专利名称：小型轧钢厂的生产排程方法及其系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种生产排程方法和生产排程系统，具体地说，涉及一种用于小型轧钢厂的生产排程方法和生产排程系统。
背景技术：
小型炼钢厂通常配备如铸造、轧钢、精整等生产线，用以生产钢条、钢段、钢轨等长的型材。根据客户清单列表为小型轧钢厂生成生产安排的生产排程系统(PPS)对有效轧钢过程是非常重要的，在制订生产计划时，制造商需要综合考虑生产的原料状况和客户的产品要求。轧钢厂的原料可以是已形成冷料的钢坯，或是来自连铸机的热料。制造商在安排 生产计划时需要撑握库存钢坯的钢种、截面尺寸、各钢坯的重量、钢坯的数量等，同时，制造商还要了解客户供货要求，如产品交货期、产品规格(钢种、产品的截面尺寸、长度、容差等)、供货数量等。型材一般需要若干道次轧制，各道次所用的轧辊不同，为了提高各道次的使用效率，每个道次安排都具有在轧辊变化前可轧制的最大吨位。能安排在一个道次中生产的钢坯必须具有相同的截面尺寸代码，处于相同钢种组，且本道次完成的产品具有相同的截面尺寸代码。轧制好的钢材，要在热剪切机上载制成客户所需长度，为了更好地利用冷却床，制造商需要兼顾冷却床的最大长度和产品的多样性。目前有一种采用运筹学的方法来解决轧钢厂的生产计划和排程问题，这种方法是目前最常用的建构PPS的途径。它将整个问题建模为单个最优化模块或若干相关最优化模块。用运筹学方法建构PPS的优点是，最优化模块可清楚表达这些安排处理的目标和限制，因此易于检查模块的准确度和精度，同时随着运筹学的发展，不断有新的专用包可用来求解最优化模块。然而，运筹学的方法很难通过建构单个模块而综合考虑安排处理中的各个方面，例如在制订轧钢计划中，制造商需要考虑库存原料的种类、数量、每个钢坯的产出率、每个生产序列的产出率、各道次轧制的最大生产能力、订单交货期等多个因素，由于模块规模大，建好的模块不易求解和优化。另外，为了使模块有效，输入模块的数据需要具有很高的精度和准确的时间。许多研究将这类问题归纳为装箱问题(knapsack constraint problems)或奖金收集旅行商问题(prize collecting travelling salesman problem)模块。因为这些模块都是非多项式算法问题(NP)的难题，人们经常借助启发式算法来求解。一些研究试图更好地为订单分配钢坯。它们形成了多维装箱问题，并使用启发式算法来解决问题，但它们与需要解决的实际问题中的限制条件不同。还有一些研究以钢生产计划作为背景，并求解整个处理的一部分，它们中间有的研究着重于如何将订单分配给库存钢坯，使钢坯的产出率变高；有的研究着重于生成解决排程问题的算法，并在最差的情况下仍能保证算法性能；有的研究着重于整个处理系统，提供处理流程并通过图表说明这个流程。但未见能够解决轧钢生产过程的整体计划和安排的生产排程方法及其系统。
发明内容
本发明的一个目的是提供整体解决这类库存钢坯分配、安排和切割最优化等问题的生产排程方法和系统。本发明的另一个目的是提供能提高客户满意度，而且既能实现高产出率又能实现高序列使用率的生产排程方法和系统。本发明提供了一种用于小型轧钢厂的生产排程方法，包括如下步骤(a)基于相同钢种组和产品尺寸代码，将客户订单分配到相应序列和随机选择的道次中，生成初始生产计划； (b)按交货期对初始生产计划的序列排序，并根据合并算法将具有相同钢种的两个订单合并，得到经处理后的序列，生成归并生产计划；(C)在当前归并生产计划相应的总产出率小于一个临界阈值的情况下，重复随机选择归并生产计划中的一个序列，为其配置一个新的道次，直至借助评估函数判定更改道次后的生产计划大于等于一个停止值为止，输出此时的生产计划作为道次变更生产计划；和(d)从道次变更生产计划中选择一个待处理的序列，将另一个订单插入该序列中，或者用另一个订单替换该序列中的一个订单，从而生成更改订单后的订单变更生产计划。