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第3期 蔡洋等：面向订单的钢铁企业生产管理一体化系统 303 1面向订单的一体化生产管理系统的体系 2一体化系统中的核心问题 结构 一体化生产管理系统分成订单排产和作业计划 一体化生产管理涉及钢铁生产全流程，系统涵 两个阶段，订单排产阶段是把接受合同订单的明 盖了钢铁企业复杂的生产环境下进行生产计划与作 细，整理为具体的生产批量，是生产计划的组织阶 业排程的需求，使前后工序计划同步，物流运行准 段，系统不仅考虑合同内容，而且还要考虑各工序的 时，所有的模块都采用先进的基于约束的运算规则 约束条件、效率、库存、制造标准、交货期等，做出目 和优化算法，以确定物料资源和生产能力的配置顺 标最优的生产计划：作业计划阶段是把生产计划按 序，APS高级计划和排程系统的计划过程是以订单 详细作业展开，为此把各工序按时间序列细分，计划 为中心，主要关注对最终物料的需求并确定能够在 延迟或工序发生异常时，系统则进行实时的动态 特定时期内满足多少需求，也就是如何向各个工序 调整， (炼钢、连铸、热轧、冷轧)分配特定作业及其如何设 2.1订单排产阶段 定作业顺序，由于所包括的计划时间范围有可能出 基于高级计划排程(APS)思想的一体化系统 现中断，预测可能不准确，交货可能延迟，设备可能 中，计划功能用于确定在特定计划时间的范围内来 发生故障，还可能会收到无法预期的紧急订单，因此 满足制造系统的需求，对计划过程的输入内容包括 可以将各台设备合计到各个工序内，而不确定具体 与需求数据和制造能力相关的信息，如客户订单、已 那一个订单使用哪台设备，尤其是在瓶颈设备上进 下达的生产订单、安全库存的需求、物料清单、各个 行处理之前，从而能够允许可能发生的中断，最终的 工序能力的可用性及零件工艺，同时也考虑库存量、 结果是由具有能力和物料约束的计划模块产生一个 已计划交货量，计划过程的输出是一个可行性的计 “可排程”的计划.该计划将数据内容提供给排程模 划，每一个计划的最终物料订单都具有一个承诺日 块，排程模块生成一个详细的工序清单表，显示将如 期，该日期是通过订单可承诺量ATP和可承诺能力 何使用能力，且将该信息返回给计划模块用于下一 CTP确定的. 个计划期间，由此向客户提供现实的承诺估计， (1)ATP库存匹配模型.库存匹配工作是生产 面向定单的一体化生产管理系统是从炼钢、炉 计划编制前对订单的预处理过程，它有利于提高产 外精炼、连铸到热轧和冷轧的详细的生产计划和作 品的及时交货能力、解决库存造成的资金和场地占 业排程能力，它将生产率、生产成本、交货水平、板坯 用问题，在钢铁等流程工业中普遍存在，本文假定 库存和热送热装与生产流程上的技术约束进行平 订单已进行了拆分，即每个订单只包含一种规格要 衡.图1描述了一体化系统模型的体系结构 求的产品·这样，库存匹配问题可以简要描述为：给 定N个产品，M个订单，要求找出尽可能多的产品 客户 (数量，规格， ERP 在满足规格、重量等约束的条件下与订单进行匹配， (日期) 价格) 使匹配的重量最大化.在产品与订单进行匹配时， 订单 承请交货时间工 库存 必须符合订单的规格要求，除了规格要求，还要考 ATP (可承诺量) 虑同一个订单匹配的产品重量之和不得超过该订单 承诺交货时间 所要求的重量， CTP (可承诺能力) 为了便于建立数学模型，首先定义相关符号：i 订单排程 为订单序号，=1,2,3，，M,M为订单总数；j为 作 CCR HCR 产品序号，=1,2,3，，N,N为产品总数；0：为订 炼钢连铸生产作业计划 炼钢一连铸一连轧 单i的重量；W;为产品j的重量；n为符合订单i 生产作业计划 热轧生产作业计划 的规格要求的产品集合；X:为0或1，若产品j与订 热轧卷 单i匹配则其值为1，否则为0. 