鋼板冷軋MES機組作業(yè)計劃過程中的任務(wù)分配法
基于鞍鋼新軋集團股份有限公司冷軋薄板廠MES工程的實際情況,介紹了機組排產(chǎn)作業(yè)計劃過程中的任務(wù)分配方法。該方法以機組與生產(chǎn)任務(wù)的最佳匹配、機組的負荷平衡為性能指標,采用了實時最小負荷分配規(guī)則,科學(xué)地解決了冷軋生產(chǎn)線CIMS環(huán)境下機組排產(chǎn)作業(yè)計劃的在線生成問題,實現(xiàn)了生產(chǎn)線上的生產(chǎn)路徑優(yōu)化控制,從而提高了生產(chǎn)質(zhì)量和設(shè)備利用率。
鞍鋼新軋鋼鐵股份有限公司冷軋薄板廠MES工程實現(xiàn)了生產(chǎn)經(jīng)營活動集成化管理,為企業(yè)提供了先進的管理手段,改善了企業(yè)生產(chǎn)管理模式,實現(xiàn)了從合同管理、主生產(chǎn)計劃、要料計劃、各車間機組排產(chǎn)作業(yè)計劃、生產(chǎn)物料單卷跟蹤、異常處理、生產(chǎn)調(diào)度、在產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量跟蹤分析、原料庫存管理、在制品管理、成品管理到交貨全過程的具有優(yōu)化生產(chǎn)控制功能的閉環(huán)生產(chǎn)管理。實現(xiàn)了生產(chǎn)系統(tǒng)與設(shè)備、備件、軋輥管理系統(tǒng)的集成,促進了老企業(yè)向現(xiàn)代企業(yè)的轉(zhuǎn)變。該軟件現(xiàn)已成為該公司冷軋薄板廠生產(chǎn)運行不可缺少的組成部分。
對冷軋廠這樣大型復(fù)雜的企業(yè), 為開發(fā)出有效、實用的覆蓋全廠所有生產(chǎn)活動、全面實現(xiàn)計算機管理的軟件,本文著重介紹機組排產(chǎn)作業(yè)計劃生成過程中的關(guān)鍵技術(shù)之一的生產(chǎn)任務(wù)分配方法。
所謂生產(chǎn)任務(wù)分配,是對各生產(chǎn)車間(工序)的生產(chǎn)任務(wù)具體指定一個生產(chǎn)機組進行生產(chǎn)。關(guān)于生產(chǎn)任務(wù)分配方法特別是離散制造系統(tǒng)的生產(chǎn)路徑規(guī)劃方法已有很多的研究結(jié)果,但本文的特點不是側(cè)重于理論方法研究,而是側(cè)重于易于實現(xiàn)、有效的實用方法。這一特點是軟件所必須的,因為它必須是可編程的和計算速度能夠滿足實際要求。
機組生產(chǎn)任務(wù)分配是機組排產(chǎn)作業(yè)計劃過程中的重要內(nèi)容,一個好的生產(chǎn)任務(wù)分配方法,可使得軟件程序易于實現(xiàn),并且生產(chǎn)任務(wù)分配合理,符合實際生產(chǎn)情況,可最大限度地達到機組和生產(chǎn)任務(wù)的最佳匹配,使得機組負荷平衡,提高產(chǎn)品質(zhì)量和成品率、提高生產(chǎn)設(shè)備利用率,提高生產(chǎn)效率,降低生產(chǎn)成本。反之,如果任務(wù)分配方法不得當(dāng),即使軟件程序能夠?qū)崿F(xiàn),也無法達到用戶滿意。
2 冷軋薄板廠實際生產(chǎn)線生產(chǎn)流程簡介
冷軋生產(chǎn)線各車間機組排產(chǎn)作業(yè)計劃是基于實際生產(chǎn)過程的,其實際生產(chǎn)流程如圖1所示。
圖1 冷軋生產(chǎn)線實際生產(chǎn)流程
圖1所描述的生產(chǎn)流程只對90%左右的產(chǎn)品是正確的,1%左右的產(chǎn)品并不完全遵循該生產(chǎn)流程,主要特征是具有逆向流程和跳躍流程,比如二次軋制、二次退火、酸洗后直接剪切及一些異常情況處理等等。
從該生產(chǎn)流程可以看出,冷軋生產(chǎn)是帶有有限中間庫的半連續(xù)性的流程式生產(chǎn),總體可看成是一個串行生產(chǎn)線,但與串行生產(chǎn)線不同的是各車間(工序)有多臺相同或不同型號的并行生產(chǎn)設(shè)備,本文把這個生產(chǎn)線稱為冷軋生產(chǎn)線,其特點如下:
①多級串行;
②多機并行;
③部分產(chǎn)品具有逆向流程和跳躍流程特征;
④多品種規(guī)格同時處于生產(chǎn)線中;
⑤生產(chǎn)約束多(工作輥、支撐輥、生產(chǎn)工藝規(guī)則等等);
⑥產(chǎn)品生產(chǎn)路徑復(fù)雜。
上述特點決定了冷軋生產(chǎn)線既有串行生產(chǎn)線的均衡生產(chǎn)問題,也有離散生產(chǎn)的排產(chǎn)與調(diào)度問題。因此使得冷軋生產(chǎn)線均衡生產(chǎn)的機組排產(chǎn)作業(yè)計劃是非常重要的。
