1、消費型企業(yè)的消費方案和調(diào)度處理方案及工業(yè)運用實例陳玉旺 博士研討生上海交通大學自動化系&銅陵市科技局: 提綱 消費型企業(yè)概述消費型企業(yè)信息化過程消費方案和調(diào)度系統(tǒng)功能消費方案和調(diào)度處理方案工業(yè)運用實例煉鋼連鑄消費方案與調(diào)度處理方案熱軋消費調(diào)度系統(tǒng)研討領域和工程實施方向消費型企業(yè)概述消費系統(tǒng)物質(zhì)資源人 力原資料輔助資料零配件等信息消費方案技術規(guī)范工藝規(guī)程效益目的消費過程加工制造按預定技術要求改動對象的外形、尺寸物理性質(zhì)和化學性質(zhì)的過程物質(zhì)資源產(chǎn)品效力廢品 信息本錢質(zhì)量進度系統(tǒng)情況反 饋輸出輸入消費過程既是物料耗費過程，同時也是消費對象的價值增值過程。隨著原資料和各種

2、輔助資料的耗費，逐漸改動消費對象的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)，最終變?yōu)楫a(chǎn)廢品副產(chǎn)品、環(huán)保要求。消費型企業(yè)類型按消費過程的延續(xù)性質(zhì)分:延續(xù)式消費運作系統(tǒng)流程式 延續(xù)式消費是指物料按一定的工藝順序、延續(xù)地經(jīng)過消費過程各環(huán)節(jié)，在運動中不斷地改動其形狀和性能，最后轉(zhuǎn)化成產(chǎn)廢品的消費方式(化工、石油、冶金、食品、造紙等)。離散式消費運作系統(tǒng)(加工裝配式 物料分別在不同時間和地點消費出零部件，再按一定的要求集合裝配成產(chǎn)廢品的消費運作方式(如電子、輕工、機械等產(chǎn)品。消費型企業(yè)類型按與市場需求的關系分:消費-庫存式消費系統(tǒng)(Make-To-Inventory)預測需求確定方案組織消費廢品入庫銷售庫存式消費運作方式可以

3、較好地滿足隨機小批量需求；同時企業(yè)消費運作系統(tǒng)運轉(zhuǎn)平衡，質(zhì)量穩(wěn)定、人力、設備等自然可以得到較充分的運用。但運作過程的產(chǎn)廢品占用的流動資金大，具有一定的市場風險，對需求變化的順應性較差。普通用于通用產(chǎn)品消費。訂單-消費式消費系統(tǒng)(Make-To-Order)客戶訂貨確定方案組織消費交貨訂單式消費可以大幅度地減少產(chǎn)廢品庫存量，降低流動資金占用額，防止市場風險。但這種方式對消費運作系統(tǒng)的管理程度要求高，需求隨機動搖對運作過程影響大，消費方案、人力資源、設備利用、質(zhì)量保證等任務難度大，要求消費運作系統(tǒng)具有良好的順應性。消費-儲存-裝配式(Assemble-To-Order)總量需求預測零部件消費方案零

4、部件庫存客戶訂貨裝配方案產(chǎn)品組裝產(chǎn)品交貨按ATS方式運作的前提條件是產(chǎn)品個性化，零部件通用化，儲存一定數(shù)量的通用零部件，滿足不同客戶的訂貨要求。這種運作方式具有前面兩種方式的優(yōu)點。消費型企業(yè)生存環(huán)境消費科技高速開展加速產(chǎn)品更新?lián)Q代速度如醫(yī)藥產(chǎn)品50%是近5年研制出來的，每兩年計算機就有一次重要的技術突破。技術環(huán)境的變化使消費系統(tǒng)的順應性、創(chuàng)新性，快速反響才干，成了企業(yè)生存和開展的關鍵。用戶需求趨向個性化、多樣化客戶開場采取多種類、小批量、多批次的訂貨方式。市場競爭日益猛烈客戶隨著世界市場一體化進程的加快，國內(nèi)企業(yè)、特別是中小型企業(yè)面臨的競爭壓力日益加大。為了生存和開展，企業(yè)消費運作系統(tǒng)必需滿足

