專利名稱：冶金行業(yè)綜合計(jì)劃排程系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)劃排程系統(tǒng)和方法，尤其是一種冶金行業(yè)綜合計(jì)劃排程系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
綜合計(jì)劃是基于高級需求和生產(chǎn)能力而提供的高級生產(chǎn)計(jì)劃，可以用來指導(dǎo)各個(gè)部門進(jìn)行資源平衡和訂單應(yīng)答。綜合計(jì)劃系統(tǒng)需要考慮機(jī)組產(chǎn)能、物料供給、產(chǎn)品工藝路徑、安全庫存、最大庫存限制，及其它約束條件，并在滿足這些約束條件的基礎(chǔ)上產(chǎn)生一個(gè)包括包含生產(chǎn)計(jì)劃，資源計(jì)劃，庫存計(jì)劃，以及收益計(jì)劃在內(nèi)的優(yōu)化的綜合計(jì)劃。
由于在綜合計(jì)劃中，處理的對象都是離散的，在工藝規(guī)程約束較多的前提下實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)優(yōu)化比較復(fù)雜。已有的綜合計(jì)劃排程系統(tǒng)的方法，將實(shí)際的綜合計(jì)劃優(yōu)化問題，包括生產(chǎn)邏輯、約束條件和優(yōu)化目標(biāo)等，映射為連續(xù)的線性規(guī)劃模型，然后求線性規(guī)劃模型的最優(yōu)解，最后將解轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)計(jì)劃、資源計(jì)劃、庫存計(jì)劃，成本預(yù)算和收入計(jì)劃等等。
在線性規(guī)劃模型的求解中，目前比較成熟的方法是單純形法和內(nèi)點(diǎn)法，算法的復(fù)雜度至少是多項(xiàng)式級(O(nx)，x＞3)，隨著模型規(guī)模增加求解時(shí)間迅速增長。已有技術(shù)中基于這些算法的各種商業(yè)軟件發(fā)展得比較成熟，例如ILOG的CPLEX等。但是，即使最好的算法和軟件，對于非常大的線性規(guī)劃模型的求解，其所用的時(shí)間還是難以令人滿意。對于冶金行業(yè)模型龐大的供應(yīng)鏈，已有技術(shù)中不能滿足產(chǎn)銷一體化的要求，存在以下缺陷1，需求計(jì)劃與生產(chǎn)計(jì)劃脫節(jié)。已有的綜合計(jì)劃排程系統(tǒng)和方法訂立計(jì)劃屬于以產(chǎn)定銷的模式，無法來快速響應(yīng)客戶的需求；2，各個(gè)產(chǎn)線計(jì)劃中的瓶頸信息每個(gè)月都發(fā)生變化，造成產(chǎn)量預(yù)測不準(zhǔn)確，生產(chǎn)計(jì)劃不能達(dá)到真正的平衡，已有綜合計(jì)劃排程系統(tǒng)不能考慮到這一點(diǎn)；3，已有排程系統(tǒng)的上下道工序之間物流需求量不能明確，影響了產(chǎn)能計(jì)劃的平衡；4，計(jì)劃中的小時(shí)產(chǎn)量根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)獲取，且劃分層次不準(zhǔn)確，致使綜合計(jì)劃無法在產(chǎn)品的規(guī)格、牌號等更細(xì)層次上做生產(chǎn)計(jì)劃和資源計(jì)劃；5，各個(gè)季、月和周計(jì)劃都是由不同的人來制定，且每種計(jì)劃的參數(shù)設(shè)置不一致，幾種計(jì)劃之間相互關(guān)聯(lián)性不緊密；6，計(jì)劃單元在各個(gè)計(jì)劃和系統(tǒng)中不統(tǒng)一，使各個(gè)計(jì)劃脫節(jié)。上述問題難以得到一個(gè)整體優(yōu)化的結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種冶金行業(yè)綜合計(jì)劃排程系統(tǒng)和方法，能夠基于所有未交貨訂單和未來準(zhǔn)確的需求預(yù)測做計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)以銷定產(chǎn)的目標(biāo)，以提高寶鋼的市場反應(yīng)速度，加強(qiáng)競爭力，增進(jìn)生產(chǎn)流程在計(jì)劃中的體現(xiàn)，并且可以增進(jìn)計(jì)劃的一體化。