冷乳生产作业计划 利用上述符号，可以将库存匹配ATP模型表 MES 述为： max 图1一体化生产管理系统的体系结构图 WX (1) =1j0 Fig.1 Integrated system framework of production management S.T.1 面向订单的一体化生产管理系统的体系 结构 一体化生产管理涉及钢铁生产全流程系统涵 盖了钢铁企业复杂的生产环境下进行生产计划与作 业排程的需求使前后工序计划同步物流运行准 时所有的模块都采用先进的基于约束的运算规则 和优化算法以确定物料资源和生产能力的配置顺 序．APS 高级计划和排程系统的计划过程是以订单 为中心主要关注对最终物料的需求并确定能够在 特定时期内满足多少需求也就是如何向各个工序 （炼钢、连铸、热轧、冷轧）分配特定作业及其如何设 定作业顺序．由于所包括的计划时间范围有可能出 现中断预测可能不准确交货可能延迟设备可能 发生故障还可能会收到无法预期的紧急订单因此 可以将各台设备合计到各个工序内而不确定具体 那一个订单使用哪台设备尤其是在瓶颈设备上进 行处理之前从而能够允许可能发生的中断最终的 结果是由具有能力和物料约束的计划模块产生一个 “可排程”的计划．该计划将数据内容提供给排程模 块排程模块生成一个详细的工序清单表显示将如 何使用能力且将该信息返回给计划模块用于下一 个计划期间．由此向客户提供现实的承诺估计． 图1 一体化生产管理系统的体系结构图 Fig．1 Integrated system framework of production management 面向定单的一体化生产管理系统是从炼钢、炉 外精炼、连铸到热轧和冷轧的详细的生产计划和作 业排程能力它将生产率、生产成本、交货水平、板坯 库存和热送热装与生产流程上的技术约束进行平 衡．图1描述了一体化系统模型的体系结构． 2 一体化系统中的核心问题 一体化生产管理系统分成订单排产和作业计划 两个阶段．订单排产阶段是把接受合同订单的明 细整理为具体的生产批量是生产计划的组织阶 段系统不仅考虑合同内容而且还要考虑各工序的 约束条件、效率、库存、制造标准、交货期等做出目 标最优的生产计划；作业计划阶段是把生产计划按 详细作业展开为此把各工序按时间序列细分计划 延迟或工序发生异常时系统则进行实时的动态 调整． 2∙1 订单排产阶段 基于高级计划排程（APS）思想的一体化系统 中计划功能用于确定在特定计划时间的范围内来 满足制造系统的需求．对计划过程的输入内容包括 与需求数据和制造能力相关的信息如客户订单、已 下达的生产订单、安全库存的需求、物料清单、各个 工序能力的可用性及零件工艺同时也考虑库存量、 已计划交货量．计划过程的输出是一个可行性的计 划每一个计划的最终物料订单都具有一个承诺日 期该日期是通过订单可承诺量 ATP 和可承诺能力 CTP 确定的． （1） ATP 库存匹配模型．库存匹配工作是生产 计划编制前对订单的预处理过程它有利于提高产 品的及时交货能力、解决库存造成的资金和场地占 用问题在钢铁等流程工业中普遍存在．本文假定 订单已进行了拆分即每个订单只包含一种规格要 求的产品．这样库存匹配问题可以简要描述为：给 定 N 个产品M 个订单要求找出尽可能多的产品 在满足规格、重量等约束的条件下与订单进行匹配 使匹配的重量最大化．在产品与订单进行匹配时 必须符合订单的规格要求．除了规格要求还要考 虑同一个订单匹配的产品重量之和不得超过该订单 所要求的重量． 为了便于建立数学模型首先定义相关符号：i 为订单序号i＝123…MM 为订单总数；j 为 产品序号j＝123…NN 为产品总数；Oi 为订 单 i 的重量；Wj 为产品 j 的重量；Ωi 为符合订单 i 的规格要求的产品集合；Xij为0或1若产品 j 与订 单 i 匹配则其值为1否则为0． 利用上述符号可以将库存匹配 ATP 模型表 述为： max ∑ M i＝1 ∑ j∈Ωi WjXij （1） S．T． 第3期 蔡 洋等： 面向订单的钢铁企业生产管理一体化系统 ·303·