5、高質(zhì)量、高效率、低本錢、高柔性、短且準時的交貨期要求。全球化供應鏈運作方式快速開展全球供應鏈運營理念和方式，使企業(yè)間的競爭變?yōu)楣溨g的競爭，強調(diào)企業(yè)間的中心競爭力和供應鏈的整體競爭力。消費型企業(yè)消費方式六、七十年代八、九十年代大批量消費方式定制式消費方式消費型企業(yè)制造戰(zhàn)略50 -60 年代：消費規(guī)模70 年代：消費本錢80 年代：產(chǎn)質(zhì)量量90 年代：市場呼應速度生產(chǎn)型企業(yè)制造戰(zhàn)略的變化過程消費型企業(yè)制造戰(zhàn)略如何順應新的消費企業(yè)生存環(huán)境，實施消費型企業(yè)的制造戰(zhàn)略，實現(xiàn)制造過程的信息化和綜合自動化是提升企業(yè)中心競爭力的重要手段？十六大報告明確指出“實現(xiàn)工業(yè)化依然是我國現(xiàn)代化進程中艱巨的歷史性義

6、務。信息化是我國加快實現(xiàn)工業(yè)化和現(xiàn)代化的必然選擇。堅持以信息化帶開工業(yè)化，以工業(yè)化促進信息化，走出一條科技含量高、經(jīng)濟效益好、資源耗費低、環(huán)境污染少、人力資源優(yōu)勢得到充分發(fā)揚的新型工業(yè)化路子。：“對于降低消費本錢、提高產(chǎn)質(zhì)量量、快速呼應市場需求、減少環(huán)境污染和資源耗費只能經(jīng)過全流程自動控制系統(tǒng)的優(yōu)化設計來實現(xiàn)。消費型企業(yè)信息化過程階段企業(yè)運營方面問題提出管理軟件開展階段實際根底I60年代追求降低本錢手工訂貨發(fā)貨消費缺貨頻繁如何確定訂貨時間和訂貨數(shù)量時段式MRP系統(tǒng)庫存管理實際、主消費方案、 BOM與物料需求方案、期量規(guī)范II70年代方案偏離實踐人工完成車間作業(yè)方案如何保證方案得到有效實施和及時

7、調(diào)整閉環(huán)式MRP系統(tǒng)才干需求方案車間作業(yè)管理 方案、實施、反響與控制的循環(huán)III80年代追求競爭優(yōu)勢各子系統(tǒng)缺乏聯(lián)絡，矛盾重重如何實現(xiàn)企業(yè)管理系統(tǒng)的一體化MRPII系統(tǒng)系統(tǒng)集成技術物流管理決策與仿真IV90年代追求創(chuàng)新要求順應市場環(huán)境的迅速變化如何在社會范圍內(nèi)利用一切可利用的資源ERP系統(tǒng)供應鏈管理混合型消費管理預測控制ERP開展歷程消費型企業(yè)信息化過程MRP階段(Material Require Planning)企業(yè)的信息管理系統(tǒng)對產(chǎn)品構成進展管理，借助計算機的運算才干及系統(tǒng)對客戶訂單，在庫物料，產(chǎn)品構成的管理才干，實現(xiàn)根據(jù)客戶訂單，按照產(chǎn)品構造清單展開并計算物料需求方案.MRP階段(Ma

8、nufacture Resource Planning)在MRP管理系統(tǒng)的根底上,系統(tǒng)添加了對企業(yè)消費中心、加工工時、消費才干等方面的管理，以實現(xiàn)計算機進展消費排程的功能，同時也將財務的功能囊括進來，在企業(yè)中構成以計算機為中心的閉環(huán)管理系統(tǒng)，這種管理系統(tǒng)已能動態(tài)監(jiān)察到產(chǎn)、供、銷的全部消費過程。消費型企業(yè)信息化過程ERPEnterprise Resource Planning 企業(yè)資源方案系統(tǒng)建立在信息技術根底上，以系統(tǒng)化的管理思想，為企業(yè)決策層及員工提供消費管理和決策的管理平臺。ERP系統(tǒng)系統(tǒng)添加了包括財務預測、消費才干、調(diào)整資源調(diào)度等方面的功能。配合企業(yè)實現(xiàn)JIT管理全面、質(zhì)量管理和消費資源