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一種冶金行業(yè)綜合計(jì)劃排程系統(tǒng)和方法的技術(shù)方案是，包括以下步驟，第一步，將原始的綜合計(jì)劃優(yōu)化問題分割成數(shù)個(gè)子問題；第二步，建立線性規(guī)劃模型并求解一個(gè)子問題；第三步，扣除第二步中子問題占用的產(chǎn)能、物料等資源，重新建立線性規(guī)劃模型并求解下一個(gè)子問題，直到求解出所有的子問題；第四步，綜合各個(gè)子問題的解得到綜合計(jì)劃結(jié)果。
本發(fā)明通過將寶鋼的供應(yīng)鏈模型分解為物料、工序、機(jī)組、需求等對象，對各個(gè)子問題進(jìn)行求解，并綜合這些約束和目標(biāo)，給出最優(yōu)的計(jì)劃，不僅能基于所有未交貨訂單和未來準(zhǔn)確的需求預(yù)測做計(jì)劃、實(shí)現(xiàn)與需求計(jì)劃同步，還可以將生產(chǎn)流程在計(jì)劃中得以體現(xiàn)，增進(jìn)了計(jì)劃的一體化。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述圖1為本發(fā)明一種冶金行業(yè)綜合計(jì)劃排程系統(tǒng)和方法流程示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例分解問題示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例中產(chǎn)品供應(yīng)鏈模型示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例中產(chǎn)能平衡模型示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明一種冶金行業(yè)綜合計(jì)劃排程系統(tǒng)和方法的技術(shù)方案是，包括以下步驟，第一步，將原始的綜合計(jì)劃優(yōu)化問題分割成數(shù)個(gè)子問題；第二步，建立線性規(guī)劃模型并求解一個(gè)子問題；第三步，扣除第二步中子問題占用的產(chǎn)能、物料等資源，重新建立線性規(guī)劃模型并求解下一個(gè)子問題，直到求解出所有的子問題；第四步，綜合各個(gè)子問題的解得到綜合計(jì)劃結(jié)果。
以寶鋼的月流程綜合計(jì)劃為例。首先，分解問題，將原始的綜合計(jì)劃優(yōu)化問題分割成數(shù)個(gè)子問題。寶鋼的月流程綜合計(jì)劃的時(shí)間跨度為三個(gè)月，涉及的各類需求達(dá)幾萬條，要求給出以天為時(shí)間單位的計(jì)劃結(jié)果。其中需求可分為在制品、訂單和預(yù)測，越靠前優(yōu)先級越高。在制品和訂單一般要求在當(dāng)月滿足，預(yù)測又分為第二個(gè)月和第三個(gè)月的預(yù)測，分別在所在的月內(nèi)滿足。在產(chǎn)能的利用上，要求優(yōu)先級高的需求占用時(shí)間靠前的產(chǎn)能，優(yōu)先級低的需求占用靠后的產(chǎn)能。因此，根據(jù)需求優(yōu)先級和占用產(chǎn)能的時(shí)間段來劃分問題，如圖2所示，用半個(gè)月的產(chǎn)能滿足在制品作為問題一，用第一個(gè)月產(chǎn)能滿足訂單作為問題二，用第二個(gè)月的預(yù)測作為問題三，第三個(gè)月的預(yù)測作為問題四。將綜合計(jì)劃費(fèi)解成幾個(gè)問題，然后逐個(gè)對各個(gè)子問題進(jìn)行求解。