在用于小型轧钢厂的生产排程方法的再一种示意性的实施方式中，其中上述的步骤(a)包括(al)将客户订单分成复数个具有相同钢种组和产品尺寸代码的订单组；(a2)选择一个订单组；(a3)设定一个新的序列，随机选择一个道次；(a4)从步骤(a2)中的订单组中选择一个订单，并判定该订单是否可以配置到步骤(a3)中设定的序列中，若可以，则将该订单配置到序列中，若不可以，则创建另一个新的序列，并将该订单配置到其中；(a5)重复步骤(a4)，直至步骤(a2)中选择的订单组中每个订单都配置到适当的序列中为止；(a6)重复步骤(a2)至(a5)，直至步骤(al)中得到的所有订单组中的所有订单都得到配置为止；和(a7)为订单组中的所有订单配置钢坯，从而生成初始计划。且其中的钢坯可包括库存钢坯与来自连铸机的钢坯。在用于小型轧钢厂的生产排程方法的另一种示意性的实施方式中，其中步骤(b)进一步包括(bl)针对步骤(a)中得到的初始生产计划，按照每个序列中的所有所述订单的最早交货期，对所述序列排序；(b2)针对所有未处理完成的序列，根据合并算法将所述序列中的具有相同钢种组的两个订单合并；(b3)输出经过上述步骤处理过的计划作为归并生产计划。在用于小型轧钢厂的生产排程方法的还一种示意性的实施方式中，其中的合并步骤包括(i)输入第一订单的产品长度X，第二订单的产品长度y，和当前钢坯的长度Z ；(ii)计算将所述第一订单配置给当前钢坯得到的多余钢坯长度I ;(iii)若y > X，则设置分配给第二订单的钢坯长度为
权利要求
1.一种用于小型轧钢厂的生产排程方法，包括如下步骤 (a)基于相同钢种组和产品尺寸代码，将客户订单分配到相应序列和随机选择的道次中，生成初始生产计划； (b)按订单交货期对所述初始生产计划的所述序列排序，并根据合并算法将具有相同钢种组的两个所述订单合并，得到经处理后的序列，生成归并生产计划； (C)在所述归并生产计划相应的总产出率小于一个临界阈值的情况下，重复随机选择所述归并生产计划中的一个序列，为其配置一个新的道次，直至借助评估函数判定更改道次后的生产计划大于等于一个停止值为止，输出此时的生产计划作为道次变更生产计划；和 (d)从所述道次变更生产计划中选择一个待处理的序列，将另一个订单插入所述序列中，或者用所述另一个订单替换所述序列中的一个订单，从而生成更改订单后的订单变更生产计划。
2.根据权利要求I所述的生产排程方法，其中，所述步骤(a)包括 (al)将客户订单分成复数个具有相同钢种组和产品尺寸代码的订单组； (a2)选择一个订单组； (a3)设定一个新的序列，随机选择一个道次； (a4)从步骤(a2)中的所述订单组中选择一个订单，并判定该订单是否可以配置到步骤(a3)中设定的所述序列中，若可以，则将该订单配置到所述序列中，若不可以，则创建另一个新的序列，并将该订单配置到其中； (a5)重复步骤(a4)，直至步骤(a2)中选择的所述订单组中每个订单都配置到适当的序列中为止； (a6)重复步骤(a2)至(a5)，直至步骤(al)中得到的所有所述订单组中的所有订单都得到配置为止；和 (a7)为所述订单组中的所有订单配置钢坯，从而生成所述初始生产计划。
3.根据权利要求2所述的生产排程方法，其中，所述钢坯包括库存钢坯或来自连铸机的钢坯。
4.根据权利要求I所述的生产排程方法，其中，所述步骤(b)进一步包括 (bl)针对步骤(a)中得到的所述初始生产计划，按照每个所述序列中的所有所述订单的最早交货期，对所述序列排序； (b2)针对所有未处理完成的序列，根据合并算法将所述序列中的具有相同钢种组的两个所述订单合并； (b3)输出经过上述步骤处理过的计划作为所述归并生产计划。
5.根据权利要求4所述的生产排程方法，其中，根据所述合并算法将所述序列中的具有相同钢种的两个所述订单合并的步骤包括 (i)输入第一订单的产品长度x，第二订单的产品长度y，和当前钢坯的长度z; (ii)计算将所述第一订单配置给当前钢坯得到的多余钢坯长度I; (iii)若I> X，则设置分配给第二订单的钢坯长度为 kx + l _y - X其中k是整数并且满足
