D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1993.06.007 第15卷第6期 北京科技大学学报 Vol.15 No.6 1993年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.1993 轧钢企业订货、排产及调整的集成化 李铨*鹿守理*卢于逑* 摘要：对轧钢企业订货，排产及调整进行了集成化研究。使用多级计划与调整模型实现了订货，排 产及调整的并发控制与动态调整，并用专家系统方法完成了上述上作，‘传统方法相比，克服了 各阶段之间分离的缺点. 关键词：轧钢广、专家系统、计划、管理生产，集成 中图分类号：F407.3.TP391.7 The Integration of Order.Arranging Uaily Plan and Adjusting for a Steel Rolling Mill Li Quan*Lu Shouli*Lu Yuqiu* ABSTRACT:The integration of order.arranging daily plan and adjusting can be completed for the simultaneously control and dynamic adjustment of order.arranging and adjusting by using the model of multi-plan and adjustment integrated.and the above works can also be completed by expert system.Compared to the traditional methods.this method overoomes the disadvantages of separations among different stages. KEY WORDS:rolling mill.expert system.planning.management production.integrated H前、国内外对轧钢企业订货、排产及调整方的管理做」不少的研究，已发展到使用 决策支持系统(DSS)进行计划管理。但从现在的研究不难看出，尚存在两点不足：(1) 没有把订货、排产及调整作为「个完整的系统加以统筹考虑、而常常是分开来研究，其钻果 往往是顾此失彼、共至会自州不盾：(2)对决策中现的半结构化及非结构化问题证得有 些力不从心。鉴于此、将集成的思想引入轧钢企业的计划管理、统筹研究订货、排产及调 整、并使州专家系统(FS)的原理和方法解决决策中出现的半结构化和非结构化问题是弥 补上述不足的最佳途伦、也是企业管理发展的必然趋势。 1集成的基本思想 轧钢企业的订货、排产及调整包括接受用户订货、确定年度计划、安排产作：业计划 193-0%1收府第作者：男、岁，博{生 *金城k力加I系(Department of Metals'omng)
第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 ’ 优 戊 。 。 众沈 轧钢企 业订货 、 排 产及 调 整 的集成化 李 栓 ’ 鹿 守理 ’ 卢于 述 ‘ 摘要 对轧 钢 企 业 订 货 、 排产 及 调整进 行 集 成 化研 究 使 用 多级 计 划与调整模型实现了订货 、 排 产 及 调 整 的并 发控 制 与动 态 调整 并 用 专家 系统 方法 完 成 了上 述 一 作 。 ’ 歹传统 方法 相 比 ， 克服 了 各阶段 之 间分 离的缺 点 。 关键词 轧钢厂 ， 专家 系统 ， 计 划 ， 管理 生 产 ， 集 成 中图分类号 ， · ， 。 ‘， “ 守“ ， 】 ， 份 ， 皿 巧 份 而 ， 。 、 一 份 ， 以 七。 比 耐 份 ， 一 挽 】万 ， ， ，’ ， 份 前 ， 国 内外对轧 钢 企 业 订 货 、 排 产 及 调 整 方 而的 管理 做 ” 不 少 的研 究 已 发 展到 使 川 决 策 支持 系统 眺 进 行 计 划管理 。 