（控制理论与控制工程专业论文）热轧板坯库优化管理系统开发与应用研究.pdf

大连理j i 大学硕士学位论文 摘要 在钢铁企业炼钢一连铸一热轧一体化生产模式下，板坯库作为连铸、热轧生产工序 间的缓冲环节，其管理自动化水平的高低，直接影响着连铸一热轧的生产连续性和一体 化生产的成本。本文以宝钢一钢公司为应用背景，以热轧分厂的板坯库为研究对象，对 连铸一热轧工艺和现有的板坯库管理作了充分研究，分析了现有的板坯库管理中存在的 问题，将库存优化管理方法运用到项目中。文章重点研究了板坯库优化管理中的入库计 划和出库计划编制问题，对两个决策模型：入库决策模型和出库决策模型进行了应用研 究，其中在入库决策模型中，编制入库计划时就考虑了热轧工序轧制计划单元，在入库 决策模型中添加“同热轧单元”参数6 5 ；在出库决策模型中，基于实际应用现场对板 坯库库位进行分类，提出基于专家系统的板坯最优倒垛算法，实验结果表明提出的算法 大大地降低t n 垛量。 在系统地分析了面向对象的程序设计方法的基础上，本文采用面向对象的程序设计 方法，利用迭代的程序开发方式设计开发了软件系统：热轧板坯库库存优化管理系统， 该系统可以使板坯库生产物流作业合理化。提高整个板坯库生产自动化管理水平，从软 件试运行的结果看，具有较好的应用前景。 关键词：库存：优化：板坯；热轧 热轧板坯库优化管理系统开发与应用研究 d e v e l o p m e n t a n d a p p l i c a t i o n r e s e a r c ho n o p t i m i z e d m a n a g e m e n t o f h o t - r o l l i n g s l a b - y a r d a b s t r a e t u n d e rt h e i n c o r p o r a t ep r o d u c tm o d e lo fs t e e l - m a k i n g ，c a s t i n g ，h o t - r o l l i n g i ns t e e l e n t e r p r i s e , s l a b - y a r di su s e dt oa m o r t i z et h ep r o d u c tl i n eb e t w e e nt h ec a s t i n ga n dh o t - r o l l i n g ， a n dt h ec o n t i n u i t ya n dc o s to fs l a bo p e r a t i n gi sd i r e c t l ye a t e c t e db yt h ea u t o m a t i cl e v e lo fi t s m a n a g e m e n t t a k i n g b a o s t e e ln o 1i r o n & s t e e lc o a sa p p l i e dc o m p a n y a c t i n gs l a b - y a r do f h o t - m u i n gm i l la sr e s e a r c h e do b j e c t ，b a s e d0 nt h ei n v e s t i g a t i o na n dr e s e a r c hf b rt e c h n i c so f c a s t i n g ，h o t - r o l l i n ga n d c u r r e n tm a n a g e m e n to f s l a b - y a r d ，t h ep a p e ra n a l y z e st h em a t t e r so f c u r r e n tm a n a g e m e n to fs l a b - y a r d , p u t so p t i m i z e dt e c h n o l o g i e so fs t o c km a n a g e m e n ti n t ot h e p r o j e c t t h ep a p e rr e s e a r c h e s t w om o d e l sf o r o p t i m i z e dm a n a g e m e n to fs l a b y a r d , a n d r e s e a r c h e sr e s p e c t i v ea p p l i c a t i o na b o u t p u t t i n g - i n8 1 d 2 ka n dm o d e lo ft a k i n g - o u ts t o c k i nt h e m o d e lo fp u t t i n g - i ns t o c k , t h ep a p e rc o n s i d e r e dt h ec e l lo f h o t - r o l l i n gw h e nm a k i n gp l a no f p u t t i n g - i ns t o c k ，s w i n g si nt h em o d e lo f p u t t i n g - - i ns t o c kw i t ht h ep a r a m e t e r6 5 ，w h i c hi n d i c a t e s w h e t h e rt h es l a b sb e l o n gt ot h es a l t l eh o t - r o l l i n gc e l l i nt h em o d e lo f t a k i n g - o u ts t o c k ，t h e p a p e r c l a s s e dt h e s l a b - y a r dl o c a t i o na c c o r d i n g t ot h ep r a c t i c eo f t h e f a c t o r y ，b a s e do nw h i c h ，t h e p a p e rb r i n g sf o r w a r do p t i m i z e dt u r n e d - o u ta l 印打由mf o u n d e d o n e x p e r t ss y s t e m ，a n dt h er e s u l t o f t h e e x p e r i m e n t ss h o w s t h a tt h en u m b e ro f t h et u r n e d o u tp i l ei sg r e a t l yr e d u c e dw i t ht h en e w a l g o r i t h m b a s e do nt o t a l l ya n a l y z i n gt h ew a y o f 州卿o r i e n t e dp m g r a m m i n g ，a d o p t i n gi t e r a t i v e p r o g r a m m i n gm o d e , t h ep a p e r a l s o d e v e l o p s a n d d e s i g n st h es o rs y s t e m ：o p t h l l i z e d m a n a g e m e n t o f s t o c kf o r h o t - r o l l i n gs l a b - y a r d t h es y s t e ma d v a n c e sr a t i o n a l i z a t i o no f f o rs l a b - y a r d sl o g i s t i co p e r a t i o na n di m p r o v e sm a n a g e m e n tl e v e lf o rs l a b - y a r d sp r o d u c i n ga u t o m a t i o n t h e s y s t e m sr u n n i n g r e s u l t ss h o wt h ea p p r o a c hh a se x c e l l e n t a p p l i c a t i o nf o r e g r o u n d k e y w o r d s ：s t o c k ；o p t i m i z a t i o n ；s l a b ；h o tr o l l i n g - u 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 大连理工大学或其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢 意。 作者签名：i 丝堡墨亟日期：趔：! ：! ! 火连理工大学硕士学位论文 1 1 钢铁企业物流概述 1 1 1 物流概念 物流活动具有悠久的历史，从人类社会开始有产品的交换行为起就存在了物流活 动，而物流科学的历史却很短，是一门新兴学科。 物流在英语中最初为p h y s i c a ld i s t r i b u t i o n ( 传统意义上的物流) ，物流科学萌芽于第 二次世界大战末期，当时美国军事部门运用运筹学和电子计算机技术有效地改善了部队 的后勤供应工作，这些技术成果后来被应用于生产和流通领域逐步形成了现代物流科 学。在2 0 世纪5 0 年代由于大生产的发展，产品数量急剧上升，生产成本相对下降，刺 激了消费，使得市场繁荣、商品丰富，在流通领域出现了超级市场、商业街登大规模的 物资集散场所。在这种背景下出现的问题使流通成本相对于生产成本而言有上升的趋 势，也就是说流通费用在商品总销售价格中的比重逐步增加，影响了商品的竞争能力。 而且人们不碍不对各种物流活动的规律进行认真的研究，以便找到降低流通费用的途 径。由于是着眼于流通费用整体而不是局部，这就必须确定参考对象的范围，并且对其 结构作出分析。