9、調(diào)度管理及輔助決策的功能。 進一步地，我們可以從管理思想、軟件產(chǎn)品、管理系統(tǒng)三個層次給出它的定義：由美國著名的計算機技術咨詢和評價集團Garter Group Inc.提出的一整套企業(yè)管理系統(tǒng)體系規(guī)范，其本質(zhì)是在MRP IIManufacturing Resources Planning,“制造資源方案 根底上進一步開展而成的面向供應鏈Supply Chain的管理思想；綜合運用了客戶機/效力器體系、關系數(shù)據(jù)庫構造、面向?qū)ο蠹夹g、圖形用戶界面、第四代言語4GL、網(wǎng)絡通訊等信息產(chǎn)業(yè)成果，以ERP管理思想為靈魂的軟件產(chǎn)品；是整合了企業(yè)管理理念、業(yè)務流程、根底數(shù)據(jù)、人力物力、計算機硬件和軟件于一體的

10、企業(yè)資源管理系統(tǒng)。消費型企業(yè)信息化過程70年80年90年2000年代客戶 本企業(yè)供應商MRP主機MRPII3gl小型計算機ERP4gl客戶效力器SCMo/o網(wǎng)絡計算機消費型企業(yè)信息化過程消費型企業(yè)信息化過程ERP(Enterprise Resource Planning)PCS(Process Control System)MES (Manufacturing Execution System)economic decisionenterprise managementproduction schedulingprocess optimizationprocess control 過程控制、過

11、程優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)度、企業(yè)管理和經(jīng)濟決策五層結構的綜合自動化系統(tǒng) (Theodore J. Williams,1989) 企業(yè)資源計劃（ERP）/制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）/過程控制系統(tǒng)（PCS）三層結構的自動化系統(tǒng) (柴天佑, 2003)消費型企業(yè)信息化過程國際制造執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會Manufacturing Execution System Association，MESA對MES的定義是“MES提供為優(yōu)化從訂單投入到產(chǎn)品完成的消費活動所需的信息。MES運用及時、準確的信息，指點、啟動、呼應并記錄工廠活動，從而可以對條件的變化做出迅速的呼應、減少非增值活動、提高工廠運作過程的效率。MES不但可以改善設備

12、投資報答率，而且有助于及時交貨、加快庫存周轉(zhuǎn)、提高收益和現(xiàn)金流的績效。MES在企業(yè)和供應鏈間，以雙向交互的方式提供消費活動的根底信息。美國的權威機構先進制造研討中心AMRAdvanced Manufacturing Research提出的： MES是位于上層的方案管理系統(tǒng)與工業(yè)控制系統(tǒng)之間的面向車間層的管理信息系統(tǒng)。它為操作人員/管理人員提供方案的執(zhí)行和跟蹤以及一切資源人員、設備、物料、客戶需求等的當前情況。消費型企業(yè)概述如何提高消費型企業(yè)中心競爭力？提升消費型企業(yè)的信息化程度采用先進的信息化技術，開發(fā)如ERP、MES 、APS 、等從管理到消費的軟件系統(tǒng)實現(xiàn)企業(yè)級ERP管理系統(tǒng)和現(xiàn)場自動化系

