彭加霖，張春生

0 引言

特殊鋼鐵的生產(chǎn)工藝比普通鋼鐵更加復(fù)雜，具有批量小、種類繁多、工序多、工藝路徑長(zhǎng)、產(chǎn)品間可替代性小和交貨期嚴(yán)格等特點(diǎn)，增加了生產(chǎn)計(jì)劃與作業(yè)控制的難度。鋼鐵企業(yè)為了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)控制與經(jīng)營(yíng)管理的統(tǒng)一，將處于不同管理層級(jí)的ERP系統(tǒng)與MES系統(tǒng)進(jìn)行集成，以解決滿足生產(chǎn)組織效率和滿足市場(chǎng)需求之間的矛盾[1,2]。ERP面向企業(yè)整個(gè)運(yùn)營(yíng)資源，基于無(wú)限的產(chǎn)能，制定穩(wěn)定生產(chǎn)環(huán)境下的宏觀生產(chǎn)計(jì)劃。MES面向車間的生產(chǎn)資源，通過(guò)生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)調(diào)度、庫(kù)存管理、質(zhì)量管理、設(shè)備管理和物料跟蹤等系統(tǒng)功能，實(shí)現(xiàn)微觀的生產(chǎn)過(guò)程管理，并向ERP系統(tǒng)及時(shí)地提供生產(chǎn)實(shí)際狀況信息[3]。ERP與MES能夠基本實(shí)現(xiàn)普通鋼鐵生產(chǎn)計(jì)劃與控制的功能，但在處理特鋼多規(guī)格、多工序、多路徑的生產(chǎn)環(huán)境下合理均衡設(shè)備產(chǎn)能、控制生產(chǎn)節(jié)奏，以高效、快捷的生產(chǎn)組織方式來(lái)滿足客戶多樣的個(gè)性需求和多變的市場(chǎng)環(huán)境的問(wèn)題，其缺乏必需的優(yōu)化功能。

APS（Advanced Planning and Scheduling）技術(shù)以約束優(yōu)化理論為核心，利用層次計(jì)劃思想把計(jì)劃任務(wù)分解成許多局部計(jì)劃模塊，逐層解決問(wèn)題，具有處理復(fù)雜約束的優(yōu)勢(shì)，為解決特鋼生產(chǎn)計(jì)劃與排程問(wèn)題提供了途徑[4,5]。APS彌補(bǔ)了ERP、MES在鋼鐵生產(chǎn)計(jì)劃與控制的優(yōu)化功能。本文基于APS技術(shù)探討特鋼企業(yè)信息化的架構(gòu)，通過(guò)各個(gè)系統(tǒng)的集成和協(xié)作全面實(shí)現(xiàn)企業(yè)按照客戶訂單組織生產(chǎn)，以及產(chǎn)銷一體化的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)策略。

1 信息化框架

1.1 信息化總體框架

在鋼鐵企業(yè)信息化建設(shè)過(guò)程中，ERP與過(guò)程控制系統(tǒng)擁有各自的功能范疇，之間獨(dú)立運(yùn)行，缺乏信息的交互以及有機(jī)的聯(lián)系。MES作為信息交互的樞紐將上層計(jì)劃系統(tǒng)與底層過(guò)程控制系統(tǒng)集成為一體，同時(shí)彌補(bǔ)了中間生產(chǎn)執(zhí)行的功能，于是出現(xiàn)了鋼鐵企業(yè)信息化三層結(jié)構(gòu)模型：業(yè)務(wù)計(jì)劃系統(tǒng)層（BPS）、制造執(zhí)行系統(tǒng)層（MES）和過(guò)程控制系統(tǒng)層（PCS）[3]。

