在復(fù)雜多變的市場(chǎng)環(huán)境下，如何滿足多品種惊完、小批量和客戶個(gè)性化的需求稽莉，如何合理配置和有效利用企業(yè)關(guān)鍵資源膜蛔，如何通過(guò)信息集成來(lái)推動(dòng)生產(chǎn)流程優(yōu)化坛猪，需要企業(yè)將制造執(zhí)行系統(tǒng) (MES)進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)行、優(yōu)化控制與優(yōu)化管理皂股。生產(chǎn)調(diào)度是一個(gè)重要部分墅茉，連接著管理層和控制層，是生產(chǎn)管理的核心和關(guān)鍵技術(shù)呜呐。

? 鋁企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程比較獨(dú)特就斤，介于離散型生產(chǎn)和連續(xù)型生產(chǎn)之間，各工序問(wèn)呈現(xiàn)順序加工的關(guān)系蘑辑，且前后工序緊密銜接洋机，不僅存在物流平衡和資源平衡問(wèn)題，同時(shí)存在能力平衡和時(shí)間平衡問(wèn)題．鋁企業(yè)的生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題洋魂，不能單純照搬離散型制造企業(yè)如機(jī)械加工的生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)绷旗，也不能簡(jiǎn)單套用連續(xù)型生產(chǎn)企業(yè)如化工企業(yè)的生產(chǎn)管理方法，必須分析其生產(chǎn)環(huán)境副砍、優(yōu)化目標(biāo)和約束條件刁标，探討企業(yè)范圍內(nèi)信息的集成，編制系統(tǒng)址晕、全面顿锰、合理地生產(chǎn)調(diào)度硼控，實(shí)現(xiàn)鋁企業(yè)生產(chǎn)流程的整體優(yōu)化。

1 鋁企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的基本特征

? 1.1 鋁企業(yè)生產(chǎn)流程及其特點(diǎn)

? 鋁的生產(chǎn)過(guò)程主要包括電解纷责、熔煉、鑄造不瓶、噴涂以及氧化等工序蚊丐，介于離散型生產(chǎn)和連續(xù)型生產(chǎn)之間讲竿，屬混合型生產(chǎn)，電解階段是將氧化鋁等通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)削彬，生成鋁水和二氧化物神僵。熔煉階段則是將電解過(guò)程后的鋁水注入熔爐沛励，根據(jù)訂單的屬性添加各種添加劑胁赢，從而得到需要的化學(xué)成分．熔煉過(guò)后谅摄，鋁水經(jīng)過(guò)保溫爐除氣后通過(guò)一系列轉(zhuǎn)注工具澆入到一定形狀的鑄模中冷卻虚青，得到一定形狀和尺寸鑄錠．

? 鋁企業(yè)生產(chǎn)物流和生產(chǎn)方式比較獨(dú)特，主要表現(xiàn)在：首先，生產(chǎn)階段性顯著．在熔煉階段何乎，主要以化學(xué)變化為主拷淘，需嚴(yán)格控制鋁液的化學(xué)成分贬堵；在鑄造階段，主要以物理變化為主蒸殿，需按照客戶訂單要求控制產(chǎn)品的外形尺寸．其次，生產(chǎn)能力體現(xiàn)集中性．一般情況下，整個(gè)鋁企業(yè)生產(chǎn)能力的瓶頸主要體現(xiàn)在熔煉與鑄造階段的關(guān)鍵設(shè)備上．第三，生產(chǎn)階段具有連續(xù)性．從熔煉到鑄造膛薛，整個(gè)高耗能階段以一種連續(xù)的生產(chǎn)方式進(jìn)行听隐，各操作之間的緩沖有限，前后工序要求銜接匹配．第四哄啄，生產(chǎn)過(guò)程屬持續(xù)高溫作業(yè)雅任，能耗大，加強(qiáng)能源管理有助于降低成本和減少環(huán)境污染咨跌。

? 1.2 鋁企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度的復(fù)雜性

? 鋁企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度通過(guò)對(duì)訂單優(yōu)化組批和排序來(lái)滿足產(chǎn)品成分沪么、鑄造形狀、交貨期锌半、優(yōu)先權(quán)等訂單屬性要求禽车，通過(guò)液態(tài)鋁水供給、熔煉刊殉、鑄造和擠壓之間的平衡實(shí)現(xiàn)一體化生產(chǎn)目標(biāo)殉摔，以及通過(guò)合理配置關(guān)鍵設(shè)備和關(guān)鍵資源，盡可能減少設(shè)備調(diào)整準(zhǔn)備成本和資源浪費(fèi)记焊，實(shí)現(xiàn)縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期逸月、降低生產(chǎn)成本、準(zhǔn)時(shí)交貨和提高產(chǎn)品質(zhì)量等目的．

