。1068* 北京科技大学学报 第31卷 加工行业的大部件生产和高精密器件的多道次加工 1 中，以及半导体生产加工中也普遍存在8.可重入 可重入钢管生产线描述及优化调度模型的 建立 钢管生产，因其路径的高度重入、复杂的工艺过程、 不同的设备特性以及多品种小批量生产方式等特点 1.1可重入钢管生产线描述 构成了非常复杂的约束条件，使得这类系统调度问 冷拔无缝钢管的生产主要经过管坯连铸、热轧、 题的求解困难.本研究将结合冷拔无缝钢管生产的 酸洗润滑、冷拔、退火、矫直和表面处理等工序，以 可重入性特点，根据四个条件对工件进行组批，建立 某钢管公司的冷拔无缝钢管生产流程为例（工艺流 多目标轧批排序优化模型，并采用基于Pareto的混 程如图1所示)，其热轧工段、精整工段的加工为单 合遗传算法对优化模型进行求解. 道次加工，而在冷拔工段时由于产成品规格范围大、 管坯 酸洗修磨 冷剪 加热 穿孔 扎管 打头 热轧工段 半成品打头 退火 冷拔 润滑 检验修磨 酸洗 冷拔工段 轿直 切管 成品检验 喷印 包扎入库浸油 过秤 打捆小薄管 精整工段 入库过秤 打辋探伤收集炉管、流体管 入库小过秤 打捆结构管 图1某钢管公司冷拔无缝钢管生产工艺流程 Fig.I Technological pmces of the production line in a steel tube pant 机器设备数量及性能有限，钢管需要多道次冷拔，因 工站J:包含p台机器，且站前存在缓冲区B:,假设 此在酸洗、检验修磨、润滑、冷拔和退火之间存在可 缓冲区容量B;为无限大，工作站J;内等待加工、正 重入生产 在加工和已加工完尚未送往下一加工站的所有工件 1.2组批计划设定 都在缓冲区B:内占有位置.每一工件需加工D道 在可重入冷拔无缝钢管的计划和调度中，当工 次，每一工序由对应的加工站J:内的一台机器单独 件满足以下条件时可以组合成为同一轧批：()加 完成，设工件W。第k道次在J:加工站上的加工时 工工艺路径相同：(2)各工序加工时间相同：(3)合 间为h.为简化模型，这里暂不考虑工件进出系统 同交货期相近或相同：(4)成品管规格的壁厚、外 及在各加工站间的传输时间.可重入钢管生产系统 径、交货长度、孔型和钢级相同. 的轧批排序模型如图2所示.图中，J,表示第1个 为了让复杂模型能得到有效优化，借鉴Job 加工站，B:为加工站J:前的缓冲站，MP:为加工站 Shop和Flow Shop调度的优化建模思路，本文设定 J,中的第P,台机器 三个规则： K道次 规则1同一组批内的钢管不作批内排序： M M 规则2每批钢管生产时的准备时间和辅助时 M 间记入加工时间中： I OUT 规则3由于同一组批内每根钢管的工艺参数 M 相同，因此把一批钢管看作一个加工工件，加工时间 J 为所有钢管加工时间之和， 图2可重入钢管生产系统的轧批排序模型 13轧批排序问题描述 Fig 2 Scheduling model of a re-entrant steel tube production system 经过组批规则形成的N批待加工钢管，在可重 入生产模型下，需要对轧批加工顺序进行排序 优化调度满足以下约束条件： 参考Kumar的定义7，N批待加工冷拔无缝 (1)任何一个工件只能在前一道工序完成后， 钢管的可重入生产可简化为N个工件T个工序的 方能进入后一道工序： 可重入生产系统：T个加工站J1,J2,,J,每个加 (2)不同工件的工序之间没有先后约束：加工行业的大部件生产和高精密器件的多道次加工 中, 以及半导体生产加工中也普遍存在[ 8] .可重入 钢管生产, 因其路径的高度重入、复杂的工艺过程 、 不同的设备特性以及多品种小批量生产方式等特点 构成了非常复杂的约束条件, 使得这类系统调度问 题的求解困难.本研究将结合冷拔无缝钢管生产的 可重入性特点, 根据四个条件对工件进行组批, 建立 多目标轧批排序优化模型, 并采用基于 Pareto 的混 合遗传算法对优化模型进行求解. 1 可重入钢管生产线描述及优化调度模型的 建立 1.1 可重入钢管生产线描述 冷拔无缝钢管的生产主要经过管坯连铸、热轧、 酸洗润滑 、冷拔 、退火 、矫直和表面处理等工序 .以 某钢管公司的冷拔无缝钢管生产流程为例( 工艺流 程如图 1 所示) , 其热轧工段 、精整工段的加工为单 道次加工, 而在冷拔工段时由于产成品规格范围大、 图 1 某钢管公司冷拔无缝钢管生产工艺流程 Fig.1 Technologi cal process of the production line in a steel tube plant 机器设备数量及性能有限, 钢管需要多道次冷拔, 因 此在酸洗 、检验修磨、润滑、冷拔和退火之间存在可 重入生产 . 1.2 组批计划设定 在可重入冷拔无缝钢管的计划和调度中, 当工 件满足以下条件时可以组合成为同一轧批:( 1) 加 工工艺路径相同 ;( 2) 各工序加工时间相同;( 3) 合 同交货期相近或相同;( 4) 成品管规格的壁厚、外 径、交货长度、孔型和钢级相同 . 为了让复杂模型能得到有效优化, 借鉴 Job Shop 和 Flow Shop 调度的优化建模思路, 本文设定 三个规则 : 规则 1 同一组批内的钢管不作批内排序 ; 规则 2 每批钢管生产时的准备时间和辅助时 间记入加工时间中; 规则 3 由于同一组批内每根钢管的工艺参数 相同, 因此把一批钢管看作一个加工工件, 加工时间 为所有钢管加工时间之和 . 1.3 轧批排序问题描述 经过组批规则形成的 N 批待加工钢管, 在可重 入生产模型下, 需要对轧批加工顺序进行排序 . 参考 Kumar 的定义[ 7] , N 批待加工冷拔无缝 钢管的可重入生产可简化为N 个工件 T 个工序的 可重入生产系统 :T 个加工站J 1, J 2, …, J t , 每个加 工站 J i 包含 pi 台机器, 且站前存在缓冲区 Bi , 假设 缓冲区容量 Bi 为无限大, 工作站 J i 内等待加工 、正 在加工和已加工完尚未送往下一加工站的所有工件 都在缓冲区 Bi 内占有位置.每一工件需加工 D 道 次, 每一工序由对应的加工站 Ji 内的一台机器单独 完成, 设工件 Wo 第k 道次在J i 加工站上的加工时 间为 hoki .为简化模型, 这里暂不考虑工件进出系统 及在各加工站间的传输时间 .可重入钢管生产系统 的轧批排序模型如图 2 所示.图中, Jt 表示第 t 个 加工站, B t 为加工站J t 前的缓冲站, MtPt为加工站 J t 中的第Pt 台机器 . 图 2 可重入钢管生产系统的轧批排序模型 Fig.2 Scheduling model of a re-entrant st eel tube production system 优化调度满足以下约束条件 : ( 1) 任何一个工件只能在前一道工序完成后, 方能进入后一道工序; ( 2) 不同工件的工序之间没有先后约束; · 1068 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 31 卷