1）業(yè)務(wù)計(jì)劃系統(tǒng)通過(guò)對(duì)客戶、企業(yè)自身以及供應(yīng)商的所有資源進(jìn)行整合、統(tǒng)一規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)物流、信息流和資金流在采購(gòu)、生產(chǎn)、庫(kù)存、銷售、運(yùn)輸和財(cái)務(wù)等生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)環(huán)節(jié)的一致，并在此基礎(chǔ)上綜合考慮顧客需求、生產(chǎn)能力平衡以及利潤(rùn)最大化等因素,制定長(zhǎng)期和中期生產(chǎn)計(jì)劃。

2）制造執(zhí)行系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)活動(dòng)執(zhí)行過(guò)程的動(dòng)態(tài)管理，其功能包括：生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃、生產(chǎn)調(diào)度、物料跟蹤、設(shè)備管理、質(zhì)量管理、熱工具管理、工藝管理和庫(kù)存管理等。其中作業(yè)計(jì)劃考慮訂單交貨期、生產(chǎn)工藝、產(chǎn)能和庫(kù)存等因素，以負(fù)荷均衡、生產(chǎn)節(jié)奏協(xié)調(diào)一致為管理目標(biāo)制定合理的生產(chǎn)計(jì)劃。生產(chǎn)調(diào)度利用跟蹤信息對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中隨機(jī)出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)擾動(dòng)進(jìn)行處理，維持作業(yè)計(jì)劃的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

3）過(guò)程控制系統(tǒng)通過(guò)控制生產(chǎn)參數(shù)的穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)對(duì)具體設(shè)備及生產(chǎn)過(guò)程的控制。來(lái)自不同供應(yīng)商的過(guò)程控制系統(tǒng)之間缺乏完整的功能規(guī)劃和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，不具備面向整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的計(jì)劃與調(diào)度的功能。

以上三層體系結(jié)構(gòu)將頂層的資源規(guī)劃、中層的制造執(zhí)行管理與底層的過(guò)程控制進(jìn)行集成，通過(guò)三層系統(tǒng)的協(xié)作完成企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的計(jì)劃與控制。但特殊鋼的生產(chǎn)工藝與普鋼大有不同，呈多工序、多路徑的特點(diǎn)，工藝路線長(zhǎng)且復(fù)雜，如煉鋼部分有連鑄、模鑄和電渣重熔等多條路徑，之后有軋、鍛、拔等多種加工方式，最后還包括酸洗、退火、矯直、拋丸和磨光等處理工序。特鋼復(fù)雜的生產(chǎn)工藝，使得工序間物流緊密、節(jié)奏一致，產(chǎn)線間負(fù)荷及資源配置均衡十分困難，尤其是后部的加工精整與煉鋼部分的銜接難以順暢。加上生產(chǎn)對(duì)象為多品種、多規(guī)格和小批量的訂單，生產(chǎn)組織與計(jì)劃時(shí)難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能、物流的平衡以及對(duì)在制品庫(kù)存和交貨期的控制。因此生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度成為特鋼提升企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理水平的關(guān)鍵。在處理這種約束眾多、優(yōu)化目標(biāo)復(fù)雜的生產(chǎn)計(jì)劃時(shí)，依靠信息處理技術(shù)的ERP與MES的計(jì)劃系統(tǒng)暴露出了不足，需要將BPS層與MES層中的計(jì)劃功能獨(dú)立出來(lái)，由其他系統(tǒng)完成。高級(jí)計(jì)劃與調(diào)度系統(tǒng)APS的核心技術(shù)是約束優(yōu)化技術(shù)，適用于解決特鋼企業(yè)復(fù)雜的生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度問(wèn)題。于是本文提出了特鋼企業(yè)信息系統(tǒng)4層體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 企業(yè)信息化層次架構(gòu)

APS承擔(dān)了MES生產(chǎn)計(jì)劃與生產(chǎn)調(diào)度的功能，將問(wèn)題進(jìn)行層次分解，對(duì)不同層次的問(wèn)題進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，選擇合適的求解方法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，依次解決能力計(jì)劃、訂單計(jì)劃、生產(chǎn)計(jì)劃及生產(chǎn)調(diào)度的問(wèn)題[6]。MES通過(guò)對(duì)物料、設(shè)備、跟蹤、質(zhì)量和工具等生產(chǎn)執(zhí)行要素的跟蹤管理為APS計(jì)劃的制定與執(zhí)行提供了基礎(chǔ)和保障。

