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废钢铁企业生产系统优化模型 摘要本文通过对鞍钢钢材加工中心的生产系统分析，应用线性规划建立数学模型来解决生产过程问题，即产品优化问题、配料优化问题；对历史规律进行统计分析，引入弹性概念，来解决安全库存问题，即建立安全库存弹性控制模型。运用excel，对模型求解，并进行结果分析和经济效益计算，以此来制定生产计划，指导生产，提高经济效益。并提出若干建议和对策，从而保证生产系统按照优化的方向运行。关键词：生产系统优化库存管理线性规划模型废钢铁加工“”版权所有 1引言近年来，国有企业改革遇到前所未有的困难，企业如何挖掘内部潜力、加强科学管理使企业自身很好的适应市场经济的要求，如何加强对生产系统的总体经济效益的分析与研究，提高经济效益，是摆脱困境的迫切要求，也是我们需要迫切研究的问题。对于一个具有产购销的废钢铁企业来说，国内对生产系统的研究关注得似乎不够，只注重在设备和流通领域的研究上，而国外研究的重点放在化学处理方面。另外，人们认为废钢铁企业现场复杂，操作简单，对企业内部的研究未引起足够的认识，特别是在管理科学方面的应用有所忽略，因此，本文特别关注废钢铁企业的生产系统研究。目前，废钢铁企业生产系统存在以下问题亟需解决：1.各种生产过程中下来的废钢铁资源如何优化配置，实现资源的充分利用，即在保证钢厂、铁厂需要的前提下，输出多少废钢、销售多少各种可利用废次材；2.向炼钢厂输送炉料，用的工具是大槽子，大槽子中的各种废钢铁如何配比，并满足炼钢需要，以使成本最低，从而避免装槽子的无规律性和盲目性；3.在全鞍钢的废钢铁输入、输出过程中，在钢材加工中心有相当量的一部分库存，究竟如何控制安全库存量，又能满足内部生产需要，同时又能压缩资金占用，盘活流动资金，也是一个非常突出的问题。通过建立、运用理论上的模型，构出行之有效的生产运作模式，是实现成本最低、利润最大的有效途径。 2鞍钢钢材加工中心生产系统优化模型.生产过程优化模型建立.产品品种产量优化模型的建立有关情况分析：与产品生产利润最大化有关的主要因素有单位利润、加工能力、各种资源量及市场需求情况等。确定决策变量从生产现状分析来看，在生产过程中，主要挑选、加工各品种的废次钢材、向外输出各品种的废钢铁。在此，我们以各品种产量为决策变量,Xj(j=1,2,n)为第j种产品的计划产量。每种产品的单位利润均由财务部门核出。约束方程系数和右边常数Bj的确定(1)为了简化问题，可以将所有废钢产品按其加工性质的不同,测算了每单位产品所需要的挑选工时、切割工时、打碎工时、打包工时、冷剪工时、爆破工时，及每天全厂所能提供的总工时，以便统一考虑生产能力。(2)各类产品的原料是生产回收和非生产回收入厂的废钢铁资源，生产科根据历年的统计资料及年的计划回收情况，可估算当年的各大类原料的资源情况，从而给出一个资源供应的最大可能值。单位产品资源消耗情况可核定。(3)关于需求量情况。由生产科、经营科根据企业内部生产实际及外部的市场需求状况确定。4.目标函数的确定产品总利润是产品的单位利润与产品品种产量乘积之和.综上，品种优化模型如下：MaxZ=cjXj(j=1,2,n)j=1 .资源约束、加工能力约束：AjXj(或=)Bj(j=1,n)J=1需求约束：Xj(或=)Bj(j=1,n).内部配料优化模型的建立内供的各品种废钢铁要通过装入料槽送到钢厂，如何组织装槽子即对输出的各类废钢铁进行配料也是生产过程中要考虑的问题，而不是直接将每种废钢铁输送到钢厂，这样既不能满足炼钢工艺的要求，也不符合经济核算上的需要。在满足工艺要求的前提下，尽可能提高或保持槽重，缩短装炉时间和冶炼时间。对内部输出的各种产品的配料进行优化，其主要的理论依据是满足工艺要求，满足操作要求，保证每个料槽的成本最低。有关情况分析：（1）根据鞍钢现行转炉炉口直径的大小，槽子形状为一端成斜开口形长方体,其体积为6.75立方米。从工艺上实践表明：若一个料槽中全部装入重型废钢，比如切头，在入炉装料时极易砸坏炉底，若料槽中全部装轻薄料，则需多加几次废钢料，这样将延长加料时间，直接影响冶炼周期，同时发生烧损，将降低产量。根据生产上的实践，槽重保持在吨最为合适。(2)装料时，不同品种的槽料废钢铁因其堆积密度和单位成本不同而影响槽重和槽料成本.