面向合同生产的钢铁企业多阶段生产物流平衡模型

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1999.06.007 第21卷第6期 北京科技大学学报 Vol.21 No.6 1999年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.1999 面向合同生产的钢铁企业多阶段生产 物流平衡模型 李苏剑” 常志明) 1)北京科技大学机械工程学院，北京1000832)武汉钢铁集团)公司热轧厂，武汉430083 摘要研究了典型钢铁产品生产工艺流程下的生产物流平衡问题，建立了面向合同交货期 和交货量的多阶段生产物流平衡模型，采用启发式算法及粗平衡和细平衡通过调整用户合同 的交货期予以解决。” 关键词生产物流：模型：钢铁企业 分类号F406.2 目前传统的钢铁产品生产组织方式下正逐 本文生产单元与生产阶段的划分没有考虑 渐向多品种、少批量的方向转化.本文以典型的 炼钢工序以前的物流平衡问题，如果铁水供应 钢铁生产工艺流程（炼钢一二次精炼一连铸一 比较重要，可以增加生产单元与生产阶段的划 轧制一精整一发货)为基础，以用户合同的交货 分数量.例如：要考虑铁水脱硫设备的能力，就 期和交货量为条件，探讨了钢铁企业多阶段生 要增加一个铁水预处理阶段，以及铁水脱硫单 产物流平衡的理论与方法. 元.因此在实际的划分中，应密切结合生产的实 际情况合理划分.划分得过粗，不能进行有效的 1 基础准备 生产物流平衡计算，不能给生产计划和调整提 1.1生产单元与生产阶段的划分 供充分的依据：划分的过细，会增加生产物流平 生产单元与生产阶段的划分是以生产工艺 衡计算中工作量.当前随着计算机处理能力和 路线、生产工艺设备和其他关键设备为基础，并 运算速度的提高，有将生产单元细化的倾向，对 考虑生产管理的技术手段，应满足生产物流的 于每1台设备都进行能力平衡计算，以便及时 平衡计算、生产物流的流量计算以及生产物流 进行调整，减轻现场生产调度人员的工作量. 的调整计算.本文将生产划过程分为5个阶段、 1.2生产物流平衡计算周期与生产周期 16个单元. (1)生产物流平衡计算周期.生产物流平衡 (1)生产第1阶段为：炼钢阶段，包括2次精 计算一般分两步进行，即粗平衡计算和细平衡 炼(RH,Ar,KIP,CAS). 计算.粗平衡计算周期一般与总体生产计划周 (2)生产第2阶段为：连铸阶段（包括1号连 期相同，以月和旬为单位：细平衡计算周期一般 铸机，2号连铸机). 与生产进度计划相同，以周、半旬、日为单位.由 (3)生产第3阶段为：轧制阶段 于月中包含的周数往往难以确定，因此取半旬 (4)生产第4阶段为：精整阶段（薄板横切、 或日为单位较多.钢铁生产工艺与其他行业不 中板横切、厚板横切、纵切、平整)，以及钢卷直 同，以日为单位太短，常取半旬或周为单位进行 接发货和冷轧板发货. 细平衡计算.本文以月为单位进行粗平衡计算， (5)生产第5阶段为：发货阶段（包括火车 以半旬为单位进行细平衡计算.其中，以A表示 发货、汽车发货). 上半旬，以B表示下半旬. (2)生产周期.一般生产周期指从第1道工 1999-09-20收稿李苏剑男，40岁，副教授 序开始到最后1道工序结束，完成必要作业所 *“九五”国家经贸委科技推广示范项目 需的总制造时间.对于钢铁制造企业而言，生产

第 21 卷 第 6期 1 9 9 9 年 1 2 月 北 京 科 技 大 学 学 报 OJ u r n a l o f U n i v e r s i yt o f s e i e n e e a n d eT e h n o l o g y B e ij i n g V 6 1 . 2 1 N o . 6 D e e . 1 9 9 9 面 向之卜 口 同生产 的钢铁企业 多阶段生产 物流平衡模型 李苏剑 l) 北京科技大学机械工程学 院 , 北京 常志 明 2 , 10 0 0 8 3 2 ) 武汉钢铁 (集团 )公司热 轧厂 , 武汉 4 3 0 0 8 3 摘 要 研 究了典型钢铁 产 品生产工 艺流 程下 的 生产物 流平 衡 问题 , 建立 了面 向合 同 交货 期 和交货量 的 多阶段生产 物流平 衡模 型 . 采用 启发 式算 法及 粗 平衡 和细 平衡 通过 调整 用 户合 同 的交 货期予 以解 决 . 关键 词 生产 物流 : 模型 : 钢铁 企业 分 类号 F 4 06 .2 目前传统的钢 铁产品 生产组 织方式下 正 逐 渐 向多品种 、 少批量 的方向转化 . 本文 以典型 的 钢铁生 产工 艺流程 ( 炼钢 一 二 次精炼 一 连 铸 一 轧制一 精整一 发货 ) 为基础 , 以用户合 同 的交货 期和交货量为条件 , 探 讨了钢铁 企业 多阶段生 产物流平衡 的理 论与方法 . 基础准备 1 . 