但 从现 在 的 研 充 中 不 难 看 出 ， 尚存 在 两 点 不 足 没 有把 一 货 、 排 产 及 调 整 作 为 个完 整的 系统 加 以 统 筹考 虑 ， 而 常 ‘ 常是分 ，「来研 究 ， 其结 果 往 往 是顾此 失彼 ， 共至 会 自相 矛后 对决 策 ‘ ，出现 的 、 抢占构 化 及 二 结 构 化 问题 显得 有 些 力 不 从心 鉴于 此 将 集 成 的思想 引 入 轧 钢 企 业 的 计 划 管理 、 统 筹研 究 元 货 、 排 产 及 调 整 ， 少于使 用 专家 系统 邢 的原理 和 方法 解决 决 策 中 出 现 的 平结 构 化 和 卜结 构 化 问 题 是 弥 补 「述 不 足 的最 佳途 径 也 是企 让 管理 发展 的 必 然 趋势 集成的基本思想 车 钢 企 业 的 ’ 货 、 排 产 及 调 整 包 括 接 受 用 户 订 货 、 确 定 年 度 汁划 、 安 排 厂 产 作 业 计 划 】 卯 一 既 中 金 属 卜力加 收 稿 第 作 若 男 ， 岁 ， 博 ’ 系 块 、 少。 一 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1993．06．007
Vol.15 No.6 李铨等：轧钢企业订货、排产及调整的集成化 ·577 (排产)及生产过程中的调整等一系列决策问题。集成的基本思想是：将订货、排产、生产 作为1个完整的可调控的输入输出系统进行研究，通过合理的调控输入与输出以达到该系统 的动态平衡，也就是控制用户的订货、产品的投产和在制品数量这三者的平衡。 2集成的模型选取 如何将集成的基本思想转变为现实呢？首先需要选取1个能恰当表示该设想的模型，而 轧钢企业是典型的订货型企业，所以该模型还应反映订货型企业的特点。 2.1多级并发调控漏斗模型 德国Wiendahl等人使用漏斗模型形象，生动地描述了输入输出的控制过程；华中理工 大学的陈荣秋教授等又在此基础上开发出订货型企业的多级并发调控漏斗模型，如图】所 示。它包括两个决策：(1)接受用户订货决策，主要解决接不接，接多少及何时交货的问 题：(2)投产决策，即排产决策，解决投不投，投多少，以及何时投等问题。 由图1可见，最上层漏斗是市场，市场 积累了各种顾客的订货，这些订货有可能为 本企业所接受；中层漏斗是任务池，存放着 非用户订货市场 已接受但还未投产的顾客订货；最下层为生 接受订货 产车间，存放着已投产但还未完工的在制品。 调整是如下进行的：当车问的在制品增加时， 就要通过加班加点等措施来增加生产能力， 累积的任务别任务池 以提高出产速度，同时减少投产、控制输人。 投产 由于投产的减少，则任务池中积累的任务增加， 将减少接受订货；反之，当在制品下降时，就 要增加投产以增加输入。投产增加，则任务 在制品三 池内积累的任务减少，将多接受订货。这样， 实现了接受订货、投产及生产的多级并发调 输出 整。 2.2多级计划与调整集成化模型 图1多级并发调控漏斗模型 以往的生产计划如产品出产计划(MPS) Fig.I Multi-simultaneously adjustment and 或称年度计划、物料需求计划(MRP)或称 control funnel model 备品备件计划、设备维修计划(ESP)等与调整往往是相分离的。制定计划时，未考虑所用 的调整方法；进行调整时，又忽略了计划的要求，致使计划最终落空。所以，有必要建立一 个模型，以实现生产计划与调整的集成化，模型如图2所示。 由模型可见，当顾客请求订货时，会提出所希望的价格P。和交货期T,以及一个能够 接受的最高价格P和最迟交货期Tx·计算机通过访问报价系统和交货期优化系统进行 价格、交货期检验。对于检验不合格的，分别给出拒绝或协商信息；检验合格的，再经各种 约束条件检验、最优产品组合匹配、访问任务池等多步推理过程方可确定是接受或拒绝该 订货。已接受的订货进人任务池，能否投产不仅取决于车间的在制品水平，而且取决于原材
】 李锉等 轧钢企 业订货 、 排产及调整 的集成 化 排 产 及 生产过 程 中的调 整等 州系列 决 策 问题 。 集 成 的 基 本思 想 是 将订 货 、 排产 、 生 产 作 为 个完整 的可 调控 的输 人 输 出系统进行研究 ， 通 过 合理 的 调控 输 人 与输 出 以 达到 该 系统 的动 态平 衡 ， 也就 是控 制用 户 的订货 、 产 品的投 产 和在制 品数量 这 三 者 的平衡 。 集成的模型选取 如 何将集 成 的基本 思 想转 变 为现实 呢 首 先需要 选取 个能恰 当表示 该设想 的模 型 ， 而 轧钢 企 业 是典 型 的订货 型企 业 ， 所 以 该模型还应 反 映订货型 企 业 的特点 。 