流通费用是在运输、保管、装卸搬运等物流活动中产生的，这些活动具 有的共同本质，与“加工”是改变叫勿”的形状与性质的功能有本质区别，物流活动的 功能是为了实现物资的空间或者时问上的效果，它们之问存在着相互联系、相互制约的 关系，是属于同一物流大系统。在理论上用时间维和空间维的物态变化来解释这个系统 的本质，结束了物流活动处于孤立、分散、从属地位的历史，使原来在社会经济活动中 处于潜隐状态的物流显现出来，并且以此为中心展开研究活动，逐步行成了现代物流科 “ 1 4 】 孚 。 目前物流的研究方向正向更高更新阶段发展，如“一体化物流”、“省能源物流” 概念的提出，对物流研究水平的提高和毅领域的开拓都有重要的意义。此外随着经济活 动日趋国际化，国际物流的研究也是物流科学的新方向之一。 为了便于研究，一般按照各种标准将物流系统作了分类。如按照作用可以分为供应 物流、销售物流、生产物流、回收物流、废弃物流；按照空间范围可以分为地区物流、 国内物流、国际物流；按照陛质分为社会物流、行业物流、企业物流。 热轧板坯库优化管理系统开发与应用研究 1 i 2 钢铁企业物流特点 本文的主要研究的对象( 板坯库) 在物流领域按照上述标准分就分别是：生产物 流、地区物流和企业物流。以下称它为钢铁企业生产物流。 钢铁企业由矿石生产出钢铁产品要经过非常复杂的过程，因此在生产过程中的物流 是复杂的，其主要特点有“： ( 1 ) 因原料状态的变化造成物流上的复杂性 钢铁企业生产规模大，消耗原料多，从矿石到最终成品流程长，在整个生产过程 中，原料的物态、性质、状态都不断地变化，而且物流量大，使生产过程的物流管理变 得复杂。 ( 2 ) 从炼钢开始物流管理的统一性 从生产技术的特点看，炼钢工序是在比较稳定的条件下，周期性地生产出一定量的 铁水，在物流上它对炼钢、轧钢工序影响较少，但在炼钢、轧钢工序却不同，它们要根 掘订货、下级厂的计划情况，制定轧钢计划，再由这个计划详细制定炼钢计划，因此在 生产物流管理和控制上，几道工序必须统一考虑。 ( 3 ) 物流过程的节奏性 在钢铁企业生产过程中，上下环节关联性强，后部环节受前部环节的约束。各主要 厂之间的生产物流的密切联系，各种原料、半成品和成品的库存量以及运输设备的停留 时间等都对生产物流产生影响。 ( 4 ) 物流过程的非连续分解性 钢铁企业生产过程是非连续的分解方式，这就决定t i 序之间的供需调整的必要。 只有这些调整有效，才能防止生产中断，又避免过多的库存，使物料适时、适地、适量 地流动。 1 1 3 钢铁企业物流管理 钢铁企业物流的特点决定了钢铁企业的生产物流管理，根据钢铁生产物流过程的性 质，其物流管理的特点有“： ( 1 ) 根据订货和计划进行生产的方式 钢铁企业内部炼钢、初轧、连铸、和轧钢的物流作业内容取决于订货和计划的内 容，按照反工序的方式指定物流作业计划。生产物流管理的目的就是如何使得物流系统 空间组织和时间组织协调，既保证交货期又保证设备利用率高。 ( 2 ) 联合生产物流管理 大连理工大学硕士学位论文 采取反工序方法制定生产物流计划，就必须把炼钢、连铸和轧钢联合起来进行生产 物流管理。钢铁企业的专业化和协作化程度比较高，各个阶段都是整个生产过程中的一 个环节，不但在纵向具有很强的连续性，而且相互之间的横向联系关系密切，具有很强 的协调性。 结合钢铁物流及其管理特点，现在的钢铁企业大部分都是按用户订货合同组织生 产，理论上讲应该不会有很高的库存量，但是我国目前钢铁企业内部的各种库存量却比 较高，不仅占用了大量的流动资金，增加了生产周期，提高了生产成本，有时还干扰或 者阻碍生产的正常迸行。产生这种现象的主要原因主要有以下几点： ( 1 ) 生产工艺技术方面 a 炼钢过程中，电炉和转炉冶炼过程中匿l 定装入批量使实际生产量大于或者等于 计划生产量而产生余材； b 连浇技术中连浇炉数和异钢种连浇能力的要求限制也造成了库存的增加 c 计划生产的物品品种、规格与实际生产物种的品种、规格的差异也导致了无计 划物品的增加。 d 实际生产中为了避免突发因素而造成的生产停工，只能靠库存来进行缓冲，因 此库存也上涨。 ( 2 ) 物流管理技术上的问题 a 投入与产出系数的取值偏大使锝在计划制定h 寸就产生了库余 b 处于买方市场的钢铁企业，要根据对市场需求的预测生产产品以弥补订货合同 的不足，保证企业正常的生产，由此也会产生一定的库存量 c 计划间隔期较长时，不能及州的消耗现有的多余库存，导致平均库存量的增加 d 信息不畅使得计划难以及时的调整也导致库存量的增加 e 用户第一的生产和销售观念也造成库存量的增加。 1 2 库存管理 库存管理是物流管理的很重要组成部分，尤其对于钢铁企业而言，它对于节省生产 成本，加快生产资金周转具有极其重要的意义，是企业提高竞争力的有效手段h 1 。 1 2 1 库存管理概述 库存管理通常被认为是对库存物资的数量管理，甚至往往认为其主要内容就是保 持一定的库存数量。但是，就库存管理所包括的内容说，数量管理仅仅是其中的重要一 项，但并不是库存管理的全部内容“。 热轧扳坯库优化管理系统开发与应用研究 当今社会信息网十分发达，只有及时、准确地掌握信息，彳能使得企业不被激烈 竞争的潮流所吞没，始终立于不败之地。库存物资应是合格品，否则会对后续工序或者 最终的产品质量造成影响，所以信息管理是库存管理的重要一部分。 