1 生 产单元与生产阶段的划分 生产单元与生 产阶段 的划分是 以生产工 艺 路线 、 生产工 艺设备和其他关键设备为基础 , 并 考 虑生 产管理 的技术手段 , 应满足生 产物流 的 平 衡计算 、 生产物流 的流量 计算 以及 生产物 流 的调整计算 . 本文 将生产划过程分为 5 个阶段 、 16 个 单元 . ( l) 生 产第 1 阶段 为 : 炼钢 阶段 , 包括 2 次精 炼 ( R H , A r , K IP , C A S ) . (2 ) 生产第 2 阶段为 : 连铸 阶段 ( 包括 1 号连 铸机 , 2 号 连铸机 ) . (3) 生产 第 3 阶段为 : 轧制 阶段 . (4 ) 生 产第 4 阶段 为 : 精 整阶段 ( 薄板横切 、 中板横 切 、 厚板横 切 、 纵切 、 平整 ) , 以及 钢卷直 接 发货和 冷轧板 发货 . ( 5 ) 生产第 5 阶段为 : 发货阶段 ( 包括 火车 发货 、 汽 车发货 ) . 19 9 一 09 一 20 收 稿 李苏 剑 男 , 40 岁 , 副 教授 * “ 九五” 国家 经贸 委科技推 广示 范项 目 本 文 生 产单元与生 产 阶段的划分没有考虑 炼钢 工 序 以前 的 物流平 衡 问题 , 如 果 铁水供应 比 较重要 , 可 以增 加生 产单 元与 生产 阶段 的划 分数量 . 例 如 : 要考 虑铁水脱硫 设备 的能力 , 就 要增加一 个 铁水预处 理阶段 , 以及铁 水脱硫 单 元 . 因此在 实际的划分 中 , 应密切 结合 生产 的实 际 情况合理划 分 . 划分得 过粗 , 不 能进行有效 的 生 产物流 平 衡计算 , 不 能给 生产计划和 调整提 供充分的依据 ; 划 分的 过细 , 会增加生 产物流平 衡计算 中工 作量 . 当前 随着计 算机处 理 能力和 运算速度 的提高 , 有将 生产 单元细化 的倾 向 , 对 于 每 1 台设备都进行 能力平衡 计算 , 以便及 时 进行 调 整 , 减轻现场 生产 调度人 员的工 作量 . 1 . 2 生产物流平衡计算周 期与生产周 期 ( l) 生 产物流平衡 计算周 期 . 生产 物流平衡 计算 一 般分两 步进行 , 即粗 平衡计算 和 细 平 衡 计算 . 粗平衡 计算周 期一 般 与总 体 生 产计划 周 期相 同 , 以月 和 旬为单 位 ; 细平衡计算 周期一 般 与生 产进度计划相 同 , 以周 、 半旬 、 日为单位 , 由 于 月 中包含 的周 数往往难 以确定 , 因此取 半旬 或 日为单位较 多 . 钢 铁 生 产工 艺 与其他 行业不 同 , 以 日为单位太短 , 常取半旬或周 为单位进行 细平 衡计 算 . 本文 以 月 为单位进行粗平衡计算 , 以 半旬为 单位进行细平衡计算 . 其 中 , 以 A 表示 上半 旬 , 以 B 表 示 下 半旬 . (2 ) 生 产 周期 一般 生产 周 期指从第 l 道工 序 开 始 到最 后 1 道工 序结束 , 完成 必 要 作业所 需的总制造时 间 . 对于 钢铁制造企业而 言 , 生产 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1999. 06. 007

·536· 北京科技大学学报 1999年第6期 周期指从炼钢工序开始到成品入库的时间.如 总是越来越小：投入产出系数值也不可能发生 果从矿石开采开始考虑，那么生产周期的计算 剧烈变化，此时计算时应剔除异常值.我国许多 过于复杂，而且没有必要，因为一般炼钢工序前 企业常常采用固定的投入产出系数进行有关的 的生产工艺作业不随产品的要求变化或变化较 生产计划、生产物流平衡、生产质量管理方面的 小. 计算，尽管简化了管理、计算、分析工作，但得出 生产周期包括以下6部分时间：①生产准 的结果往往不能反映实际情况，因此应该采用 备时间，如，换辊、换刀时间等：②生产：工艺时 动态投入产出系数管理方法，提高有关计划的 间.如，炼钢、轧制时间等：③质量检验时间.如， 准确性， 机械性能检验时间等：④生产搬运时间，如，出 1.5生产物流路线 入库搬运时间等，⑤生产等待时间.如，库存时 根据用户订货合同的要求和企业生产工艺 间等：⑥生产排队时间.如：等待加工时间等. 标准，可以基本确定产品的物流路线，如果在某 生产周期还与加工批量的大小和产品的加 一生产阶段有2种或2种以上的生产加工单元 工复杂程度、质量要求等因素有关，也与生产工 时，开始时只选择常用的1种，其他的路线仅作 艺装备、操作水平、管理水平有关.因此准确的 为平衡计算时的调整方案，如：在生产第4阶 生产周期计算十分复杂.