1.2 APS與MES的集成框架

基于以上討論，特鋼企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃與控制的實(shí)現(xiàn)需要將APS與MES進(jìn)行集成，集成框架如圖2所示。APS承擔(dān)特鋼生產(chǎn)管理中處關(guān)鍵地位且工作量較大的計(jì)劃與調(diào)度任務(wù)；MES則承擔(dān)著制造執(zhí)行管理的其他功能，包括設(shè)備工具管理、質(zhì)量的檢化驗(yàn)、成品物流與發(fā)運(yùn)等，輔助執(zhí)行APS制定的生產(chǎn)計(jì)劃[7,8]。

APS的功能模塊包括冶金規(guī)范子系統(tǒng)（FM）、能力計(jì)劃子系統(tǒng)（CR）、訂單計(jì)劃子系統(tǒng)（OP）、生產(chǎn)計(jì)劃子系統(tǒng)（BP）及生產(chǎn)調(diào)度子系統(tǒng)（PS），其層次結(jié)構(gòu)如圖3所示。上層計(jì)劃對(duì)下層計(jì)劃具有指導(dǎo)和支持作用，上層計(jì)劃的將執(zhí)行實(shí)績(jī)進(jìn)行反饋，對(duì)上層計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整。

1.2.1 能力計(jì)劃子系統(tǒng)（CR）

能力計(jì)劃子系統(tǒng)以公司戰(zhàn)略規(guī)劃、市場(chǎng)需求分析預(yù)測(cè)為依據(jù)實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)能力的規(guī)劃，為有限能力排產(chǎn)提供依據(jù)，并提供能力計(jì)劃實(shí)績(jī)跟蹤與分析功能。能力計(jì)劃屬于中長(zhǎng)期計(jì)劃，按年/季/月編制，逐步細(xì)化精確，按月滾動(dòng)，用于指導(dǎo)企業(yè)交貨期應(yīng)答和有限能力計(jì)劃的編制。企業(yè)生產(chǎn)能力計(jì)劃通過(guò)以下四個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)。

1）產(chǎn)品需求計(jì)劃模塊：在盈利能力預(yù)測(cè)方面，建立能夠綜合評(píng)價(jià)產(chǎn)品盈利能力的指標(biāo)體系和評(píng)估模型，從而得出產(chǎn)品盈利能力排序方案；在市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)方面，綜合考慮各產(chǎn)品系列在各區(qū)域市場(chǎng)的有效合同量、市場(chǎng)預(yù)期量、運(yùn)費(fèi)補(bǔ)貼、運(yùn)力限制和新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)量等，制定各類產(chǎn)品針對(duì)不同區(qū)域市場(chǎng)的優(yōu)化方案。

2）設(shè)備檢修計(jì)劃模塊：對(duì)定檢修計(jì)劃的管理以及合理性評(píng)估。對(duì)制定的設(shè)備檢修計(jì)劃，根據(jù)生產(chǎn)工序及工序產(chǎn)能，對(duì)于計(jì)劃的合理性進(jìn)行評(píng)估。評(píng)估通過(guò)后，對(duì)檢修計(jì)劃進(jìn)行記錄、管理和跟蹤。

圖2 APS與MES集成架構(gòu)

3）工序產(chǎn)能計(jì)劃模塊：針對(duì)主要工序建立基于效益最大化的工序產(chǎn)能計(jì)劃，以最大化經(jīng)濟(jì)效益和最大化產(chǎn)能利用率為目標(biāo)，考慮產(chǎn)品盈利能力、產(chǎn)品工藝條件、設(shè)備檢修情況、設(shè)備產(chǎn)能和產(chǎn)出率等約束條件，以獲得每道工序的最優(yōu)化品種規(guī)格產(chǎn)能分配方案，進(jìn)而得到總的生產(chǎn)能力計(jì)劃方案。