多级并发调控漏斗模型 德 国 等 人使用漏 斗模 型 形 象 ， 生动地 描 述 了 输 人 输 出 的 控 制 过 程 华 中理 工 大 学 的陈荣 秋 教授等 又 在此基 础 上开 发出 订 货 型 企 业 的 多级 并 发 调 控 漏 斗 模 型 ， 如 图 所 示 。 它 包括 两 个决策 篷受用 户 订货决 策 ， 主 要 解决接 不 接 ， 接 多 少 及 何 时 交 货 的 问 题 投 产决策 ， 即排 产决策 ， 解 决投 不 投 ， 投 多 少 ， 以 及何 时投等 问题 。 由 图 可 见 ， 最 上层 漏斗 是 市 场 ， 市 场 甲哈 积 累了各种顾客 的订货 ， 这些 订 货有可 能 为 本企 业 所接 受 中层漏 斗 是任 务池 ， 存 放 着 已 接 受 但还 未投 产的顾 客订货 最 下层 为生 产车 问 ， 存 放 着 已 投产但 还未 完工 的 在制 品 。 调 整是 如下 进行 的 当车 间的 在 制 品增 加 时 ， 就要通 过 加 班加 点 等措 施 来增 加 生 产能 力 ， 以提 高 出产速度 ， 同时 减 少投 产 、 控制输 人 。 由于投产的减 少 ， 则任 务池 中积 累的 任务增加 ， 将减 少接受订货 反 之 ， 当在 制 品 下 降时 ， 就 要 增加 投 产 以增 加 输 人 。 投 产增 加 ， 则任务 池 内积 累 的任务减 少 ， 将多接受订货 。 这样 ， 实现 了接 受订货 、 投 产及生 产 的 多级并 发调 整 。 多级计划 与调整集成化模型 以 往 的生 产计划 如产 品 出产计划 ’ 或称年度计划 、 物料需 求计划 或 称 图 多级并发调控漏斗模型 阎巨 一 幽 扭搜以 丙璐 曰时 出日 。 ” ，加月 丘 创 月 备 品 备件计划 、 设备维修计划 等 与调 整 往 往 是 相 分 离 的 。 制 定 计 划 时 ， 未 考 虑 所 用 的调 整方 法 进行调 整 时 ， 又 忽 略 了计划 的要 求 ， 致 使计划最终 落 空 。 所 以 ， 有必要建 立一 个模 型 ， 以 实现生 产计划 与 调 整 的集成化 ， 模 型 如 图 所示 。 由模 型可见 ， 当顾 客请求订货时 ， 会提 出所希望 的 价 格 和 交 货期 ， 以 及 一 个 能 够 接 受 的最高价格 几训 和最迟交 货期 几 。 计算机 通 过 访 问 报 价 系 统 和 交 货 期 优 化 系 统进 行 价格 、 交 货期检验 。 对于检验不合格 的 ， 分别 给 出拒绝 或协商信 息 检验 合格 的 ， 再 经各种 约 束 条件检验 、 最 优产 品组合匹 配 、 访问任务 池等 多步推理 过程方 可 确 定 是 接 受 或 拒 绝 该 订货 。 已 接受 的订货进 人任 务池 ， 能否投 产 不仅取 决于 车 间的在 制 品水平 ， 而且取决于 原材
.578. 北京科技大学学报 1993年No.6 料、动力、设备和资料等方面的准备情 况。至于投什么，投多少，何时投还要 通过编制详细的生产作业计划后才能确 用户请求订货上Pc,至，规格，产量等 定。排产时需考虑设备维修计划、工艺 订货决策 订单处理 制度、物料需求计划，经过阶段推理最 报价系统 比较价格 产品方案 终排定日计划。投产以后，任务进入车 优化系统 N 间，现场加工情况可以通过监测和统计 P 得到。当进度发生偏离时，通过调整纠 优化系统 化交货 正偏差。调整又分为生产环节调整和合 期限 拒地门协商 同调整，分别适用于不同的情况，二者 Te >T T>T Y 的有机结合可使调整达到满意的结果。 接受订货F MPS知识库 3集成的实现途径 投产决策 任务池 接口 ESP 排产 MRP 知识库 L 从模型中可以看出，在整个决策过 生产与调童 生产 CAPP 程中存在着的许多半结构化和非结构化 材料，设备 问题，无法用公式精确表达，必须加入 资料等 监测，统计 知识律 专家的经验知识，将定性与定量的方法 请整 完工处理 结合起来，才能使问题得以有效解决， 因此，采用专家系统的方法来解决上述 问题是行之效的。专家系统的结构如图 3所示. 图2多级计划与调整集成模型 Fig.2 Multi-plan and adjustment integrated model 3.1用户接口设计 以多级彩色下拉菜单形式实现人 机交互，在菜单选择过程中伴有音乐。 3.2知识库设计 (1)知识的获取 知识获取的途径有以下儿种：①直接由 知识 ∠获取系统一 现场提供的知识，如金属成材率等。