生产工艺及其特点分析    无缝钢管的生产涉及炼钢厂、 轧管厂和管加工厂 3 个生产单元。在炼钢厂 ,海绵铁或废铁经电炉炼钢、 连铸机连铸、 火焰切割制成具有一定断面和长度的实心铸坯 ,这些铸坯经检验合格后送到管坯库。轧管厂从管坯库里提取管坯 ,锯切后送入环形加热炉内进行加热 ,然后将加热的实心管坯穿孔 ,并进一步轧制成具有一定尺寸、 规格的钢管。轧管厂生产出来的钢管 ,有些直接提供给用户使用 ,另外一些送到管加工厂进行加工。送到管加工厂的钢管在加工前 ,有些需要进行热处理 ,有些不需要进行热处理。热轧钢管的总生产流程如图1所示。

   该企业无缝钢管的生产具有以下特点:
     (1)具有品种多、 批量小的特点。当前该钢管企业的产品目录上有几千种不同的产品;客户对某种产品的一次定货量至少十几吨;每个月的合同数以本论文由无忧论文网 www.51lunwen.net整理提供百计。
     (2) 3个生产单元间存在着顺次关系。前一单元必须及时为后一单元提供原料 ,以保证整个生产过程的顺畅。 
    (3)就整个生产过程来看 ,存在产能瓶颈 ,轧管厂是产能瓶颈所在。如何安排 3 个生产单元使其工作能力均能充分发挥是影响产能的一个关键。另外一个产能瓶颈存在于管加工厂的热处理线。
     (4)生产具有流水车间与批处理机混合的特点。以炼钢厂为例 ,废钢及海绵铁最终制成铸坯共需经过 6 道工序(设备) ,分别是电弧炉、 钢包炉、 真空脱气炉、 连铸机、 火焰切割机和冷床。它们具有流水车间的特征 ,上道工序的生产完成后必须马上转到下道工序的生产。同时 ,炼钢生产以炉为单位 ,每炉炼钢量约为 140 t。为了充分发挥电炉的效率 ,通常将几个小合同放在一炉生产 ,即组批生产。当然 ,并不是任何合同都可以放在一起生产 ,组批具有一定的原则和要求。
    (5)从一种品种规格的产品转到另外一种品种规格产品的生产 ,常常要更换工具或者重新设定工艺参数 ,这需要花费一定的调整时间。转产的方案不同 ,花费的时间就不同。企业追求的目标是使调整时间尽可能的短 ,从而提高设备作业率及生产效率 ,降低生产成本。
     (6)合理安排产品(合同)的生产顺序 ,能使本论文由无忧论文网 www.51lunwen.net整理提供花费的调整时间尽可能的短 ,从而得到较优的生产作业计划。
     (7)目前该企业产品供不应求 ,合理选择产品(合同)及确定生产量 ,即制定较优的月生产计划 ,能使经济效益最大化。
     2   热轧无缝钢管生产计划系统
     热轧无缝钢管的生产特点决定了其生产计划的复杂性。在各级生产计划(包括年度计划、 季度计划、 月(周)计划、 生产作业计划)中 ,月(周)计划和生产作业计划的时间跨度最短 ,需要的资源平衡和协调的工作量最多也最具体 ,因此难度也最大[1 ]。热轧无缝钢管生产计划系统要解决的对象便是月计划和生产作业计划工作。该系统包括数据管理、 月计划编制、 生产作业计划编制和计划滚动4个模块。数据管理模块实现计划数据与基础数据的集成以及数据的及时更新。月计划编制与生产作业计划编制模块使计划工作程序化 ,实现计划的快速有效编制。计划滚动模块及时响应信息的变更 ,实现计划的滚动编制。4个模块分述如下。 
     2.1   数据管理模块
    计划过程中涉及大量的基础数据和计划数据 ,如产品物料清单、 技术经济指标、 设备能力负荷及各种计划报表。对如此大量的数据来说 ,管理是一个大问题。数据管理模块利用 SQL Server2000企业级的数据库能力 ,实现了基础数据和计划数据的集成、 管理以及数据的及时更新 ,具有数据的录入、 编辑、 查询及报表打印等功能。该模块是其它模块运行的基础。 
    2.2   月计划编制模块 
    月计划要确定的是 3 个单元当月要生产的(产品)合同 ,其实质是合同的选择。预选合同池里的合同有很多 ,但设备能力有限 ,所以往往不能全部生产。在能力允许的范围内 ,到底生产哪些合同才能使得经济效益最大 ,这是一个典型的优化问题。     解决这个问题有两种途径。第 1 种途径是建立数学模型求解 ,另外一种途径是采用人机交互的方式。数学模型的优点是 ,如果能够求解 ,则能得到全局最优解。但数学模型的建立需要较高的技巧 ,有些实际约束难以用数学语言表达 ,即使建成模型(该问题可归结为背包问题) ,仍然面临求解的困难。人机交互方式一方面允许计划人员充分参与 ,他们的丰富经验得以充分利用 ,另一方面利用计算机的强大计算和数据处理能力 ,使本论文由无忧论文网 www.51lunwen.net整理提供得计划人员得以从繁重的计算和协调工作中解放出来 ,大大提高了计划的效率 ,因此在现场比较容易被接受。系统采用的是人机交互的方式。该方式的主要思想是:逐个选取合同 ,通过后台计算 ,实时显示是否满足产能条件 ,然后决定其取舍。所有合同的取舍都决定以后 ,月计划也就确定了。具体流程如图2所示。

