浙江至德鋼業(yè)有限公司針對考慮生產(chǎn)運(yùn)行因素的不銹鋼無縫管熱軋批量計(jì)劃問題，在對其研究現(xiàn)狀進(jìn)行梳理歸納的基礎(chǔ)上，從訂單交貨、周期性機(jī)器檢修、生產(chǎn)運(yùn)輸聯(lián)合調(diào)度優(yōu)化三個(gè)角度出發(fā)，對關(guān)鍵生產(chǎn)運(yùn)行因素影響下的無縫鋼管熱軋批量計(jì)劃問題展開研究，分析問題特征、給出相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，并據(jù)此設(shè)計(jì)求解算法。主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下：

一、研究了考慮交貨因素的鋼管熱軋訂單組批模型與算法

    不銹鋼無縫管生產(chǎn)訂單組批是熱軋批量計(jì)劃首要解決的問題，也是關(guān)系到后續(xù)成品發(fā)運(yùn)與客戶承諾的關(guān)鍵問題。在充分考慮了無縫鋼管的生產(chǎn)工藝因素和產(chǎn)品特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，綜合考慮訂單的交貨期和交貨地址，以訂單適期交貨、集中生產(chǎn)和配送為目標(biāo)設(shè)計(jì)了問題的混合整數(shù)規(guī)劃模型。在模型的求解方面，基于過往研究并結(jié)合熱軋鋼管的生產(chǎn)特點(diǎn)和本文研究問題的特征，使用帶凝聚策略的層次聚類算法思想，按工藝屬性相同和交貨屬性相似的要求，定義了訂單間的距離公式，設(shè)計(jì)了一種訂單聚類算法進(jìn)行訂單組批并形成批量計(jì)劃，參考實(shí)際生產(chǎn)訂單數(shù)據(jù)設(shè)置的仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型和算法的可行性和有效性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該模型在滿足無縫鋼管熱軋生產(chǎn)工藝要求的同時(shí)，優(yōu)化了合同對于交貨與配送的需求，且提出的OCA算法在實(shí)驗(yàn)的各訂單規(guī)模上，能夠得到更小的批量內(nèi)訂單配送地域／時(shí)間差異度。

二、研究了考慮固定機(jī)器檢修的鋼管熱軋批量調(diào)度問題與求解方法

    不銹鋼無縫管熱軋批量調(diào)度是在訂單組批的基礎(chǔ)上對批量進(jìn)行排序，由于無縫鋼管廠定期對熱軋機(jī)組進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)，造成了周期性的機(jī)器不可用時(shí)段，影響熱軋生產(chǎn)的連續(xù)性，因此在進(jìn)行無縫鋼管熱軋批量調(diào)度時(shí)需要將關(guān)鍵生產(chǎn)運(yùn)行因素中的周期性機(jī)器檢修計(jì)劃考慮在內(nèi)。至德鋼業(yè)將不銹鋼無縫管熱軋批量調(diào)度問題抽象為一類考慮周期性固定時(shí)點(diǎn)機(jī)器檢修和機(jī)器調(diào)整時(shí)間序列相關(guān)的單機(jī)調(diào)度問題，建立了最小化機(jī)器閑置和機(jī)器調(diào)整時(shí)間的數(shù)學(xué)模型，通過對問題分析，提出了適用于此類問題的求解策略和循環(huán)求解架構(gòu)。針對機(jī)器調(diào)整時(shí)間取決于相鄰批量間鋼管規(guī)格變化這一特性，提出了最小調(diào)整時(shí)間排序規(guī)則，證明了則在不考慮機(jī)器檢修計(jì)劃時(shí)具有最優(yōu)性。基于分析結(jié)果設(shè)計(jì)了一種總體復(fù)雜度不超過的分階段多過程啟發(fā)式求解算法，該算法首先利用規(guī)則生成問題的初始解，然后根據(jù)問題性質(zhì)進(jìn)行多過程排序優(yōu)化搜索。數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)表明，與求解相似一般性問題的經(jīng)典算法比較，提出的算法能有效利用本文問題特征和性質(zhì)，在較短的時(shí)間范圍內(nèi)產(chǎn)生滿意的結(jié)果。

三、研究了考慮柔性機(jī)器檢修的鋼管熱軋批量調(diào)度問題與求解方法

    不銹鋼無縫管實(shí)施的周期性機(jī)器檢修除固定時(shí)點(diǎn)外，還存在一類柔性時(shí)點(diǎn)的情況，后者的檢修開始時(shí)點(diǎn)可以在一定區(qū)間范圍內(nèi)自由選擇。目前大多數(shù)研究主要針對較為經(jīng)典的考慮固定檢修的單機(jī)調(diào)度情況，很少將鋼管熱軋機(jī)器調(diào)整時(shí)間的順序依賴性與柔性機(jī)器檢修結(jié)合考慮。針對柔性檢修在熱軋批量調(diào)度中的性質(zhì)和特點(diǎn)，在最小化機(jī)器調(diào)整時(shí)間和機(jī)器閑置時(shí)間的目標(biāo)下，建立了考慮柔性機(jī)器檢修的無縫鋼管熱軋批量調(diào)度模型。通過對問題特征的分析，證明了問題的特性和一種不存在機(jī)器閑置時(shí)間的情況，并提出了問題的求解策略。基于分析結(jié)果設(shè)計(jì)了兩階段求解算法：首先基于排序規(guī)則生成問題的初始解，接著依據(jù)問題特征進(jìn)行尋優(yōu)搜索。對比實(shí)驗(yàn)表明該算法在求解類似問題中，能充分利用問題的性質(zhì)和特征，在有效規(guī)模和時(shí)間范圍內(nèi)產(chǎn)生滿意的結(jié)果。該研究成果進(jìn)一步完善了考慮周期性機(jī)器檢修計(jì)劃的無縫鋼管熱軋批量調(diào)度問題。