单纯从提高槽重的角度分析，装槽时应多加入堆积密度高的废钢铁，单纯从降低槽料成本角度考虑，装料时应多加入单位成本低的废钢铁，这正是本配料模型所要解决的问题之一。(3)由于内供各种资源的需求量及资源存量情况的存在，把98年废钢铁资源量按12个月平均得出月均资源情况.2.输出配料模型的建立(1)确定决策变量根据各 3模型的求解与结果分析.生产过程优化模型的求解、灵敏度分析.模型求解.品种产量优化模型的求解。用Office97中的Excel97的规划求解，在表格中分别设立相应的单元格，可得该模型的最优解.配料优化模型求解：同样，在EXCEL97的工作表上可得该模型的最优解。3.1.2结果分析.品种优化模型的结果分析(1)从工作表及运算结果报告上可得最大化的产品品种计划.(2)可看出各种资源的节余量及市场需求量的非饱和量。(3)可看出，生产加工能力状况、市场需求量限制是生产科、经营科通过预测得到的，在建模及求解过程中，它是作为模型外预测值处理的，需要说明的是市场预测工作本身是很重要的，预测方法是否科学，预测值是否准确，对建模及求解结果均有很大影响。(4)求解结果表明，当前的最优解是唯一的。这就是说，根据计算结果所确定的产品品种计划是唯一使总利润达到最大的生产计划，倘若考虑其他目标要求及影响因素，则应添加适当的约束条件重新计算出新的最优方案。.配料优化模型的结果分析(1)从工作表及运算结果报告上看出，使单槽中成本最低的配料方法。(2)可得出各种资源的使用情况。(3)从极限值报告可得出在目前水平下，调整多装切头、重型废钢、中型废钢是不合适的，在上述原料短缺时，可适当考虑废模、废锭、爆破渣钢，尽管其将导致成本升高。.灵敏度分析.品种优化模型的灵敏度分析影响品种优化的主要因素是资源量的变化（）和单位利润（）的变化。A.资源量的变化的影响。资源量变化,带来求解结果的变化.同样也可在Excel97下求解.目标函数系数（即单位利润c）的变化对利润的影响由于各种废次材资源价格受钢材市场的影响必然会很大。同样可在Excel97下求解。此时品种结构发生变化，总利润也发生变化。.配料优化模型的灵敏度分析同样，配料优化模型也受资源（）和单位利润（）的变化影响。A.资源量（）的变化情况：同样可得求解结果。在单重体积不变的情况下，增加其他原料的投量，成本是可以降下来的。.目标函数系数（）的变化对目标函数的影响由于内部供料同样也受市场价格的影响，其必然对槽料的成本产生影响。.经济效益分析.产品品种优化模型的经济效益分析通过观察模型求解结果，我们认为最优方案的效益是可观的。.配料模型的经济效益分析同样，通过观察模型的求解结果，若采取其它资源代替切头，每槽可节约一定的价值。.安全库存模型求解与分析.安全库存模型求解由2.2.2所描述的模型的各步，在Excel97上设计、输入公式，可逐步求解：本文所利用的数据为企业近三年的数据，并设计出供应弹性系数计算表和弹性控制计算表。从上表结果看出，由于受企业内部设备大修安排和市场需求的影响，使企业周期性地出现在每年一、二季度处于供给高峰，三、四月属于供给低谷。也可以看出，目前情况下期末库存定额与期末实际库存量之间差值就是超储那一部分。因此，要想达到压缩库存的目的，必须把超储的那一部分废钢铁逐渐销售出去。在目前的市场条件下，全国废钢铁市场是需求大于供给，销售上可行的。理想的库存量控制在定额执行偏差量为零，亦期末库存定额等于期末实际库存量，不过这在实际是不易做到的。实际中，依据经验，合理的库存量应控制在定额执行偏差量的数量在20003000吨左右。.经济效益分析采用上述模型后，在经济上是可观的。一是它可减低采购成本，二是可降低存储成本。若不采用此类库存控制措施，库存就会占用大量的资金，包括废钢铁的本金、利息、场地费、管理费等各种库存维持费用，废钢铁还会发生损失等，减少企业投资的机会。同时，企业生产经营中存在的问题也被掩盖。.优化方案的综合分析从上面的两个模型结果看，它们是我们厂生产系统的两个重要的子系统，通过对生产方案的优化，可取得巨大的经济效益。