不銹鋼無縫管熱軋批量交貨需要注意哪些事項

  浙江至德鋼業(yè)有限公司針對考慮生產(chǎn)運行因素的不銹鋼無縫管熱軋批量計劃問題，在對其研究現(xiàn)狀進行梳理歸納的基礎上，從訂單交貨、周期性機器檢修、生產(chǎn)運輸聯(lián)合調度優(yōu)化三個角度出發(fā)，對關鍵生產(chǎn)運行因素影響下的無縫鋼管熱軋批量計劃問題展開研究，分析問題特征、給出相應的數(shù)學模型，并據(jù)此設計求解算法。主要內容和創(chuàng)新點如下：

一、研究了考慮交貨因素的鋼管熱軋訂單組批模型與算法

    不銹鋼無縫管生產(chǎn)訂單組批是熱軋批量計劃首要解決的問題，也是關系到后續(xù)成品發(fā)運與客戶承諾的關鍵問題。在充分考慮了無縫鋼管的生產(chǎn)工藝因素和產(chǎn)品特點的基礎上，綜合考慮訂單的交貨期和交貨地址，以訂單適期交貨、集中生產(chǎn)和配送為目標設計了問題的混合整數(shù)規(guī)劃模型。在模型的求解方面，基于過往研究并結合熱軋鋼管的生產(chǎn)特點和本文研究問題的特征，使用帶凝聚策略的層次聚類算法思想，按工藝屬性相同和交貨屬性相似的要求，定義了訂單間的距離公式，設計了一種訂單聚類算法進行訂單組批并形成批量計劃，參考實際生產(chǎn)訂單數(shù)據(jù)設置的仿真實驗驗證了模型和算法的可行性和有效性。實驗結果表明，該模型在滿足無縫鋼管熱軋生產(chǎn)工藝要求的同時，優(yōu)化了合同對于交貨與配送的需求，且提出的OCA算法在實驗的各訂單規(guī)模上，能夠得到更小的批量內訂單配送地域／時間差異度。

二、研究了考慮固定機器檢修的鋼管熱軋批量調度問題與求解方法

    不銹鋼無縫管熱軋批量調度是在訂單組批的基礎上對批量進行排序，由于無縫鋼管廠定期對熱軋機組進行預防性維護，造成了周期性的機器不可用時段，影響熱軋生產(chǎn)的連續(xù)性，因此在進行無縫鋼管熱軋批量調度時需要將關鍵生產(chǎn)運行因素中的周期性機器檢修計劃考慮在內。至德鋼業(yè)將不銹鋼無縫管熱軋批量調度問題抽象為一類考慮周期性固定時點機器檢修和機器調整時間序列相關的單機調度問題，建立了最小化機器閑置和機器調整時間的數(shù)學模型，通過對問題分析，提出了適用于此類問題的求解策略和循環(huán)求解架構。針對機器調整時間取決于相鄰批量間鋼管規(guī)格變化這一特性，提出了最小調整時間排序規(guī)則，證明了則在不考慮機器檢修計劃時具有最優(yōu)性?；诜治鼋Y果設計了一種總體復雜度不超過的分階段多過程啟發(fā)式求解算法，該算法首先利用規(guī)則生成問題的初始解，然后根據(jù)問題性質進行多過程排序優(yōu)化搜索。數(shù)據(jù)實驗表明，與求解相似一般性問題的經(jīng)典算法比較，提出的算法能有效利用本文問題特征和性質，在較短的時間范圍內產(chǎn)生滿意的結果。

三、研究了考慮柔性機器檢修的鋼管熱軋批量調度問題與求解方法

    不銹鋼無縫管實施的周期性機器檢修除固定時點外，還存在一類柔性時點的情況，后者的檢修開始時點可以在一定區(qū)間范圍內自由選擇。目前大多數(shù)研究主要針對較為經(jīng)典的考慮固定檢修的單機調度情況，很少將鋼管熱軋機器調整時間的順序依賴性與柔性機器檢修結合考慮。針對柔性檢修在熱軋批量調度中的性質和特點，在最小化機器調整時間和機器閑置時間的目標下，建立了考慮柔性機器檢修的無縫鋼管熱軋批量調度模型。通過對問題特征的分析，證明了問題的特性和一種不存在機器閑置時間的情況，并提出了問題的求解策略。基于分析結果設計了兩階段求解算法：首先基于排序規(guī)則生成問題的初始解，接著依據(jù)問題特征進行尋優(yōu)搜索。對比實驗表明該算法在求解類似問題中，能充分利用問題的性質和特征，在有效規(guī)模和時間范圍內產(chǎn)生滿意的結果。該研究成果進一步完善了考慮周期性機器檢修計劃的無縫鋼管熱軋批量調度問題。

