鋼鐵企業(yè)庫(kù)存優(yōu)化與控制問(wèn)題研究.pdf

1、近年來(lái)隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，居民消費(fèi)結(jié)構(gòu)的升級(jí)，鋼材需求量持續(xù)增加，我國(guó)的鋼鐵工業(yè)取得了飛速的發(fā)展。但是盡管如此，我國(guó)的鋼鐵企業(yè)在技術(shù)水平和企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力等方面與國(guó)際一流的鋼鐵企業(yè)相比仍然存在著一定的差距。隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的加快，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，我國(guó)的鋼鐵企業(yè)面臨著不斷縮短交貨期，降低產(chǎn)品成本，增加高附加值產(chǎn)品產(chǎn)量和提升客戶(hù)服務(wù)水平的巨大壓力。
　　 鋼鐵生產(chǎn)是一個(gè)多階段過(guò)程，具有資源消耗量大、對(duì)生產(chǎn)穩(wěn)定性要求極高的

2、特點(diǎn)。在生產(chǎn)鋼鐵產(chǎn)品的過(guò)程中需要消耗大量的原料，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的中問(wèn)產(chǎn)品。如何科學(xué)合理地確定各生產(chǎn)階段的資源庫(kù)存量，對(duì)于保證生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行、降低資源存儲(chǔ)費(fèi)用、提高設(shè)備產(chǎn)能具有重要的意義。由于鋼鐵生產(chǎn)的原料端和成品端的資源庫(kù)存問(wèn)題最為突出，而且這兩端是直接與企業(yè)外部供應(yīng)商和客戶(hù)相連接的重要環(huán)節(jié)，所以鋼鐵企業(yè)原料端和成品端的庫(kù)存優(yōu)化問(wèn)題格外重要。本文以這兩端的資源為對(duì)象，對(duì)鋼鐵生產(chǎn)庫(kù)存優(yōu)化問(wèn)題展開(kāi)了如下研究：
　　 1)鋼板生產(chǎn)合同計(jì)

3、劃問(wèn)題生產(chǎn)合同計(jì)劃體現(xiàn)了以銷(xiāo)定產(chǎn)的管理理念，是貫穿各道生產(chǎn)工序、決定生產(chǎn)能否順利有效完成的重要環(huán)節(jié)。其主要任務(wù)是根據(jù)生產(chǎn)合同的交貨期、各道工序的生產(chǎn)能力等確定生產(chǎn)合同在各道工序上的開(kāi)始加工時(shí)間和完工時(shí)間。
　　 本文針對(duì)鋼板生產(chǎn)系統(tǒng)中的生產(chǎn)合同計(jì)劃問(wèn)題，以最小化所有生產(chǎn)合同的總加權(quán)完成時(shí)間為目標(biāo)建立了確定性的混合整數(shù)規(guī)劃模型。采用了拉格朗日松弛、線(xiàn)性規(guī)劃和啟發(fā)式算法混合求解策略，將耦合整數(shù)變量和連續(xù)變量的約束通過(guò)拉格朗日乘子松弛

4、并引入到目標(biāo)函數(shù)中。由此得到的拉格朗日松弛問(wèn)題能夠按照變量類(lèi)型分解為兩個(gè)子問(wèn)題。與連續(xù)變量相關(guān)的子問(wèn)題是線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題，能夠直接使用標(biāo)準(zhǔn)軟件包OSL進(jìn)行求解，另一個(gè)子問(wèn)題是整數(shù)規(guī)劃問(wèn)題，能夠通過(guò)進(jìn)一步分解而求得最優(yōu)解。使用基于寶鋼實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的測(cè)試問(wèn)題對(duì)算法性能進(jìn)行了測(cè)試，計(jì)算結(jié)果充分證明了該算法的有效性和穩(wěn)定性。
　　 2)原料采購(gòu)問(wèn)題原料采購(gòu)作為企業(yè)生產(chǎn)的起點(diǎn)主要解決的是如何以適當(dāng)?shù)膬r(jià)格獲得生產(chǎn)所需的適當(dāng)數(shù)量原料的問(wèn)題。

