超薄鋁箔加工的動(dòng)態(tài)集成排產(chǎn)方法研究

顧俊 高崇偉 舒竹霞

【摘 要】超薄鋁箔的制造在我國(guó)的生產(chǎn)越來(lái)越多的被關(guān)注，其生產(chǎn)方面具有流程性生產(chǎn)、離散加工和裝配生產(chǎn)的特征，根據(jù)這些特點(diǎn)建立了眾多的模型，推導(dǎo)出狀態(tài)變化的迭代公式。為了保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行、訂單的及時(shí)交貨和能耗的降低，生產(chǎn)上運(yùn)營(yíng)了啟發(fā)式的方法來(lái)優(yōu)惠排序。運(yùn)用排產(chǎn)方法進(jìn)行排序和裝爐的計(jì)劃調(diào)整增減計(jì)劃和在線生產(chǎn)的控制。

【關(guān)鍵詞】鋁箔 加工 排產(chǎn) 優(yōu)化

鋁箔的生產(chǎn)，在工藝方面和材料的使用方面要求都比較高。需要的工藝流程復(fù)雜，要經(jīng)過(guò)焙鑄、熱軋鑄軋、冷軋、箔材軋制、分切等加工工藝和熱處理過(guò)程才能對(duì)鋁制品進(jìn)行加工，工序比較長(zhǎng)、難度比較大。鋁箔的生產(chǎn)技術(shù)不斷的發(fā)展使我國(guó)在鋁箔方面的消費(fèi)比例不斷的提高但是鋁箔的生產(chǎn)水平還依然存在很多問(wèn)題，對(duì)于加工方法還有待研究。本文對(duì)超薄鋁箔的加工動(dòng)態(tài)集成排產(chǎn)方法進(jìn)行研究。

1熱軋問(wèn)題的使用方法

1.1數(shù)學(xué)規(guī)劃方法

在熱軋的問(wèn)題上，我們?cè)缙谑褂玫姆椒ㄊ菙?shù)學(xué)規(guī)劃的方法。數(shù)學(xué)規(guī)劃模型的使用是利用動(dòng)態(tài)的規(guī)劃方法對(duì)離散鋼鐵企業(yè)的優(yōu)化生產(chǎn)問(wèn)題進(jìn)行解決的。PVC板生產(chǎn)中的多開(kāi)工時(shí)間調(diào)度問(wèn)題開(kāi)發(fā)出了一種TABU搜索啟發(fā)的算法，這種算法的應(yīng)用很大程度上減弱了開(kāi)工時(shí)間的調(diào)度問(wèn)題。分支界定算法的出現(xiàn)是對(duì)無(wú)縫鋼管的軋制進(jìn)行多階段的分批調(diào)度問(wèn)題的解決。而在軋機(jī)、加熱爐、能力損耗和制造成本方面的調(diào)度目標(biāo)模塊所使用的是分支界定求解的方法。在國(guó)外，這幾種方法得到了廣泛的應(yīng)用但是應(yīng)用的時(shí)效性受到了限制。

1.2非數(shù)學(xué)規(guī)劃的方法

非數(shù)學(xué)的規(guī)劃方法可以分為兩大類，主要是啟發(fā)式方法和人工智能的方法。啟發(fā)式方法是通過(guò)對(duì)計(jì)算過(guò)程和評(píng)價(jià)指數(shù)的運(yùn)算在比較短的時(shí)間里，有意識(shí)的尋找最佳的解決方案。COWLING提出了一種決策系統(tǒng)，這種決策系統(tǒng)是以鋼鐵熱軋過(guò)程的多模型為依據(jù)，利用TSBU的算法對(duì)調(diào)度問(wèn)題進(jìn)行有效的解決。熱軋調(diào)度問(wèn)題的簡(jiǎn)化是PCVRP的模型，同時(shí)提出了基于大規(guī)模鄰域定義的局部搜索方法。模擬退火算法有時(shí)候也被用于求解熱軋調(diào)度的相關(guān)問(wèn)題。

1.3數(shù)學(xué)模型的建立

我國(guó)的研究者陳雄創(chuàng)造出了軋制批量計(jì)劃問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型，這種數(shù)學(xué)模型分為啟發(fā)式算法和模擬退火算法。我國(guó)在熱軋批量計(jì)算問(wèn)題的約束滿意問(wèn)題進(jìn)行了處理，對(duì)軋熱問(wèn)題的PCTSP建模和該模蟻群的蒜放方面做出了研究。針對(duì)軋熱問(wèn)題的CVRP建模還提出了混合免疫算法。

上述的這些方法都是軋制生產(chǎn)中的優(yōu)化排產(chǎn)的基本理論和方法。由于我國(guó)超薄鋁箔的生產(chǎn)不斷的發(fā)展，生產(chǎn)要求也隨之提高，在排產(chǎn)計(jì)劃和熱處理方面要使生產(chǎn)具有動(dòng)態(tài)性就要根據(jù)具體實(shí)際進(jìn)行任務(wù)的不斷完善和添加，隨時(shí)對(duì)排產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整，排產(chǎn)的相關(guān)實(shí)時(shí)性要求和方法要快速的計(jì)算，增加可靠性和實(shí)用性特點(diǎn)。