? 鋁企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度的基本特征表現(xiàn)為：①干擾多亚亲、識(shí)別困難．不確定的生產(chǎn)時(shí)間彻采、偶發(fā)性的設(shè)備故障、不合格的鋁水成分等使得生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題成為隨機(jī)優(yōu)化問(wèn)題捌归；②工序多且相互銜接．電解肛响、熔煉、保溫惜索、澆鑄特笋、擠壓等各個(gè)環(huán)節(jié)在物流及工藝上聯(lián)系緊密，前后工序存在銜接匹配問(wèn)題．③約束多且關(guān)系復(fù)雜．生產(chǎn)工藝流程巾兆、產(chǎn)品交貨期及優(yōu)先權(quán)猎物、設(shè)備生產(chǎn)能力、庫(kù)存角塑、物流平衡等都是調(diào)度中應(yīng)綜合考慮的約束條件蔫磨；④優(yōu)化目標(biāo)較多．提高設(shè)備利用率、降低生產(chǎn)成本圃伶、最大化成材率堤如、顧客交貨期承諾等都是生產(chǎn)管理追求的優(yōu)化目標(biāo)蒲列，且目標(biāo)之間可能存在沖突；⑨優(yōu)化準(zhǔn)則的復(fù)雜性．從問(wèn)題的優(yōu)化準(zhǔn)則來(lái)看搀罢，同時(shí)有基于代價(jià)的優(yōu)化準(zhǔn)則及基于性能的優(yōu)化準(zhǔn)則蝗岖；⑥求解的困難性．鋁生產(chǎn)過(guò)程存在大量離散變量和連續(xù)變量，涉及優(yōu)化目標(biāo)和約束條件眾多榔至，生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題是混雜系統(tǒng)調(diào)度問(wèn)題抵赢，是NP(Non—Polynomial)完全問(wèn)題，隨著調(diào)度問(wèn)題處理對(duì)象的增加唧取，求解時(shí)間呈指數(shù)性增加．

2 鋁企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化目標(biāo)

? (1)提高設(shè)備利用率．鋁企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備投資大铅鲤，能耗高，提高設(shè)備利用率是降低生產(chǎn)成本兵怯，挖掘企業(yè)利潤(rùn)空間的重要手段．減少設(shè)備調(diào)整次數(shù)及空閑等待時(shí)間彩匕，消除設(shè)備沖突，注重設(shè)備保養(yǎng)和管理媒区，減少設(shè)備故障是生產(chǎn)調(diào)度的重要目的．

? (2)最大化成材率．產(chǎn)品質(zhì)量是否符合客戶訂單要求以及生產(chǎn)過(guò)程形成的無(wú)委材及幾何廢料重量的多少是影響成材率的兩個(gè)因素．企業(yè)基于訂單組織生產(chǎn)驼仪，由于訂單的屬性不一，體現(xiàn)多品種小批量特點(diǎn)袜漩，存在訂單屬性的滿足與實(shí)際生產(chǎn)規(guī)程的適應(yīng)問(wèn)題．通過(guò)訂單合理組批和設(shè)備指派優(yōu)化绪爸，持續(xù)推進(jìn)全面質(zhì)量管理，降低無(wú)委材和幾何廢料重量以及保證產(chǎn)品質(zhì)量是最大成材率的主要手段．

? (3)減少等待時(shí)間．等待時(shí)問(wèn)分為在制品等待時(shí)間及設(shè)備空閑時(shí)間．如鋁水在熔煉爐前的等待時(shí)間宙攻、鋁液在保溫爐中的等待時(shí)間奠货、熔煉爐空閑時(shí)間及澆鑄機(jī)空閑時(shí)間．在制品等待時(shí)間造成能源浪費(fèi)，降低能源利用率座掘；設(shè)備空閑時(shí)間造成能源浪費(fèi)递惋，降低設(shè)備的有效產(chǎn)能．一般通過(guò)生產(chǎn)過(guò)程的信息共享及各個(gè)工序的協(xié)調(diào)來(lái)實(shí)現(xiàn)一體化生產(chǎn)，降低生產(chǎn)過(guò)程的各種等待時(shí)間．