一般根据经验选取，并 段，开始确定为薄板加工线，但如果薄板加工线 根据实际生产情况进行不断修正， 物流量过大，而中板加工线物流量过小，就可以 13生产单元的加工能力 调整到中板加工线， 一般用下列指标表示生产单元的生产能 力：(1)生产时间(h)是指生产单元的计划日历 2生产物流平衡模型与方法 生产时间：(2)有效生产时间(h)是指生产单元 2.1生产物流量模型 的计划有效加工时间，等于生产时间一停产时 设有m份用户订货合同，每份合同的产品 间：(3)停产时间(h)是指生产单元的计划停产 重量为2，则有： 时间：(4)单位生产能力(t)是指生产单元生产标 准产品1h产量：(5)单元生产能力(t)是指1个 g.=2。n=l,,m (1) ΠK 计划期内的总生产能力，等于有效生产时间× 单位生产能力. 式中，Q:为第i生产阶段第n份合同的生产物流 量：K为第i生产阶段的投入产出系数：2.为第 在进行生产物流平衡计算时，按月和半旬 n份合同的订货重量.则第i生产阶段的生产物 输入生产单元的加工能力.如果缺口过大，难以 流总量2为： 调整时，可与有关计划、设备管理部门协商，通 过调整停产时间的长短，调整生产单元的加工 g-ig (2) 能力. 2.2生产物流时间模型 1.4生产阶段的投入产出系数 设第n份合同的交货期（指最晚交货期）为 这里投入产出系数表示正常物流量在生产 dnms,最早交货期为dnmn.理论上dnm等于计划 各阶段的损失，如：冶炼损失，加热过程的烧损， 制定日期，则对于精整后交货： 轧制过程中的切头切尾、轧废，精整过程中的切 t纪nn=dn.min，t坑nu=d. (3) 头切尾等，投入产出系数的准确计算非常复杂， 式中，tmm为第5阶段第n份合同的最晚发货期： 与许多因素有关，如：产品品种、产品质量要求、 tx为第5阶段第n份合同的最早发货期， 生产设备状况、操作人员素质等，一般采用数理 对于钢卷直接交货： 统计的方法计算.在生产初期，采用回归方法： t统ma=dnmin,t坑max=demn (4) 在正常生产阶段，采用几何平均的方法.在生产 式中，t为第4阶段第n份合同的最晚发货期： 初期，投入产出系数变化较大，应在相对短的周 t为第4阶段第n份合同的最早发货期. 期内重新计算：在生产正常期，投入产出系数变 In.mst=tnma+Inmin-dnmin (5) 化较小，应在相对长的周期内重新计算.需要指 式中，tmn为第i阶段第n份合同的最晚生产期： 出的是：在生产正常期，投入产出系数值不一定 tmx为第i阶段第n份合同的最早生产期：T为 第阶段的生产周期

一 5 3 6 . 北 京 科 技 大 学 学 报 199 9 年 第 6 期 周 期指从炼钢 工序 开 始 到 成 品入 库 的时间 . 如 果 从矿石 开采开始 考虑 , 那 么 生产周 期的计算 过于 复杂 , 而且没有必 要 , 因为一 般炼钢 工 序前 的生产工 艺作业 不随产 品 的要求变化或变 化较 刁 、 . 生 产周 期包括 以 下 6 部分 时间 : ① 生 产准 备 时间 . 如 , 换 辊 、 换刀 时 间 等 ; ② 生 产工 艺时 间 . 如 , 炼钢 、 轧制时间 等 : ③ 质量检验 时 间 . 如 , 机械性 能检 验时 间等 ; ④ 生 产搬运 时间 . 如 , 出 入 库搬 运时 间等 ; ⑤ 生产 等待 时间 . 如 , 库 存时 间等 ; ⑥ 生 产排 队 时间 . 如 : 等待 加工 时间等 . 生产 周期还 与加工 批量 的大小和产品的加 工 复杂程度 、 质量要求等 因素有关 , 也与生产工 艺 装备 、 操 作水平 、 管理水平有 关 . 因此准 确 的 生 产周 期计算 十分复杂一般根据经验选取 , 并 根据实 际 生 产情况进 行不 断修 正 . 1 . 3 生产单元的加工能力 一 般 用 下 列 指 标 表 示 生 产 单元 的生 产 能 力 : ( 1) 生 产 时间 ( h) 是指生产单元 的计划 日历 生 产 时间 ; (2) 有效生产 时间 ( h) 是指生 产单元 的计划有 效加工 时间 , 等于 生产 时间 一 停产时 间 ; ( 3) 停 产时 间 (h) 是指生 产单 元的计划停产 时间 ; (4) 单位 生产 能力 (t ) 是 指生 产单元生产标 准产 品 hl 产 量 ; ( 5) 单元 生产 能力 (t ) 是指 1 个 计划 期 内的总生 产 能力 , 等于 有效 生产 时 间 x 单位 生 产 能力 . 在进 行生 产物 流平衡 计算 时 , 按月 和 半 旬 输入 生产单元 的加工 能力 . 如果缺 口 过大 , 难 以 调整 时 , 可 与有 关计划 、 设备管理 部 门协商 , 通 过调整 停产 时间的长短 , 调 整 生产 单元 的加 工 能力 . L 4 生产阶段 的投入产出系数 这里 投入产 出 系数表示 正 常物流 量在生 产 各阶段 的损失 , 如 : 冶炼损 失 , 加热过程 的烧损 , 轧制过程 中的切 头切 尾 、 轧废 , 精整过程 中的切 头切 尾等 . 