太钢生产短期计划的功能设计与运用

仝中伟

（山西太钢不锈钢股份有限公司制造部， 山西 太原 030003）

近年来钢铁企业的发展日新月异，不断规模扩大化、品种多样化、流程复杂化、制造智能化、管理扁平化、响应快速化。山西太钢不锈钢股份有限公司（全文简称太钢）作为国内特大型特殊钢企业，品种、数量、工艺产线更加复杂冗长，为满足个性化的市场需求、快速响应订单，提高用户满意度，2016 年开始借助产销质一体化系统，通过短期生产计划制定和实施，引用工业大数据和优化算法，有效解决了个性化需求与大规模生产之间的矛盾，解决了静态计划与调度调整之间的矛盾，运用过程中，不断符合生产实际和业务变化需求，实现了产线稳定有序运行。

1 太钢生产计划概述

1.1 太钢生产计划层级分

太钢生产计划层级分为年度产能预算、季度生产预算、月度生产计划、短期计划（周计划）、机组作业计划（日、班计划）。年度计划用于制定下一年度的销售和生产预算，季度计划用于重新制定当期三个月的滚动的销售和生产计划，由计财部负责编制；月度计划用于制定未来1～2 个月的销售和生产计划，并提供短期生产计划销售配额作为订单在线交期应答的前提，由制造部负责编制；短期计划基于月度生产计划与机组作业计划之间，以有限生产能力、库存和工艺制程为约束，利用约束规划方法，将销售订单进行工艺路径的选择以及有限能力的排产，给出精确到天的各工序计划，由制造部负责数据维护和运用；机组作业计划主要分为钢轧作业计划、冷轧作业计划，其中炼钢浇次计划、热轧单元计划、冷轧长线机组计划由制造部负责编制下发，其他如修磨、罩式炉、横切、平整等按工序计划下发由二级厂执行，生产调度负责计划执行并过程异常反馈，计划员调整后重新执行。

1.2 生产计划主要涵盖工序

生产计划主要涵盖工序：炼钢一厂碳钢、不锈钢、炼钢二厂南区、炼钢二厂北区；型材厂、不锈线材厂、不锈热轧厂、热连轧厂1549 工序、热连轧厂2250 工序、冷轧硅钢厂、不锈冷轧厂。各厂供应链概览图如图1 所示。

图1 各厂供应链概览图

2 短期计划运用情况

2.1 系统功能设计

太钢短期计划是近年来同步于产销质一体化计划系统同步上线运行的计划系统，由坤帝克公司开发实施，引用工业大数据和优化算法，接收产销系统内生产订单（销售合同和询单转化）,设定每日定期运行，实现订单初计划排程。旨在解决：订单交货期、制造周期参差不齐，规模化与小批量矛盾突出，多工艺制程选择问题；多条炼钢-热轧-冷轧产线交叉多，生产流程长，碳钢、硅钢、不锈钢多个品种兼顾，工艺时间要求高，平衡难度大，人工排产困难问题；实际生产中针对设备运行，生产集批，工序通过率变化的及时应对问题；建立基于交期、产能、库存等综合平衡的计划协同平台。

最终以订单的交期、有限产能为原则和月生产计划为目标，确定每个订单在每个工序的产品产量计划及加工日期，为各相关单位生产准备提供依据；同时预判后续订单和工序产能运行结果，为管理层提供计划决策依据。

2.2 能力平衡策略

太钢短期计划系统能力平衡可按照两种模式进行。

1）ASAP（产能优先模式）。不论订单需求交期多晚，系统将尽量将较早的能力用足，保证近期充分生产，这种模式是以提高产线机组利用率为目标，交货期次之的排产模式。

2）JIT（即时生产模式）。当订单需求交期较晚时，系统不会将产能提前占用，而是以订单交期为目标，产线效率次之的排产模式。

2.3 计划决策策略

太钢短期生产计划是综合平衡碳钢、不锈钢、硅钢所有生产订单，考量上下游工序间提前期、安全库存量、预计库存水平，结合JIT、ASAP 等生产策略，制定出上下游工序协同的计划，针对整体订单且结合设备能力限制进行自动预排。

2.3.1 有限产能计划

通过静态知识表，将各工序机组分不同品种维护机时产能，短期系统在有限的机组产能前提下，综合考虑所有的约束条件，包括集批约束，订单优先级，产能约束，生产工艺约束等，对生产订单进行全局协同计划优化。短期计划系统订单计划总览图见图2。