4）能力平衡計(jì)劃編制模塊：根據(jù)產(chǎn)品需求計(jì)劃和工序產(chǎn)能計(jì)劃等共同制定的，用于指導(dǎo)企業(yè)生產(chǎn)和銷售的經(jīng)營(yíng)性計(jì)劃，是能力計(jì)劃的核心所在。能力平衡計(jì)劃基于產(chǎn)銷一體化的思想，綜合考慮企業(yè)效益、生產(chǎn)能力和市場(chǎng)需求，得到優(yōu)化的能力平衡計(jì)劃方案。提供能力平衡圖、多角度what-if（如果…則…）的智能化分析等決策支持功能。

1.2.2 訂單計(jì)劃子系統(tǒng)（OP）

圖3 APS層次結(jié)構(gòu)

訂單計(jì)劃子系統(tǒng)對(duì)客戶訂單進(jìn)行訂單評(píng)審、質(zhì)量設(shè)計(jì)、坯料設(shè)計(jì)和有限能力排產(chǎn)，即將接收訂單分配到具體產(chǎn)線或車間，并根據(jù)有限產(chǎn)能排產(chǎn)結(jié)果實(shí)現(xiàn)制造交貨期應(yīng)答。通過(guò)合理的訂單排程，達(dá)到均衡資源和產(chǎn)能、以及交貨期的控制，是特鋼企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃的核心。訂單計(jì)劃是生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的前提和基礎(chǔ)，主要是對(duì)客戶訂單進(jìn)行預(yù)處理，給出交貨期承諾，并為作業(yè)計(jì)劃的編制提供準(zhǔn)確的生產(chǎn)訂單需求。企業(yè)訂單計(jì)劃由以下五個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)。

1）訂單設(shè)計(jì)模塊：包括“生產(chǎn)訂單設(shè)計(jì)”和“工序訂單生成”兩類功能，即根據(jù)西鋼的冶金規(guī)范數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)于錄入的生產(chǎn)訂單設(shè)計(jì)生產(chǎn)工藝路線、成品交貨要求、產(chǎn)品在各個(gè)階段的工藝控制和質(zhì)量控制要點(diǎn)等；進(jìn)一步對(duì)生產(chǎn)訂單進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)計(jì)，生成面向各個(gè)工序的工序訂單。

2）坯料替代/庫(kù)存匹配模塊（可選）：包括“中間產(chǎn)品工單的坯料替代”（可選）和“最終產(chǎn)品訂單的成品匹配”（可選）兩類。運(yùn)用可用量承諾（ATP）模型，最大限度的利用在制品庫(kù)存對(duì)工單需求做出及時(shí)準(zhǔn)確的反應(yīng)，能夠有效縮短交貨提前期、降低在制品庫(kù)存/產(chǎn)成品庫(kù)存水平。

3）訂單排程模塊：運(yùn)用可用能力承諾（CTP）模型，以工序產(chǎn)能計(jì)劃為約束，對(duì)工序訂單進(jìn)行排程，編制有限能力計(jì)劃。訂單計(jì)劃屬于中短期計(jì)劃，按月編制，按周滾動(dòng)。訂單計(jì)劃能夠很好地平衡工序間產(chǎn)能和物流，對(duì)于交貨期均勻分布、設(shè)備能力平衡、在制品庫(kù)存降低均具有重要意義。

4）交貨期應(yīng)答模塊：綜合坯料替代/庫(kù)存匹配和訂單排程的結(jié)果，為接受的訂單提供更為現(xiàn)實(shí)、可行的交貨日期承諾，并通過(guò)坯料替代降低在制品庫(kù)存，通過(guò)訂單排程保證產(chǎn)品完工時(shí)間（計(jì)劃交貨期）在計(jì)劃周期內(nèi)的均勻分布、均衡生產(chǎn)能力、且進(jìn)一步降低生產(chǎn)庫(kù)存，從而提高西鋼的交貨水平和客戶滿意度。