投入产 出系数 的准确计算非 常复杂 , 与许 多因素有关 , 如 : 产品 品 种 、 产 品质量要求 、 生产设备状况 、 操作人员素质等 , 一般采用数理 统计 的方 法计算 . 在生产初期 , 采用 回归方法 ; 在正 常生产阶段 , 采用几何平均 的方法 . 在 生产 初期 , 投入产出系数变化较大 , 应在相对短 的周 期内重新计算 ; 在 生产正 常 期 , 投入产 出系数变 化较 小 , 应在相对长 的周 期 内重新计算 . 需要指 出 的 是 : 在生产 正常期 , 投入产 出 系数值 不 一 定 总 是越 来越 小 ; 投入产 出系数值也不 可 能发生 剧烈 变化 , 耳时计算时应剔除异常值 . 我国许多 企业常常那 固定 的投入产 出系数进行有关的 生产计划 、 生产物流平衡 、 生产质量管理方面的 计算 , 尽管简化了管理 、 计算 、 分析工 作 , 但得出 的结果往往不能反 映实际情况 , 因此应该采用 动 态投入产 出系数管理 方法 , 提高有关计划的 准确 性 . 1 . 5 生产物流路线 根据用户订货合同的要求和企业生产工 艺 标准 , 可 以基 本确定产品的物流路线 . 如果在某 一 生产阶段有 2 种或 2 种以上 的生产加工 单元 时 , 开 始时只选择常用 的 1 种 , 其他的路线仅作 为平衡 计算时的调整方案 . 如 : 在生产第 4 阶 段 : 开 始确定为薄板加工 线 , 但如果薄板加工线 物流量过大 , 而 中板加工 线物流量过小 , 就可以 调 整 到中板加工 线 . 2 生产物流平衡模型 与方法 .2 1 生产物流量模型 设有 m 份用户订 货合 同 , 每份合 同的产品 重量 为 Q , ,则有 : 弓= - 场一 。 一 1., · , m (1) n 凡 :j 1 式 中 , 必 为第 i生 产阶段第 n 份合 同的生 产物流 量 ; 戈 为第 i 生 产阶段的投入产出系数 ; G 为第 n 份合 同的订 货重量 . 则第 i生 产阶段的生 产物 流 总量 夕 为 : ( 2 ) !jQ 用 一 月艺 主 . 2 生产物流时间模型 设 第 n 份合 同 的交货期 ( 指最晚交货期 ) 为 氏~ , 最早交货期 为 .dn m i。 . 理 论上 .dn 而 , 等于 计划 制定 日期 , 则对于 精整后 交货: 坟 m l。 = 凤 , m i 。 , :t, m ax = 试 , m 。 、 ( 3 ) 式中 , 嵘 m。 为第 5 阶段第 n 份合 同的最 晚发货期 ; 吠~ 为第 5 阶段第 n 份合 同的最早发货期 . 对于钢卷直接交货 : 哎 m i一 试 , m i n , :t, m ax 二 试 , m 。 ( 4 ) 式 中 , 孺 。 为第 4 阶段第 n 份合 同的最 晚发货期 ; 吠 m a 、 为第 4 阶段第 n 份合 同 的最 早 发货期 . ;t, ~ = 瑞 ax + 尹 , ;t, m。 = 氏 。 , (5 ) 式 中 , :t, m i。 为第 i阶段第 n 份合 同 的最晚 生产期 ; 叹 m a: 为第 i 阶段第 珍 份合 同 的最早 生产期 ; lT 为 第 i 阶段 的生 产 周 期

Vol.21 No.6 李苏剑等：面向合同的锅铁企业多阶段生产物流平衡模型 ·537· 对于每个生产阶段，必须有： 约束条件： fnmat一t元n≥T (6) damu之dnx2dmin 因此，第n份合同的交货期，如果精整后是交 10%D≥|E2-D1≥10%D (10) 货，理论上满足下式： 5 i=1,2,,5:n=1,2,…,m dnnu之dnan+∑T (7) 式中，dr为第n份合同的计划交货日期： 如果是钢卷直接交货，理论上满足下式： D为生产阶段i的生产能力：k为生产阶段i的 dnm2dnn+∑T (8) 生产单元负荷调整系数：g:为生产阶段的生产 否则无法按期交货. 进度均衡调整系数. 2.3生产物流平衡方法 上述模型可以利用线性规划方法或其它方 生产物流平衡的目的在于，在生产中使各 法求得最优解.目标函数也可以根据优化目标 个生产阶段做到有节奏地工作，既要求各生产 的不同，构造其他形式，如，交货期延误最小或 单元有最优负荷，又使其不超过生产能力，并能 最小生产流程时间等.但是随着合同数量m的 适应生产环境的变化。 增加，模型的可解性降低，因此上述模型仅在m (1)生产物流的平衡指标.一般用3种评价 值小的时候有效，一般在实际应用中广泛采用 指标就可以反映生产物流的平衡状况：①生产 启发式方法. 进度均衡率，即生产单元计划产量与该生产单 2)启发式算法.Douglas W,Lang在研究资源 元平均计划产量的比值.②生产单元负荷率，即 分配问题时，根据面向网络工程有限资源分配 生产单元计划产量与该生产单元计划期的生产 的算发特点，提出了一种启发式算法，尽管这种 能力的比值.