嚴(yán) 龍

（新余鋼鐵股份有限公司銷售部，江西 新余 338001）

鋼鐵產(chǎn)業(yè)是當(dāng)前我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，但由于產(chǎn)能過剩、需求不振等因素的影響，鋼鐵企業(yè)的壓力越來越大。在目前形勢(shì)下為了提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，各個(gè)鋼鐵企業(yè)都急需提高自身的生產(chǎn)管理技術(shù)水平，構(gòu)建最優(yōu)的爐次計(jì)劃模型，以此在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)一席之地。煉鋼-連鑄是鋼鐵生產(chǎn)的重要組成部分，其實(shí)際生產(chǎn)過程復(fù)雜，生產(chǎn)過程中不確定因素較多，這降低了調(diào)度者的工作效率，使企業(yè)資源的優(yōu)化配置難以得到實(shí)現(xiàn)，嚴(yán)重影響了企業(yè)的生產(chǎn)力以及其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，是生產(chǎn)線上的瓶頸工序。有效的生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃可以優(yōu)化設(shè)備利用率，減少工序等待時(shí)間，增加產(chǎn)能。煉鋼-連鑄批量計(jì)劃是鋼鐵生產(chǎn)計(jì)劃急需解決的重大關(guān)鍵問題之一，科學(xué)合理的批量計(jì)劃方案可在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)降低生產(chǎn)成本[1]。當(dāng)下對(duì)煉鋼-連鑄批量計(jì)劃的模型并不十分精準(zhǔn)，算法的精度與速度也有待提高。通過對(duì)煉鋼的最優(yōu)爐次計(jì)劃模型的構(gòu)建方法研究，幫助鋼鐵企業(yè)制定科學(xué)合理的生產(chǎn)調(diào)度方案，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，從而增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

1 基于煉鋼的最優(yōu)爐次計(jì)劃模型構(gòu)建方法設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)立自組織運(yùn)行方式

大部分學(xué)者以最小化所有爐次內(nèi)板坯在鋼級(jí)、規(guī)格、交貨期等方面差異為目標(biāo)，基于調(diào)度規(guī)則的自組織運(yùn)行方式，利用實(shí)際問題的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，研究了板坯寬度固定條件下的爐次計(jì)劃問題，調(diào)整提供了更多的爐次方案[2]。對(duì)批量計(jì)劃問題進(jìn)行了研究，在構(gòu)建最優(yōu)爐次計(jì)劃的過程中與其他方法結(jié)合使用，從而使整個(gè)生產(chǎn)過程具有更大的靈活性。

1.2 提出柔性爐次計(jì)劃

在實(shí)際生產(chǎn)計(jì)劃過程中，爐次數(shù)量是由計(jì)劃員決定的，是一個(gè)決策量。在爐次數(shù)量未知的情況下來研究爐次計(jì)劃問題更能符合實(shí)際生產(chǎn)情況，但也增加了問題的難度。且不能有效把握系統(tǒng)的整體性能，存在一定的局限性，求解的質(zhì)量也需要得到提高，提出爐次數(shù)量未知的煉鋼-連鑄一體化生產(chǎn)的組爐模型，將該模型轉(zhuǎn)化的方法來解決該問題。結(jié)果表明爐次數(shù)量未知的模型能夠減少未選擇的板坯數(shù)量，提高生產(chǎn)效率，但沒有確定中心板坯，不能提供實(shí)際生產(chǎn)所需的爐次鋼級(jí)以及寬度等數(shù)據(jù)。

1.3 計(jì)算煉鋼最優(yōu)爐次計(jì)劃

在現(xiàn)實(shí)情況中多數(shù)鋼鐵企業(yè)的客戶訂單是具有柔性尺寸的，可以通過多種機(jī)制在原有尺寸基礎(chǔ)上與客戶進(jìn)行協(xié)商。建立最小化爐次數(shù)和最小操作成本產(chǎn)出最大化產(chǎn)能的多目標(biāo)優(yōu)化模型是我們的目標(biāo)[3]。以目標(biāo)函數(shù)定界法為基準(zhǔn)，將多目標(biāo)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為多個(gè)單一目標(biāo)優(yōu)化問題，提出引導(dǎo)式變鄰域模擬退火算法以及兩階段啟發(fā)式算法。我們將在爐次數(shù)量未知的前提下，構(gòu)建柔性爐次計(jì)劃模型，通過仿真實(shí)例對(duì)模型及算法進(jìn)行驗(yàn)證。本文研究的問題是確定最優(yōu)爐次計(jì)劃，其中涵蓋了爐次中心訂單以及合并到這些中心訂單的訂單，確定其訂單當(dāng)中的鋼級(jí)和重量以及寬度范圍。假設(shè)對(duì)給定的x個(gè)板坯中每一個(gè)板坯的重量都小于最大爐次容量，并且都無法進(jìn)行分割，那么可建立爐次數(shù)量未知情況下的柔性爐次計(jì)劃問題模型如下所示：

其中，i=2，...，n為板坯序號(hào)，Xy和Xij為決策變量，分別如下所示：

綜上所述的爐次計(jì)劃優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)（2）表示一個(gè)訂單中最多只能合并到一個(gè)中心訂單，（3）表示一個(gè)爐次中的訂單容量總重量不能超過爐次最大容量。柔性爐次計(jì)劃問題也可以看做全局聯(lián)系和部分聯(lián)系之間的問題，并分別確定為爐次順序及爐次寬度兩個(gè)問題，爐次順序確定后，若兩個(gè)相鄰爐次不能連澆，那么則說明后一個(gè)爐次需要重新開澆[4]。上述采用的算法可以在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)快速求出此類問題的最有效算法，以便選取較大的寬度值，得到最優(yōu)爐次計(jì)劃。

2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與結(jié)論

根據(jù)鋼級(jí)分組的柔性爐次計(jì)劃分級(jí)將訂單分成兩組，然后分別對(duì)各組求解得到算法的目標(biāo)函數(shù)值及運(yùn)行時(shí)間如下所示：

圖1 柔性與固定爐次結(jié)果比較

由圖1所示的結(jié)果可以看出，柔性爐次計(jì)劃模型所用的爐次平均運(yùn)行時(shí)間與固定爐次計(jì)劃相比明顯減少，本文提出的改進(jìn)柔性爐次計(jì)劃能夠有效節(jié)省生產(chǎn)時(shí)間降低生產(chǎn)升本，從而提高生產(chǎn)效率。因此本研究基于煉鋼的最優(yōu)爐次計(jì)劃所構(gòu)建的柔性爐次計(jì)劃模型是有效的。

3 結(jié)語

鋼鐵工業(yè)屬于多階段流程型制造業(yè)，本文針對(duì)以提高生產(chǎn)效率降低生產(chǎn)成本為目的，設(shè)立煉鋼的最優(yōu)爐次計(jì)劃中自組織方法，構(gòu)建煉鋼的最優(yōu)爐次計(jì)劃模型，以此提高各鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)的自身生產(chǎn)管理技術(shù)水平[5]。本文設(shè)立了柔性爐次計(jì)劃模型與常規(guī)爐次計(jì)劃進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行分析研究。實(shí)驗(yàn)論證表明，本文設(shè)計(jì)的方法具備極高的有效性。希望本文能夠?yàn)闊掍摰淖顑?yōu)爐次計(jì)劃的模型構(gòu)建研究提供理論依據(jù)。