? (4)保證準(zhǔn)時(shí)交貨．準(zhǔn)時(shí)交貨是保證顧客滿意度及提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的主要因素．交貨期越短溢陪，準(zhǔn)時(shí)交貨則越難．由此萍虽，在已有生產(chǎn)能力基礎(chǔ)上做出準(zhǔn)確的訂單承諾，考慮不同產(chǎn)品交貨期下合理的生產(chǎn)安排形真，在保證產(chǎn)品質(zhì)量基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)工序能力充分利用是影響準(zhǔn)時(shí)交貨的重要因素．

? 此外杉编，生產(chǎn)調(diào)度還有諸如加工周期、總完工時(shí)間咆霜、最大拖期邓馒，總誤工數(shù)，最小加工成本等優(yōu)化目標(biāo)．鋁企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化目標(biāo)是相互關(guān)聯(lián)的蛾坯，科學(xué)合理的生產(chǎn)調(diào)度應(yīng)基于整體優(yōu)化目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)光酣，而不是簡(jiǎn)單片面追求單個(gè)目標(biāo)的優(yōu)化．

3 鋁企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度約束條件

? (1)工藝約束．工藝約束指在生產(chǎn)過(guò)程中為保證生產(chǎn)正常進(jìn)行和產(chǎn)品質(zhì)量符合客戶要求所應(yīng)遵循和滿足的生產(chǎn)規(guī)程．主要工藝約束條件有：①同一熔煉爐中，若前后兩個(gè)爐次成分存在沖突脉课，如后一爐次不允許含有前者的任何合金成分救军，則需對(duì)爐子進(jìn)行清洗改览；②為避免化學(xué)成分變化或溫度下降造成的鑄件質(zhì)量下降和能源消耗，鋁水在各個(gè)工序之間的等待時(shí)間應(yīng)嚴(yán)格控制缤言，盡量實(shí)現(xiàn)零等待或等待較短時(shí)間；③真空抬包從電解槽內(nèi)抽出鋁液后视事，在熔煉爐前的等待時(shí)間有限胆萧，抬包內(nèi)的鋁液必須一次傾倒完畢；④熔煉爐連續(xù)工作一定時(shí)問(wèn)后俐东，為清除爐內(nèi)的殘?jiān)耄枰獙?duì)爐子進(jìn)行清洗．

? (2)設(shè)備約束．設(shè)備約束指在生產(chǎn)過(guò)程中為實(shí)現(xiàn)設(shè)備的合理利用及生產(chǎn)順暢、保證產(chǎn)品質(zhì)量等目的虏辫，設(shè)備所應(yīng)遵循的使用規(guī)程．如果設(shè)備使用不當(dāng)蚌吸，特別是關(guān)鍵設(shè)備如熔爐和澆鑄機(jī)，會(huì)影響整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)成本及生產(chǎn)能力．主要設(shè)備約束條件有：①某個(gè)具體環(huán)節(jié)每個(gè)訂單只能指派給一個(gè)設(shè)備砌庄，且訂單的總重量小于該設(shè)備的生產(chǎn)能力羹唠；②生產(chǎn)流程的連續(xù)性要求2臺(tái)或3臺(tái)熔爐為一個(gè)澆鑄機(jī)提供鋁水，避免澆鑄機(jī)因饑餓而等待娄昆；③澆鑄機(jī)有若干個(gè)尺寸不一的鑄模決定著鑄件的外形尺寸佩微、鑄模不經(jīng)常更換，且僅當(dāng)整個(gè)澆鑄生產(chǎn)過(guò)程停止時(shí)可更換萌焰；④澆鑄機(jī)必須能完全消耗熔爐之后的鋁水哺眯；⑤由于多臺(tái)熔爐在鋁液傾倒操作中使用同一過(guò)濾設(shè)備，則不能同時(shí)對(duì)來(lái)自多臺(tái)熔爐不同成分的鋁液進(jìn)行加工處理．

? (3)訂單屬性約束．訂單屬性約束指客戶訂單對(duì)產(chǎn)品屬性扒俯，如成分奶卓、尺寸、重量和交貨期等方面的要求．主要訂單屬性約束條件有：①交貨期約束．在調(diào)度中應(yīng)努力保證訂單在客戶交貨期內(nèi)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)時(shí)交貨撼玄；②成分約束．成分約束主要體現(xiàn)在產(chǎn)品應(yīng)滿足訂單對(duì)產(chǎn)品合金成分(如硅夺姑、鎂、銅等)的要求互纯；③外形尺寸約束瑟幕，外形尺寸約束表現(xiàn)為在如澆鑄和擠壓等成型環(huán)節(jié)滿足訂單外形尺寸(寬、厚留潦、直徑或長(zhǎng)度等)的要求只盹；④優(yōu)先權(quán)約束．根據(jù)不同的產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益和客戶關(guān)系，訂單有不同的優(yōu)先權(quán)兔院，調(diào)度時(shí)應(yīng)充分考慮訂單的優(yōu)先權(quán)約束殖卑，合理安排優(yōu)先訂單的生產(chǎn)．

