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浅析如何优化废钢铁企业生产系统模型
摘要 本文通过对鞍钢钢材加工中心的生产系统分析，应用线性规划建立数学模型来解决生产过程问题，即产品优化问题、配料优化问题；对历史规律进行统计分析，引入弹性概念，来解决安全库存问题，即建立安全库存弹性控制模型。运用Excel９７，对模型求解，并进行结果分析和经济效益计算，以此来制定生产计划，指导生产，提高经济效益。并提出若干建议和对策，从而保证生产系统按照优化的方向运行。 关键词：生产系统优化 库存管理 线性规划模型 废钢铁加工
1 引言 近年来，国有企业改革遇到前所未有的困难，企业如何挖掘内部潜力、加强科学管理使企业自身很好的适应市场经济的要求，如何加强对生产系统的总体经济效益的分析与研究，提高经济效益，是摆脱困境的迫切要求，也是我们需要迫切研究的问题。对于一个具有产购销的废钢铁企业来说，国内对生产系统的研究关注得似乎不够，只注重在设备和流通领域的研究上，而国外研究的重点放在化学处理方面。另外，人们认为废钢铁企业现场复杂，操作简单，对企业内部的研究未引起足够的认识，特别是在管理科学方面的应用有所忽略，因此，本文特别关注废钢铁企业的生产系统研究。 目前，废钢铁企业生产系统存在以下问题亟需解决： 1.各种生产过程中下来的废钢铁资源如何优化配置，实现资源的充分利用，即在保证钢厂、铁厂需要的前提下，输出多少废钢、销售多少各种可利用废次材； 2.向炼钢厂输送炉料，用的工具是大槽子，大槽子中的各种废钢铁如何配比，并满足炼钢需要，以使成本最低，从而避免装槽子的无规律性和盲目性； 3.在全鞍钢的废钢铁输入、输出过程中，在钢材加工中心有相当量的一部分库存，究竟如何控制安全库存量，又能满足内部生产需要，同时又能压缩资金占用，盘活流动资金，也是一个非常突出的问题。 通过建立、运用理论上的模型，构出行之有效的生产运作模式，是实现成本最低、利润最大的有效途径。
2 鞍钢钢材加工中心生产系统优化模型 ２.１生产过程优化模型建立 ２.１. １产品品种产量优化模型①的建立 １． 有关情况分析： 与产品生产利润最大化有关的主要因素有单位利润、加工能力、各种资源量及市场需求情况等。 ２． 确定决策变量 从生产现状分析来看，在生产过程中，主要挑选、加工各品种的废次钢材、向外输出各品种的废钢铁。在此，我们以各品种产量为决策变量,Xj(j=1,2, ……n) 为第j种产品的计划产量。每种产品的单位利润均由财务部门核出。 ３．约束方程系数和右边常数Bj的确定 (1)为了简化问题，可以将所有废钢产品按其加工性质的不同,测算了每单位产品所需要的挑选工时、切割工时、打碎工时、打包工时、冷剪工时、爆破工时，及每天全厂所能提供的总工时，以便统一考虑生产能力。 (2)各类产品的原料是生产回收和非生产回收入厂的废钢铁资源，生产科根据历年的统计资料及９９年的计划回收情况，可估算当年的各大类原料的资源情况，从而给出一个资源供应的最大可能值。单位产品资源消耗情况可核定。 (3)关于需求量情况。由生产科、经营科根据企业内部生产实际及外部的市场需求状况确定。 4.目标函数的确定 产品总利润是产品的单位利润与产品品种产量乘积之和. 综上，品种优化模型如下： n MaxZ=ΣcjXj(j=1,2,…n) j=1
Ｓ.Ｔ. 资源约束、加工能力约束： n ΣAjXj≤(或 =)Bj(j=1, ……n) J=1 需求约束： Xj≤(或 =)Bj(j=1, ……n) ２.１.２内部配料优化模型②的建立 内供的各品种废钢铁要通过装入料槽送到钢厂，如何组织装槽子即对输出的各类废钢铁进行配料也是生产过程中要考虑的问题，而不是直接将每种废钢铁输送到钢厂，这样既不能满足炼钢工艺的要求，也不符合经济核算上的需要。在满足工艺要求的前提下，尽可能提高或保持槽重，缩短装炉时间和冶炼时间。对内部输出的各种产品的配料进行优化，其主要的理论依据是满足工艺要求，满足操作要求，保证每个料槽的成本最低。 １．有关情况分析： （1）根据鞍钢现行转炉炉口直径的大小，槽子形状为一端成斜开口形长方体,其体积为6.75立方米。