杜斌
對按合同或者按預(yù)測組織生產(chǎn)的鋼鐵制造基地來說，庫存智能優(yōu)化處置（余材充當）技術(shù)（下稱余材充當技術(shù)）是一項重要的競爭力。寶鋼股份經(jīng)過數(shù)代研發(fā)形成的余材充當技術(shù)，對企業(yè)競爭力的提高發(fā)揮了重要作用。
這種技術(shù)的價值體現(xiàn)在3個方面：一是在全局優(yōu)化效果方面，有效提高了各類余材的經(jīng)濟價值，目前效益已超過6000萬元；二是明顯提升勞動效率和減輕工程師勞動負荷，部分系統(tǒng)（如冷熱卷聯(lián)合充當系統(tǒng)）接近全自動工作，勞動效率提升近10倍；三是工藝規(guī)則數(shù)字化帶來的一系列企業(yè)知識數(shù)字化和智能化，實現(xiàn)了規(guī)則的靈活配置和統(tǒng)一管理，為工藝和制造管理提供了新手段，使持續(xù)優(yōu)化成為可能，并有利于公司工藝知識的傳承與積累。
余材與余材充當為何物？
在某種意義上，鋼鐵長流程產(chǎn)線可以看成由加工過程與庫存串聯(lián)而成。在鋼鐵生產(chǎn)中，加工節(jié)奏和單位時間產(chǎn)量由設(shè)備能力決定且基本固定，同時倉庫也已經(jīng)建設(shè)完成，因此，有效的庫存控制就成了提高制造效率的重要因素，直接決定了鋼鐵公司小批量、多品種的接單、制造能力，也就是所謂的柔性制造水平。
在按訂單生產(chǎn)的制造基地，鋼鐵制造產(chǎn)線的主要工序間，都會設(shè)立一些中間倉庫。中間倉庫除了滿足必要的工藝要求（如中間品下線冷卻）外，還會處理因為生產(chǎn)、質(zhì)量、設(shè)備、客戶等各類原因產(chǎn)生的與合同脫節(jié)的中間品或制成品。這些無合同產(chǎn)品、半成品，行業(yè)內(nèi)常常稱之為余材。幾乎所有按合同生產(chǎn)的產(chǎn)線都會產(chǎn)生不少余材，并且生產(chǎn)的品種越多、越復(fù)雜，訂單規(guī)模越小，余材也就越多。
余材的種類很多，按照所在的工序可以分為鑄坯余材、熱軋余材等，如圖1所示；按照產(chǎn)生的原因可以分為合同余材（沒有合同的合格品余材）、質(zhì)量余材（因為產(chǎn)品的質(zhì)量出現(xiàn)偏差而得名）等。
毫無疑問，余材會占用企業(yè)的庫存，加大庫存控制的難度，進而阻礙柔性制造水平的提高，導(dǎo)致鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)成本增加，因而對余材的減少、控制就顯得尤為重要。換句話說，庫存優(yōu)化技術(shù)與余材處理方式緊密相關(guān)。
減少余材的辦法主要有兩方面：一方面是從余材產(chǎn)生的源頭進行控制，即通過優(yōu)化生產(chǎn)組織、提高產(chǎn)品質(zhì)量來減少余材的產(chǎn)生。但由于合同多品種、小批量需求的限制，僅靠生產(chǎn)安排的優(yōu)化不能從根本上杜絕余材的產(chǎn)生，有些產(chǎn)品規(guī)格多、盈利能力強的優(yōu)勢產(chǎn)線，余材可能占總制造量的比例高達8%。另一方面是對已經(jīng)產(chǎn)生的余材進行合理利用，即將余材與合同相匹配，把庫存的各類余材賣給商家或者給其安排一個合適的訂單。這種給各類余材“賦予”新的合同的做法，行業(yè)稱之為余材充當。
如何把庫存的余材賣給商家，即針對各類余材安排合適的訂單，就產(chǎn)生了所謂余材充當?shù)慕M合優(yōu)化問題。（實際上，根據(jù)余材產(chǎn)生原因的不同，余材充當又可以分為合同余材充當及質(zhì)量余材充當?shù)炔煌瑔栴}，甚至可以擴展成為跨鋼級的余材處置。不過，這是更復(fù)雜的余材優(yōu)化問題，本文不展開說明。）
智能優(yōu)化模型讓余材充當更高效
盡管余材充當問題的復(fù)雜度很高，但人工智能或數(shù)學優(yōu)化技術(shù)，使我們不僅可以把合同余材與商家訂貨合同對接，還可以找到符合各方面指標（如交貨期、充當率、物流成本、后期制造）的優(yōu)化充當方案。更進一步，智能優(yōu)化模型在符合充當規(guī)則的情況下，可以把一些高等級質(zhì)量不合格的產(chǎn)品匹配給合適的低等級產(chǎn)品合同，使之通過完成后續(xù)的加工賣給客戶并符合要求，從而大大提升企業(yè)效益。
從工序的角度而言，目前智能優(yōu)化模型已經(jīng)可以在5分鐘~10分鐘內(nèi)，完成成千上萬的合同與余材優(yōu)化匹配的計算，所以，最新的模型不僅可以實施類似消耗熱卷余材這樣的單工序充當，也可以全產(chǎn)線、跨工序，覆蓋鑄坯、冷卷、熱卷。而這樣大跨度的對接，人腦做不到。
根據(jù)寶鋼新技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用的實際情況，過去費時費力地把余材與合同“掛接”的工作，可以通過新型的智能優(yōu)化模型（傳統(tǒng)數(shù)學優(yōu)化與近年高速發(fā)展的智能優(yōu)化，或者他們的組合）幾乎自動完成，同時，優(yōu)化的模型還可以從成百上千的余材與合同中，給出最佳的充當方案。新技術(shù)極大地提高了工作效率、節(jié)約了制造成本，特別是由于可以科學快速地處理余材，某種意義上，企業(yè)可以更大膽地接受更多的小型訂單，柔性制造能力大幅度提升。