? (4)物流平衡約束．物流平衡約束指在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程需要保證物流高效運(yùn)作、前后工序協(xié)調(diào)匹配坊萝，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)批量在時(shí)問(wèn)和數(shù)量上匹配．主要的物流平衡約束有：①熔爐熔煉能力應(yīng)大于電解車(chē)間電解能力孵稽，保證從電解車(chē)間過(guò)來(lái)的鋁液無(wú)等待或等待時(shí)間短许起；②因鋁液儲(chǔ)存困難，熔煉完后的鋁水必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)送到鑄造階段進(jìn)行澆鑄菩鲜，同時(shí)澆鑄階段必須能完全且及時(shí)消耗掉熔煉階段的鋁水园细；③保證各個(gè)階段在制品庫(kù)存平衡及最終產(chǎn)品庫(kù)存平衡，如在制品和最終產(chǎn)品庫(kù)存均不能超過(guò)企業(yè)庫(kù)存能力接校，按訂單生產(chǎn)時(shí)必須考慮已有庫(kù)存和訂單的匹配情況等．

4 基于MES系統(tǒng)的鋁企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化

? 4.1 鋁企業(yè)MES的功能結(jié)構(gòu)

? 制造執(zhí)行系統(tǒng)作為連接ERP猛频、CRM、SCM等企業(yè)級(jí)業(yè)務(wù)計(jì)劃系統(tǒng)和過(guò)程控制系統(tǒng)的橋梁蛛勉，不僅是工廠內(nèi)部的管理系統(tǒng)鹿寻，而且在企業(yè)范圍的信息集成中起著承上啟下的重要作用．鋁企業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要包括生產(chǎn)調(diào)度诽凌、設(shè)備管理毡熏、質(zhì)量管理、物料跟蹤侣诵、庫(kù)存管理等功能模塊痢法，側(cè)重解決企業(yè)資源計(jì)劃與底層生產(chǎn)過(guò)程控制信息之間出現(xiàn)的脫節(jié)問(wèn)題，使下層生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)信息和上層企業(yè)資源管理的各類(lèi)信息融合與貫通窝趣，實(shí)現(xiàn)鋁企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化控制疯暑、優(yōu)化運(yùn)行和優(yōu)化管理的信息集成．在鋁企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中，從進(jìn)廠的原材料到最終成品的形成哑舒，經(jīng)過(guò)多段生產(chǎn)妇拯、多段運(yùn)輸、多地存儲(chǔ)洗鸵，涉及到訂單越锈、工藝、質(zhì)量膘滨、設(shè)備和生產(chǎn)等各種信息甘凭，以生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度為主要內(nèi)容的協(xié)同過(guò)程，不僅在鋁企業(yè)內(nèi)部各過(guò)程之問(wèn)的組織火邓，而且在企業(yè)與外部系統(tǒng)協(xié)調(diào)中起到核心作用．

? 4.2 基于MES系統(tǒng)的鋁企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度

? (1)鋁企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度的建模技術(shù)．鋁企業(yè)的特點(diǎn)使得其生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題非常復(fù)雜丹弱，主要的建模方法有：分解模型，將調(diào)度問(wèn)題分解為若干個(gè)規(guī)模較小的子問(wèn)題铲咨，包括基于時(shí)問(wèn)分解躲胳、基于機(jī)器(設(shè)備)分解、基于工件(訂單)分解纤勒；混合整數(shù)規(guī)劃方法坯苹、混合模型、混合整數(shù)非線性模型等摇天；基于敏捷性的建模方法粹湃；基于模糊理論的建模方法．鋁生產(chǎn)調(diào)度用得較多的主要有基于時(shí)間分解恐仑、混合整數(shù)模型等．建模策略主要包含約束處理策略以及目標(biāo)選擇策略．約束處理方面，包括正確區(qū)分軟約束和硬約束为鳄，科學(xué)評(píng)定約束優(yōu)先權(quán)及訂單優(yōu)先權(quán)裳仆，準(zhǔn)確抽象動(dòng)態(tài)環(huán)境下的生產(chǎn)條件，以及對(duì)生產(chǎn)實(shí)際如加工期交貨期等的模糊處理等．目標(biāo)選擇方面孤钦，力爭(zhēng)調(diào)度目標(biāo)吻合企業(yè)MES體系鉴逞，進(jìn)而吻合包含MES在內(nèi)的企業(yè)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)，避免優(yōu)化目標(biāo)的簡(jiǎn)單化和不全面．對(duì)鋁企業(yè)而言司训，優(yōu)化目標(biāo)應(yīng)保證生產(chǎn)的安全、平穩(wěn)液南，通過(guò)合理安排盡量完成計(jì)劃并盡量減少不同生產(chǎn)狀態(tài)的切換以生產(chǎn)更多高附加值產(chǎn)品．