其次，建立線性規(guī)劃模型并求解一個(gè)子問題。問題的模型采用“連續(xù)的線性規(guī)劃最優(yōu)化應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)流模式的供應(yīng)鏈，該子問題模型如圖3所示。流經(jīng)每個(gè)產(chǎn)品的供應(yīng)鏈的物流首先被安排好，用來描述產(chǎn)品的生產(chǎn)操作方法，以及在各個(gè)操作中使必須的原料、生產(chǎn)量、資源和在兩個(gè)操作中的存貨清單。圖的上部分闡明產(chǎn)品A和產(chǎn)品B的供應(yīng)鏈。匹配各種產(chǎn)品的供應(yīng)和需求能通過一張網(wǎng)絡(luò)流程圖表來描述。圖的下部分描述了一個(gè)產(chǎn)品的網(wǎng)絡(luò)流程圖表。將網(wǎng)絡(luò)流程模型轉(zhuǎn)化為線性規(guī)劃模型，即將網(wǎng)絡(luò)流程模型的各種約束和目標(biāo)轉(zhuǎn)化為線性方程。
首先，滿足物料節(jié)點(diǎn)平衡。對于任一個(gè)物料節(jié)點(diǎn)b，它的上游是生產(chǎn)工序，下游是消耗工序。在任意時(shí)間節(jié)點(diǎn)t上，b在t結(jié)束時(shí)的物料遺留量等于流入量減去流出量，流入量為b在(t-1)時(shí)間的遺留量+生產(chǎn)工序在t的產(chǎn)出量；而流出量為用來滿足需求的量(如果在b上又需求)+消耗工序在t的耗費(fèi)量。
滿足需求的量(如果在b上又需求)+消耗工序在t的耗費(fèi)量)，寫成線性方程為Inventory(b,t)=Inventory(b,t-1)+ΣO∈produceopΣt1OpProduceBuffer(o,b,t1)]]>-Σd∈DemandDemandSat(d,b,t)-ΣO∈consumeopΣt2OpConsumeBuffer(o,b,t1)]]>其中t1是所有能在時(shí)間節(jié)點(diǎn)t內(nèi)生產(chǎn)b的工序的啟動時(shí)間，t2是所有能在時(shí)間節(jié)點(diǎn)t內(nèi)消耗b的工序的啟動時(shí)間。
其次，求產(chǎn)能平衡。產(chǎn)能一般是定時(shí)補(bǔ)充的，對于任一個(gè)產(chǎn)能節(jié)點(diǎn)r，它在t上的消耗量不能小于它的補(bǔ)充量。該問題的模型如圖4所示，由圖4可以推出物料節(jié)點(diǎn)平衡方程和產(chǎn)能節(jié)點(diǎn)平衡方程。對應(yīng)線性方程為ResourceCapacity(r,t)≥ΣO∈consumeResΣt1OpConsumeRes(o,t1,r)]]>其中t1是所有能在時(shí)間節(jié)點(diǎn)t內(nèi)消耗r的工序的啟動時(shí)間綜合計(jì)劃排程系統(tǒng)的優(yōu)化目標(biāo)對應(yīng)與線性規(guī)劃模型的目標(biāo)函數(shù)，主要的目標(biāo)有(1)最大及最及時(shí)的滿足客戶需求的計(jì)劃Max:Σd∈DEMANDDemandSatisfed(d,...)]]>(2)最短的平均訂單生產(chǎn)周期時(shí)間首先存在約束條件∀d,DemandSatisfied(d,b,t1,t2)=Inventory(b,t1)+Σt1<t≤t2Delay(d,t)]]>其中，t1為需求d的理想交期；t2為需求d的最大允許交期。
d的滿足由在t1的滿足和從(t1+1)到t2每天的拖期滿足組成，最短的平均訂單生產(chǎn)周期目標(biāo)等價(jià)于盡量減少需求的拖期滿足，即Min:Σd∈DEMANDΣtSelay(d,t)]]>(3)按客戶優(yōu)先等級來滿足客戶需求Max:Σd∈DEMANDDemandSatisfed(d,...)×rank(d),]]>其中，rank(d)為定單d的客戶優(yōu)先級(4)決定產(chǎn)品的最合適的產(chǎn)線并減少交叉生產(chǎn)路徑如果某個(gè)工序前有交叉路徑，則存在約束∀o∈operation,t∈bucket OpPlan(o,t)=PrimaryFlow(o,t)+ΣtAlternateFlow(o,f,t)]]>其中，OpPlan為工序在t的量；PrimaryFlow為主要路徑貢獻(xiàn)的量；AlternateFlowe為次要的交叉路徑貢獻(xiàn)的量。