仓库不仅要提供合格的产品，并且还要考虑资金占用问题，不能存放过多，也不 能太少，太多会积压资金，太少又会影响生产连续性。因此库存数量的管理是库存管理 的一个基本要求。 最后，尽管满足了上述两个要求，但是每个产品什么时候放、放什么库位最能节省 作业资源也是库存管理的一个重要内容，这就涉及到优化管理问题，因为这要考虑的因 素相当多，因此大规模优化管理也是仓库管理的一个重要内容。 1 2 2 库存管理的意义 根据上面讨论的库存管理的内容，进行库存管理的意义在于：它能确保物流畅 通，节省生产成本，促使企业经营活动顺利。具体说来有以下几点： ( 1 ) 有利于资金周转，因为通过库存管理降低了库存量，这样可以把库存节省的 成本用于其它的经营项目，加快资金周转。 ( 2 ) 促使生产管理更为合理，库存管理为库存管理者提供了全面的、实时的库存 信息，这样有利于生产管理者决策的合理。 ( 3 ) 有利于顺利的作业，减少作业成本，通过库存管理，半成品或者成品合理的 分布在库区中，便于作业人员进行运输，同时也节省了运输的成本。 1f 2 3 现代库存管理方法 围绕着这些库存管理的特点和方法，很多学者已经在库存控制方面做了大量的研 究。总结起来主要几种：库存分类管理方法a b c 分类管理方法、经济批量( b q q ) 方 法，材料需求计划m r p ( m a t e r i a lr e q u i r e m e n t sp l a n n i n g ) 、及时生产方式j i t ( j u s t i nt i m e s ) 、企业资源计划e r p ( e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g ) 等。 ( 1 ) a b c 分类管理方法 一般来说，企业的库存物资种类繁多，每个品种的价格不同，且库存数量也不相 同，因此，对所有库存品种均给予同等重视和管理是不可能的，也是不实际的。为了使 有限的时间、资金、人力、物力等企业资源得到更有效的利用，应对库存物资进行分 类，将管理的重点放在重要的物资上，进行分类管理和控制，即：依据库存物资重要程 度不同，进行不同的管理，这就是a b c 分类方法的基本思想。a b c 分类的原则是按库存 物资所占用总库存资金比例和所占库存总品种数目的比值这两个指标来分类的。具体 大连理工大学硕士学位论文 说，a 类库存品种数目少但资金占用大，它的品种约占库存品种的5 到2 0 ，而资金 却占用了总额的6 0 7 0 ，c 类库存品种约占库存品种的6 0 到7 0 ，而资金却占用 了总额的1 5 以下，b 类库存品种约占库存品种的2 0 到3 0 n ，而资金却占用了总额 r l 1 的2 5 左右。 对于a 类库存，由于它的数量虽少但占用资金较多，且对企业有很重要的影响，是 最需要严格管理和控制的库存：b 类库存属于一般重要的库存，对于这类库存的管理介 于a 类和c 类库存之间。对b 类库存一般进行正常的管理和控制；c 类库存量最大，但 对企业的重要性最低因而被视为不重要的库存。对于这类库存一般进行简单的管理和控 制。 ( 2 ) 经济批量( e q q ) 方法 经济批量( e q q ) 方法主要通过各种订货方式和经济行为下的经济批量模型来研究优 化库存。如：多品种条件下的经济批量模型、价格上涨条件下的经济批量模型、延期购 买条件下的经济批量模型、数量折扣条件下的经济批量模型等“。 以上库存管理思想着眼于在企业已有的生产经营结构中应用批量模型求解经济批 量，以使得企业的库存总成本最低，也就是说在企业现有的条件不变的情况下来寻求最 优化的库存水平。 ( 3 ) 材料需求计划m r p ： 材料需求计划是依据市场需求预测和顾客订单制定产品的生产计划，然后基于产品 迸度计划，组成产品的材料结构表和库存状况，通过计算机计算出所需材料的需求量和 需求时间，从而确定材料的加工进度和订货日程的一种实用技术。材料需求计划的基本 目的是在合理使用、组合资源保持生产流程畅通的情况下维持最低的库存水平。1 9 8 1 年0 l i v e r sw w i g h t 在材料需求计划m r p 的基础上将m r p 的领域由生产、材料和库存 管理扩大到营销、财务和人事管理等方面，提出了制造资源计划( m a n u f a c t u r i n g r e s o u r c ep l a n n i n g 简称m r p i i ) 。m r p i i 是以生产管理和库存控制为重点的，它集成 了生产和财务两方面的管理功能，从而能及时协调企业生产活动中的物流和资金流 1 2 1 3 o ( 4 ) 及时生产方式( j i t ) ： 传统的库存概念认为库存是一种安全保障，是企业资源，而及时管理方式( j i t ) 贝认为库存是浪费，是企业的负荷，提倡“零库存”。虽然j i t 涉及面很广，但库存管 理是它的核心，并且它是一个“拉动式”系统u ”。 热轧板坯库优化管理系统开发与应用研究 ( 5 ) 企业资源计划( e r p ) ： e r p 是在m r p i i 的基础上通过前馈的物流和反馈的信息流、资金流，把客户需求和 企业内部的生产活动，以及供应商的制造资源整合在一起，体现完全按照用户需求制造 的一种供应链管理思想的功能网链结构模式。