3 機組排產(chǎn)作業(yè)計劃過程中的生產(chǎn)任務(wù)分配方法
1)特定機組生產(chǎn)鋼卷分配方法
在冷軋生產(chǎn)過程中,部分產(chǎn)品(10%左右)質(zhì)量要求高,有些工序需特定的機組生產(chǎn)。為了解決該問題,本文采用引入‘工藝碼’來處理。
所謂工藝碼是用來描述產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝流程的,如上節(jié)所述,冷軋廠有10%左右的產(chǎn)品不完全遵循標準的生產(chǎn)流程,為了軟件程序開發(fā),需設(shè)計引用工藝碼,以規(guī)范生產(chǎn)流程過程,解決軟件程序的控制流程關(guān)系。
對每一個生產(chǎn)鋼卷,依用戶合同要求都將生成一個工藝碼,其形式為:
x0z1r0p0j0b0
其中,英文字母代表生產(chǎn)工序(x為酸洗;z為軋鋼;r為熱處理;p為平整;j為剪切;b為包裝),英文字母后的數(shù)字則代表生產(chǎn)機組(0為未指定特定機組;1為指定1機組;2為指定2機組;…;n為指定n機組)。顯然英文字母和數(shù)字的任意可重復(fù)組合,可描述所有產(chǎn)品生產(chǎn)流程過程和指定生產(chǎn)機組。
在機組任務(wù)分配時,首先查看工藝碼,當(dāng)該工序的數(shù)字不為0時,則按其數(shù)字分配給相應(yīng)的生產(chǎn)機組。
2)非特定無質(zhì)量差別機組生產(chǎn)鋼卷分配方法
所謂非特定機組生產(chǎn)是指在工藝碼中沒有指定特定的生產(chǎn)機組,即工藝碼中該工序后的數(shù)字為0,所謂無質(zhì)量差別是指對該生產(chǎn)鋼卷生產(chǎn)加工的機組其質(zhì)量標準都是相同的。這樣的生產(chǎn)任務(wù)在生產(chǎn)過程的某些車間(工序)可能有多個機組能夠?qū)ζ溥M行生產(chǎn)加工,具體分配給哪個機組進行生產(chǎn)加工,存在優(yōu)化分配問題。為了說明機組任務(wù)分配方法,定義如下符號。
針對某一個車間(工序),設(shè):
有n個任務(wù)W(I,t)等待生產(chǎn)加工,其中,W為生產(chǎn)鋼卷;I為鋼卷序號(I=1,2,…,n);t為鋼卷質(zhì)量。將生產(chǎn)鋼卷按鋼卷質(zhì)量從大到小排列,記為{W(i,t)},W(i,t)表示{W(i,t)}中的元素。
P(j)為機組生產(chǎn)能力,其中j為機組號。機組生產(chǎn)能力表達機組單位時間最大生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量,在機組無故障情況下該量是常量。
L(i,j)為機組即時負荷,其中j為機組號,i為生產(chǎn)卷號的隊列序號。機組即時負荷表達當(dāng)時已分配給該機組并且尚未進行生產(chǎn)的生產(chǎn)鋼卷的質(zhì)量合計。
M(i,j)為機組j生產(chǎn)加工生產(chǎn)鋼卷W(i,t)的特征函數(shù),即:
令:F(i,j)=(L(i,j)+t×M(i,j))/P(j) (2)
式中,j=1,2,…,J(J為該車間機組總數(shù));i和t為W(i,t)中的i和t。
令:f=min{F(i,1),F(xiàn)(i,2),…,F(xiàn)(i,J)} (3)
如果f=F(i,j0),則分配W(i,t)到j(luò)0機組生產(chǎn)加工,i=1,…, n。
從特征函數(shù)式(1)和運算式(2)可以得出:當(dāng)特征函數(shù)不為1時,任務(wù)W(i,t)不可能分配給機組j,因為這時F(i,j)的值也為+ ∞,并且由于該道工序工藝碼的數(shù)字為0,所以至少有一臺機組可以生產(chǎn)加工該生產(chǎn)鋼卷W(i,t ),所以至少存在一個F(i,j)的值不為+∞。不失一般性設(shè)有J0(J0≤J)個M(i,j)的值為1,即有J0個機組可以生產(chǎn)加工W(i,t)。所以有J0個F(i,j)的值不為+∞,該值的實際意義其實就是機組的時間負荷,由于同一個生產(chǎn)鋼卷的質(zhì)量雖然不變,但在不同機組生產(chǎn)加工的時間由機組的生產(chǎn)能力不同而不同,因此無法用質(zhì)量來度量機組的負荷,但經(jīng)過式(2)的轉(zhuǎn)換,就可把各機組的負荷度量統(tǒng)一到機組生產(chǎn)加工時間上來,因此所謂機組負荷平衡,就是本文的任務(wù)分配方法, 在滿足條件約束下能夠最大限度地使得:F(n,1),F(xiàn)(n,2),…,F(xiàn)(n,J)的值相接近。用數(shù)學(xué)符號表達就是在滿足條件約束下能夠最大限度地使得下式成立。
