[发明专利]一种多品种钢铁批量轧制动态生产计划系统

说明书

技术领域

本发明属于钢铁轧制生产计划与物料资源计划技术领域，具体涉及一种多品种钢铁批量轧制动态生产计划系统。

背景技术

钢铁轧制是钢材最常用的生产方式，随着钢铁企业由粗放型逐渐转化为集约化生产，并且越来越注重品种质量，从而提高效益，其生产计划和调度问题也越来越受到人们的关注。此外，近年来市场对钢材的需求种类越来越丰富，客户订单小批量和多品种化的趋势也越来越明显，对于钢铁企业，为了降低轧制过程中的生产成本以及满足客户的个性化需求，有必要通过合理的优化系统实现钢铁轧制过程在多个时间周期下生产计划的高效制定，以保证资源的最优利用。

多品种钢铁批量轧制生产计划以“日”或“周”为计划周期时间单位，根据坯料供给计划和钢材订单需求计划，充分考虑各个生产周期内轧制过程的生产能力平衡、库存周转、生产和坯料成本、拖期生产等因素，以客户满意度最大化和企业生产成本经济化为目标，通过优化批量生产策略，得到计划周期内合理的生产计划。计划周期通常以天为单位计算，对计划周期若干天内的生产计划进行编排。由于坯料供给和钢材需求可能随时间变化，因此该计划也随着时间动态调整。多品种钢铁批量轧制的短期生产计划承担着联系市场需求和生产操作的重要作用，而市场需求的多变性、钢材品种的多样化、轧制生产的批量化以及坯料选择的多重性都给建模过程带来了困难。

目前国内外学者已对制造业生产计划与调度开展了大量的研究，同时针对钢铁生产计划调度问题也进行了一定研究。Neureuther等针对面向订单生产的钢铁厂，利用分层式生产计划（HPP）方法将钢材生产分为三个递阶的计划层分别建模，并分析了各计划层之间存在空间和时间的联系。Vanhoucke等采用网络结构处理了多工序多路径的钢材生产计划问题，该模型将各工序的生产方式视为相同，但并没有考虑轧制过程的批量生产。针对钢铁轧制调度的研究，Tang等和Chen等从作业调度的角度出发，将钢铁热轧的调度作为多旅行商和车辆路径问题进行建模，同时分别采用改进的遗传算法和量子粒子群-模拟退火算法进行求解。然而，随着客户对产品品种和交货期要求的日益提高，对订单的跟踪生产管理也显得更加重要。Zanoni等通过建立线性规划模型对坯料的生产进行了优化调度，综合考虑了生产成本、拖期订单、库存费用等，实现了准时制环境下坯料的生产计划。As’ad等在此基础上，细分了坯料和钢材的种类，建立了钢铁轧制生产计划的混合整数双线性规划模型，并利用近似的线性化策略将原模型转换为线性规划模型进行求解。Cowling等介绍一种针对轧制过程优化调度的参数可调的商用决策支持系统，实现了轧制过程的半自动化。

钢铁企业轧制生产计划的制定过程需要考虑众多复杂的因素，而目前的研究主要针对生产计划中的部分要素进行考虑，假定各周期之间的可用产能相互独立，且订单交货方式也相对固定。实际上，各周期的可用产能受到上一周期生产的影响，即各周期之间的可用产能是相互关联的。同时，订单交货可以从库存中选择与订单要求相近的剩余钢材进行匹配。这些耦合条件的存在给系统建模过程带来了更多的不确定性因素，增加了轧制生产计划系统的规模和复杂度。

发明内容

本发明综合考虑了轧制过程可用产能之间的关联性、钢材的可替代性，以及坯料和成品库存、坯料和生产成本、批量生产、拖期生产等因素，针对以往优化系统模型过于固定、灵活性不足的缺点，提出了一种多品种钢铁批量轧制动态生产计划系统，以提高预测准确度和灵活性，适应市场对于钢材品种多样化、订单小批量的需求趋势。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多品种钢铁批量轧制动态生产计划系统，由生产计划信息采集子系统、物料供给信息采集子系统、轧制生产计划优化子系统和输出优化信息反馈子系统组成。

所述生产计划信息采集子系统包括多个订单需求数据采集单元和一个存储单元。订单需求数据采集单元用于采集市场对于钢材的需求信息和来源于客户的订单数据需求信息，这些采集到的订单需求数据存放到存储单元中，形成相关数据库信息。

所述的物料供给信息采集子系统包括多个物料供给信息采集单元和一个存储单元。物料供给信息采集单元用于采集钢铁生产的坯料供给量信息，将这些信息存放到存储单元中，形成相关数据库信息。

所述生产计划信息采集子系统和物料供给信息采集子系统中相关存储单元的信息传递给下面轧制生产计划优化系统中的数据库单元，作为系统输入。