②经过 适当的数据处理的知识，包括各规格的生产： 知识库 周期等。③领域专家提供的专门知识，如对 老用户可适当放宽价格和交货期限制等。 图3专家的组成部分 (2)知识的表达 Fig.3 Component of the expert system 本系统中对合同采用的是框架表达方式，原因是1份合同订单属于典型的框架形式，合 同号对应框架名，合同中的其他项对应于框架中的属性与侧面。对于规则采用“框架+产 生式规则”的表达形式。还有一些数据如成材率、生产能力定额等以数据文件的形式存放。 本知识库系统由数据库、规则库和模型库组成。 (3)知识库管理系统
北 京 科 技 大 学 学 报 卯 年 心 叶月列川圳卜 料 、 动力 、 设 备 和资料 等方 面 的准备情 况 。 至 于 投 什 么 ， 投 多 少 ， 何 时投还 要 通过 编 制 详 细 的 生产作 业计划后 才能 确 定 。 排 产 时需 考 虑设备 维修计划 、 工 艺 制度 、 物料 需 求计 划 ， 经过阶段 推理 最 终排 定 日计 划 。 投产 以 后 ， 任务进 人 车 间 ， 现场加 工情况可 以 通 过监 测 和统计 得到 。 当进 度 发 生偏 离时 ， 通 过 调整 纠 正偏 差 。 调 整 又 分 为 生产环节调 整和 合 同调 整 ， 分 别 适用 于 不 同的情 况 ， 二 者 的有 机结 合可使调 整 达到 满意 的结果 。 甩夕遥产卫 色 ‘ 五 ，丑 ， 塑声少妙 集成的实现途径 报价系 统 产 品 方 案 优 化 系 统 优 化 系 统 协商 知 识库 知 识 库 材 料 ， 设 备 资 料 等 完工 处 理 匕 习 圈 多级计划与调整集成模型 峋 吐卜 内 目 雌助能‘ 如吻回目 川川目 专︼︸ 家凡 即面户 从模 型 中可 以 看 出 ， 在 整 个决策过 程 中存在着 的许多半 结 构化 和非结构化 问题 ， 无法 用 公 式精确表 达 ， 必须加 人 专家的经验知 识 ， 将定性 与定量 的方 法 结 合起 来 ， 才能 使 问题得 以有效 解决 ， 因此 、 采 用专 家 系统 的方 法 来解 决上 述 问题是 行 之效 的 。 专家系 统 的结构如 图 所示 。 护 用 户接 口 设计 以 多 级 彩 色下 拉 菜 单 形 式 实 现 人 机交 互 ， 在 菜单选 择过 程 中伴有音 乐 。 知 识库设计 知 识的 获取 知 识获取 的途 径有 以 下 儿 种 ① 直接 由 现场提 供 的 知 识 ， 如 金 属成 材 率等 。 ② 经过 适 当的 数据 处理 的知 识 ， 包括 各规格 的 生 产 周期等 。 ③ 领 域 专家提供 的专门知 识 ， 如对 老 用 户 可适 当放 宽 价 格 和 交货期限 制等 。 知 识的表 达 推理机 洲匆识 获取 系统 释系 ， 知识库 圈 专家的组成部分 瑰 州 砚 叮 胶 改声或 母，曰 本 系统 中对合 同采用 的是框架 表达 方式 ， 原 因 是 份 合同订单 属于 典 型 的 框 架 形 式 ， 合 同号对应框 架 名 ， 合 同 中的其他项 对应 于框 架 中 的 属 性 与 侧 面 。 对于 规 则采 用 “ 框 架 产 生式规则 ” 的表 达 形 式 。 还 有 一些 数据 如成材率 、 生 产能 力 定 额等 以 数 据 文 件 的 形 式 存 放 。 本知 识库 系统 由数据库 、 规 则库和 模型 库组 成 。 知 识库管理 系 统
Vol.15 No.6 李铨等：轧钢企业订货、排产及调整的集成化 ·579· 知识库管理系统完成知识的增、删、改、维护方便，功能齐全。 3.3推理机的设计 推理机的设计是系统实现的关键。以排产为例，简述推理机的推理过程。针对北京某型 材厂的实际情况，采用阶段推理，完成日计划的排定。(1)组距排序：某车间共生产3个 组距(mm)〔组距是指共用成品前所有轧辊的规格组)Φ30-40,41-50，Φ51-70，应该先生产 哪个组距呢？通过如下的推理得出：首先通过合同交货期检查缩小搜索空间，再根据相同或 相近产品安排在一起生产的原则继续缩小搜索空间，最后根据生产能力均衡条件可最终确定 组距的顺序。(2)成品辊的选择及排序：对于某一规格，可使用几对成品辊轧制，该选 择哪对呢？推理过程如下：首先是通过订货合同规格检验缩小搜索空间，再根据急需合同数 量检查进一步缩小搜索空间，最后根据同辊规格允许条件来最终确定成品辊。