从工艺上实践表明：若一个料槽中全部装入重型废钢，比如切头，在入炉装料时极易砸坏炉底，若料槽中全部装轻薄料，则需多加几次废钢料，这样将延长加料时间，直接影响冶炼周期，同时发生烧损，将降低产量。根据生产上的实践，槽重保持在１４吨最为合适。 (2)装料时，不同品种的槽料废钢铁因其堆积密度和单位成本不同而影响槽重和槽料成本③. 单纯从提高槽重的角度分析，装槽时应多加入堆积密度高的废钢铁，单纯从降低槽料成本角度考虑，装料时应多加入单位成本低的废钢铁，这正是本配料模型所要解决的问题之一。 (3)由于内供各种资源的需求量及资源存量情况的存在，把98年废钢铁资源量按12个月平均得出月均资源情况. 2.输出配料模型的建立 (1)确定决策变量 根据各种内供输出原料的情况，确定以下１４个变量X1，X2,……X14,分别代表料槽中切头、废模、废锭、剪切废钢、重型废钢、中型废钢、轻型废钢、普通包块、碎钢霄、废铁、杂铁、唐麻铁、爆破渣钢、挑选渣钢的投量。（单位为吨） (2)确定目标函数 优化料槽中配料实质上是解决了槽重与成本间问题，也就是要在保证槽重和工艺要求的前提下，使槽料成本最低。槽料成本是各类装槽废钢铁与其单位成本乘积之和，即： n MinZ=ΣcjXj(j=1, ……n) j=1 (3)约束条件的确定 ① 料槽单重约束。由于生产工艺上的要求，计划料槽单重为C1吨／槽，所以有， X1+X2……+Xj≥C1 ② 料槽容积约束。料槽容积为C2立方米，装槽时，不应超过其容积，所以有， n Σ 1/rjXj≤C2(j=1, ……n) j=1 ③ 资源量约束。每个 料槽中的资源量: 0 ≤ Xi≤Bj(j=1, ……n) ２.２安全库存模型③的建立 ２.２.１安全库存弹性控制模型产生的理论依据 本文中，弹性定义为：弹性就是某一特征在一定时期的实际结果相当于其理想水准（亦称均衡标准）的变动程度或波动幅度。在我国的大多数企业中，企业的生产供给活动大多存在着这种弹性，但由于这些企业弹性的非均衡生产供给规律在不同年度及不同的月份的纵横时间中，其数量表现大小不等而又杂乱无章，而在物料管理中常流于盲目和简单化。因此，引用物理学中的“弹性”概念来构造存储弹性控制模型就更是具有必要性和现实性。其理论上的依据是： 1.企业的生产经营活动是一个相互影响相互制约的有机系统组合。就物料管理而言，它的合理运行机制应是：“生产取决于
1 引言 近年来，国有企业改革遇到前所未有的困难，企业如何挖掘内部潜力、加强科学管理使企业自身很好的适应市场经济的要求，如何加强对生产系统的总体经济效益的分析与研究，提高经济效益，是摆脱困境的迫切要求，也是我们需要迫切研究的问题。对于一个具有产购销的废钢铁企业来说，国内对生产系统的研究关注得似乎不够，只注重在设备和流通领域的研究上，而国外研究的重点放在化学处理方面。另外，人们认为废钢铁企业现场复杂，操作简单，对企业内部的研究未引起足够的认识，特别是在管理科学方面的应用有所忽略，因此，本文特别关注废钢铁企业的生产系统研究。 目前，废钢铁企业生产系统存在以下问题亟需解决： 1.各种生产过程中下来的废钢铁资源如何优化配置，实现资源的充分利用，即在保证钢厂、铁厂需要的前提下，输出多少废钢、销售多少各种可利用废次材； 2.向炼钢厂输送炉料，用的工具是大槽子，大槽子中的各种废钢铁如何配比，并满足炼钢需要，以使成本最低，从而避免装槽子的无规律性和盲目性； 3.在全鞍钢的废钢铁输入、输出过程中，在钢材加工中心有相当量的一部分库存，究竟如何控制安全库存量，又能满足内部生产需要，同时又能压缩资金占用，盘活流动资金，也是一个非常突出的问题。 通过建立、运用理论上的模型，构出行之有效的生产运作模式，是实现成本最低、利润最大的有效途径。