式中,j1≠j2;J={1,2,…,J}。
3)非特定有質(zhì)量差別機組生產(chǎn)鋼卷分配方法所謂有質(zhì)量差別是指在生產(chǎn)過程中某些車間(工序)對該生產(chǎn)鋼卷生產(chǎn)加工的機組可能有多臺,但其生產(chǎn)質(zhì)量所達標準不同。這樣的生產(chǎn)任務(wù)在生產(chǎn)分配過程中不能單純地考慮機組負荷平衡,也應(yīng)考慮生產(chǎn)質(zhì)量。為了說明機組任務(wù)分配方法,本文定義如下特征函數(shù):
對這種情況,首先采用上節(jié)的分配方法,當(dāng)有些機組負荷超出計劃時間段的負荷時,將調(diào)整負荷向特征函數(shù)為2的機組。
4 生產(chǎn)鋼卷分配方法的軟件實現(xiàn)
生產(chǎn)鋼卷分配方法的軟件實現(xiàn),其特征函數(shù)將由機組生產(chǎn)鋼卷最佳匹配表給出。下面的一段程序為冷軋廠CIMS 工程中實用的機組排產(chǎn)作業(yè)計劃過程中的機組任務(wù)分配子程序,開發(fā)工具為Developer2000。數(shù)據(jù)表名及其字段名和變量名不做詳解。
DECLARE
CURSOR fzcmx cursor IS
select distinct schth,ylbh from pp fzcmx where substr(zt,1,1)=‘5’and dclbz=‘0’
group by schth,ylbh;
BEGIN
OPEN fzcmx_cursor;
loop
FEMotorH fzcmx cursor INTO v schth,v_ylbh;
EXIT WHEN fzcmx_cursor % NOTFOUND;
select gz,cphd,cpkd,cpcd zl into v_gzbm,v_cphd,v_cpkd,v_cpcd,p
from pp_fzcmx
where ylbh=v ylbh;
select subst(r zt,4)into v bc from pp fzcmx where ylbh=v ylbh;
v_b:=to_numbe(r v bc)+1;
select subst(r gym,v_b,1)into v_c from pp_fzcmx where ylbh=v_ylbh;
if v_c>‘ ’then
if v_c=‘1’then
INSERT INTO pp_jq1rjh( schth,ylbh,gzbm,cphd,cpkd,cpcd,sl,rq,ztm)
SELECT schth,ylbh,gzbm,cphd,cpkd,cpcd,sl,sysdate,
FROM pp_jqrjh1
WHERE lh=v_lh and ph=v_ph1;
elsif v_c=‘2’then
INSERT INTO pp_jq2rjh(schth,ylbh,gzbm,cphd,cpkd,cpcd,sl,rq,ztm)
SELECT schth,ylbh,gzbm,cphd,cpkd,cpcd,sl,sysdate,0
FROM pp_jqrjh1
WHERE lh=v_lh and ph=v_ph1;
elsif v_c=‘3’then
INSERT INTO pp jq3rjh( schth,ylbh,gzbm,cphd,cpkd,cpcd,sl,rq,ztm)
SELECT schth,ylbh,gzbm,cphd,cpkd,cpcd,sl,sysdate,0
FROM pp_jqrjh1
WHERE lh=v_lh and ph=v_ph1;
Else v_next:=1;
end if;
else message(‘****’);
end if;
END loop;
CLOSE fzcmx_cursor;
5 結(jié) 語
本文通過鞍鋼新軋鋼鐵集團股份有限公司冷軋薄板廠MES 工程的實例,介紹了機組排產(chǎn)作業(yè)計劃過程中機組任務(wù)分配方法,綜合所有車間(或工序),實際是一種實時路徑規(guī)劃方法。該軟件已在現(xiàn)場運行半年多時間,結(jié)果表明,軟件運行穩(wěn)定,取得了良好的管理效應(yīng)和生產(chǎn)效益,得到了用戶的肯定和好評。
? 請關(guān)注 微信公眾號: steeltuber. 轉(zhuǎn)載請保留鏈接: http://www.bviltd.cn/Steel-Knowledge/MES.html
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