5）訂單評(píng)審模塊：包括三階段的評(píng)審功能，同時(shí)提供智能化的人機(jī)交互界面，是與企業(yè)的決策者和生產(chǎn)科負(fù)責(zé)人就訂單計(jì)劃進(jìn)行交互的主要模塊。在訂單計(jì)劃制定初期，對(duì)于設(shè)計(jì)后的生產(chǎn)訂單以及生成的工序訂單依據(jù)冶金規(guī)范進(jìn)行審核和確認(rèn)；在訂單計(jì)劃制定后期，即通過(guò)交貨期應(yīng)答模塊確定可承諾交貨期后，對(duì)于訂單屬性及承諾的交貨期進(jìn)行評(píng)審；在訂單計(jì)劃下發(fā)后，依據(jù)訂單跟蹤數(shù)據(jù)，對(duì)訂單的執(zhí)行情況進(jìn)行評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)。

隨著全球?qū)λ芰衔⒅榈母叨汝P(guān)注，我國(guó)也逐漸開(kāi)始對(duì)塑料微珠的危害及影響進(jìn)行研究，到目前為止，暫時(shí)還沒(méi)有相關(guān)政策出臺(tái)對(duì)化妝品及個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品中塑料微珠進(jìn)行限制。

1.2.3 生產(chǎn)計(jì)劃子系統(tǒng)（BP）

生產(chǎn)計(jì)劃子系統(tǒng)的功能是編制和管理批量計(jì)劃，即把待生產(chǎn)的多品種、小批量工序訂單按照生產(chǎn)的工藝路線、技術(shù)條件、設(shè)備的作業(yè)要求組織成生產(chǎn)批量，并對(duì)批量計(jì)劃進(jìn)行評(píng)估、管理、以及跟蹤反饋，以平衡各工序生產(chǎn)節(jié)奏，均衡生產(chǎn)能力，從而降低在制品庫(kù)存。批量計(jì)劃為周計(jì)劃，是協(xié)調(diào)上游訂單計(jì)劃（月計(jì)劃）與下游作業(yè)調(diào)度計(jì)劃（日計(jì)劃）的緩沖區(qū)域。生產(chǎn)計(jì)劃由以下五個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)。

1）坯料設(shè)計(jì)模塊：對(duì)由訂單計(jì)劃子系統(tǒng)下發(fā)的生產(chǎn)訂單以及各工序?qū)?yīng)的工單進(jìn)行坯料設(shè)計(jì)，在滿足工藝限制的前提下，將滿足能力匹配要求和準(zhǔn)備安排生產(chǎn)的訂單集合轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)成本最低的待生產(chǎn)坯料集合，為編制批量計(jì)劃提供優(yōu)化的坯料集合，以簡(jiǎn)化批量計(jì)劃的制定。

2）批量計(jì)劃編制模塊：把待生產(chǎn)的多品種、小批量工序訂單按照生產(chǎn)的工藝路線、技術(shù)條件、設(shè)備的作業(yè)要求組織成生產(chǎn)批量。煉鋼、連鑄、熱軋及其他后部工序每個(gè)階段分別有自己的加工單位和工藝約束。按照每個(gè)階段的工藝約束和優(yōu)化目標(biāo)分別制定煉鋼批量計(jì)劃、連鑄批量計(jì)劃、熱軋批量計(jì)劃以及其他后部工序的批量計(jì)劃，從而保證工序之間的物流平衡和前后工序的生產(chǎn)連續(xù)性，達(dá)到生產(chǎn)過(guò)程的全局優(yōu)化。