2 鞍钢钢材加工中心生产系统优化模型 ２.１生产过程优化模型建立 ２.１. １产品品种产量优化模型①的建立 １． 有关情况分析： 与产品生产利润最大化有关的主要因素有单位利润、加工能力、各种资源量及市场需求情况等。 ２． 确定决策变量 从生产现状分析来看，在生产过程中，主要挑选、加工各品种的废次钢材、向外输出各品种的废钢铁。在此，我们以各品种产量为决策变量,Xj(j=1,2, ……n) 为第j种产品的计划产量。每种产品的单位利润均由财务部门核出。 ３．约束方程系数和右边常数Bj的确定 (1)为了简化问题，可以将所有废钢产品按其加工性质的不同,测算了每单位产品所需要的挑选工时、切割工时、打碎工时、打包工时、冷剪工时、爆破工时，及每天全厂所能提供的总工时，以便统一考虑生产能力。 (2)各类产品的原料是生产回收和非生产回收入厂的废钢铁资源，生产科根据历年的统计资料及９９年的计划回收情况，可估算当年的各大类原料的资源情况，从而给出一个资源供应的最大可能值。单位产品资源消耗情况可核定。 (3)关于需求量情况。由生产科、经营科根据企业内部生产实际及外部的市场需求状况确定。 4.目标函数的确定 产品总利润是产品的单位利润与产品品种产量乘积之和. 综上，品种优化模型如下： n MaxZ=ΣcjXj(j=1,2,…n) j=1
Ｓ.Ｔ. 资源约束、加工能力约束： n ΣAjXj≤(或 =)Bj(j=1, ……n) J=1 需求约束： Xj≤(或 =)Bj(j=1, ……n) ２.１.２内部配料优化模型②的建立 内供的各品种废钢铁要通过装入料槽送到钢厂，如何组织装槽子即对输出的各类废钢铁进行配料也是生产过程中要考虑的问题，而不是直接将每种废钢铁输送到钢厂，这样既不能满足炼钢工艺的要求，也不符合经济核算上的需要。在满足工艺要求的前提下，尽可能提高或保持槽重，缩短装炉时间和冶炼时间。对内部输出的各种产品的配料进行优化，其主要的理论依据是满足工艺要求，满足操作要求，保证每个料槽的成本最低。 １．有关情况分析： （1）根据鞍钢现行转炉炉口直径的大小，槽子形状为一端成斜开口形长方体,其体积为6.75立方米。从工艺上实践表明：若一个料槽中全部装入重型废钢，比如切头，在入炉装料时极易砸坏炉底，若料槽中全部装轻薄料，则需多加几次废钢料，这样将延长加料时间，直接影响冶炼周期，同时发生烧损，将降低产量。根据生产上的实践，槽重保持在１４吨最为合适。 (2)装料时，不同品种的槽料废钢铁因其堆积密度和单位成本不同而影响槽重和槽料成本③. 单纯从提高槽重的角度分析，装槽时应多加入堆积密度高的废钢铁，单纯从降低槽料成本角度考虑，装料时应多加入单位成本低的废钢铁，这正是本配料模型所要解决的问题之一。 (3)由于内供各种资源的需求量及资源存量情况的存在，把98年废钢铁资源量按12个月平均得出月均资源情况. 2.输出配料模型的建立 (1)确定决策变量 根据各种内供输出原料的情况，确定以下１４个变量X1，X2,……X14,分别代表料槽中切头、废模、废锭、剪切废钢、重型废钢、中型废钢、轻型废钢、普通包块、碎钢霄、废铁、杂铁、唐麻铁、爆破渣钢、挑选渣钢的投量。（单位为吨） (2)确定目标函数 优化料槽中配料实质上是解决了槽重与成本间问题，也就是要在保证槽重和工艺要求的前提下，使槽料成本最低。槽料成本是各类装槽废钢铁与其单位成本乘积之和，即： n MinZ=ΣcjXj(j=1, ……n) j=1 (3)约束条件的确定 ① 料槽单重约束。由于生产工艺上的要求，计划料槽单重为C1吨／槽，所以有， X1+X2……+Xj≥C1 ② 料槽容积约束。料槽容积为C2立方米，装槽时，不应超过其容积，所以有， n Σ 1/rjXj≤C2(j=1, ……n) j=1 ③ 资源量约束。每个 料槽中的资源量: 0 ≤ Xi≤Bj(j=1, ……n) ２.２安全库存模型③的建立 ２.２.１安全库存弹性控制模型产生的理论依据 本文中，弹性定义为：弹性就是某一特征在一定时期的实际结果相当于其理想水准（亦称均衡标准）的变动程度或波动幅度。在我国的大多数企业中，企业的生产供给活动大多存在着这种弹性，但由于这些企业弹性的非均衡生产供给规律在不同年度及不同的月份的纵横时间中，其数量表现大小不等而又杂乱无章，而在物料管理中常流于盲目和简单化。因此，引用物理学中的“弹性”概念来构造存储弹性控制模型就更是具有必要性和现实性。其理论上的依据是： 1.企业的生产经营活动是一个相互影响相互制约的有机系统组合。就物料管理而言，它的合理运行机制应是：“生产取决于