成品辊的排序 较简单，根据合同交货期原则确定。(3)合同的排序：合同的排序就是在组距顺序、成品 辊顺序已经确定的情况下，根据各种规格，安排合同。 推理过程如下：待排订货→规则库·带有优先度的·选·根据优先度大小 合同库匹配 备选合同库优确定排人合同 3.4解释系统的设计 解释功能是专家系统区别于传统程序系统的主要特征之一。本系统采用唱片解释法和追 踪解释法两种方式完成解释功能。在系统的解释设施菜单中，H0w回答用户得到某结论（如 接受该订货)的依据；Why显示匹配成功的椎理规则链；Whynot显示匹配失败的规则，告 诉用户为什么得不到某一结论的原因。整个软件系统采用Tubo~C语言编制。 4结论 (1)多级计划与调整集成模型，较好的解决了轧钢企业的计划与调整问题。 (2)专家系统可以很好的解决半结构化和非结构化的决策问题、用C语言编写专家系 统，不仅功能齐全且运行速度快，便于移植。 (3)计算机集成制造系统(CIMS)是轧钢企业的最终发展方向. r 参考文献 1陈荣秋等.第二届全国计算机集成制造系统(CMS)学术论文集.1992.11-57 2曲成义等编译.决策支持系统与专家系统.北京：社会科学文献出版社，1988 3吴信东等编.专家系统技术，北京：电子工业出版社，1988 4 Sitansu S M.Decision Support Systems Tools and Techniques.New York:John Wiley Sons Inc.1986 5刘俊生，北京科技大学硕士学位论文.1992
巧 李锉等 轧钢企业订货 、 排产及 调 整 的集成化 · 夕 · 知 识库 管理 系统完 成 知识 的增 、 删 、 改 ， 维护方便 ， 功 能 齐全 。 推理机的设计 推理 机 的设计是 系统实现的关 键 。 以排 产 为例 ， 简述 推理 机 的推理过程 。 针 对北京某 型 材厂 的实 际情 况 ， 采 用 阶段 推理 ， 完 成 日计划 的 排 定 。 组距 排 序 某 车 间共 生 产 个 组距 组距是指 共用 成 品前所有 轧辊 的规格组 中 一 ， 叫 一 ， 。 一 ， 应 该先 生 产 哪个组距 呢 通 过如 下 的 推理得 出 首先通 过合 同交货期 检查缩小 搜索空 间 ， 再根据相 同或 相 近产 品 安 排在 一起 生产 的原 则继续 缩小搜索空 间 ， 最后 根据生 产能力 均衡条件 可 最终确定 组距 的顺序 。 成 品辊 的选择及 排 序 对 于 某 一 规 格 ， 可 使 用 几 对 成 品 辊 轧 制 ， 该 选 择哪对呢 推理过程 如下 首 先是通 过 订货合 同规格 检验缩小搜索空 间 ， 再根 据急需合 同数 量 检查进一 步缩小搜索空 间 ， 最后 根 据 同辊规格 允许条件来最终确 定成 品辊 。 成 品辊 的排序 较 简单 ， 根据合 同交货期 原则 确 定 。 合 同的排序 合 同 的 排 序 就 是 在 组距 顺 序 、 成 品 辊顺序 已 经确定 的情 况下 ， 根 据各种规格 ， 安排合 同 。 推理过程 如下 待排订货 规则库一 带有优先度 的 选 根 据优先度 大小 合 同库 匹 配 备选合 同库 优 确 定排 人合 同 解释 系统的设计 解释 功 能是 专家 系 统 区别 于 传 统程 序系统 的主要 特征之一 。 本系统采 用 唱 片解释法 和 追 踪 解释 法 两种方 式完 成解 释 功 能 。 在 系 统 的解释设 施 菜 单 中 ， 回 答 用 户 得 到 某 结 论 如 接受该订货 的依据 显示 匹 配成功 的推理规则链 显示 匹 配失 败 的规 则 ， 告 诉用户 为什 么 得 不到 某 一 结论 的原 因 。 整 个软件系 统采 用 一 语言编 制 。 结 论 多级计划 与调整集 成模 型 ， 较好 的解 决 了轧 钢企 业 的计划 与调 整 问题 。 专家 系统可 以 很好 的解 决半 结构 化 和非结 构 化 的 决 策 问题 ， 用 语 言 编 写 专家 系 统 ， 不 仅 功能 齐全且运行 速度快 ， 便于 移植 。 计算机集成制造 系 统 是 轧钢企 业 的最终 发展方 向 。 参 考 文 献 陈荣 秋等 第二届 全 国 计算 机集 成制造 系 统 学术论文集 一 曲成 义等编 译 决策支 持系 统 与 专家系 统 北 京 社 会科学文献 出版社 ， 吴 信东等编 专家系 统技术 北 京 电子工 业 出版社 ， 巧 刘 己 刘 俊生 北京科技大学 硕士学位论文