3）批量調(diào)度模塊：將已經(jīng)編制好的批量計(jì)劃排入到相應(yīng)工序的可用時(shí)間段內(nèi)，進(jìn)行工序能力平衡，最終形成各工序未來(lái)一段時(shí)間的待生產(chǎn)批量計(jì)劃序列，并給出生產(chǎn)計(jì)劃甘特圖。批量計(jì)劃屬于短期計(jì)劃，按周編制，按日滾動(dòng)。

4）批量計(jì)劃評(píng)價(jià)模塊：對(duì)編制及調(diào)整的批量計(jì)劃進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)提供智能化的人機(jī)交互界面，是與企業(yè)的決策者和生產(chǎn)科負(fù)責(zé)人就生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行交互的主要模塊。該模塊主要從產(chǎn)能利用率、庫(kù)存水平、連續(xù)澆鑄比率等方面對(duì)一段時(shí)間內(nèi)的工序批量計(jì)劃進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)估。

5）批量計(jì)劃調(diào)整模塊：對(duì)已編制的批量計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整，使其滿足企業(yè)生產(chǎn)的需要。批量計(jì)劃調(diào)整的情況主要有兩種：由于企業(yè)決策者對(duì)已編制的批量計(jì)劃存在不同需求時(shí)引發(fā)的調(diào)整；當(dāng)生產(chǎn)實(shí)績(jī)與批量計(jì)劃出現(xiàn)偏差時(shí)引發(fā)的調(diào)整。批量計(jì)劃調(diào)整模塊根據(jù)上述兩種情況的不同特點(diǎn)對(duì)變化后的計(jì)劃迅速做出調(diào)整，并傳輸至批量計(jì)劃評(píng)價(jià)模塊重新評(píng)估，為決策者提供智能的決策支持。

1.2.4 生產(chǎn)調(diào)度子系統(tǒng)（PS）

1）煉鋼作業(yè)計(jì)劃模塊：編制煉鋼生產(chǎn)的作業(yè)計(jì)劃。煉鋼生產(chǎn)是鋼鐵生產(chǎn)的重要工序，包括煉鋼、精煉和連鑄三個(gè)階段，可以抽象為多階段、多作業(yè)和多并行機(jī)的混合流水車間調(diào)度問(wèn)題（Hybrid Flow Shop Scheduling）。此外，煉鋼連鑄生產(chǎn)調(diào)度又具有特殊性，要求一定爐次范圍內(nèi)必須連續(xù)澆鑄，且鋼水只允許在各工序間等待較短時(shí)間，這使得煉鋼調(diào)度更具復(fù)雜性。

2）加熱爐作業(yè)計(jì)劃模塊：編制加熱爐生產(chǎn)的作業(yè)計(jì)劃。加熱爐生產(chǎn)是銜接澆鑄和熱軋的關(guān)鍵工序，加熱爐作業(yè)計(jì)劃是根據(jù)軋制計(jì)劃確定的板坯軋制順序，在滿足生產(chǎn)工藝要求的情況下，為每塊板坯指派加熱爐、確定板坯在加熱爐上的加工順序、實(shí)際加工時(shí)間以及入爐時(shí)間，以提高直裝率，降低生產(chǎn)能耗。

（3）軋制作業(yè)計(jì)劃模塊：編制軋制生產(chǎn)的作業(yè)計(jì)劃。要求嚴(yán)格按照軋制計(jì)劃指定的板坯順序?qū)Π迮鬟M(jìn)行加工，并根據(jù)加熱爐作業(yè)計(jì)劃的結(jié)果，確定板坯軋制的開(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間。

（4）后處理作業(yè)計(jì)劃模塊：編制后處理生產(chǎn)的作業(yè)計(jì)劃。在滿足生產(chǎn)工藝約束和調(diào)度約束的前提下指定合理優(yōu)化的后處理作業(yè)計(jì)劃，使得生產(chǎn)節(jié)奏平衡、降低中間庫(kù)存、減少生產(chǎn)流程時(shí)間。