四、研究了鋼管熱軋生產(chǎn)與運(yùn)輸聯(lián)合調(diào)度問題與求解方法

    生產(chǎn)和運(yùn)輸分別是供應(yīng)鏈管理中的兩項(xiàng)緊密關(guān)聯(lián)的重要環(huán)節(jié)，具有較強(qiáng)的協(xié)同效應(yīng)。針對關(guān)鍵生產(chǎn)運(yùn)行因素中的成品運(yùn)輸計(jì)劃，考慮無縫鋼管廠熱軋生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)奶厥庑裕谧钚』a(chǎn)和運(yùn)輸資源浪費(fèi)的目標(biāo)下，建立了熱軋生產(chǎn)與運(yùn)輸聯(lián)合調(diào)度模型。通過對問題進(jìn)行分析，證明了問題的特性和存在局部最優(yōu)解的條件，提出了適用于此類問題的求解策略和框架。基于分析結(jié)果設(shè)計(jì)了熱軋批量生產(chǎn)與運(yùn)輸聯(lián)合調(diào)度算法，算法首先基于當(dāng)前運(yùn)輸計(jì)劃利用排序規(guī)則生成局部解，然后根據(jù)后續(xù)計(jì)劃進(jìn)行解的擴(kuò)展，以此循環(huán)直至完成所有運(yùn)輸單元的批量匹配。參考無縫鋼管廠生產(chǎn)實(shí)績設(shè)計(jì)的數(shù)值實(shí)驗(yàn)表明，與求解相似問題的經(jīng)典算法比較，算法能有效利用本文問題特征和性質(zhì)，在較短的時(shí)間范圍內(nèi)產(chǎn)生滿意的結(jié)果。研究成果豐富了無縫鋼管熱軋批量計(jì)劃理論體系中關(guān)于熱軋生產(chǎn)與運(yùn)輸聯(lián)合調(diào)度的內(nèi)容，提出的模型與求解方法對于具有相似特征的問題建模與求解具有借鑒意義。

   盡管本文在考慮生產(chǎn)運(yùn)行因素的無縫鋼管熱軋批量計(jì)劃問題上做了一些創(chuàng)新性的研究工作，取得了一定進(jìn)展，但還存在一些問題需要進(jìn)一步研究和完善；另外，在本文研究成果的基礎(chǔ)上，還有很多有意義的課題能夠作為未來的研究方向：

   1. 在對不銹鋼無縫管熱軋批量計(jì)劃問題的研究中，還存在進(jìn)一步擴(kuò)展的空間：在研究廣度上，本文從優(yōu)化訂單交貨、機(jī)器生產(chǎn)資源和運(yùn)輸資源利用率的角度出發(fā)，研究了三項(xiàng)關(guān)鍵生產(chǎn)運(yùn)行因素下的無縫鋼管熱軋批量計(jì)劃問題，但除此之外，無縫鋼管廠生產(chǎn)運(yùn)行中還存在熱工具管理、庫存管理和能源管理等問題，考慮這些生產(chǎn)運(yùn)行因素的熱軋批量計(jì)劃是下一步需要繼續(xù)研究的方向；在研究深度上，不銹鋼無縫管熱軋批量計(jì)劃可同時(shí)針對若干生產(chǎn)運(yùn)行因素建立多目標(biāo)優(yōu)化模型，探索新目標(biāo)下問題性質(zhì)的變化，這也是下一步需要研究的方向。

  2. 在對無縫鋼管熱軋批量計(jì)劃的研究中，還存在有待進(jìn)一步探索的方法。熱軋批量計(jì)劃問題由熱軋訂單組批問題和熱軋批量調(diào)度問題構(gòu)成，訂單組批是批量調(diào)度的前序環(huán)節(jié)，在以往的研究中，往往將二者分開研究。本文也延續(xù)了這一傳統(tǒng)研究方法，先進(jìn)行訂單組批，再進(jìn)行批量調(diào)度。但筆者在研究中發(fā)現(xiàn)二者是具有一定內(nèi)在聯(lián)系的，即由不同的訂單組合而成的批量集合會影響后續(xù)批量調(diào)度結(jié)果。在部分生產(chǎn)管理環(huán)境下，可允許在批量調(diào)度階段進(jìn)行有限度的批量重新組合，這種情況下，生產(chǎn)調(diào)度的最小單位不再僅僅是批量，而還可以是生產(chǎn)訂單。如何合理調(diào)度生產(chǎn)訂單以實(shí)現(xiàn)調(diào)度目標(biāo)最優(yōu)化，成為熱軋批量計(jì)劃所面臨的有待解決的新問題。