图2 短期计划系统订单计划总览图

2.3.2 集批计划

太钢根据自身生产实际特点，将由于工艺限制或者生产转化（如方板坯切换）等因素影响，只能在特定的时间在指定的机组上生产某些产品确定为集批对象，维护到系统内，每月底通过计划员在短期计划中设置集批计划时间，形成集批计划作为有限产能计划的输入信息及约束条件，参与有限产能计划。

2.3.3 工艺路径选择

基于质量设计提供的可选制程，综合考虑交期及各产线产能约束，结合生产偏好规则，最优化选择制程，提高总体订单交付率及工厂总体产量。首先以订单产品的属性确定各分厂的优先级，并依此为权重进行工艺路径选择，重点确定产品在炼钢分厂、热连轧1 549/2 250 两线的选择，冷轧内部重点确定连轧线与单机架制程选择。短期计划系统工艺路线选择图下页见图3。

2.3.4 炼钢工序计划调整

在短期计划中，考虑了炼钢工序中异钢种连浇的要求。即对于能够异钢种连浇的钢种，在编制中包计划时，安排异钢种连浇，以保证能够尽量按照最大经济中包炉数组织生产，计划员根据异钢种连浇规则，对有限产能计划结果进行调整，将可以进行异钢种连浇的订单，通过手工方式拖拽到一个中包中；另外，根据不锈钢订单宽度规格多，钢坯宽度从900 mm到2 050 mm 接近连续变化，短期计划考虑了部分钢种在线调宽规则，最大限度中包归并，便于提高生产效率，完成小批量规格生产。

2.3.5 热连轧工序计划调整

为了支持热连轧工序在每日生产中各轧制单元的结构比例要求，系统考虑了每日下发到作业排产计划的订单，其各钢种在不同厚度范围内的工序计划量分布，与全月该钢种全部订单，在该厚度范围上的需求量分布，保持相同或接近的比例。

2.3.6 数据导出与展示

短期计划具备自动运行计划功能，通过每日定时或人工点击运行计划面板上的按钮，计划将会利用多种优化算法运行并产出每个计划决策的最优化计划；在短期计划运行完毕后，系统将根据运行结果，将各工序的计划开始及完成时间，计划量导出给产销系统及各机组作业计划系统。

计划结果以图形化展示，针对关注的KPI 指标可配置显示，如订单按期满足率、预计脱期量、不足整炉订单量、铬钢比等。工序产能平衡见图4，KPI 指标显示见下页图5。

图3 短期计划系统工艺路线选择图

图4 工序产能平衡

3 运用效果

自运用以来，太钢改变了生产综合计划无统一平台，各计划层级独立编制，无法进行全局产线平衡，产线效率得不到整体发挥最优局面；解决了产线选择复杂，难以进行精细化计划编制状况；实现了动态及时纠偏的基于多种策略考虑的全局最优计划；实现了生产平衡的系统化管理，即实现对各厂的小平衡在短期计划系统中统一考虑、碳钢与不锈钢统一考虑的综合模式；实现了对订单的工序生产时间计划，交期预判，特别是对炼钢工序实现按计划结果的管控；建立了基于太钢实践的生产计划执行模式。

4 影响因素及关注重点

在实际运行过程中，太钢通过长期实践摸索、结果校验、数据不断完善更新，过程纠偏，总结出了影响短期计划准确运行的主要因素和关注重点：

1）管理规范。强化系统操作规范，数据维护及时准确，严格计划执行率；系统知识表数据不断更新、需设定的集批、检修、通过率、策略、权重等参数及时，系统流程清晰，产销系统内订单状态更新及时且有效；库存状态准确；物料转用充当及时。

图5 KPI 指标显示

2）质量设备保证。产品命中率、投料系数稳定可靠，从而可避免单笔订单多次投料；设备运行稳定，主体设备故障率低，产能发挥平稳。

3）物流有序可控。物流有序、先进先出，避免长期积压滞留，造成实际物流与系统设定物流速度偏差大；避免红送热装坯料掉队造成计划分多单元轧制。

5 结语

太钢运用短期计划系统工具，解决了大型钢铁企业复杂的产线计划排程，实现对交期实时的预判，应对生产实际做出及时反应，监控生产变化对于后续计划的影响，为当期计划提供决策依据，在不断变化的外部数据及生产实绩基础上，实现了滚动的全局最优计划。