e r p 是一种全新的管理方法，它通过加强 企业闻的合作，强调对市场需求快速反应、高度柔性的战略管理思想以及降低风险成 本、实现提高收益目标等优势，从集成化的角度进行管理，是企业管理模式的种改进 f 1 ，0 0 1 和突破。 1 3 本文主要工作 本论文是依托国家“8 6 3 计划”重点项目：“炼钢一连铸一热轧一体化生产计划与 调度”其中的子课题“板坯库库存优化管理系统”，其背景企业是宝钢集团上海第一钢 铁有限公司( 以下简称上钢一厂) 。 虽然上钢一厂已经在企业信息化方面投入了计算机系统，但是调研发现这个系统在 计划决策方面还是不足。目前各类计划编制还主要是依靠人工编制，而且各个分厂是独 立编制地，这样必然造成这些计划之闼衔接阔题，造成资源浪费，“炼钢一连铸一热轧 一体化生产计划与调度”因此显得尤为迫切，但是受到目前工艺条件限制，连铸和热轧 之间还不可能完全“按量按序”衔接，因此必然导致中间库存( 本文仅限于板坯库库 存) ，如何管理板坯库使得既能及时满足生产工序上的需要，同时又节省库存中板坯作 业的成本成为本文的重点，根据项目需求本文主要研究内容有以下几点： ( i ) 板坯入库优化决策及其实现 这部分内容主要就是解决连铸出来的板坯“放哪儿? ”的问题，即：为连铸出来需 要入库的板坯选择一个合理的库位，使得板坯堆垛合理，便于后续板坯入库和熟轧计划 单元板坯的提取。 ( 2 ) 板坯出库优化决策及其实现 这部分内容主要是解决热轧的提坯计划板坯“取哪块? ”的问题。即：为热轧的轧 制单元的板坯从合适的板坯集合中挑选一块板坯，并且保证取到该轧制单元所有合适板 坯的总的倒垛量最少。 ( 3 ) 软件系统设计与开发应用 这个是项目的最终落脚点，根据项目需求本文采用了面向对象开发语言v b 、c + + ， 并根据客户需求迭代开发的开发方式设计开发了软件系统，并最终开发了一个集成的模 拟库存管理仿真软件系统。 人连理工大学硕士学位论文 2 板坯库优化管理系统模型与算法研究 本节在分析了库存产生的原因基础上，结合上钢一厂板坯库管理实际，主要研究了 库存优化管理系统中用到的两个核心模型：入库决策模型和出库决策模型，并分别给出 了相应的算法。 2 1 板坯库优化管理的问题分析 2 1 1 库存产生的原因 按照用户订单组织生产的连铸一连轧生产线，从理论上来说，其三库( 板坯库、钢 卷库、成品库) 的库存量不应该太高，但我国目前大部分连铸一连轧生产企业的库存量 却普遍较高，不仅占用了大量流动资金，增加了生产周期，提高了生产成本，而且有时 会干扰或者阻碍生产的正常进行。如：有的企业为了降低生产线中的库存量，租用了厂 外仓库临时存放制品。因此应该正确地、系统地分析库存问题，对库存进行有效的控 制。 、 分析连铸一连轧生产线中的库存构成，除了生产管理人员个人因素外，更重要的 是生产工艺技术方面和生产物流管理技术方面的原因。 1 生产工艺技术方面 ( 1 ) 钢铁批量。一般转炉和电炉在冶炼过程中都要求固定的装入量，因此炼钢工 序的实际生产量将是转炉或者电炉装入量的整数倍。 ( 2 ) 连浇技术。这里连浇技术是指连浇工序的连浇炉数和异钢种连浇的能力。尽 管连铸机在技术上已经具备在线调宽的能力，但为了避免出故障，一般实际操作中不进 行在线调宽或者较少采用在线调宽；异种连浇一般是指相近钢种的连浇，操作技术高可 以放宽钢种限制，操作技术低钢种限制就严，甚至只能是同钢种。因此连浇技术对炼钢 工序生产计划要求高，耳前许多企业是靠增加相同钢种或相近钢种的生产量来保证连浇 技术的顺利实现，造成了库存的增加。 ( 3 ) 工序命中率。工序命中率是指工序计划生产物品的品种、规格与实际生产物 品的品种、规格的比值。连铸一连轧生产线中包括三种工序命中率，即钢种命中率、轧 制线命中率和精整线命中率 钢种命中率指计划冶炼钢种炉数与实际冶炼钢种炉数的比值。其值与工艺设备、操 作水平、管理水平、原料纯净度等多种因素有关，一般在8 0 9 0 范围内。 热轧板坯库优化管理系统开发与应坩研究 轧制线命中率指计划轧制规格的钢卷与实际轧制规格的钢卷比值。其值与工艺设 备、操作水平、管理水平、板坯质量等多种因素有关，一般在9 5 以上。 精整命中率指计划精整规格的钢卷与实际精整的规格钢卷的比值。其值与工艺设 备、操作水平、管理水平、钢卷质量等多种因素有关，一般在9 5 以上。 工序命中率将造成三库( 板坯库、钢卷库、成品库) 无计划产品的增加，其中对板 坯库影响最为严重。 ( 4 ) 工序生产率。连铸一连轧生产线中的各个工序的生产能力在设计上是平衡 的，即各个工序平均生产率相同。在实际生产中由于维修时间、故障时间、生产准备 时间、生产调整时间、生产工艺时间等因素的影响，常常造成工序瞬时生产率不等( 这 个“瞬时”有可能是小时、班组甚至天) 。为了保证连续生产，只能靠库存来维持生产 进行缓冲。 2 生产物流管理技术方面 ( 1 ) 投入产出系数。投入产出系数是工序产出量与投入量的比值。其值是一种随 机变量，与物品的品种、规格、质量要求等因素有关。在进行生产量计划时，为了计算 简便，常常按照常量对待或者划分为几类；为了避免缺料现象，该系数取值也偏于保 守。