分段生产设计技术在制造管理系统中的应用

　　摘要:生产设计及质量设计是将销售合同订货数据结合特定钢厂现场机组设备能力，按照一定的算法及规则，设计出每一个合同在经过的每道机组工序的生产、质量控制数据。上海梅山钢铁股份有限公司制造管理部与上海宝信软件股份有限公司合作开发的某制造系统，在已实现全程生产设计的基础上，又实现了分段生产设计功能。该功能实现后，针对每个销售合同，制造系统中既有全程设计的工艺规格要求，又有分段的机组规格要求。在生产的不同阶段根据不同的工艺规格参数来进行生产规格控制，既减少了人工判断不符合全程设计要求的产品是否可以继续为该合同组织生产的判断过程，又提高了计划、物料的精细化管理水平。

　　关键词:制造系统;销售合同;全程生产设计;分段生产设计

　　0引言

　　该制造系统于2008年12月底正式上线运行，全程生产设计作为将销售合同订货要求转换为合同全程经过工序/机组的生产工艺控制参数过程的重要功能之一，对上海梅山钢铁股份有限公司钢厂的销售合同按质、按量完成，为“以需求组织生产”的原则提供了准确的参考依据以及强力的信息数据支撑。2017年该厂借制造信息系统升级改造的机会，实现了分段生产设计的功能，进一步提升了生产设计的精细化管理。

　　1分段生产设计概述

　　1.1生产设计概述

　　生产设计是制造管理部在接收到销售合同室下发的销售订货合同后，根据销售合同订货要求，订货产品对应的冶金规范、产品规范要求以及现场机组能力要求等信息，按照一定的算法及规则，计算出每一个合同在经过的每道机组工序的生产、质量控制数据。

　　生产设计主要解决的是根据每一个订货合同的订货要求，计算出生产该产品需经过的工序或机组的出入口重量、钢卷相关的外径范围、板坯的宽度范围等关键内容。上述生产设计的结果的主要用途包括如下:

　　(1)每道机组/工序的生产计划编制时的机组出口规格(重量、外径等)控制要求。

　　(2)当前机组/工序产出的物料规格是否仍可继续生产出满足合同订货要求的成品的判断标准。

　　(3)物料转用充当时，是否可以把余材或者有合同材料挂到另一个合同上，以进行后续组织生产的转用充当规格判断标准。

　　(4)当钢厂现场有外购料、互供料业务时，每个合同特定工序产品的产品订货规格要求。

　　1.2分段生产设计意义

　　2008年底该钢厂全程生产设计功能上线后，初步实现了按合同组织生产，全程一贯工序参数控制的要求，该功能已经比较好地满足了现场精艺制造的要求。

　　但由于该钢厂前后工序设备能力非全部匹配或者非全部连续，该钢厂一个典型的业务场景是一个合同将经过的3～6道工序/机组，全程生产设计的瓶颈工序通常为第1道工序/机组，即01炼钢工序，在01炼钢工序生产完成后，后续2～5道工序如果还是维持全程设计的计算结果，则这时候机组的出入口重量规格会由于瓶颈工序的限制导致规格范围偏小。但由于瓶颈工序已经通过，如果不考虑瓶颈工序，重新进行生产设计，则结果更优，设计能力范围也更宽。

　　结合上述描述情况，原有的全程生产设计当碰到如下几种情况时，会存在一定的设计不足:

　　(1)材料产出异常封锁:每道机组/工序产出后，部分材料(比如热卷、冷卷)超出全程设计结果的范围，进而导致在系统对该部分材料进行系统判断封锁，等待人工来判定是否需要继续在该合同上组织生产。如果进行分段生产设计，不再考虑前道工序，比如01炼钢工序，用分段生产设计的结果来进行封锁判断，则该情况的封锁量会减少10%～15%左右。

　　(2)转用充当范围偏窄:由于全程生产设计的非瓶颈工序出入口规格都偏窄，降低了对余材物料充当或者有合同物料转用的准确性，变相提高了余材的发生率。

　　(3)外购料、互供料订货要求不够准确:由于瓶颈工序对每个合同生产设计结果的限制，导致外购料、互供料的订货要求范围偏窄，不利于外购料、互供料的业务开展。

　　1.3分段生产设计与全程生产设计的差别分析

　　全程生产设计实现的主要功能是结合合同设计需经过的所有各工序/机组的能力限制，合同订货要求，进行规则匹配匡算，采用上下限值约束收敛的方式，计算出对应每个合同所有经过工序的连续的出入口规格能力(重量、外径等)，并对计算结果信息进行保存，以方便后续生产作业的使用。