③合同生产率，即生产阶段的按合 方法不能保证获得最优解，但可以获得可行的 同生产的产品重量与该生产阶段总产品重量的 近优解.具体步骤如下： 比率. 第1，以最迟开工时间为序安排作业.第2， 生产进度均衡率动态反映生产物流在各个 如果几项作业的开工时间相同，作业优先级为 生产阶段的均衡情况.其值趋于1，说明生产物 浮动最小的作业：持续期最长的作业：资源需求 流在各个生产阶段的流量均匀：其值趋于0，说 量最大的作业. 明生产物流在各个生产阶段的流量起伏较大， 我国生产管理人员也总结了不少的启发式 生产物流极不平衡.生产单元负荷率反映各个 算法，如：“先前欠、后本期、再后期”；“先小量、 生产单元的作业均衡情况.其值趋于1，说明生 后大量”等，也是比较好的方法.现在广泛利用 产单元能满负荷生产，即生产单元的能力得到 计算机的交互式画面帮助生产管理人员进行生 充分发挥；其值趋于0，说明生产单元的负荷很 产物流的平衡分析与调整， 小，即生产单元的能力处于空闲状态 (3)生产物流平衡分析画面.在生产物流平 合同生产率反映各个生产阶段按合同生产 衡计算中，可采用下列表格进行计算机辅助分 的情况.有许多生产企业虽然也是按合同组织 析和调整.表1为月生产物流平衡分析表，说明 生产，但常常在生产不平衡时靠无合同生产来 1个月内的各生产阶段生产物流与生产单元能 提高设备利用率，产生了大量库存积压.因此这 力的匹配情况.其中：计划生产量为计划期内对 个指标也从一个方面反映了按合同生产企业的 应生产阶段的总生产物流量；计划生产能力为 生产物流平衡状态. 计划期内对应生产阶段的生产单元能力：负荷 (2)生产物流平衡的模型.影响生产物流平 率为计划生产量与计划生产能力的比值；超过 衡的因素很多，如：市场需求情况，原材料供应 能力为生产量与计划生产能力的差值再与计划 情况，设备运行状态等.因此生产物流平衡是非 生产能力的比值.表2为半旬生产物流平衡分 常复杂的，这里仅讨论正常生产条件下的生产 析表，说明半旬内的各生产阶段生产物流与生 物流平衡问题. 产单元能力的匹配情况.表3为精整阶段生产 1)最优生产物流平衡模型.目标函数： 物流平衡分析表，说明1个月内的各半旬生产 minF\d.)=2k2e:-D1+2gl2g.-20/51(9) 物流与生产单元能力的匹配情况.从表3可看 出，1A与3B生产物流不平衡，需要进行调整

、 b l . 2 1 N 0 . 6 李 苏剑等 : 面 向合 同的钢 铁企 业 多阶段 生 产物流 平 衡模 型 . 5 3 7 . 对 于 每个生产 阶段 i , 必 须有 : ;t, m ax 一 ;,t 。 之 尹 (6 ) 因此 , 第 n 份合 同的交货期 , 如 果精 整后是交 货 , 理 论上满足下 式 : 约束条件 : {dn, ~ 全 dn 二 之 dn, m in 5 氏~ 七 氏~ + 艺尹 ( 7 ) 如果是钢卷直接交货 , 理论上满 足下 式 : 试~ 七氏~ + 艺尹 ( 8 ) 否则无法按期交货 . .2 3 生产物流平衡方法 生产物流平衡 的 目的在于 , 在生产 中使各 个生产阶段做到有节奏地工 作 , 既要求各生产 单元有最优负荷 , 又使其不超过生产 能力 , 并能 适应生产环 境的变化 . ( l) 生产物流的平衡指标 一般用 3 种评价 指标就可 以反 映生 产物流 的平衡状况 : ① 「 生 产 进度均衡率 , 即生 产单元 计 划产 量与该生产 单 元平均计划产量 的比值 . ② 生产单元负荷率 , 即 生产单元 计划产量 与该生 产单元计划 期的生 产 能力的比值 . ③合同生产率 , 即生 产阶段的按合 同生产的产品重量与该生产阶段总产品重量 的 比率 . 生产进度均衡率动态反映生产物流在各个 生产阶段的均衡情况 . 其值趋于 1 , 说 明生产物 流在各个生产阶段的流量均匀 ; 其值趋于 0 , 说 明生产物流在各个生 产阶段的流量 起伏较大 , 生 产物流极不平衡 . 生产单元 负荷率反映各个 生产单元的作业均衡情况 . 其值趋于 1 , 说 明生 产 单元能满负荷生产 , 即生产单元 的能力得到 充分发挥 ; 其值趋于 0 , 说明生产单元的负荷很 小 , 即生产单元 的能力处于 空 闲状态 . 合同生产率反映各个生产阶段按合同生产 的情 况 . 有许多生产企业虽然也是按 合同组织 生 产 , 但常常在生 产不平衡时靠无合 同生 产来 提高设备 利用率 , 产生了大量库存积压 . 因 此这 个指标也从一 个方面 反映了按合 同生 产企业的 生产 物流平衡 状态 . (2 ) 生 产物流平衡的模型 . 影响生 产物 流平 衡 的因素很多 , 如 : 市场需求情况 , 原材料供应 情况 , 设备运行状态等 . 