因此从制定计划就歼始产生了库存。 ( 2 ) 预测不准确。在面向多品种少批量生产组织和钢铁产品处于买方市场形式 下，根据钢铁企业的生产特点，经常需要市场管理人员或者其他管理人员来提出产品需 求预测，以弥补订货合同的不足，保证企业的正常生产 一般是预测后以半成品形式放在中间库中，待与用户签订了合同后在生产出成 品，因此预测的准确率直接影响了库存。 ( 3 ) 计划周期。生产物流管理水平的高低，首先反应在生产物流计划的周期上， 以及计划的详细程度上。计划周期长库存水平就高，反之则低。 ( 4 ) 信息不畅。生产计划与调整的依据是生产中的各种信息，如果信息错误或者 延误，必将造成生产计划难以执行，造成库存量的上涨。这些信息有：库存信息、物品 信息、生产信息、设备信息等 ( 5 ) 市场环境的变化。“用户第一”不仅是企业销售人员的观点，也是企业生产 管理人员的观点，“用户第一”只有落实到生产中，才能实现。( 如；宝钢实现按每位 用户合同设计生产工艺参数，极大地提高了产品的用户满意率) 。为了实现一定的生产 规模，克服销售率和生产率之间的频繁波动，企业必须依靠库存来进行缓冲。 大连理：f ：大学硕士学位论文 2 1 2 上钢一厂板坯库库存管理问题分析 2 1 2 1 相关工艺概念介绍 热轧厂板坯库主要是接收来自连铸工序的冷连铸板坯和少量的来自初工序的初轧板 坯或者外购板坯，向热轧工序提供完全符合轧制计划单元要求的合格板坯，是热轧工序 和连铸工序的连接纽带。研究板坯库优化管理，就有必要了解连铸和热轧相关工艺以及 它们对板坯库的影响。 热轧厂从炼钢到精整的整个工艺流程如图2 1 所示： h g 2 1f l o wo f t e c h n i c sa b o u th o t - r o l l 她 对于板坯库库存的管理主要内容就是管理库存中板坯，而这些板坯又与各类计划 相关因此板坯库前后工序计划编制对板坯库也有很大的影响，以上钢厂为例，各类 计划编制定义、条件、原则和流程如下： ( 1 ) 浇次计划 浇次定义：以板坯为单位的连铸制造命令，即浇次组批( c a s t - - l o t ) ： 组炉条件；同一出钢记号、同板坯厚度、浇铸宽度从宽到窄( 调宽时、最大 5 0 m m ) 等： 编制流程：首先将组成的炉次( 预定板坯) ，再按浇注条件排序，然后按要求对精炼 途径作能力检查，再根据合同交期制订炼钢日期，接着调宽处理和调宽合理性检查再赋 c a s t - l o t 号，最后编制铁水、铬铁水需求计划( 提前一天下达炼钢厂) ： 编制原则：考虑各精炼设备的能力和冶炼时间、热轧预定生产同期和板坯库情况。 热轧板坯库优化管理系统开发与应用研究 ( 2 ) 轧制计划 轧制计划定义：以板坯为单位的热轧制造命令 烫辊材规程：采用低硬度等级的碳钢，目标厚度2 5 - 4 m m 、宽度9 0 0 1 2 0 0 m m ； 主体材规程：主要是厚度、宽度跳跃( 正、反跳) 等； 板坯厚度规程：可使用1 5 0 - 2 5 0 m m 板坯，今后主要使用2 0 0 r a m 板坯 短坯编制规程：系统只支持长坯计划，工艺上支持短坯( 双排进钢) 生产。 硬度组跳跃：划分硬度组( 碳钢、不锈钢) 和硬度组的跳跃 终轧温度、卷取温度规程：分钢种的终轧温度、卷取温度由质量设计制定。 支撑辊更换后的计划编制规程：对轧制材料的硬度、厚度和宽度都有限制； 最大质量等级公里书基准 与钢种、规格等有关，需质量一贯制支持和专家指导； ( 3 ) d h c r 计划 d h c r 定义：从辊道进热轧的、中间不下线的、直接装炉的板坯热轧计划： d h c r 浇次编制条件：可以热装的钢种、浇次必须是同钢种、浇铸宽度必须相同 ( 不调宽) 、连铸的产能与热轧的产能匹配； 编制流程：首先将能够d h c r 的炉次( 预定板坯) 按浇注条件排序，然后根据热轧 能够生产的日期预定炼钢( 浇注) 日期，再赋c a s t - l o t 号，最后进行热轧计划编制； 编制原则：重点考虑各连铸和热轧能力匹配和工序时问生产时间匹配、注重 d h c r 计划实施中的调整、板坯产出与热轧进炉时间必须能吻合。 这些计划编制都是围绕着连铸与热轧工序的，连铸一连轧生产是综合近年来炼 钢、连铸和轧钢的最新技术成果而发展起来的一项新的钢铁生产方式，其重要标志 是连铸坯热送热装和连铸一直接轧制技术。连铸一连轧生产地发展，极大地推动了 钢铁工业技术和管理的革命，带来了巨大的经济和社会效益。连铸与热轧生产间 的连接方式目前主要有以下几种： c c r ( c o l dc h a r g er o l l i n g ) ：连铸冷坯装炉轧制。是指将高温无缺陷铸坯或 者经过高温清理厚的铸坯，以及需低温处理的铸坯，离线装入存储仓库，然后再按 照轧制计划从仓库调坯，装入加热炉内( 装炉温度为室温) 加热，再进行轧制。 h c r ( h o tc h a r g er o l l i n g ) ：连铸一热坯装炉轧制。是指将高温无缺陷铸坯或者 经过高温清理厚的铸坯，离线装入存储保温坑，然后再按照轧制计划从保温坑调 坯，装入加热炉内( 装炉温度为4 0 0 7 0 0 摄氏度) 加热，再进行轧制。 