不锈钢无缝管热轧批量交货需要注意哪些事项

  浙江至德钢业有限公司针对考虑生产运行因素的不锈钢无缝管热轧批量计划问题，在对其研究现状进行梳理归纳的基础上，从订单交货、周期性机器检修、生产运输联合调度优化三个角度出发，对关键生产运行因素影响下的无缝钢管热轧批量计划问题展开研究，分析问题特征、给出相应的数学模型，并据此设计求解算法。主要内容和创新点如下：

一、研究了考虑交货因素的钢管热轧订单组批模型与算法

    不锈钢无缝管生产订单组批是热轧批量计划首要解决的问题，也是关系到后续成品发运与客户承诺的关键问题。在充分考虑了无缝钢管的生产工艺因素和产品特点的基础上，综合考虑订单的交货期和交货地址，以订单适期交货、集中生产和配送为目标设计了问题的混合整数规划模型。在模型的求解方面，基于过往研究并结合热轧钢管的生产特点和本文研究问题的特征，使用带凝聚策略的层次聚类算法思想，按工艺属性相同和交货属性相似的要求，定义了订单间的距离公式，设计了一种订单聚类算法进行订单组批并形成批量计划，参考实际生产订单数据设置的仿真实验验证了模型和算法的可行性和有效性。实验结果表明，该模型在满足无缝钢管热轧生产工艺要求的同时，优化了合同对于交货与配送的需求，且提出的OCA算法在实验的各订单规模上，能够得到更小的批量内订单配送地域／时间差异度。

二、研究了考虑固定机器检修的钢管热轧批量调度问题与求解方法

    不锈钢无缝管热轧批量调度是在订单组批的基础上对批量进行排序，由于无缝钢管厂定期对热轧机组进行预防性维护，造成了周期性的机器不可用时段，影响热轧生产的连续性，因此在进行无缝钢管热轧批量调度时需要将关键生产运行因素中的周期性机器检修计划考虑在内。至德钢业将不锈钢无缝管热轧批量调度问题抽象为一类考虑周期性固定时点机器检修和机器调整时间序列相关的单机调度问题，建立了最小化机器闲置和机器调整时间的数学模型，通过对问题分析，提出了适用于此类问题的求解策略和循环求解架构。针对机器调整时间取决于相邻批量间钢管规格变化这一特性，提出了最小调整时间排序规则，证明了则在不考虑机器检修计划时具有最优性。基于分析结果设计了一种总体复杂度不超过的分阶段多过程启发式求解算法，该算法首先利用规则生成问题的初始解，然后根据问题性质进行多过程排序优化搜索。数据实验表明，与求解相似一般性问题的经典算法比较，提出的算法能有效利用本文问题特征和性质，在较短的时间范围内产生满意的结果。

三、研究了考虑柔性机器检修的钢管热轧批量调度问题与求解方法

    不锈钢无缝管实施的周期性机器检修除固定时点外，还存在一类柔性时点的情况，后者的检修开始时点可以在一定区间范围内自由选择。目前大多数研究主要针对较为经典的考虑固定检修的单机调度情况，很少将钢管热轧机器调整时间的顺序依赖性与柔性机器检修结合考虑。针对柔性检修在热轧批量调度中的性质和特点，在最小化机器调整时间和机器闲置时间的目标下，建立了考虑柔性机器检修的无缝钢管热轧批量调度模型。通过对问题特征的分析，证明了问题的特性和一种不存在机器闲置时间的情况，并提出了问题的求解策略。基于分析结果设计了两阶段求解算法：首先基于排序规则生成问题的初始解，接着依据问题特征进行寻优搜索。对比实验表明该算法在求解类似问题中，能充分利用问题的性质和特征，在有效规模和时间范围内产生满意的结果。该研究成果进一步完善了考虑周期性机器检修计划的无缝钢管热轧批量调度问题。

四、研究了钢管热轧生产与运输联合调度问题与求解方法

    生产和运输分别是供应链管理中的两项紧密关联的重要环节，具有较强的协同效应。针对关键生产运行因素中的成品运输计划，考虑无缝钢管厂热轧生产和运输的特殊性，在最小化生产和运输资源浪费的目标下，建立了热轧生产与运输联合调度模型。通过对问题进行分析，证明了问题的特性和存在局部最优解的条件，提出了适用于此类问题的求解策略和框架。基于分析结果设计了热轧批量生产与运输联合调度算法，算法首先基于当前运输计划利用排序规则生成局部解，然后根据后续计划进行解的扩展，以此循环直至完成所有运输单元的批量匹配。参考无缝钢管厂生产实绩设计的数值实验表明，与求解相似问题的经典算法比较，算法能有效利用本文问题特征和性质，在较短的时间范围内产生满意的结果。研究成果丰富了无缝钢管热轧批量计划理论体系中关于热轧生产与运输联合调度的内容，提出的模型与求解方法对于具有相似特征的问题建模与求解具有借鉴意义。

   尽管本文在考虑生产运行因素的无缝钢管热轧批量计划问题上做了一些创新性的研究工作，取得了一定进展，但还存在一些问题需要进一步研究和完善；另外，在本文研究成果的基础上，还有很多有意义的课题能够作为未来的研究方向：

   1. 在对不锈钢无缝管热轧批量计划问题的研究中，还存在进一步扩展的空间：在研究广度上，本文从优化订单交货、机器生产资源和运输资源利用率的角度出发，研究了三项关键生产运行因素下的无缝钢管热轧批量计划问题，但除此之外，无缝钢管厂生产运行中还存在热工具管理、库存管理和能源管理等问题，考虑这些生产运行因素的热轧批量计划是下一步需要继续研究的方向；在研究深度上，不锈钢无缝管热轧批量计划可同时针对若干生产运行因素建立多目标优化模型，探索新目标下问题性质的变化，这也是下一步需要研究的方向。

  2. 在对无缝钢管热轧批量计划的研究中，还存在有待进一步探索的方法。热轧批量计划问题由热轧订单组批问题和热轧批量调度问题构成，订单组批是批量调度的前序环节，在以往的研究中，往往将二者分开研究。本文也延续了这一传统研究方法，先进行订单组批，再进行批量调度。但笔者在研究中发现二者是具有一定内在联系的，即由不同的订单组合而成的批量集合会影响后续批量调度结果。在部分生产管理环境下，可允许在批量调度阶段进行有限度的批量重新组合，这种情况下，生产调度的最小单位不再仅仅是批量，而还可以是生产订单。如何合理调度生产订单以实现调度目标最优化，成为热轧批量计划所面临的有待解决的新问题。