　　分段生产设计实现的主要功能是在不考虑合同已通过的生产工序/机组的情况下，综合考虑每个订货合同剩下的所有工序/机组能力限制，合同订货要求，同样进行规则匹配匡算，采用上下限值约束收敛的方式，计算出每个合同所有未通过工序的连续的出入口规格能力(重量、外径等)，并对计算结果信息进行保存，以方便后续生产作业的使用。

　　从上述功能描述中可以看出，分段生产设计可以概括为全程生产设计的进一步提升跟优化，分段生产设计是在结合已通过工序的情况下进行的生产设计。

　　分段生产设计允许根据某道工序来获取更精准的、不考虑已通过的各工序的各机组生产出入口规格信息。分段生产设计实现后，将从根本上解决前述的3个全程生产设计存在的不足，从而更有效地提高生产设计的准确性。

　　2分段生产设计流程

　　分段生产设计是全程生产设计的进一步提升优化，本文将按照标准输入、输出以及计算逻辑处理过程来描述分段生产设计的内容、流程以及推理思路。

　　2.1分段生产设计输入

　　我们结合一个样例合同，来演示分段生产设计的具体流程。合同号:T7S0000059，产品类型为电镀锡产品。

　　(1)订货合同的订货需求

　　每个订货合同的订货信息中，包括订货品种、订货规格(比如订货重量、订货单重最小值、订货单重最大值)等信息。

　　(2)订货合同的加工工序/机组信息

　　制造管理部产品工艺室在接收到销售合同后，会根据每个合同匹配出对应的产品规范码、冶金规范码、最终用途码等信息，同时质量设计会设计出该合同可生产加工的加工途径码(每位合同加工途径码代表需要经过的机组信息)。

　　(3)机组能力信息

　　每个合同在质量设计的时候已经处理出了合同加工途径信息，即合同加工途径码，通常加工途径码用17位0或非0来进行标识，经过的就标识非0，并用相应的数值来标识经过的机组。比如本合同中的一条加工途径码为“90010001010010000”，相应经过的机组号为“S009-H001-C102-C112-C117”。

　　对于该合同，在这条合同加工途径码进行生产设计的时候，会结合相应的经过机组，并对机组能力进行设计与计算，通常包括炼钢工序、热轧工序、冷轧工序。

　　在具体的系统设计过程中，一般将这些现场的具体能力值进行静态表数据维护。

　　2.2分段生产设计计算方法

　　冷轧合同分段生产设计大致计算步骤:

　　(1)根据订货合同，由质量设计确定该合同所需要经过的各工序。

　　(2)根据每个订货合同下的每个合同加工途径以及设定的起始工序/机组，计算各后续工序相应机组的能力限制，确定合同对应材料在成品机组出口的重量范围。

　　(3)根据订货单重信息及合同对应材料在成品机组出口重量范围，确定分切数的范围。

　　(4)从最小分切数到最大分切数，执行冷轧分段生产设计循环操作，某一分切数下，该分段工序下冷轧合同相应规格推算成功，则分段生产设计成功。

　　(5)建立该冷轧合同各分段工序/机组相应的质量、生产数据，包括合同相应工序的分段出入口重量信息、推荐分切数等。

　　2.3分段生产设计输出

　　结合上述2.1及2.2描述的分段设计输入内容以及计算方法，可计算出每个合同每个加工途径每个机组/工序的分段入口最大重量、最小重量及分段出口最大重量、最小重量信息。

　　以前述合同为例，分段生产设计结果信息如图1所示。分析这个合同分段生产设计与全程生产设计的具体结果可以看出，C102机组全程生产设计的出口材料重量范围为11.23～15.588t，分段生产设计的出口材料重量范围为10.255～16.408t，该合同下08工序/C102机组的分段生产设计，由于不考虑前道机组相应的机组能力限制，出口范围更广。根据上述分段设计的计算方法描述，每道工序的出入口规格都根据工序进行了更优化的计算，相比全程生产设计通常结果范围更大。