1.2.5 冶金規(guī)范子系統(tǒng)（FM）

冶金規(guī)范也即工廠模型。鋼鐵產(chǎn)品具有工序過(guò)程復(fù)雜、品種規(guī)格繁多的特點(diǎn)，產(chǎn)品的工藝控制更是紛繁復(fù)雜，需建立特定工廠模型，來(lái)描述和管理這一復(fù)雜過(guò)程。工廠模型由產(chǎn)品規(guī)范、工藝規(guī)范、制造規(guī)范和排程規(guī)范等構(gòu)成，表達(dá)了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝過(guò)程、產(chǎn)品制造規(guī)則及其排程約束規(guī)則等。工廠模型被應(yīng)用于包括工藝設(shè)計(jì)、計(jì)劃排程和生產(chǎn)執(zhí)行等在內(nèi)的整個(gè)計(jì)劃管理過(guò)程之中。冶金規(guī)范子系統(tǒng)由以下四個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)。

1）冶金規(guī)范管理：對(duì)企業(yè)的組織機(jī)構(gòu)和產(chǎn)品的質(zhì)量規(guī)范、生產(chǎn)工藝規(guī)范等基礎(chǔ)編碼進(jìn)行維護(hù)管理。

2）質(zhì)量規(guī)范管理：維護(hù)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的物理性能、化學(xué)成分、公差標(biāo)準(zhǔn)等規(guī)范數(shù)據(jù)。

3）工藝規(guī)范管理：根據(jù)產(chǎn)品所要求的工藝流程確定產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)經(jīng)過(guò)的實(shí)際工序，即將邏輯工藝與實(shí)際工序之間建立對(duì)應(yīng)關(guān)系。

4）主數(shù)據(jù)管理：對(duì)企業(yè)的各分廠、各車間、設(shè)備以及產(chǎn)品相關(guān)信息進(jìn)行編碼，建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 APS數(shù)據(jù)流圖分析

以上對(duì)特鋼企業(yè)APS的功能結(jié)構(gòu)及功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了描述，現(xiàn)用數(shù)據(jù)流圖為其建立業(yè)務(wù)過(guò)程模型，探討各功能模塊之間的信息交互關(guān)系。特鋼企業(yè)APS數(shù)據(jù)流程如圖4所示。

圖4 特鋼企業(yè)APS數(shù)據(jù)流程圖

1）冶金規(guī)范FM為其他四個(gè)模塊提供各種規(guī)范信息，包括：為需求與能力計(jì)劃模塊提供的能力規(guī)范；為合同計(jì)劃模塊提供的質(zhì)量設(shè)計(jì)規(guī)范；為生產(chǎn)計(jì)劃模塊提供的材料設(shè)計(jì)規(guī)范；為生產(chǎn)調(diào)度與執(zhí)行提供的冶金規(guī)范。同時(shí)該模塊維持生產(chǎn)銷售部合同科的合同管理系統(tǒng)與冶金規(guī)范的數(shù)據(jù)一致。

2）需求與能力RC的作用是對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的計(jì)劃期間的維護(hù)和某期間內(nèi)各分廠的需求和能力信息的錄入與維護(hù)。能力計(jì)劃包括工廠產(chǎn)能計(jì)劃、機(jī)組產(chǎn)能計(jì)劃、機(jī)組檢修計(jì)劃等。需求與能力為合同計(jì)劃提供需求計(jì)劃、能力計(jì)劃，為生產(chǎn)訂單模塊和生產(chǎn)調(diào)度與執(zhí)行模塊提供能力計(jì)劃，同時(shí)接收來(lái)自這些模塊的能力計(jì)劃的實(shí)績(jī)信息。

3）合同計(jì)劃OP是對(duì)于合同管理系統(tǒng)下發(fā)的合同信息進(jìn)行管理的模塊，接收能力計(jì)劃和需求計(jì)劃，將合同進(jìn)行排產(chǎn)，將完成排產(chǎn)的合同下發(fā)給生產(chǎn)計(jì)劃模塊同時(shí)將排產(chǎn)占用的產(chǎn)能實(shí)績(jī)返回給需求與能力計(jì)劃模塊。接收來(lái)自生產(chǎn)計(jì)劃模塊退回的生產(chǎn)訂單和生產(chǎn)訂單的生產(chǎn)實(shí)績(jī)。