5、在原料采購(gòu)計(jì)劃的編制過(guò)程中，需要進(jìn)行供應(yīng)商的選擇，確定各種原料在各時(shí)間段內(nèi)的采購(gòu)數(shù)量，同時(shí)還需要分析采購(gòu)成本的構(gòu)成，考慮對(duì)于采購(gòu)預(yù)算、庫(kù)存能力和庫(kù)存周轉(zhuǎn)率等的限制。本文分別從傳統(tǒng)采購(gòu)和供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)采購(gòu)兩種不同的角度研究了寶鋼的原料采購(gòu)問(wèn)題。
　　 (1)以最小化制造商的采購(gòu)成本為目標(biāo)，建立了傳統(tǒng)采購(gòu)模型。在進(jìn)行供應(yīng)商選擇時(shí)主要考慮了以下因素：產(chǎn)品價(jià)格、訂貨成本、與供應(yīng)商建立合作關(guān)系的固定管理成本、產(chǎn)品質(zhì)量、訂單完成率、缺貨損失、檢

6、測(cè)成本、庫(kù)存成本、處理成本（包括廠(chǎng)內(nèi)廠(chǎng)外的運(yùn)輸總成本、在碼頭或車(chē)站的接貨成本）等。
　　 (2)以最小化供應(yīng)鏈中與采購(gòu)過(guò)程相關(guān)的冗余成本為目標(biāo)，建立了供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)采購(gòu)模型。重點(diǎn)考慮了供應(yīng)商管理庫(kù)存策略(VMI)、動(dòng)態(tài)確定價(jià)格和懲罰、優(yōu)化檢測(cè)成本和庫(kù)存成本、降低供應(yīng)商加班生產(chǎn)成本等問(wèn)題。
　　 考慮到上述模型的復(fù)雜性，本文開(kāi)發(fā)了有效的啟發(fā)式求解算法。計(jì)算結(jié)果充分說(shuō)明了制造商與供應(yīng)商之間進(jìn)行協(xié)調(diào)的重要性。
　　 3)原

7、料庫(kù)存問(wèn)題原料庫(kù)存管理是現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)管理中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，其目的是在保證企業(yè)正常生產(chǎn)的前提下，通過(guò)對(duì)企業(yè)原料庫(kù)存水平的控制，用最低的采購(gòu)費(fèi)用、生產(chǎn)費(fèi)用和存儲(chǔ)費(fèi)用在適宜的時(shí)間采購(gòu)或生產(chǎn)適當(dāng)數(shù)量的原材料、半成品和最終產(chǎn)品。本文分別針對(duì)原料需求率為定值的單級(jí)原料庫(kù)存問(wèn)題和原料需求為動(dòng)態(tài)的多級(jí)原料庫(kù)存問(wèn)題進(jìn)行了研究。
　　 (1)以實(shí)現(xiàn)原料庫(kù)存相關(guān)成本的最小化為目標(biāo)建立了單級(jí)原料庫(kù)存優(yōu)化模型用于確定各種原料的最佳庫(kù)存水平和補(bǔ)庫(kù)時(shí)間間隔。

8、開(kāi)發(fā)了拉格朗日松弛、序貫引入約束法和啟發(fā)式算法混合求解策略。根據(jù)寶鋼的生產(chǎn)實(shí)績(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行了仿真計(jì)算，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明這種方法能夠在允許的時(shí)間內(nèi)得到高質(zhì)量的解。
　　 (2)以最小化生產(chǎn)庫(kù)存成本為目標(biāo)函數(shù)為爍鐵生產(chǎn)系統(tǒng)中的多級(jí)原料生產(chǎn)庫(kù)存問(wèn)題建立了混合整數(shù)規(guī)劃模型，用于確定各種原料在各時(shí)間段內(nèi)的生產(chǎn)量和庫(kù)存量?？紤]到模型中包含了大量的變量和約束，采用了基于拉格朗日松弛的分解方法。首先，將變量一致性約束借助拉格朗日乘子松弛并引入到目標(biāo)函數(shù)