因此 生产物流平衡 是非 常复杂 的 , 这 里 仅讨 论正 常生产 条件 下 的生 产 物流平 衡 问题 . l) 最 优生 产物流平衡模型 . 目标 函 数 : m in(F 翻 一 纠扣 一。 了 卜艺多 }艺召一 艺nQ/ 5 } ( 9 ) } 10二 ! : l全Q盖一。 ` l : l 。二 , ( 10 ) 11 = 1 , 2 , … , 5 ; n = 1 , 2 , … , m 式 中 , 凤 , 为第 n 份合 同 的计划 交货 日期 ; O ` 为生产阶段 i 的生产 能力 ; 丸为生产 阶段 i 的 生产单元 负荷调整系数 ; g 为生 产阶段 i 的生产 进度均 衡调整 系数 . 上述 模型可 以利用线性规划方法或其它方 法 求得最优解 . 目标 函 数也可 以根据优化 目标 的不 同 , 构 造其他形 式 , 如 , 交货期延误最 小或 最小生产流 程时 间等 . 但是 随着合 同数量 m 的 增加 , 模型 的可解性 降低 , 因此 上述模型仅在 m 值小 的时候有效 . 一般在 实际应用 中广 泛采用 启发式方 法 . 2) 启发式 算法 . D ou gl as W, L an g在研究资源 分配 问题 时 , 根据 面 向网 络工 程有 限资源分配 的算发特点 , 提出 了一种启发式算法 , 尽管这种 方法不 能保证获得 最优解 , 但可 以获得可行 的 近优解 . 具体步骤如 下 : 第 1 , 以最迟开工 时间为序安排作业 . 第 2 , 如 果几项作业 的开工时 间相 同 , 作业优先 级为 浮动最 小的作业 ; 持续期最长 的作业 ; 资源需求 量 最大的作业 . 我 国生产 管理人 员也总结 了不少 的启发式 算法 . 如 : “ 先前 欠 、 后 本期 、 再后 期 ” ; “ 先 小量 、 后大量 ” 等 , 也 是 比较好 的方法 . 现 在广泛利用 计算机 的交互式画 面帮助生产 管理人 员进行 生 产物流 的平衡 分析与调整 . (3 )生产物流平衡 分析画 面 . 在 生 产物流平 衡计算 中 , 可采用下 列表 格进行计算 机辅助分 析和调整 . 表 1 为月生产 物流 平衡分析表 , 说 明 1 个月 内的各生产阶段生 产物流与 生产单元 能 力 的匹 配情况 . 其中 : 计划生产量 为计划期 内对 应 生产 阶段 的总生产物流量 ; 计划 生产能力 为 计划期 内对应 生 产阶段 的生 产单元 能力 ; 负荷 率 为计划 生 产量与计划 生产 能力 的比 值 ; 超 过 能力为生 产量与计划 生产 能力的差值再与计划 生产 能力 的 比值 . 表 2 为半旬 生产物流 平衡分 析表 , 说 明半旬 内的各生产 阶段生产物 流与 生 产单元 能力的 匹配情 况 . 表 3 为精 整阶段 生产 物流平衡 分析表 , 说 明 1 个 月 内的各半旬 生 产 物流 与生产单元 能力的 匹配 情况 . 从表 3 可看 出 , I A 与 3 B 生 产物流 不 平衡 , 需要进行 调整

◆538 北京科技大学学报 1999年第6期 调整时，将1A中的部分用户合同推迟到3B中， ①按式(1)，(2)进行生产物流量的计算：② 使这2个半旬的生产单元设备负荷率趋于1. 按式(3)(8)进行生产物流时间的计算；③按合 表1生产阶段物流平衡分析表（月） 同交货期、订货量、需要生产的阶段数进行排 分析项目炼钢连铸轧制精整发货 序：①先前欠，后本期，再后期：⑤先长周期，后 计划生产量/万t22.022.020.0 13.513.5 短周期：⑥先小量，后大量：⑦以计划期长短 计划生产能力/万t20.820.819.9514.2515.0 （月、旬、半旬)为序，进行生产物流平衡，即首先 负荷率% 106106100 95 90 进行月平衡、再旬平衡、最后半旬平衡：⑧在调 超过能力% +6 +6 0 -5 -10 整短计划期的生产物流平衡状态时，长计划期 表2生产阶段物流平衡分析表（半旬） 的平衡保持不变：⑨必要时与其他部门协商，调 分析项目炼钢连铸轧制精整发货 整关键生产单元的有效生产时间，增加或减少 计划生产量/万t3.53.53.303.00 2.9 生产单元的能力. 计划生产能力/万t3.23.2；3.152.25 2.5 负荷率% 109109105 133 116 3结束语 超过能力/% +9 +9 +5 +33+16 按用户合同的交货期和交货量组织生产是 表3精整阶段物流平衡分析表（半旬） 提高企业“用户第一”思想的重要方面，也是减 分析项目1A1B2A2B3A3B 少企业库存、提高经济效益的必然要求.本文研 计划生产量万t3.02.352.202.202.251.500 究的生产物流平衡的理论与方法，将为钢铁企 计划生产能力/万t2.252.252.252.252.292.285 负荷率/% 13310498989866 业生产管理人员制订生产计划、保证生产的连 超过能力/% +33+4-2-2-2-34 续性和均衡性提供定量依据.