产品品种优化模型是在现有的资源状况、现有的产品品种、现有的工艺设备加工能力、现行的市场需求状况的基础上进行求解的，它主要适用于中短期计划，是用来对年度的生产计划进行安排，也可以用来对季度、月份的生产计划进行安排，但必须要搞清各种约束条件的限制值；配料优化模型是在固定的料槽容积、工艺要求的单重、及各种资源量的基础上进行计算的，通常，在炼钢转炉没有重大的改造的情况下，料槽也是一项固定资产，其容积是不变的，同样工艺要求的单重变化可能性不大，那么主要是各种资源量的限制值在变化；安全库存控制模型主要是以历史上的数字运用统计规律来预测每年、每月的库存量的，它主要是针对需求（鞍钢生产）的季节性变动的特点来计算的，笔者认为不妨在使用中的趋势分析曲线，比如线性模型、移动平均曲线等，在图表上进行预测，读出数据，用这些数据与弹性控制模型的计算数据相比较，如果差距很大则需要对数据进行修正，这样使预期库存控制更加贴近实际值。在实际应用上，是可行的。因为在目前，我们的生产系统在理论上、实践上并没有切时可行的科学方法，一切操作是凭经验的估计。如果按模型的计算制定生产计划，用以指导生产，在技术上、组织是没有障碍的。在设备的使用上，也能满足需要。4建议与对策.生产系统运行中存在的问题1.入厂原料常出现分类不准确。2.生产系统的各种数据的不准确性、不统一性，造成决策数据与实际数据有一定的差异。3.制定生产计划的不及时与生产组织的随机性。4.生产计划执行的偏差。5.各种原料消耗定额与工艺耗时定额尚需进一步核定。6.本文所采纳的数据大多数是鞍钢改造集中时期的数据，其波动性较大，伴随改造的结束，生产系统运行逐渐稳定，各项数据更贴近实际。.对策和建议.加强生产运作管理1.重视并制定好生产计划工作。2.生产系统应是整个企业降低成本和增加利润的中心。3.合理控制好库存量。建议本预期存贮弹性控制模型按下图实施，这些环节构成一个前馈控制闭环系统执行评价 库存前馈控制闭环系统图 4.搞好各工艺的设备管理。.为执行外销品种计划和为降低库存而大力开展市场营销活动.生产战略研究是企业战略的重要组成部分.注重生产信息系统的开发应用目前的计算机的作用未得到充分的发挥,应建立我厂的生产管理信息系统，包括：生产计划、成本分析、输出槽料配比、库存控制、销售管理等部分。其具体途径只须建立企业内部局域网。在系统未开发之前，笔者建议使用现行的中的内置模板上各类表格，可将之修改，即可使用。本文上述的优化模型现可作为生产系统的管理决策的主要方法和手段，只须调整相应的参数。 5结论本文应用的规划模型具有适应能力强，计算技术简单，已成为现代管理中应用最广、成效最好的数量方法。本文的优化模型的应用主要有以下几个特点：1系统优化性。生产系统优化是根据经济上的合理原则与实际可行原则确定的优化方案。它的评价方法是：外销产品全部售出，保证内部生产需求，并使输出槽料成本最低、库存合理，但必须在整个生产系统控制中辅以例外管理来达到灵活机动。2合理的规划性。本生产系统优化研究是对系统的主要要素的数量规划，在很大程度上融入了动态规划、滚动计划、目标管理等方法。3有效控制性。本文生产系统优化研究对外销、存贮、收入、内供等期量标准的确定规划都是建立在生产供给势态科学预测的基础上，所以在执行中比较接近企业的生产实际，即使出现偏差，也可提高前馈控制及时调整期量标准，采取控制关键的改进措施。而且，该优化研究可在新一年度里根据企业的生产经营发展及有关因素的变化，做出新的生产系统优化。4灵活变通性。生产系统优化研究可随时依据实际约束的调整，同时还可以移植到废钢铁生产企业、其他类似企业、零售业等中去。5系统条件的特殊性。当然，所有的约束是在理想的状态下进行的，而现场是复杂的，与实际还有一定的差距，比如：向料槽中装如各种废钢铁不超过料槽的容积，有一定的难度，这些问题都有待于我们在实际工作中加以克服，使实际生产系统运行更接近于理论计算，从而取得更大的经济效益。参考文献韩大卫.管理运筹学.大连理工大学出版社,1995,9王国华,李树彬,王冠宝.金属循环工程.中国标准出版社,1997,8白礼常,任隆育.现代库存控制技术.中国物资出版社,1984王文献,陈广旭.中文版电子表格软件Excel97.国防工业出版社,1994,4蒋贵善,王东华,俞明南等.生产与运作管理.大连理工大学出版社,1998,6施礼明,汪星明.现代生产管理.企业出版社,1997,8徐二明.企业战略管理.中国经济出版社,1998,5AtractHavinganalyzedtheroducingystemoftherocecenterofteelroductofAhaIroa