9、中。然后，將得到的松弛問(wèn)題按照變量類(lèi)型分解為兩個(gè)子問(wèn)題，一個(gè)是線(xiàn)性規(guī)劃，另一個(gè)是整數(shù)規(guī)劃。線(xiàn)性規(guī)劃子問(wèn)題只涉及連續(xù)變量能夠使用標(biāo)準(zhǔn)軟件直接求解，而整數(shù)規(guī)劃子問(wèn)題能夠通過(guò)多項(xiàng)式算法快速求出最優(yōu)解。通過(guò)對(duì)可行解性質(zhì)的分析加快了線(xiàn)性子問(wèn)題求解的速度。為了提高下界，引入了有效不等式，同時(shí)開(kāi)發(fā)了用于改進(jìn)上界的啟發(fā)式策略。為了進(jìn)一步改進(jìn)解的質(zhì)量，文中又構(gòu)造了基于變量分離的拉格朗日松弛算法，在這個(gè)算法中對(duì)某些原變量進(jìn)行了復(fù)制，并使用這些復(fù)制變量重新構(gòu)

10、造了原問(wèn)題。原變量與復(fù)制變量之間的關(guān)系是通過(guò)一些等式約束進(jìn)行精確地描述的，這些約束也同時(shí)被追加到新構(gòu)造的原問(wèn)題中。當(dāng)這些等式約束松弛后，新的原問(wèn)題就能夠按照變量類(lèi)型分解為兩個(gè)獨(dú)立的子問(wèn)題。這兩個(gè)子問(wèn)題均能夠被最優(yōu)求解。基于寶鋼的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)上述所有拉格朗日松弛算法的性能進(jìn)行了測(cè)試。計(jì)算結(jié)果顯示，所有的算法都能夠在合理的時(shí)間內(nèi)獲得高質(zhì)量的解，其中基于變量分離的算法效果最好。
　　 4)冷軋生產(chǎn)中的多階段生產(chǎn)庫(kù)存問(wèn)題多階段生產(chǎn)庫(kù)存

11、計(jì)劃是冷軋生產(chǎn)管理的重要內(nèi)容，旨在通過(guò)對(duì)各種產(chǎn)品生產(chǎn)量和庫(kù)存量的有效控制，實(shí)現(xiàn)各工序間的物流平衡，從而在滿(mǎn)足客戶(hù)訂單需求和庫(kù)存容量限制的前提下，達(dá)到最小化生產(chǎn)、庫(kù)存及啟動(dòng)費(fèi)用的目的。本文分別研究了需求允許延遲滿(mǎn)足和不允許缺貨兩種不同類(lèi)型的冷軋多階段生產(chǎn)庫(kù)存問(wèn)題。
　　 (1)針對(duì)需求可以延遲滿(mǎn)足的冷軋生產(chǎn)系統(tǒng)，建立了以最小化庫(kù)存成本、拖期懲罰和啟動(dòng)成本為目標(biāo)的多階段生產(chǎn)庫(kù)存模型，模型中充分考慮了工序不允許停機(jī)的情況以及計(jì)劃與調(diào)度

12、之間的一致性問(wèn)題。為了解決這一問(wèn)題，提出了基于變量分離的拉格朗日松弛算法。使用基于實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生的400個(gè)算例進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，計(jì)算結(jié)果顯示對(duì)于所有的測(cè)試問(wèn)題該算法都能夠在15分鐘的計(jì)算時(shí)間內(nèi)找到高質(zhì)量的解，充分證明了該算法求解實(shí)際規(guī)模問(wèn)題的有效性。
　　 (2)針對(duì)不允許缺貨的冷軋生產(chǎn)系統(tǒng)，建立了以最小化生產(chǎn)成本、庫(kù)存成本和啟動(dòng)成本為目標(biāo)的多級(jí)生產(chǎn)批量模型，模型中考慮了生產(chǎn)工藝路線(xiàn)選擇問(wèn)題。采用基于變量分離的拉格朗日松弛算法對(duì)