2代數(shù)法建模

2.1符號(hào)函數(shù)的定義方法

I設(shè)置為鋁卷號(hào)，I=1，2...，P。J為設(shè)備的編號(hào)，J=1，2，...，M。工藝路線矩形陣R。R是n*m型矩陣，其中元素R表示鋁卷I在加工工藝路線中設(shè)備J所占的順序位。鋁卷號(hào)關(guān)系表E%表E中每行代表一個(gè)鋁卷號(hào)的屬性、各列分別表示物料編碼、爐架號(hào)、直徑、計(jì)劃開(kāi)始時(shí)間、加工時(shí)間、設(shè)備編號(hào)、工藝順序號(hào)其中物料編碼、設(shè)備編號(hào)、工藝順序號(hào)、加工時(shí)間的數(shù)據(jù)來(lái)源于工藝路線矩陣和加工時(shí)間矩陣。圖1所示為爐架和鋁卷的幾何尺寸其中a、b、h分別代表爐架的長(zhǎng)、寬、高。條件如下所示：

H=h1+h2+h3

r1>r2>....rk rk+1>rk+2>....>rk2k

上排

h1>r1 h2>r1 u1=r1 u2=r1+r2

下排

H3>rk+1 h2>rk+1

圖1.爐架和鋁卷的幾何參數(shù)

2.2第一次排序

第一次排序是對(duì)訂單池中的鋁卷進(jìn)行排序，排序按照重要的程度和緊急的程度進(jìn)行安排，優(yōu)化的準(zhǔn)則體現(xiàn)在評(píng)價(jià)指數(shù)當(dāng)中。對(duì)調(diào)度問(wèn)題的NP難度性，要選擇計(jì)算量不大，計(jì)算時(shí)間不長(zhǎng)的效果優(yōu)化好的啟發(fā)式目標(biāo)函數(shù)作為評(píng)判的標(biāo)準(zhǔn)。

兼顧能夠?qū)υO(shè)備的使用率提高、合同按照完工率和裝爐系數(shù)等進(jìn)行多樣性目標(biāo)的歸集，評(píng)價(jià)的指數(shù)可以參照鋁卷號(hào)和爐架號(hào)進(jìn)行歸類。第一次排序是對(duì)任務(wù)中的全部鋁卷進(jìn)行加工，按照從小到大的順序進(jìn)行排序。

2.3第二次排序

第二次排序是第一次排序的升級(jí)，把第一次排序截取的歸屬于統(tǒng)一最佳的鋁卷進(jìn)行內(nèi)部的排序，使呂佳能夠安裝更多的鋁卷，這樣能夠節(jié)省熱處理電費(fèi)。這種方法也被稱為爐次計(jì)劃，計(jì)劃的步驟主要體現(xiàn)在：

首先，在按照排好的序列中從前向后截取鋁卷直徑之和小于或等于2a最好接近2a的鋁卷子序列。

其次，從這種子序列中對(duì)鋁卷進(jìn)行選擇，每隔一個(gè)選取一個(gè)，按照鋁卷的直徑大小排列，排列順序是由小到大的排列順序。

最后，將該兩段鋁卷分別擺放在支架的上下兩排，對(duì)每個(gè)鋁卷的位置是否滿足約束條件進(jìn)行檢查，如果符合則排產(chǎn)成功，進(jìn)行下一步，如果沒(méi)有成功就要對(duì)兩端序列進(jìn)行保留。截取兩端子序列，在四段中選配評(píng)價(jià)指數(shù)最小的又能滿足條件的方案。然后輸出鋁卷的兩次排序方式和爐架上的擺放方式。

2.4狀態(tài)賦值

當(dāng)設(shè)備為退火爐時(shí)，設(shè)定編號(hào)為K，設(shè)備軋機(jī)時(shí)設(shè)定編號(hào)為J。這種情況下設(shè)備的變量的計(jì)算方式主要有三種，分別表示為：

首先，設(shè)備編號(hào)為軋制設(shè)備時(shí)每一個(gè)爐架的第一鋁卷開(kāi)工時(shí)間為上一道熱處理時(shí)間與本輪最后一個(gè)任務(wù)完成時(shí)間的最大值。每一個(gè)爐架非第一個(gè)鋁卷軋制工序設(shè)備加工最近的鋁卷被上一道工序加工完畢是具有以下公式：

在設(shè)備J沒(méi)有加工鋁卷時(shí)，鋁卷被上一道程序加工時(shí)的公式是：

在這里i表示設(shè)備k加工的上一道鋁卷，熱處理工序的狀態(tài)時(shí)間是在當(dāng)前設(shè)備加工的前一個(gè)爐架的結(jié)束時(shí)間和當(dāng)前鋁卷時(shí)間的最大值。

3結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文從鋁卷的排產(chǎn)方法、爐架的布置以及生產(chǎn)的調(diào)度方面對(duì)超薄鋁箔的生產(chǎn)排產(chǎn)方法進(jìn)行了研究。按照訂單的需求進(jìn)行先后的排序，在同一個(gè)鋁卷在爐架上的合理排放方式進(jìn)行了分析。超薄鋁箔具有工藝流程復(fù)雜性的特點(diǎn)，我們要對(duì)對(duì)象進(jìn)行合并、分割、集中的特點(diǎn)運(yùn)用相應(yīng)的代數(shù)方法進(jìn)行模型的建立以此促進(jìn)按時(shí)完成訂單和節(jié)能減排的一員。

參考文獻(xiàn)：

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