制订生产物流平 衡计划时，首先进行月平衡计划（粗平衡），难以 (4)生产物流平衡步骤.一般情况下，由于 平衡时，可通过调整生产单元的生产能力予以 m比较大，生产物流平衡常采用启发式方法.钢 解决；然后进行半旬平衡计划（细平衡），一般通 铁产品生产还有其特殊性，如：订货合同分为一 过调整用户合同的交货期予以解决. 般合同、紧急合同和特殊合同；二次精炼和钢卷 精整可以进行一定程度的互换：炼钢生产物流 参考文献 量需要按一定批量递增或递减；炼钢生产物流 】李苏剑.宝钢连铸一连轧生产物流模型及应用研究： 量与轧制生产物流量在组合中，存在一定的“亲 [博士论文].北京：北京科技大学，19937 和性”等，因此生产物流平衡更为复杂.常采用 2 Design D,Bedworth James E,Bailey John.Integrated Production Control Systems Management.Analysis.New 以下启发式方法： York:Wiley Sons Inc,1982 Facing Contracts Models for Multiple Stages Production Logistics Balance in Iron and Steel Complex Li Sujian,Chang Zhiming 1)Mechanical Engineering School,UST Beijing,Beijing 100083,China 2)Hot Strip Rolling Plant of Wuhan Iron Steel (Group)Crop,Wuhan 430083,China ABSTRACT The problems of production logistics balance are researched according to typical Iron and Steel production technological process.Models and methods for multiple stages production logistics balance are built,which are facing the contracts delivery dates and weights.The models can help production management workers to draw up a balanced production plan. KEY WORDS production logistics;model;iron and steel;complex

北 京 科 技 大 学 学 报 19 99 年 第 6 期 调整 时 , 将 IA 中的部 分用 户合 同推迟 到 3 B 中 , 使这 2 个 半旬 的生产 单元设备 负荷率趋 于 1 . 表 1 生 产 阶段物 流 平衡 分析 表 ( 月 ) 分析项 目 炼钢 连铸 轧制 2 0 . 0 精整 13 . 5 14 . 2 5 发货 8 1 9 . 9 5 13 . 5 15 . 0 9 0 一 10 ① 按式 l( ) , (2 )进 行生 产物流量 的计 算 ; ② 按式 (3 ) 一 (8) 进行 生 产物流 时间的计算 ; ③ 按合 同 交货期 、 订 货 量 、 需要 生产 的阶段 数进行排 序 ; ④ 先前欠 , 后本期 , 再后期 ; ⑤ 先长周期 , 后 短周 期 ; ⑥ 先 小量 , 后大量 ; ⑦ 以计划期长短 ( 月 、 旬 、 半旬 ) 为序 , 进行生产物流平衡 , 即首先 进行 月平衡 、 再旬平衡 、 最后半旬平衡 : ⑧ 在调 整短计划期 的生产物流平衡状态时 , 长计划期 的平衡保持不变 ; ⑨ 必要时与其他部门协商 , 调 整关键生 产单元 的有效生 产时间 , 增加或减 少 生 产单元 的能力 . `山, `,nU 巧95 计划生产量 /万 t 2 . 0 计划生产能力 /万 t 20 . 8 负荷 率 /% 1 06 超过能力 o/ + 6 1 06 10 0 + 6 0 表 2 生产 阶 段物 流平 衡分 析表 (半 旬 ) 分析项 目 炼钢 连铸 轧制 发货 3 . 5 3 . 30 3 . 2 3 . 1 5 精 整 3 . 0 0 2 . 2 5 1 3 3 + 33 2 . 9 2 . 5 1 1 6 + 16 3 结束语 按用户合 同的交货期和 交 货量组织生产是 提高企 业 “ 用户第一 ” 思 想的重要方面 , 也是减 少企业 库存 、 提高经 济效益的必 然要求 . 本文研 究 的生 产物 流平衡 的理论 与方 法 , 将 为钢铁 企 业生 产管理人员制订 生 产计划 、 保证生产 的连 续性和 均衡性提供定量依据 . 