四、研究了鋼管熱軋生產(chǎn)與運輸聯(lián)合調度問題與求解方法

    生產(chǎn)和運輸分別是供應鏈管理中的兩項緊密關聯(lián)的重要環(huán)節(jié)，具有較強的協(xié)同效應。針對關鍵生產(chǎn)運行因素中的成品運輸計劃，考慮無縫鋼管廠熱軋生產(chǎn)和運輸?shù)奶厥庑?，在最小化生產(chǎn)和運輸資源浪費的目標下，建立了熱軋生產(chǎn)與運輸聯(lián)合調度模型。通過對問題進行分析，證明了問題的特性和存在局部最優(yōu)解的條件，提出了適用于此類問題的求解策略和框架?；诜治鼋Y果設計了熱軋批量生產(chǎn)與運輸聯(lián)合調度算法，算法首先基于當前運輸計劃利用排序規(guī)則生成局部解，然后根據(jù)后續(xù)計劃進行解的擴展，以此循環(huán)直至完成所有運輸單元的批量匹配。參考無縫鋼管廠生產(chǎn)實績設計的數(shù)值實驗表明，與求解相似問題的經(jīng)典算法比較，算法能有效利用本文問題特征和性質，在較短的時間范圍內產(chǎn)生滿意的結果。研究成果豐富了無縫鋼管熱軋批量計劃理論體系中關于熱軋生產(chǎn)與運輸聯(lián)合調度的內容，提出的模型與求解方法對于具有相似特征的問題建模與求解具有借鑒意義。

   盡管本文在考慮生產(chǎn)運行因素的無縫鋼管熱軋批量計劃問題上做了一些創(chuàng)新性的研究工作，取得了一定進展，但還存在一些問題需要進一步研究和完善；另外，在本文研究成果的基礎上，還有很多有意義的課題能夠作為未來的研究方向：

   1. 在對不銹鋼無縫管熱軋批量計劃問題的研究中，還存在進一步擴展的空間：在研究廣度上，本文從優(yōu)化訂單交貨、機器生產(chǎn)資源和運輸資源利用率的角度出發(fā)，研究了三項關鍵生產(chǎn)運行因素下的無縫鋼管熱軋批量計劃問題，但除此之外，無縫鋼管廠生產(chǎn)運行中還存在熱工具管理、庫存管理和能源管理等問題，考慮這些生產(chǎn)運行因素的熱軋批量計劃是下一步需要繼續(xù)研究的方向；在研究深度上，不銹鋼無縫管熱軋批量計劃可同時針對若干生產(chǎn)運行因素建立多目標優(yōu)化模型，探索新目標下問題性質的變化，這也是下一步需要研究的方向。

  2. 在對無縫鋼管熱軋批量計劃的研究中，還存在有待進一步探索的方法。熱軋批量計劃問題由熱軋訂單組批問題和熱軋批量調度問題構成，訂單組批是批量調度的前序環(huán)節(jié)，在以往的研究中，往往將二者分開研究。本文也延續(xù)了這一傳統(tǒng)研究方法，先進行訂單組批，再進行批量調度。但筆者在研究中發(fā)現(xiàn)二者是具有一定內在聯(lián)系的，即由不同的訂單組合而成的批量集合會影響后續(xù)批量調度結果。在部分生產(chǎn)管理環(huán)境下，可允許在批量調度階段進行有限度的批量重新組合，這種情況下，生產(chǎn)調度的最小單位不再僅僅是批量，而還可以是生產(chǎn)訂單。如何合理調度生產(chǎn)訂單以實現(xiàn)調度目標最優(yōu)化，成為熱軋批量計劃所面臨的有待解決的新問題。