d h c r ( d i r e c th o tc h a r g er o l l i n g ) ：连铸直接热坯装炉轧制是指将高温无缺 大连理： 大学硕士学位论文 陷铸坯或者经过高温清理厚的铸坯，按照出坯顺序，真接装入加热炉内( 装炉温度 为7 0 0 n 1 0 0 0 摄氏度) 加热，再进行轧制。 h d r ( h o td i r e c tr o l l i n g ) ：连铸直接热轧，是指将高温无缺陷铸坯或者经过 高温清理厚的铸坯，按照出坯顺序不经过加热炉加热( 只经铸坯边角部湿度补偿) 就直接进行轧制( 铸坯温度约为1 1 0 0 摄氏度) 。 目前国内大部分钢铁企业由于受到工艺条件限制尚不能实现连铸直接热轧 这种热轧方式，而是采用前面一种或者几种连接方式相结合来进行热轧。 2 1 2 2 上钢一厂库存管理现状和问题 项目的实施单位是宝钢集团上海第钢铁有限公司炼钢j ( 以下简称上钢一厂) ， 宝钢集团上海第一钢铁有限公司是一家集炼铁、炼钢、轧钢为一体的大型钢铁企业，拥 有烧结、高炉、转炉、钢板、型钢、等五大生产厂以及耐材辅助生产厂。可以冶炼4 1 6 个钢号，轧制8 0 0 多个品种规格的钢材。已形成2 6 0 万吨铁、2 5 0 万吨钢、1 5 0 万吨材 的年生产规模。其中板坯库库存设计能力大约是3 力。吨，共可以存放约2 0 0 0 块板坯， 目前板坯库库存管理已经开发了一期信息化平台，但是各类计划编制( 如入库计划和出库 计划) 主要还是依靠人手工完成，需要大量的人力，带有很强的经验性，并且应对突发 事件和紧急合同能力比较弱，所以其管理水平得不到保证。 上钢一厂目前板坯库作业工具主要是依靠天车和辊道来完成目前的板坯库库区布 局如图2 2 所示； 热轧板坯库优化管理系统开发与应用研究 图2 2 上钢一厂板坯库库区布局 f i g 2 2s l a b - y a r dd i s t r i b u t i o no fb a o s t e e ln o 1i r o n & s t e e lc o 2 1 2 3 热轧扳坯库库存优化管理项匿会绍 前面已经论述，由于受到技术、工艺和市场等因素限制，钢厂的库区已经成为钢厂 生产组织的重要组成部分，并且库存管理水平的高低直接会影响到钢铁企业的生产成本 和企业的声誉。项目的研究内容就是要以上钢一厂的库存实际情况应用先进的库存控制 技术开发出一套通用、集成的模拟库存管理仿真软件系统。该系统为决策者编制和修订 生产计划和仓库调度人员提供依据，实现资源的合理配置和能力的有效利用，提高了板 坯库管理水平，达到提高生产率和经济效益的目的，具体说来有以下几个目标和要求： 人连理工火学硬士学位论文 1 系统地管理板坯库相关设各、板坯、各类计划和合同甚至操作人员等库存管理相 关信息。 这既是系统的目标之一也是系统的必要支持模块，它一方面满足板坯库管理用户对 板坯库相关信息的需求，同时系统的一些参数也在这里实现优化管理，为系统提供了适 应空间。 2 研究板坯库板坯出、入库优化管理技术 这是系统的核心目标，系统既要充分吸收现在工厂板坯库管理人员的宝贵经验，同 时还应该研究国内外的先进库存管理方法和理论成果，并应用到系统中，具体的说有以 下几点： ( 1 ) 保证连铸板坯能及时入库，并为其选择最佳垛位； ( 2 ) 按热轧的轧制节奏，及时准确地将要轧制的板坯装入加热炉 ( 3 )能支持一些先进的生产工艺和组织形式，如热装热送等，尤其是保温坑热 装，以达到节能、提高生产效率的目的 ( 4 ) 在满足生产要求的条件下，尽可能减少库存水平，这就要求选择合适的库存 策略 ( 5 )充分利用仓库的设备和设施，优化堆垛区域，合理调度仓库的运输搬运工具 3 面向对象的程序设计方法应用 与传统的软件开发方法不同 2 3 , 2 5 面向对象方法是一种以封装了数据和对象进行 操作的对象以及不同对象之间的相互关系为中心的。它直接以现实世界中可分离的、可 识别的客体作为对象。并且对象及类的概念在建模、设计及实现过程中都是一致的、完 整的。特别是类作为一组性质相似对象的统一模板，其封装和继承性为软件提供了强有 力的支持，是过程应用的理想的可重用的部件，项目的一些核心内容都是以这种思想开 发的。 4 研究出现故障时候的重调度技术 这实际上是增强系统的柔性，即使系统设计得再好，但是如果没有这部分也是不能 满足生产的，因为在实际生产中各种干扰和不确定因素相当多，这些因素就给库区管理 带来了不确定性，系统应该考虑这些因素制定相应的调度策略，使得系统最大程度地满 足生产。 热轧板坯库优化管理系统开发与应用研究 2 - 2 入库模型及其算法 入库决策模型是为了板坯库中每一块板坯选择合理的垛位，以便日常管理，方便出 库。入库决策模型以板坯库管理人员、操作人员的经验为基础，在保证出库作业优先的 情况下，寻找最佳垛位。 2 2 1 入库选择垛位原则 为了节省空间有效利用资源以及某些板坯本身特性上的要求，板坯入库必须遵循一 定的堆放规则，概括起来主要有以下几个方面“： ( 1 ) 选择各自区域中的垛位 根据入库板坯的来源不同，板坯分别放入回炉板坯区、初选板坯区、保温板坯区、 连铸板坯区、炉前拒收区，或者选择“零”垛位区，作为直接挑制、和直接热装式入库 对策。 ( 2 ) 选择各自类型中的垛位 入库板坯按照待轧制时间的长短分为a 、b 、c 三类，待轧制时间短的板坯区域应该 靠近出库辊道，待轧制时间长的板坯垛位应该远离出库辊道。入库选择垛位时，应按照 板坯归属的类型，选择相应的垛位。 ( 3 ) 同规格同材质的板坯堆放在一起 同规格时指具有相同长度、宽度、厚度( 均在允许的公差范围内) 。同材质是指具 有相同的硬度组，以及其它的一些质量数据。这些板坯已经在一体化系统计划编制中编 入同一轧制计划单元中生产，应浚把它们堆放在一起，这样可以减少倒垛次数。 ( 4 ) 允许有一定的混和堆垛 可能会有一些板坯，它们的数量少，但规格、材质不一，若按照上述某些堆垛规则 堆垛入库，将会占用很多的库位，而每个库位上的板坯又很少。这样会影响板坯库的有 效利用，给后序入库作业和倒垛带来困难。所以允许有一些混和堆垛，但这样的垛位是 少量的，且混和垛位上的钢种种类数量不宜太多。 ( 5 ) 窄坯靠近出库辊道 在轧制计划单元编制过程中，出于工艺上对轧辊磨损均匀性，以及轧辊的均匀加热 要求，轧制计划呈现“乌龟壳”状，这样在同一轧制计划单元中，窄板坯的上料节奏即 轧制节奏快于宽板坯，因此为减少行车远距离作业，保证出库节奏，满足轧线生产， 般要求板坯越窄，越靠近出库辊道。 ( 6 ) 不超过堆垛高度限制 大连理： 火学硕十学位论文 根据板坯库建筑规章的要求，垛位高度应该有一定的限制，另一个原因，是为了减 少倒垛量，对一个堆垛较高的垛位，如果要轧制最下面的板坯，倒垛的工作量会随着高 度的增加而增加，在保证维持定库存量板坯的情况下，垛位应该尽量的低。 2 2 2 入库决策模型 入库决策模型必须满足入库决策原则，在库区划分的基础上，自由搜索符合存放条 件的垛位。本文在参考文献 2 2 的基础上，在模型中引入相同轧制计划号垛位系数65 ， 从而在入库模型中就体现了轧制计划的要求，即同一轧制单元的板坯会被放在相同或者 相近的库位，这样就更有利于出库。用这种模型堆垛的板坯模型求解分为两步：第一步 求出指定区域符合存放条件的垛位条件值；第二步求出最佳垛位。 ( 1 ) 求垛位条件值5 ( x ) 磊( z ) = a , 4 ( x ) + + a 2 岛( 彳) + 岛g ( x ) + 0 4 瓯( z ) + a 5 瓯( x ) ( 2 1 ) 其中： 驰) = 1 嘞xc 。d i 山刊 ( 2 _ 2 ) = m 1x 。d ，2 山娟 ( 23 ) 岛( 工) = 。ix x 芒e 。d ，3 x 水h ( 2 4 ) w ) = 嘞1 x e 。d 4 卜h ( 2 5 ) 删) = 1 x 6 。d 。s 州 ( 26 ) a 相同板坯宽度的垛位系数( 在公差范围以内) d ，相同板坯宽度垛位； 岛相同板坯厚度垛位系数：( 在公差范围以内) d 相同板坯厚度垛位： a ，相同板坯长度垛位系数 d ，相同板坯长度垛位； a 4 相同板坯钢种垛位系数 d 4 相同板坯钢种垛位： ( 在公差范围以内) ( 在公差范围以内) 热轧板坯库优化管理系统开发与应用研究 a 。相同轧制计划号垛位系数； d 。相同轧制计划号垛位； h ( x ) 为垛位实际高度；h 为垛位限制高度 ( 2 ) 求最佳垛位 设指定区域共有n 个垛位，分别运用上式计算出各个垛位的条件值 吒，( ) ，r 2 ( x ) ，圪，( z ) ，瓦( z ) ( 2 7 ) 则最佳垛位y 为： y = m a x ( f b l ( x ) ，e 2 ( x ) e 3 ( z ) ，( ) ) ( 2 8 ) 2 2 3 入库决策模型分析 对于入库的每一块板坯，通过式2 8 求最佳垛位y 值，并把此时相应库位作为入 库库位，通过实验发现这个入库模型对于合理安排入库库位是有效地，既保证了相同或 者相近规格板坯放在相同或者相近的库位，也保证了相同热轧单元板坯放在相相邻的库 位，方便的满足了热轧计划，以下是部分实验数据表： 表2 1 入库计划编制结果( 截取) 板坯号库位号垛位号钢种长度厚度宽度轧制计划号 a t l 0 0 01321 2 0 5 42 0 01 2 6 0r s o i a 7 1 0 0 1l421 2 0 5 42 0 01 2 6 0r s 0 1 a 7 1 0 0 21521 2 0 5 42 0 01 2 6 0r s 0 1 a 7 2 0 0 02411 2 0 5 42 0 01 2 6 0r s 0 2 a 7 2 0 0 125l1 2 0 5 42 0 01 2 6 0r s 0 2 a 7 2 0 0 22611 2 0 5 42 0 01 2 6 0 r s 0 2 a 7 3 0 0 03221 1 0 0 02 0 01 2 6 0 r s 0 3 a 7 3 0 0 l3321 1 0 0 02 0 0 1 2 6 0r s 0 3 a 7 3 0 0 2342 1 1 0 0 02 0 01 2 6 0r s 0 3 a 7 3 0 0 3352 1 1 0 0 02 0 01 2 6 0r s 0 3 a 7 3 0 0 43621 2 0 5 4