13、統(tǒng)的有效銜接開發(fā)消費方案和調(diào)度輔助決策系統(tǒng)，以根據(jù)工廠和車間的實時工況信息，制定出科學合理的消費調(diào)度方案，完成消費排程義務，以降低本錢，減小庫存，快速呼應客戶訂單消費方案和調(diào)度系統(tǒng)功能消費調(diào)度為供應鏈管理的一個重要組成部分，其實現(xiàn)的義務是在一段時間內(nèi)根據(jù)消費約束進展消費線上的資源分配和消費作業(yè)安排設備分配、工序流程和加工時間等 ，以滿足某些給定的調(diào)度目的Makespan 、 產(chǎn)品本錢、 效力質(zhì)量等 。調(diào)度優(yōu)化器消費訂單調(diào)度目的調(diào)度結果用戶界面GUIERPMES消費車間調(diào)度模型消費約束消費方案和調(diào)度系統(tǒng)功能消費方案是根據(jù)市場需求、思索企業(yè)現(xiàn)有消費才干和資源供應條件，對未來一定時期內(nèi)的消費作業(yè)活動

14、和各項資源的運用作出的統(tǒng)籌安排。消費調(diào)度目的調(diào)度目的：消費才干目的：最大消費率、最短消費周期等，在給定產(chǎn)品需求條件下，實現(xiàn)消費才干最大化以提高效益。本錢目的：最小化產(chǎn)品本錢、最小化運轉(zhuǎn)費用和最大化投資報答率，運轉(zhuǎn)費用包括庫存本錢、消費本錢和交貨拖期損失等?？蛻舴Q心目的：最小提早或者拖后交貨期、提高產(chǎn)品效力程度等。建立高性能的消費方案和調(diào)度，將大大縮短調(diào)度方案作業(yè)的編制時間和實踐消費過程中的非作業(yè)等待時間，有利于提高消費效率、降低能源與原資料耗費，獲得顯著的經(jīng)濟效益。消費方案和調(diào)度系統(tǒng)功能訂單池 預備時間加工時間訂單池消費線 1消費線 2訂單屬性: 訂單 ID, 產(chǎn)品類別, 數(shù)量, 交貨期, 客

15、戶等單消費線多消費線消費線 1消費線 2消費訂單過渡時間過渡方式利潤 (經(jīng)濟)模型商業(yè)數(shù)據(jù)消費數(shù)據(jù)參數(shù)消費調(diào)度預測利潤(本錢)ERPWIP 和庫存數(shù)據(jù)消費方案和調(diào)度系統(tǒng)功能經(jīng)濟模型S1L11S1L12S1L13S2L21S2L22S2L23S2L24Line SchedulesMV參數(shù)預測利潤/本錢消費方案和調(diào)度系統(tǒng)功能 Proc_Time (MGP, M)TQCycle TimeThroughputRevenue = Throughput * Price CostsCosts = WIP + BOM + Late PenaltyWIP = Throughput * Cycle TimeFac

16、tor = Cycle Time / Processing TimeQueueWIP PositionUnit WIP Costs消費方案和調(diào)度系統(tǒng)功能F1F2Pareto邊境Pareto點：即改善該點恣意一個目的，都會對其他至少一個目的產(chǎn)生不利影響；一切的Pareto點構成Pareto邊境。消費方案和調(diào)度系統(tǒng)功能消費方案和調(diào)度系統(tǒng)功能靜態(tài)調(diào)度根據(jù)消費訂單、消費約束和調(diào)度時間范圍進展機器分配和消費安排，以最大化消費利潤，提高產(chǎn)質(zhì)量量、消費產(chǎn)量和客戶效力程度，并降低在制品數(shù)量。動態(tài)調(diào)度和重調(diào)度針對消費訂單和車間形狀的改動對存在的調(diào)度結果進展重調(diào)度與動態(tài)調(diào)度，如插入或取消訂單、機器缺點、原資料延遲

17、等。人工調(diào)整經(jīng)過調(diào)度系統(tǒng)的人機界面人為調(diào)整調(diào)度方案任 務j1j2j3j4j5j6j7j8加工時間tj836127532交貨期dj191293348403723消費方案和調(diào)度系統(tǒng)功能流水型排序問題n項義務，等待多臺串聯(lián)設備組成的消費線加工，各項義務的工藝順序一樣。例：8項義務、單臺設備，數(shù)據(jù)如下：任 務j8j2j7j6j3j5j1j4加工時間 tj233567812交貨期 dj231237409481934流程時間Fi2581319263446延期量Dj00001001513最小加工時間規(guī)那么(SPT)按各義務加工時間的大小，從小大到排序。 本規(guī)那么可得到最小平均流程時間，最小平均在制品占用量。