6.根据权利要求I所述的生产排程方法，其中所述步骤(c)包括 (Cl)在所述当前生产合并计划相应的总产出率小于一个临界阈值的情况下，根据评估函数计算所述生产合并计划的评估值fo，并设定所述停止值； (c2)随机选择所述生产合并计划中的一个序列i，为其安排一个新的道次，根据评估函数计算更改道次后的生产计划的评估值A; (c3)利用上述得到的评估值&和A，计算 fo~fi 若计算出的值小于该停止值，进入步骤(c4)，若计算出的值大于等于该停止阈值，则进入步骤(c5)； (c4)重复步骤(c2)至(c3)； (c5)输出道次变更后的当前生产计划作为所述道次变更生产计划。
7.根据权利要求6所述的生产排程方法，其中所述评估函数表示如下f = sequence_number+(l-total_yield), 其中sequence_number表示当前生产计划的序列数目， total_yield表示当前生产计划相应的总产出率。
8.根据权利要求7所述的生产排程方法，其中所述停止值为0.05。
9.根据权利要求I所述的生产排程方法，其中所述步骤(d)包括 (dl)输入道次变更生产计划，将所有序列分成复数个道次组，使得每个道次组中的序列具有相同产品尺寸和钢种组； (d2)选择一个未完成处理的道次组，从所述道次组中选出一个序列； (d3)判断能否将另一个订单插入所述序列或用所述另一个订单替换该序列中的一个订单，若判定为能，将所述另一个订单插入到所述序列中，或者用所述另一个订单替换该序列中的一个订单； (d4)从所述道次组中选出下一个序列，重复步骤(d3)，直至该道次组中不再存在待处理的序列为止； (d5)重复步骤(d2)至(d4)，直至所有道次组都完成处理，从而生成所述订单变更生产计划。
10.一种用以实施如权利要求1-9中任一权利要求所述的方法的系统,包括 一个初始生产计划生成模块，其用以基于输入的相同钢种组和产品尺寸代码，将客户订单分配到相应序列和随机选择的道次中，从而输出初始生产计划； 一个归并生产计划生成模块，其用以按交货期对所述初始生产计划的所述序列排序，并根据合并算法将具有相同钢种的两个所述订单合并，得到经处理后的所述序列，从而输出归并生产计划； 一个道次变更生产计划生成模块，其用以在所述归并生产计划相应的总产出率小于一个临界阈值的情况下，重复随机选择所述归并生产计划中的一个序列，为其配置一个新的道次，直至借助评估函数判定更改道次后的生产计划大于等于一个停止值为止，输出此时的生产计划作为道次变更生产计划；和 一个订单变更生产计划生成模块，其用以从所述道次变更生产计划中选择一个待处理的序列，将另一个订单插入所述序列中，或者用所述另一个订单替换所述序列中的一个订单，从而输出更改订单后的订单变更生产计划， 其中，所述初始生产计划生产模块的输出端与所述归并生产计划生成模块的输入端相连，所述归并生产计划生成模块的输出端与所述道次变更生产计划生成模块的输入端相连，且所述道次变更生产计划生成模块的输出端与所述订单变更生产计划生成模块的输入端相连。
全文摘要
本发明提供了一种用于小型轧钢厂的生产排程方法，包括如下步骤根据钢种组和产品尺寸代码，将客户订单分配到相应序列和随机选择的道次中，生成初始生产计划；初始生产计划按交货期升序排序，并根据合并算法将相同钢种的两个订单合并，生成归并生产计划；在归并生产计划的相应总产出率小于一个临界阈值时，不断为其配置新的道次，直至生产计划相应产出率大于等于停止值时，输出道次变更生产计划；从道次变更生产计划中选择一个待处理的序列，将另一个订单插入该序列中，或者它替换该序列中的订单，从而生成订单变更生产计划。本发明还提供了实施该方法的系统。本发明从整体上解决了轧钢厂生产过程中库存钢坯分配、安排和切割最优化等问题的计划。
文档编号G06Q50/04GK102682353SQ20111006234
公开日2012年9月19日 申请日期2011年3月16日 优先权日2011年3月16日
发明者杜万古, 林楠, 柳杨华 申请人:西门子(中国)有限公司