至德鋼業(yè)熱軋不銹鋼管批量計(jì)劃相關(guān)研究分析

  熱軋不銹鋼管批量計(jì)劃在至德鋼業(yè)生產(chǎn)車間中也被稱為熱軋不銹鋼管生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度，今天我們首先介紹熱軋不銹鋼管批量計(jì)劃問題，然后以熱軋不銹鋼管為例詳細(xì)描述熱軋批量計(jì)劃，最后綜述不銹鋼無縫管批量計(jì)劃的研究現(xiàn)狀，歸納并分析其主要的研究成果。生產(chǎn)計(jì)劃是為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)目標(biāo)而制定的系列的預(yù)測和決策活動，其關(guān)鍵任務(wù)是確定企業(yè)的生產(chǎn)產(chǎn)品和所需的原料資源。生產(chǎn)調(diào)度是指在特定時(shí)間段內(nèi)，分配可用的生產(chǎn)資源并對加工任務(wù)進(jìn)行排序，以達(dá)到特定生產(chǎn)指標(biāo)的目的。前者的重點(diǎn)是資源的需求和生產(chǎn)計(jì)劃的粗分配，后者更側(cè)重于作業(yè)的具體安排和資源的詳細(xì)分配。生產(chǎn)調(diào)度問題是一類經(jīng)典的組合優(yōu)化問題，大多具有操作難的復(fù)雜性，相關(guān)研究能夠在學(xué)術(shù)上豐富和完菩組合優(yōu)化理論與算法的研究。同時(shí)，生產(chǎn)調(diào)度具有很強(qiáng)的工程背景，是現(xiàn)代制造系統(tǒng)一一如制造執(zhí)行系統(tǒng)、高級計(jì)劃與排程等的重要決策問題，它在空間上將生產(chǎn)計(jì)劃細(xì)化到每個(gè)工件和單臺機(jī)器，在時(shí)間上根據(jù)生產(chǎn)節(jié)奏精確到分鐘調(diào)度甚至秒調(diào)度，能夠直接用于指導(dǎo)生產(chǎn)過程，并及時(shí)響應(yīng)生產(chǎn)中的動態(tài)變化，在實(shí)踐上對于生產(chǎn)管理過程優(yōu)化具有重要的指導(dǎo)意義，有利于提高設(shè)備利用率、降低生產(chǎn)成本、減少生產(chǎn)能耗等，進(jìn)而增強(qiáng)企業(yè)的競爭優(yōu)勢。

  熱軋不銹鋼管生產(chǎn)是高溫、高速，連續(xù)作業(yè)和間歇作業(yè)并存的軋制加工，其生產(chǎn)具有較高的工藝復(fù)雜性和加工連續(xù)性要求，是軋鋼廠的核心工藝，需要不同機(jī)械設(shè)備協(xié)同參與，決定著軋鋼廠的整體生產(chǎn)節(jié)奏。此外，熱軋銜接著煉鋼連鑄與冷軋工序，其亦是整條鋼鐵供應(yīng)鏈中的重要一環(huán)，影響著上下游生產(chǎn)。熱軋批量計(jì)劃作為軋鋼廠生產(chǎn)管理的最主要內(nèi)容，是鋼鐵企業(yè)針對熱軋生產(chǎn)制定生產(chǎn)管理優(yōu)化方案的過程，即根據(jù)熱軋工序中相應(yīng)的生產(chǎn)約束、生產(chǎn)能力以及用戶合同需求，對生產(chǎn)訂單或鋼坯進(jìn)行組合、排序，從而為生產(chǎn)執(zhí)行提供有效的指導(dǎo)，熱軋不銹鋼管批量計(jì)劃流程如圖所示。由于熱軋不銹鋼管批量計(jì)劃問題是鋼鐵生產(chǎn)管理的主要內(nèi)容，它對鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)效率、經(jīng)濟(jì)效益、產(chǎn)品質(zhì)量以及訂單交付等均具有重要影響，所以持續(xù)受到研究者的關(guān)注。熱軋批量計(jì)劃的優(yōu)劣對鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)效率、設(shè)備利用、產(chǎn)品質(zhì)量及能源消耗有重要影響，是鋼鐵生產(chǎn)管理領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)研究問題，有效的熱軋生產(chǎn)調(diào)度方法和技術(shù)己成為維持高性能鋼鐵制造系統(tǒng)的必要條件，研究它的優(yōu)化對提高生產(chǎn)管理水平和不銹鋼管廠效益具有重要價(jià)值和意義。