制订生产物流平 衡计划 时 , 首先进行 月平衡计划 (粗平衡 ) , 难 以 平衡时 , 可 通过调整生 产单元 的生产 能力予以 解决 ; 然后进行半旬平衡计划 (细平衡 ) , 一般通 过调整用户合 同的交货期予 以解 决 . 参 考 文 献 1 李苏 剑 . 宝钢连铸一连轧 生产物流棋型及应用研 究 : 〔博 士论 文〕 . 北 京 : 北京科技 大学 , 1993 . 7 2 D e s ign D , B e dw o hrt j am e s E , B a il e y j o hn . I nt e g r a te d P r o d u e t i o n C o in r o l Sy s t e m s M an a g e m e in . A n al y s i s . N e w OY kr : Wi l e y & S o n s I n c , 1 9 82 l09 +9 l05巧 计划 生产量 /万 t 计划生产能力 /万 t 负荷率o0/ 超过能力%/ 10 9 + 9 表 3 精 整 阶段 物流 平衡分析 表 (半 旬 ) 一Lō、 户àO 乙l内`, 分析项 目 IA 一.2,3 计划 生产量 /万 t 3 . 0 计划生产能力 /万 t Z , 25 负荷率/% 1 3 超 过能力/ % +3 3 3 5 2 5 1 0 4 + 4 9 8 一 2 2B 2 . 2 0 2 . 2 5 98 一 2 9 8 一 2 1 . 50 0 2 . 2 85 6 6 一 34 ànUōf ,`, (4 ) 生 产物流平 衡步骤 一般情况下 , 由于 m 比较大 , 生产物 流平衡常采用启 发式方法 . 钢 铁产 品生 产还有其特殊性 , 如 : 订货合 同分为一 般合 同 、 紧急合 同和 特殊合 同 ; 二 次精炼和 钢卷 精整 可 以进行 一定程度 的互换 ; 炼钢 生产物流 量需要 按一定 批量递增 或递减 ; 炼钢 生 产物流 量 与轧制生产物 流量在组 合中 , 存在 一 定的 “ 亲 和 性 ” 等 . 因 此生产物 流平衡 更为复杂 . 常采用 以下 启发 式方法 : F a e i n g C o n t r a c t s M o d e l s fo r M u l t iP l e S t a g e s P r o d u c t i o n L o g i s t i c s B a l a n e e i n I r o n a n d S t e e l C o m P l e x L i u’jS i a n ` ) , hC a gn hZ i m i n犷 ) 1) M e e h an i e a l E n g i n e e r i n g S e h o o l , U S T B e ij i n g , B e ij i n g 10 0 0 8 3 , C hi n a 2 ) H o t S tr iP R o lli n g P lan t o f w u h an l r o n & S t e e l ( G r o u P ) C or P , W u h an 4 3 0 0 8 3 , C h i n a A B S T R A C T Th e Pr o b l e m s o f P r o du e t i o n l o g i s t i c s b a lan e e a r e r e s e a r e h e d a c e o r d i n g t o yt Pi e a l I r o n an d S t e e l Pr o du e t i o n t e e hn o l o g i e a l Pr o e e s s . M o d e l s a n d m e ht o d s fo r m u lt iPl e st a g e s Pr o du e t i o n l o g i s t i e s b a lan e e a r e b u iit , hw i e h ar e fa e i n g ht e e o ntr a e t s d e li v e yr dat e s an d W e i hgt s . Th e m o d e l s c an h e lP Pr o du e t i o n m an a g e m e nt w o kr e r s t o dr aw uP a b a lan e e d P r o d u c t i o n Plan . K E Y W O R D S Pr o du e ti o n l o g i s it e s ; m o d e l; i r o n an d s t e e l: e o m Pl e x