钢铁联合企业的计划与调度系统

周永良　李铁克

［摘 要］钢铁企业的计划与调度是企业高效组织，有序生产，保证产能、经济效益最大化的最核心的生产管理功能。计划部分需要考虑板型设计、物料计划、生产计划等，在详细的排产阶段需要设计热金属交付、连铸、轧制等时刻表甘特图。

［关键词］钢铁生产；计划；调度

doi:10.3969/j.issn.1673-0194.2009.15.007

［中图分类号］F207.7Y；TP315［文献标识码］A［文章编号］1673-0194（2009）15-0023-02

1 前 言

钢铁企业由为数众多的生产单元和设备构成，生产过程都是在高温下完成，每个工艺环节都有许多实际的而且是复杂的约束，需要一套生产信息管理系统来支撑生产管理活动。本文探讨钢铁企业生产管理的核心内容：计划与调度［1］。生产计划与调度要综合考虑产品要求、生产限制、顾客优先级的诸多因素，是一项典型的系统工程。

2 方案架构

一个钢铁企业的计划与调度系统的总体整合架构和各模块之间的相互关系如图1所示。需求模型和业务优化负责整个企业的长期规划。ATP（Availabilty-To-Promise）就是根据库存产品的信息对客户的需求做出交货期承诺，以求缩短交货期和库存水平；CTP（Capability-To-Promise），对于没有得到库存匹配的订单，根据企业的加工能力给出的交货期承诺［2］。

板型拼接功能优化钢板的切割设计，使损耗降到最低；材料计划功能负责为每个生产步骤分配合适的原料；生产计划功能根据各种要求与限制来制订中期计划：周生产计划，通常包含最终客户、钢种、产量、交货期等信息。

调度也称为排程，基于生产计划排定的时刻表排列，除了钢种产量等信息，还包括每个主要工艺段、设备的加工开始结束时间， 调度计划通常是以天或班组为单位排定的。调度时刻表比生产计划更详细，可以直接作为生产依据。液态金属调度、连铸机调度和轧钢调度负责各自工艺段的详细时刻表计划的制订。在线板坯分配为板坯选择最合理的生产路径；运输调度要安排各种鱼雷罐车、天车、轨道的使用，为各种产品分配运输工具、目的地和运输时间；调度仿真器进行离线生产过程模拟。

3 计划系统

3.1 生产计划

生产计划模块是一个生产的产能计划工具，它的目的是实现自动计划生成。它使用和产能相关的信息，如设备产能、生产约束和运营战略，并且为每个工作单生成开工、结束时间。

生产计划模块的处理流程和输出结果是根据计划的参数和规则来排定的。排产规则用来控制一些排产的因素，比如订单的优先级和产品分组。生产计划模块也能生成一些报表比如产能的消耗情况、机组的资源利用率、发生延迟的订单和库存水平等。该功能帮助我们实现生产提前期最短，库存最少。

3.2 生产计划的原则

生产计划模块将生产任务安排到设备的空闲周期，避免生产瓶颈，生成作业次序。

3.2.1 顺排计划和倒排计划

（1）倒排：工作单按照时间的加工过程的顺序，先排定靠后的生产过程的加工时间，逐步向前顺推出前边生产过程的加工时间。例如先排连铸，再排炼钢。

（2）顺排：工作单按照时间的加工过程的顺序，先排定靠前的生产过程的加工时间，逐步向后顺推出后边生产过程的加工时间。例如先排热轧，再排冷轧。

（3）在实践中生产计划模块可以执行多次的顺排和倒排以得到最终的生产计划。

3.2.2 有限产能计划和无限产能计划

（1）有限产能计划遵守工厂里的每个资源的产能限制。这是生成生产计划的正常条件。

（2）无限产能计划不考虑产能的限制，所以每个订单只根据定义好的加工时间来设定时间序列。

4 作业排程解决方案

4.1 液态金属作业排程模块

液态金属调度模块管理各种准备活动、生产活动、后处理活动时间消耗与顺序序列，同时监控各种计划的和故障性停产，在排定生产时序的过程中适当加入缓冲期，以使排出的计划能够抵御一定的扰动。给出的时刻表的序列通常由甘特图来显示，供生产管理和操作人员查看。本模块的核心是一些调度算法，用来选定生产路径与每个生产操作的开始结束时间。生产进行的过程中要实时监视生产的完成实绩，发现各种冲突与不足，及时进行动态调度以修正静态调度的不足。调度模块会给出在特定情况下的推荐操作以应对各种突发事件。

除车间内部的设备时刻表外，液态金属作业排程还要管理如下主要功能：天车调度、热金属交付调度、钢包调度、温度模型等。

4.2 连铸机作业排程

作业排程模块用来生成合理高效的连铸机作业序列。排程是系统在后台运行的任务，当排程完成时，系统返回排程结果供审查。系统的排程过程用视图显示每个中间包的工作单的作业顺序。主要考虑的因素有：中间包等设备的寿命限制、经济炉数等前提条件，不同的流数、宽度、厚度、速度设定。正是由于炼钢连铸生产具有如上的工艺约束，加之通常配置有并行设备，使得炼钢-连铸生产调度具有工件等待时间受限的混合流水车间调度问题的特征，但由于在连铸阶段，炉次受到必须按浇次分组连续加工的工艺限制，使得炼钢-连铸生产调度与一般混合流水车间调度问题相比有其特殊性［3］。

4.3 热轧作业排程模块

该模块用于传统的热轧轧机和冷轧轧机的排程，并能支持和连铸机的热送热装。主要考虑钢材种类选择、轧制属性设定、换辊、批次切换停机时间和启动条件等。

热轧作业排程和其他的一般的生产排程一样是NP-Hard的［4］，通常用启发式规则库、约束满足等方法完成排程。排程结果是轧制单元的时间序列，用户可以决定拒绝还是下发该作业序列。排程过程中，系统会选择适合于热送热装的工作单。

5 运行效果

2008 年项目完成后，该钢铁联合企业发生了显著的变化，更能适应客户的苛刻要求。热轧产品的交货期降低了23%，仅需29天；冷轧产品的交货期降低了31%，仅需47天。按时交货率有大幅提升，出口产品的按时交货率由73%提高到86.5%。库存显著降低，进而降低了生产成本。以前每月有41万吨的库存，现在的库存降到了31万吨，库存周转率是12。材料的企业内运输显著减少，减少了产品在企业内部的周转时间，更加合理地使用了各种运输工具。

主要参考文献

［1］ 李铁克，孙林，杜景红，李兰英．炼钢车间MES中的生产调度系统［J］．冶金自动化，2003（5）：22-25.

［2］ 王宇，蔡洋，李铁克．钢铁企业订单排产中的ATP与CTP模型［J］．科技和产业，2005，11（5）：37-39.

［3］ 孙玲．炼钢-连铸-热轧计划与调度方法研究［D］．北京: 北京科技大学，2007：122.

［4］ 李铁克，郭冬芬．基于约束满足的热轧批量计划模型与算法［J］．控制与决策，2007，22（4）：389-393.

Planning & Scheduling System of Iron & Steel Production

ZHOU Yong-liang，LI Tie-ke

（ School of Economics and Management, University of Science and Technology Bejing, Beijing 100083, P.R. China）

Abstract：Planning & Scheduling is the central part of production management in Iron & Steel enterprises, which optimizes logistics and save the cost. In the phase of planning，there are many modules, such as, Plate Combination, Material Management and Production Planning. The Gantt chart of liquid metal, continuous casting and rolling will be arranged in the scheduling phase。

Key words：I&S Production; Planning; Scheduling