一、研究的背景與問題

在鋼鐵企業(yè)，除去設(shè)備投資，成本最大的莫過于鐵礦石、合金、能源等幾大方面。為了降低總的合金成本（通過降低產(chǎn)品合金含量等技術(shù)手段帶來的成本降低不在此列），寶鋼決定利用新一代人工智能與數(shù)學(xué)優(yōu)化技術(shù)研制合金采購與管理決策支持系統(tǒng)。為此研究院智能所與采購部、財(cái)務(wù)部、煉鋼廠等多部門合作，從合金采購優(yōu)化、多級(jí)庫存優(yōu)化、合金使用管理等多方面入手，以冶金機(jī)理計(jì)算、智能優(yōu)化技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、采購專家知識(shí)技術(shù)等為主要手段，研制決策支持信息系統(tǒng)。

二、解決問題的思路與技術(shù)方案

從合金管理的角度，合金需求的預(yù)測(cè)是研發(fā)重點(diǎn)之一，如何根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃計(jì)算出合金的真正需求為采購決策的重要基礎(chǔ)。以冶金機(jī)理計(jì)算為主，結(jié)合生產(chǎn)工藝的要求與過程控制模型，通過分析生產(chǎn)實(shí)績(jī)信息建立了多個(gè)煉鋼廠、多條精煉路徑的模型群，有效準(zhǔn)確地確定不同鋼種的合金消耗標(biāo)準(zhǔn)，從而能精確預(yù)測(cè)煉鋼合金的需求量。

合金需求預(yù)測(cè)模型同樣可以根據(jù)不同鋼種的產(chǎn)量計(jì)算煉鋼合金的實(shí)際用量，通過對(duì)比使用量與領(lǐng)用量，可以評(píng)價(jià)合金的管理水平，發(fā)現(xiàn)合金失竊等非正常消耗方面的漏洞。

從合金采購優(yōu)化而言，合金價(jià)格預(yù)測(cè)、合金需求預(yù)測(cè)是重要基礎(chǔ)。眾所周知，前者受市場(chǎng)等大環(huán)境影響變化莫測(cè)，十分困難。本系統(tǒng)通過收集市場(chǎng)信息（如網(wǎng)頁抓取、行業(yè)共享），以人機(jī)結(jié)合，專家決策為主的方式進(jìn)行。該方法雖然精度未必高，但大量市場(chǎng)和生產(chǎn)信息的呈現(xiàn)，各類輔助決策支持模型的計(jì)算，使得專家的決策更科學(xué)快捷。

過多或過少的庫存都會(huì)給企業(yè)帶來不必要的經(jīng)濟(jì)損失和生產(chǎn)的波動(dòng)。庫存優(yōu)化需要解決的問題是在預(yù)知未來需求的前提下，有計(jì)劃地保持合理庫存，在保證企業(yè)正常生產(chǎn)的情況下，使得由采購成本和儲(chǔ)存費(fèi)用構(gòu)成的原料綜合成本最優(yōu)。

三、主要?jiǎng)?chuàng)新性成果

本系統(tǒng)包含了一套計(jì)算模型（如下圖）。

圖1、合金采購與管理決策支持系統(tǒng)技術(shù)路線

1、合金計(jì)算與校驗(yàn)分析子系統(tǒng)

合金消耗標(biāo)準(zhǔn)的確定是本系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)，而煉鋼合金數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性則是合金標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的前提。煉鋼合金數(shù)據(jù)，由于多種原因，往往存在著很多錯(cuò)誤，因此，首先需要對(duì)煉鋼合金數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)分析。

鋼鐵企業(yè)合金消耗主要發(fā)生在煉鋼廠的轉(zhuǎn)爐、電爐與精煉工序。合金消耗不但取決于生產(chǎn)的鋼種，而且與具體的生產(chǎn)工藝密切相關(guān)。不同出鋼記號(hào)的鋼水生產(chǎn)，消耗的合金品種與數(shù)量差別較大。即使同一出鋼記號(hào)鋼水的生產(chǎn)，用于成分調(diào)整的合金消耗量比較穩(wěn)定，而用于脫氧與化學(xué)升溫的合金，由于受生產(chǎn)工藝、過程控制水平與生產(chǎn)調(diào)度的影響，波動(dòng)較大。

合金消耗的影響因素可歸納為以下三個(gè)方面：（1）不同生產(chǎn)單元的影響：同一出鋼記號(hào)的鋼水可能在不同的生產(chǎn)單元生產(chǎn)，有一些鋼種既可以在第一煉鋼廠生產(chǎn)，又可以在第二煉鋼廠生產(chǎn)，由于工藝條件的不同，不同的生產(chǎn)單元，所用的合金品種不同。（2）生產(chǎn)工藝的變化：生產(chǎn)工藝的改變或改進(jìn)、新鋼種的開發(fā)，所用合金品種的變化，致使的合金消耗品種與數(shù)量的改變。此外，合金價(jià)格的變化也會(huì)導(dǎo)致所用合金傾向性的改變。（3）不同工藝路徑的影響：在同一生產(chǎn)單元，走不同的工藝路徑，對(duì)合金消耗也有一定的影響。

計(jì)算流程如下圖：

圖2. 合金消耗計(jì)算流程

2  合金需求預(yù)測(cè)模型

合金需求的預(yù)測(cè)是合金采購優(yōu)化模型的前提。由于未來生產(chǎn)周期、合同的不確定性，提出了一種基于冶金機(jī)理與時(shí)間序列理論的合金需求預(yù)測(cè)模型。

3  智能采購模型

合金采購模型屬于多源多階段采購優(yōu)化模型，在合金需求預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，以采購成本和庫存成本的總成本最少為目標(biāo)，綜合考慮存儲(chǔ)能力、安全庫存約束條件，建立了如下的線性規(guī)劃模型，詳見式（1）-（4）：

四、應(yīng)用情況與效果

1、輔助采購的應(yīng)用

系統(tǒng)投運(yùn)后，寶鋼原料采購中心逐漸從人工采購切換到模型輔助采購，采購周期從2個(gè)月縮短到1月，平均庫存有了較大程度地降低。

2  財(cái)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)值的應(yīng)用

具體鋼種的合金財(cái)務(wù)成本計(jì)算一直是大型鋼廠難以準(zhǔn)確表達(dá)之處。本系統(tǒng)的研制與實(shí)際應(yīng)用為寶鋼合金標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，并提供了直接計(jì)算的模型和軟件工具。

3  生產(chǎn)廠合金管理的應(yīng)用

本系統(tǒng)對(duì)于煉鋼廠的合金管控主要體現(xiàn)在兩方面，一是不同工廠以及不同班組合金使用的掌控和評(píng)價(jià)，另一方面是計(jì)算出合金實(shí)際用量與領(lǐng)用量的差別。后者在國(guó)內(nèi)有較強(qiáng)現(xiàn)實(shí)意義，可以判斷合金是否有失竊或者稱量誤差等非正常損耗，這對(duì)于“堵漏洞”具有指導(dǎo)意義。