目前，很多大型企業(yè)是由有經(jīng)驗的員工在信息系統(tǒng)的支持下人工完成。但這種方法的不足主要在于充當工作繁重，優(yōu)化水平低，工藝規(guī)則跟進維護需要計算機工程師的協(xié)助等。在智能化時代，新型智能優(yōu)化技術(shù)可以實現(xiàn)其自動且優(yōu)化的處置。
需要說明的是，對于產(chǎn)線簡單、訂單結(jié)構(gòu)單一的企業(yè)，這種智能優(yōu)化的處置似乎并不是十分急迫，或者說可以依靠人的智力完成充當工作，某些不按訂單生產(chǎn)的廠家甚至沒有庫存處置問題。但對于寶鋼這樣的企業(yè)，這類工作十分繁重，寶鋼股份寶山基地的操作人員為此難以正常休假。處理人員為了使余材處理的效果好一點，更是花很多時間研究，十分辛苦。
優(yōu)化匹配問題。把成百上千的余材與合同進行最優(yōu)的匹配是一個典型的組合優(yōu)化問題。在現(xiàn)代優(yōu)化技術(shù)出現(xiàn)之前，或者說大規(guī)模線性規(guī)劃的高效率算法出現(xiàn)前，常規(guī)計算機甚至強大的計算機都不能在較短時間內(nèi)完成這樣的匹配計算。20世紀90年代以來，在算法學家和工業(yè)界的努力下，人們逐漸突破傳統(tǒng)優(yōu)化的局限，開始了鋼鐵業(yè)余材充當智能優(yōu)化技術(shù)的研發(fā)。
寶鋼于2005年在國內(nèi)率先進行了余材處置智能優(yōu)化技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用研發(fā)，從最開始的單工序庫存（如僅考慮熱卷余材與熱卷合同的充當）開始，近年逐步完成了多工序聯(lián)合優(yōu)化自動處置、從合同余材到質(zhì)量余材、從單純的數(shù)學優(yōu)化處置到聯(lián)合材料計算技術(shù)的跨鋼級處置等技術(shù)的應(yīng)用，明顯地提高了工效和匹配價值，實現(xiàn)了部分產(chǎn)線產(chǎn)品的全自動優(yōu)化處理。
工藝規(guī)則數(shù)字化問題。庫存優(yōu)化不僅是余材與合同的匹配優(yōu)化問題，還有一個適應(yīng)工藝規(guī)則頻繁變化與增加的問題。余材充當中最為基礎(chǔ)的判定就是余材與合同能否匹配，這是由一組業(yè)務(wù)規(guī)則來確定的，規(guī)則與工藝、材料質(zhì)量特征、合同要求、生產(chǎn)組織要求甚至突發(fā)狀況等直接關(guān)聯(lián)，它們會隨著工藝提升、業(yè)務(wù)變化、管理改進等跟進變化，需要持續(xù)修改維護。這種模式以往完全依賴程序員，導(dǎo)致知識掌握者與軟件實現(xiàn)者脫節(jié)，出現(xiàn)理解偏差幾率較高，交流及實現(xiàn)代價較大，往往需要外部軟件公司人員介入而導(dǎo)致響應(yīng)周期很長，使自動充當變得非常困難。
針對這個問題，寶鋼研制了一種通用規(guī)則配置軟件。該軟件首先解決了“程序員依賴”問題，讓業(yè)務(wù)工程師能自己維護規(guī)則，保證“所述即所想”；規(guī)則數(shù)字化系統(tǒng)使業(yè)務(wù)工程師可以通過“無編程”方式在系統(tǒng)中完成規(guī)則的在線增加或修改，直接供智能優(yōu)化模型調(diào)用或者服務(wù)于其他需要的流程，精確保證了規(guī)則時效性、一致性，完全打消了業(yè)務(wù)工程師的顧慮。該系統(tǒng)設(shè)計了通俗易懂的規(guī)則邏輯描述界面，貼合日常思維，簡單培訓即可學會。
該通用平臺使長效與可變充當規(guī)則在這個平臺的支撐下成為可能，如圖2所示。但更重要的是，至此，充當規(guī)則有了統(tǒng)一的交流傳承平臺，實現(xiàn)了規(guī)則的數(shù)字化、軟件化，使得知識逐漸從各個工程師的腦中匯集到系統(tǒng)中，成為公司的知識資產(chǎn)。
另外，該通用規(guī)則系統(tǒng)不僅可以用于庫存處置，也可以應(yīng)用于很多鋼鐵智能化，甚至非工業(yè)問題，如運輸規(guī)則與物流優(yōu)化、成本分析與業(yè)績比較、人力資源管理等方面的問題。
從圖3可以看出，最終的余材充當解決方案由通用規(guī)則平臺與大規(guī)模充當優(yōu)化模型兩部分組成。從此，當工藝工程師需要根據(jù)市場和產(chǎn)品具體需要改變工藝規(guī)則時，只需自己在計算機系統(tǒng)上獨立完成并立刻進入應(yīng)用，不再需要等軟件開發(fā)人員來編制程序了。
在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)熱潮的現(xiàn)實下，我們需要強調(diào)，這項技術(shù)完全基于過去的信息化、數(shù)據(jù)和通信基礎(chǔ)，可謂事半功倍。
（作者系寶鋼研究院智能所研究員、寶鋼股份公司“制造管理決策技術(shù)虛擬團隊”負責人）
《中國冶金報》（2020年12月22日 04版四版）