目標(biāo)為Min:ΣoΣfΣtAlternateFlow(o,f,t)]]>(5)在最大及最及時(shí)滿足客戶需求的前提下，降低在制品及成品庫存量降低庫存量，必須盡量減少多余生產(chǎn)，此時(shí)的目標(biāo)為Min:ΣoΣtOpPlan(o,t)]]>(6)最大總體效益即收益減成本為
Max:Σd∈DEMANDDemandSatisfed(d,...)×(Incomde(d)-Cost(d))]]>綜合計(jì)劃系統(tǒng)考慮多目標(biāo)優(yōu)化，在每個(gè)線性規(guī)劃問題的逐步求解中，單個(gè)目標(biāo)按優(yōu)先級先后被考慮，在確保前一個(gè)目標(biāo)的最優(yōu)解情況下去求當(dāng)前目標(biāo)的最好解。
第三步，扣除第二步中子問題占用的產(chǎn)能、物料等資源，重新建立線性規(guī)劃模型并求解下一個(gè)子問題，直到求解出所有的子問題。一旦逐步求解完成，方案被產(chǎn)生，目標(biāo)將被用在下一個(gè)逐步求解中，同時(shí)從上逐步求解中得到的優(yōu)化好的目標(biāo)會被維持住。最后，在完成所有的相對應(yīng)的逐步求解后就得到了能達(dá)到所有期望的商業(yè)目標(biāo)的最理想的方案。
權(quán)利要求
1.一種冶金行業(yè)綜合計(jì)劃排程系統(tǒng)和方法，其特征在于，包括以下步驟，第一步，將原始的綜合計(jì)劃優(yōu)化問題分割成數(shù)個(gè)子問題；第二步，建立線性規(guī)劃模型并求解一個(gè)子問題；第三步，扣除第二步中子問題占用的產(chǎn)能、物料等資源，重新建立線性規(guī)劃模型并求解下一個(gè)子問題，直到求解出所有的子問題；第四步，綜合各個(gè)子問題的解得到綜合計(jì)劃結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冶金行業(yè)綜合計(jì)劃排程系統(tǒng)和方法，其特征在于，所述第二步和第三步中的子問題包括物料、工序、機(jī)組、需求等對象。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冶金行業(yè)綜合計(jì)劃排程系統(tǒng)和方法，其特征在于，所述第二步和第三步中采用連續(xù)的線性規(guī)劃最優(yōu)化應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)流模式的供應(yīng)鏈模型將子問題映射為線性規(guī)劃模型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冶金行業(yè)綜合計(jì)劃排程系統(tǒng)和方法，其特征在于，所述第二步和第三步中建立線性規(guī)劃模型求解個(gè)子問題采用軟件工具CPLEX求解。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種冶金行業(yè)綜合計(jì)劃排程系統(tǒng)和方法，包括以下步驟，第一步，將原始的綜合計(jì)劃優(yōu)化問題分割成數(shù)個(gè)子問題；第二步，建立線性規(guī)劃模型并求解一個(gè)子問題；第三步，扣除第二步中子問題占用的產(chǎn)能、物料等資源，重新建立線性規(guī)劃模型并求解下一個(gè)子問題，直到求解出所有的子問題；第四步，綜合各個(gè)子問題的解得到綜合計(jì)劃結(jié)果。本發(fā)明通過將綜合計(jì)劃分解成數(shù)個(gè)子計(jì)劃，對各個(gè)子問題進(jìn)行求解，并綜合這些約束和目標(biāo)，給出最優(yōu)的計(jì)劃，增進(jìn)了計(jì)劃的一體化。
文檔編號G06Q10/06GK101079121SQ20061002682
公開日2007年11月28日 申請日期2006年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月24日
發(fā)明者盧金芳, 陳良毅, 郭虹, 蔡旭東, 趙勁松, 張川, 李建國, 袁曉雯, 劉成宇, 朱湘凱, 胡惠惠, 陳燕, 謝金蘭, 王少杰, 張維 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司, 上海仁維軟件有限公司