18、但能夠出現(xiàn)延期交貨。消費方案和調(diào)度系統(tǒng)功能消費方案和調(diào)度系統(tǒng)功能平均流程時間平均交貨延期量任 務j3j2j1j8j4j7j6j5加工時間 tj638212357交貨期 dj912192334374048流程時間Fi69171931343946延期量Dj0000000 0最早交貨期規(guī)那么(EDD)按義務規(guī)定的交貨期先后，從小到大排序?？墒菇回浹悠诹孔钚』?，但平均流程時間相對較大，平均在制品數(shù)較大。消費方案和調(diào)度系統(tǒng)功能消費方案和調(diào)度系統(tǒng)功能平均流程時間平均交貨延期量 = 0任 務j3j2j1j8j4j7j6j5加工時間 tj638212357交貨期 dj912192334374048流程時間Fi

19、69171931343946延期量Dj00000000EDD-SPT綜合規(guī)那么按EDD規(guī)那么排序所的方案的根底上，按SPT規(guī)那么對其調(diào)整。消費方案和調(diào)度系統(tǒng)功能任 務j2j3j8j1j7j4j6j5加工時間 tj362831257交貨期 dj129231937334048流程時間Fi39111922343946延期量Dj000000001、找出最大流程時間max Fi ;2、找出滿足條件：djmax Fi 的義務，當滿足條件的義務只需一項時，該義務不調(diào)整，當滿足條件的義務有多項時，對這些義務按SPT規(guī)那么調(diào)整。去掉已調(diào)整的義務，對剩余義務反復用第二步直至一切義務調(diào)整完消費方案和調(diào)度系統(tǒng)功能消費

20、方案和調(diào)度系統(tǒng)功能平均流程時間平均交貨延期量 = 0任 務j1j2j3j4j5j6j7j8加工時間tj836127532交貨期dj191293348403723消費方案和調(diào)度系統(tǒng)功能流水型排序問題n項義務，等待多臺串聯(lián)設備組成的消費線加工，各項義務的工藝順序一樣。例：8項義務、單臺設備，數(shù)據(jù)如下： 任 務j1j2j3j4j5j6j7j8 Ma taj836 12 7 532 Mb tbj9253410711消費方案和調(diào)度系統(tǒng)功能N項義務、兩臺設備的排序N項義務，均按 Ma-Mb 的工藝順序加工，要求最大流程時間最小化的最優(yōu)排序方案。 任務j8j7j6j1j3j5j4j2 Ma taj2 23

21、5 5 10 8 18 6 24 7 31 12 43 3 46 Mb tbj11 137 20 10 30 9 39 5 444 48 3 51 2 53消費方案和調(diào)度系統(tǒng)功能用哈姆表算法，求得各義務在各設備上的完工時間如下表升序陳列J8-J7-J6-J1-J3-J5-J4-J2 任 務j1j2j3j4j5j6j7j8 Ma taj8 83 116 17 12 29 7 36 5 413 44 2 46 Mb tbj9 172 195 243 324 40 10 517 5811 69消費方案和調(diào)度系統(tǒng)功能排序前的流程時間計算消費調(diào)度問題處理方案Step 1: 問題描畫和定義 Step 2:

22、 問題建模數(shù)學方法Step 3: 在模型根底上給出優(yōu)化算法產(chǎn)生調(diào)度處理方案問題模型處理方案調(diào)度方案的優(yōu)劣依賴于問題描畫、系統(tǒng)模型和優(yōu)化方法目的 、約束調(diào)度目的、約束和調(diào)度方案間的關系 滿足目的和約束的優(yōu)化調(diào)度結果消費調(diào)度問題處理方案消費調(diào)度問題建模方法離散事件仿真模型網(wǎng)絡模型形狀空間和數(shù)學模型多智能體模型流體網(wǎng)絡模型混合模型消費調(diào)度問題處理方案消費調(diào)度問題優(yōu)化算法運籌學方法，線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃和約束規(guī)劃等啟發(fā)式方法，如Tabu搜索、模擬退火等進化算法, 如遺傳算法等.多目的優(yōu)化算法人工智能算法，蟻群算法、粒子群算法.Extremel 優(yōu)化算法混合優(yōu)化算法鋼鐵消費流程高爐(BF)轉(zhuǎn)爐

23、(BOF)冷軋(CM)板坯庫熱軋 (HSM)Plate MillPlates冷軋鋼板&鋼帶熱軋鋼板&鋼帶鐵礦石石灰石焦炭鋼渣鐵水氧氣煉鋼&連鑄消費煉鐵板坯物料流 信息流資金流鋼鐵消費是Market-Driven的多級、多產(chǎn)品大規(guī)模消費線熱連軋連鑄機(CC)鋼鐵企業(yè)主要調(diào)度問題煉鋼連鑄調(diào)度 (SCC)多產(chǎn)品、多級、多消費線調(diào)度熱軋調(diào)度 (HSM) 多產(chǎn)品、單消費線或多消費線調(diào)度精軋調(diào)度 (FL)多產(chǎn)品、單消費線或多消費線調(diào)度煉鋼連鑄和熱軋集成調(diào)度煉鋼連鑄消費方案與調(diào)度處理方案煉鋼連鑄調(diào)度系統(tǒng)功能性分析批量方案消費訂單的爐次和澆次分配問題 連鑄調(diào)度優(yōu)化BOF 、連鑄機上的工序安排與MES、ERP的

24、有效集成快速呼應的動態(tài)調(diào)度和重調(diào)度，人機交互式調(diào)整調(diào)度結果調(diào)度目的：- 煉鋼、精煉和連鑄的銜接 - 最大化消費才干、提高產(chǎn)質(zhì)量量和按時交貨程度- 減小在制品數(shù)量，降低產(chǎn)品本錢- 提高消費效率煉鋼連鑄消費方案與調(diào)度處理方案煉鋼連鑄調(diào)度處理方案調(diào)度算法模塊是煉鋼連鑄調(diào)度系統(tǒng)的中心，可運用分步式求解戰(zhàn)略，將連鑄消費調(diào)度問題分解為兩個算法模塊批量方案包括組爐和組澆問題連鑄調(diào)度優(yōu)化分解為作業(yè)排序，初始調(diào)度，數(shù)學模型優(yōu)化三個子問題煉鋼連鑄消費方案與調(diào)度處理方案數(shù)學模型煉鋼連鑄消費方案與調(diào)度處理方案煉鋼連鑄調(diào)度系統(tǒng)功能煉鋼連鑄消費方案與調(diào)度處理方案煉鋼連鑄調(diào)度結果FSBCrop ShearReheating

25、 Furnace2Hi-R14Hi-R2HSBSPDCSlab(20 cm) 加工到Strip (mm)熱軋消費調(diào)度系統(tǒng)熱軋消費流程ReheatingFurnacesRoughingMillSlabFinishingMillCooling & CoilingCoil熱軋消費調(diào)度系統(tǒng)熱軋調(diào)度系統(tǒng)功能性分析 針對消費訂單，熱軋調(diào)度系統(tǒng)在滿足消費約束的根底上給出調(diào)度結果，以最大化經(jīng)濟目的，并提高產(chǎn)量、消費效率、產(chǎn)質(zhì)量量和客戶效力程度。調(diào)度目的：最小化WIP 、產(chǎn)品本錢、E/T等，最大化產(chǎn)量、產(chǎn)質(zhì)量量等。調(diào)度約束：板坯寬度、厚度、硬度跳變方式，軋輥才干約束、交貨期約束等。數(shù)學模型熱軋消費調(diào)度系統(tǒng)complicated objectives and constraints (