钢铁企业集成化生产调度模型的研究

钢铁企业集成化生产调度模型的研究
2009-12-10 08:03出处：博客作者：佚名【我要评论】 [导读]市场经济环境下，面对竞争激烈的外部市场，企业需要通过加强内部生产管理提高市场竞争力。与国外相比，国内钢铁行业的生产技术、装备和管理手段整体上比较落后，难以适应市场的需求变化。许多企业虽然引进了一些关键生产设备，但由于缺乏科学、合理的整体生产计划，导致这些关键设备的潜能并没有全部释放出来。　　3 钢铁企业生产调度模型研究　　调度是一类应用广泛的运筹学问题，从上个世纪五十年代以来，一直是国内外研究的焦点。人们采用了许多先进技术对调度问题进行研究和求解，其中包括数学规划( mathematical programming) 、专家系统(expert systems) 、神经网络(neural networks)、遗传算法(genetic algorithms) 和模糊逻辑(fuzzy logic) 。由于调度问题涉及面广、因素复杂，目前尚无一个能够对调度问题进行全面而有效求解的方法。实际生产当中，企业生产调度问题不只是针对某几台设备，而是生产全过程，需要构建起覆盖整个企业生产过程的、简单有效的全流程级动态调度模型。　　通常调度问题可以定义为:在满足某些约束(任务的先后关系、预定的完成时间和资源能力等)的条件下对操作(任务)的排序，按照排序的次序给它们分配资源和时间，并且使某个执行目标达到最优(如总的执行时间最短、拖期时间最短和生产费用最低等等)。　　3.1 问题描述　　以下采用Graham 等( 1979) 提出的三元组方法，结合钢铁企业的一般生产情况，对钢铁企业生产调度问题进行详细分析。三元组由三个域α/β/γ组成，每个域描述了生产调度需要考虑的一个方面。　　α: 表示处理机的数量、类型和环境。处理机包括设备资源、人力资源、技术资源和信息资源等生产当中使用的有限资源。为了降低问题的复杂度，通常只考虑设备资源制约车间生产能力的情况。　　β:表示任务的性质、加工要求等各种约束。钢铁生产的约束规则繁多，主要分为产品的优先级要求、不同生产阶段下的工序连续性要求以及设备的使用要求。　　(1) 产品的优先级要求约束　　产品按照性质不同分为正常品、新产品和军工产品，新产品和军工产品要求优先安排;同时不同钢种、不同规格的产品需要的生产周期不同;客户要求交货期早的产品需要优先安排。综合考虑各方面因素，设置总优先级系数，用于表示一个生产任务要求优先安排的程度。生产任务按照总优先级系数排序，构成任务序列。生产过程中，根据设备的特点、生产工艺的要求，生产任务通常进行重新排序。　　(2) 工序连续性要求约束　　任务的生产工艺路线有连续性要求时:例如从炼钢到浇铸，其前后的加工工序必须紧密衔接，不能被中断，采用先进先出即FIFO (First In First Out) 调度规则;任务生产工艺路线没有连续性要求时，例如退火、精整、磨光等，与通常的离散型制造业工序相似，采用最短加工时间优先即SPT ( Shortest Processing Time first) 调度原则，可以获得最短总完工时间。生产调度模型根据任务所在不同工序阶段的工艺要求，动态选用合造的调度规则。　　(3) 设备使用要求约束　　每台生产设备都具有自身的使用特点。钢铁企业生产当中，关键设备的生产安排不当，会对企业生产成本、生产能力造成相当大的影响。不同工序的设备使用要求为:炼钢生产必须合理安排冶炼顺序，避免频繁更换钢种;轧钢生产利用成组加工优化原则合理安排轧制辑期，将相同规格的产品进行集中轧制，减少轧机的轧辑调整次数。　　γ: 表示调度要优化的目标它可以是加工周期、(加权)总完工时间、最大拖期、(加权)总误工数及其组合等。钢铁生产的调度目标通常为最小加工周期。　　通过分析可见，钢铁企业的生产调度具有多阶段、多约束等特点。　　3.2 基于规则的分型生产调度模型　　基于规则的调度被认为是一种很实用的调度方法，由于其易于实现、计算复杂度低、计算效率高，而且能够用于动态实时调度等特点，得到了广泛应用。为了对企业全流程级调度问题进行求解，基于分层递阶思想，将问题逐步分解是一种有效方法。　　文中提出了一种基于规则的分型生产调度模型，如图1 所示。其基本思想是将整个生产过程按照工艺特点分解为不同的生产阶段，每个生产阶段都作为一个相对独立的子调度问题，充分考虑问题描述中的各种约束条件，对该阶段的任务进行调度优化获得局部最优解;各个阶段之间，采用协同调度的方法达到综合平衡和优化;同时模型要求以关键生产阶段为中心，按照生产阶段的重要性顺序进行生产调度，保证充分发挥关键设备的生产能力，实现企业整体利益的最大化，进而获得基于规则的分型调度模型中全流程级静态调度的最优解。　　基于规则的分型调度模型中静态调度的实现步骤如下:①确定当前任务集合、任务加工路线、企业各生产阶段的优先顺序;②确定尚未进行调度的生产阶段，选取其中优先级最大的生产阶段进行调度;③根据调度优化目标的要求，利用任务成组算法确定该生产阶段的初始任务序列;④根据调度优化目标的要求、生产阶段特点和生产资源要求等选取合适的调度规则进行排产;⑤根据调度优化目标的要求、协调调度要求，进行阶段内(即同一阶段中的各工序之间)和阶段之间的排产调整，获得优化的阶段调度;⑥如果存在未处理的生产阶段，转入步骤(2) 继续进行，否则表示所有生产阶段处理完成，结束整个调度。　　3.3 集成调度　　在一个集成化的生产管理系统中，各子系统之间有着密不可分的信息集成和数据交换，以基于规则的分型调度模型为基础构建生产调度系统，通与其它子系统的紧密集成可以实现集成调度。生产调度系统通过与其它子系统之间的数据共享、功能集成，可以达到获取生产现场数据、提高实时性的目的。功能集成即是指将调度系统与其他系统之间有功能重叠时则由这些系统率先对生产阶段中的变动进行预处理，处理后的数据再通过数据共享的方式供调度系统使用。例如:生产调度需要了解最新的生产任务情况、产品质量判定情况、产品加工路线情况以及生产完成情况等，这些信息可以分别由合同管理、质量管理、工艺基础数据管理、物料管理等子系统提供。以上几个方面的信息，都可以通过详细的生产计划管理实时反映到物料需求计划当中，供生产调度使用。参照MES 国际联合会给出的制造执行系统的功能，本文提出的MES 集成调度关系如图2 所示。通过这种功能和数据的紧密集成，保证了调度系统能够及时获取实时反馈的生产现场信息，同时只需面对核心的调度运算，大大缩短了运算时间，提高了调度系统的响应速度。我要评论(0) | 我要挑错关键字：钢铁,生产,调度,研究
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