? (2)鋁企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題的求解算法．由于約束條件的繁多和復(fù)雜性壳猜，調(diào)度模型算法應(yīng)顧全生產(chǎn)約束和求解效率，能理想運(yùn)用于實(shí)際生產(chǎn)滑凉，其主要有：?jiǎn)l(fā)式方法统扳，求解時(shí)間短，但不易確定近似程度畅姊；數(shù)學(xué)規(guī)劃方法咒钟，可得到全局最優(yōu)解及對(duì)調(diào)度方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，但求解時(shí)間長(zhǎng)若未；遺傳算法朱嘴，容易解決調(diào)度的多目標(biāo)復(fù)雜目標(biāo)問(wèn)題，但局部收斂較慢問(wèn)粗合；模擬退火法萍嬉，突破局部搜索的限制，收斂快隙疚，但參數(shù)選擇比較困難壤追；模糊邏輯，適用于知識(shí)表達(dá)供屉，有較強(qiáng)的邏輯功能行冰，但模糊規(guī)則的確定比較困難．已有的鋁企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度模型求解主要采用雙環(huán)遺傳算法、啟發(fā)式算法伶丐、蟻群算法以及啟發(fā)式算法和遺傳算法相結(jié)合的算法．智能優(yōu)化算法通過(guò)模擬或揭示自然界的某些現(xiàn)象和過(guò)程得到發(fā)展悼做，以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和集中在解決大規(guī)模生產(chǎn)調(diào)度領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用．

? (3)鋁生產(chǎn)調(diào)度模型的工程應(yīng)用．由于生產(chǎn)調(diào)度的重要性及其復(fù)雜性，鋁企業(yè)的調(diào)度支持系統(tǒng)應(yīng)結(jié)合其自身特點(diǎn)撵割，應(yīng)突出生產(chǎn)過(guò)程中調(diào)度功能的作用贿堰，調(diào)度信息與其它信息的集成及動(dòng)態(tài)環(huán)境下的適應(yīng)性：首先在生產(chǎn)實(shí)際的基礎(chǔ)上綜合調(diào)度算法的精準(zhǔn)性和人工經(jīng)驗(yàn)的實(shí)用性建立人機(jī)交互機(jī)制；其次開(kāi)發(fā)能反映多種目標(biāo)啡彬、能靈活處理各種約束羹与、能快速響應(yīng)動(dòng)態(tài)變化的生產(chǎn)調(diào)度算法故硅；最后努力實(shí)現(xiàn)調(diào)度功能與MES中的其他功能集的融合，融入冶金企業(yè)及流程行業(yè)的專(zhuān)有關(guān)鍵技術(shù)纵搁，如一體化計(jì)劃吃衅、全面質(zhì)量管理技術(shù)、動(dòng)態(tài)成本控制技術(shù)腾誉、設(shè)備故障監(jiān)測(cè)與分析等徘层，以解決生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各種復(fù)雜問(wèn)題．針對(duì)鋁企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度，已有的工程應(yīng)用：精誠(chéng)MES制造執(zhí)行系統(tǒng)的金屬解決方案利职。

5 結(jié)束語(yǔ)

? 通過(guò)對(duì)鋁企業(yè)生產(chǎn)流程特點(diǎn)的概括趣效，闡述其生產(chǎn)調(diào)度的多約束多目標(biāo)特征，分析鋁生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題的復(fù)雜性猪贪，同時(shí)構(gòu)建鋁企業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)的功能框架跷敬，探討了鋁企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度的建模策略、求解算法及工程應(yīng)用热押，為鋁企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度進(jìn)一步的理論研究及實(shí)際應(yīng)用提供方法論的指導(dǎo)西傀。