   目前市場上的熱軋鋼材品種繁多，加工不同品類的產(chǎn)品需要不同的生產(chǎn)工藝，這也使得熱軋批量計(jì)劃具有較多的研究對象和角度，下面以熱軋圓鋼為例詳細(xì)描述熱軋批量計(jì)劃問題，

   圓鋼是一種重要的熱軋鋼材，它常常作為原料鋼坯用于不銹鋼管的軋制，這里以圓鋼為例，詳細(xì)介紹熱軋批量計(jì)劃問題。

   圓鋼生產(chǎn)企業(yè)在接收到合同訂單之后，生產(chǎn)部門首先依據(jù)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)文件獲得鋼種的密度，然后再根據(jù)直徑、長度和訂貨量（噸），計(jì)算得出每種直徑、鋼種和長度圓鋼的生產(chǎn)支數(shù)，以便于后期的鋸切、精整與包裝入庫。圓鋼的熱軋批量計(jì)劃不僅要根據(jù)合同訂貨規(guī)格的差異性，從待排產(chǎn)鋼坯集合中合理地選擇鋼坯來滿足軋制需求，還要盡量減少軋制鋼坯鋸切為成品圓鋼時(shí)產(chǎn)生的余料浪費(fèi)。此外，在制定批量計(jì)劃時(shí)還需考慮圓鋼軋制的工藝約束，對排入同一分組的鋼坯進(jìn)行排序，降低相鄰鋼坯間鋼種、規(guī)格、長度、硬度和表面等級等參數(shù)上的跳躍差異性，最終將選定的鋼坯進(jìn)行批量組合，每組鋼坯成為一個(gè)軋制單元。根據(jù)圓鋼的軋制規(guī)程，每個(gè)軋制單元內(nèi)的所有鋼坯必須使用同一套孔型系統(tǒng)連續(xù)不間斷軋制，最終得到的成品圓鋼直徑相同，但長度可能各異。

   由上述分析可知，鋼坯與圓鋼之間是一對多的關(guān)系，即鋼坯經(jīng)過軋制之后得到一支長料，而后根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃將長料切割為指定長度的成品圓鋼，鋼坯與圓鋼間的對應(yīng)關(guān)系如圖所示。根據(jù)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)文件和成材率可計(jì)算得出鋼坯軋制成直徑為的圓鋼的最大長度，以下采用兩種不同切割方式：

   因此，根據(jù)圓鋼的軋制特征，在編制批量計(jì)劃時(shí)需要充分考慮以下因素：

  1. 鋼坯的選擇、組批和排序應(yīng)以訂單需求為導(dǎo)向進(jìn)行，盡量使圓鋼在軋制和切割時(shí)產(chǎn)生的余料浪費(fèi)最小：

  2. 軋制單元排入同規(guī)格的鋼坯越多越好，即在軋輥的使用壽命內(nèi)最大化軋制單元長度，提高軋輥利用率，減少換輥頻數(shù)，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本：

  3. 圓鋼軋制需嚴(yán)格遵守軋制規(guī)程，軋制單元內(nèi)的鋼坯序列必須按規(guī)則集中裝爐，鋼坯的裝爐順序和軋制順序需保持一致，并盡量使軋制單元內(nèi)相鄰鋼坯間的屬性差異最小。

   綜上所述，圓鋼的熱軋批量計(jì)劃問題可以概述為：有米支目標(biāo)圓鋼和力支待排產(chǎn)鋼坯，圓鋼和鋼坯的鋼種、規(guī)格、長度、硬度、表面等級和支數(shù)等參數(shù)均己知，在連軋機(jī)的總軋制能力和每個(gè)軋制單元的生產(chǎn)能力一定的前提下，根據(jù)客戶要求和工藝規(guī)程來選擇和確定每個(gè)軋制單元內(nèi)的鋼坯序列，使得鋼坯軋制余料以及軋制單元內(nèi)相鄰鋼坯的屬性（鋼種、規(guī)格、長度、硬度和表面等級）。