4）生產(chǎn)計(jì)劃BP是對(duì)于經(jīng)過(guò)OP排程后的生產(chǎn)訂單進(jìn)行管理的模塊，從OP接收生產(chǎn)訂單，從RC接收能力計(jì)劃，根據(jù)FM提供的材料設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)于生產(chǎn)訂單進(jìn)行材料設(shè)計(jì)，之后根據(jù)PS模塊提供的庫(kù)存數(shù)據(jù)進(jìn)行庫(kù)存替代，將替代后的坯料需求進(jìn)行組批排序。將排序后的組批進(jìn)行一體化的生產(chǎn)計(jì)劃排程，將排程結(jié)果下發(fā)給生產(chǎn)調(diào)度與執(zhí)行模塊，同時(shí)接收來(lái)自PS的生產(chǎn)實(shí)績(jī)的反饋。

5）生產(chǎn)調(diào)度與執(zhí)行PS是對(duì)于生產(chǎn)進(jìn)行調(diào)度的模塊，采集產(chǎn)線和庫(kù)存的各個(gè)相關(guān)生產(chǎn)信息，對(duì)于生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行更加細(xì)分的調(diào)度，接收生產(chǎn)計(jì)劃，將生產(chǎn)實(shí)績(jī)返回給生產(chǎn)計(jì)劃模塊，為生產(chǎn)計(jì)劃提供庫(kù)存信息，接收生產(chǎn)計(jì)劃返回的庫(kù)存替代信息。向質(zhì)量管理系統(tǒng)提交檢化驗(yàn)的工單，接收檢化驗(yàn)結(jié)果，以及同生產(chǎn)發(fā)運(yùn)系統(tǒng)交換信息。

數(shù)據(jù)流程圖能夠體現(xiàn)APS如何通過(guò)各功能模塊之間的協(xié)作和數(shù)據(jù)交換實(shí)現(xiàn)在整個(gè)信息化體系中的生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度的工程功能，為進(jìn)一步的系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)。

3 結(jié)束語(yǔ)

特殊鋼鐵的生產(chǎn)不同于普通鋼鐵，呈現(xiàn)多品種、小批量、生產(chǎn)工藝復(fù)雜的特點(diǎn)，產(chǎn)品需要經(jīng)過(guò)多道工序且路徑不唯一，這為特鋼的生產(chǎn)組織帶來(lái)了極大的困難，面對(duì)多變的市場(chǎng)環(huán)境，更加突顯出了產(chǎn)銷的矛盾。為了在生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)物流、產(chǎn)能的均衡以及訂單交貨的準(zhǔn)時(shí)，需要更高級(jí)的生產(chǎn)計(jì)劃手段，而依賴于信息技術(shù)的ERP、MES無(wú)法勝任高級(jí)計(jì)劃排程的任務(wù)，現(xiàn)有的鋼鐵信息化體系結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了不足。APS基于約束優(yōu)化技術(shù)，本文提出基于APS的特鋼企業(yè)信息系統(tǒng)4層體系結(jié)構(gòu)，將原體系中的生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度的功能提取出來(lái)由具有高級(jí)計(jì)劃排程能力的APS完成。在此基礎(chǔ)上，給出了APS與MES集成框架以及APS的功能機(jī)構(gòu)，包括冶金規(guī)范子系統(tǒng)、能力計(jì)劃子系統(tǒng)、訂單計(jì)劃子系統(tǒng)、生產(chǎn)計(jì)劃子系統(tǒng)及生產(chǎn)調(diào)度子系統(tǒng)。在對(duì)APS各功能模塊進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，以數(shù)據(jù)流程圖對(duì)APS進(jìn)行過(guò)程建模。

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