     上述流程仅用于制定单个生产单元的月计划 ,是在预选合同池确定的前提下进行的。由生产特点(2)可知 ,各单元的预选合同池内的合同包括两部分 ,一部分是自身的合同需求 ,一部分是后一单元的提料需求。因此 ,要确定前一单元的预选合同池 ,必须先知道后一单元对该单元的提料需求 ,而此提料需求的获知要在后一单元的生产计划制定之后。因此 ,前一单元月计划的编制应在后一单元计划编制完成后进行。具体来说 ,先做管加工计划 ,然后做轧管计划 ,最后做本论文由无忧论文网 www.51lunwen.net整理提供炼钢计划 ,流程如图3所示。
    2.3   生产作业计划编制模块
    生产作业计划是月计划的具体落实,它将月计划具体落实到天 ,其实质是(产品)合同的排序。因为只要确定了(产品)合同的生产顺序 ,便可以根据合同量和生产能力 ,求出每个合同所需的生产时间 ,然后通过累加排在前面的所有合同的生产时间 ,便可以求出每个合同的开工时间和结束时间 ,从而确定生产作业计划。
    由热轧无缝钢管的生产特点可知 ,3 个单元的生产作业计划互相影响 ,不能割裂开来考虑。但是 ,要同时编制 3 个单元的生产作业计划非常困难 ,实践中很难实现。目前该钢管企业采取的方式是先分别制定出 3 个单元的计划 ,然后进行协调并修改。这种协调和修改往往需要反复很多次 ,才能得到可行的结果 ,而且严重依赖于计划人员的经验 ,计划效率非常低下 ,计划的优越性更是无法保证。生产作业计划编制模块采取以轧管厂为核心 ,制定出轧管厂的生产作业计划 ,然后再向前做出炼钢厂的生产作业计划 ,向后做出管加工厂的生产作业计划的计划流程 ,用来制定 3 个单元的生产作业计划 ,从而在一定程度上实现了整体优化排产 ,又大大降低了协调难度。之所以选取轧管厂为核心 ,这是与轧管厂在整个生产过程中所处的核心地位相对应的 ,其一它承前启后 ,其二它位居瓶颈。

     生产作业计划的核心是轧批的 “组合” 和 “排序” 。轧批的 “组合” 是指将具有相同或相近参数的(产品)合同安排在一起生产。 “组批” 生产本论文由无忧论文网 www.51lunwen.net整理提供符合成组技术[2 ]原理 ,使小批量生产能获得接近于大批量生产的经济效益。轧批的 “排序” 是指确定轧批的轧制顺序。合理安排轧制顺序可以减小轧批间的转产时间 ,提高生产效率。关于 “组批” 的原则及确定轧批轧制顺序的方法参见文献[ 3 ]和[4 ]。
    2.4   计划滚动模块
    生产作业计划制定以后,生产部门便可以按照此计划安排生产。但计划并不完全等价于实际生产 ,实际生产可能快于或慢于计划节奏。而且 ,随着生产的进行 ,销售可能会有所变化 ,例如 ,原来的订单(还未生产)可能取消 ,或者订单的定货量可能有所变化 ,或者可能加入新的订单。显然已有的手工方式不能及时响应这些信息的变更 ,导致计划与实际生产的偏离越来越大 ,从而失去指导生产的作用。生产作业计划的滚动能够较有效地解决上述问题。
     制定热轧无缝钢管生产作业计划时 ,缺省的是制定下个月的生产作业计划 ,这时不存在计划滚动的概念。即使有信息的变更 ,可以按照计划流程重新制定 ,用新得到的计划代替原有的生产作业计划。只有在本月的作业计划执行期间 ,出现信息的变更或者实时生产与原有计划出现偏离时 ,要求重新制定该月从当前日期第 2 天起的作业计划(过去的已无法改变) 。这种保留已有执行完的计划 ,重新制定未完成计划的过程就称为生产作业计划的滚动[5 ]。计划滚动能够及时响应信息的变更。信息有变动 ,计划便可以相应地做出变动 ,因而能够防止计划与生产的过大偏离 ,保证计划的及时性和准确性。
    3   结束语
   收集现场数本论文由无忧论文网 www.51lunwen.net整理提供据运行该系统后表明:系统的可操作性较强 ,能够较快地编制月计划和生产作业计划 ,并实现计划的滚动。该系统已得到现场的初步认可 ,但仍有待于实际应用的检验。
[参考文献]
[1 ]陈容秋. 生产计划与控制:概念、 方法与系统[M] . 武汉: 华中理工大学出版社 , 1995.
[2 ]刘   忠 ,徐   杰 ,段正澄.成组技术及其应用[J ] .石油机械 ,2002 ,30 (2) :46249.
[3 ]唐立新 ,张国范 ,杨自厚 ,等.热轧钢管轧批排序模型及算法[J ] .钢铁 ,1999 ,34 (4) :73276.
[4 ] Tang L X,Liu J Y, Rong A Y, et al . A multiple travelingsalesman problem model for hot rolling scheduling in ShanghaiBaoshan I ron &Steel Complex[J ] . European Journal of Oper2ation Research ,2000 ,124 :2672282.
[5 ] T oklu B ,Wils on J M. An analysis of multi2level lot2sizingproblems with a bottleneck under a rolling schedule environment [J ] . International Journal of Production Research ,1995 ,33 (7) :1 83521 847.
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