一、研究的背景與問題
在鋼鐵企業(yè)，除去設備投資，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（通過降低產品合金含量等技術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)學優(yōu)化技術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、財務部、煉鋼廠等多部門合作，從合金采購優(yōu)化、多級庫存優(yōu)化、合金使用管理等多方面入手，以冶金機理計算、智能優(yōu)化技術、大數(shù)據(jù)技術、采購專家知識技術等為主要手段，研制決策支持信息系統(tǒng)。
二、解決問題的思路與技術方案
從合金管理的角度，合金需求的預測是研發(fā)重點之一，如何根據(jù)生產計劃計算出合金的真正需求為采購決策的重要基礎。以冶金機理計算為主，結合生產工藝的要求與過程控制模型，通過分析生產實績信息建立了多個煉鋼廠、多條精煉路徑的模型群，有效準確地確定不同鋼種的合金消耗標準，從而能精確預測煉鋼合金的需求量。
合金需求預測模型同樣可以根據(jù)不同鋼種的產量計算煉鋼合金的實際用量，通過對比使用量與領用量，可以評價合金的管理水平，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，合金價格預測、合金需求預測是重要基礎。眾所周知，前者受市場等大環(huán)境影響變化莫測，十分困難。本系統(tǒng)通過收集市場信息（如網(wǎng)頁抓取、行業(yè)共享），以人機結合，專家決策為主的方式進行。該方法雖然精度未必高，但大量市場和生產信息的呈現(xiàn)，各類輔助決策支持模型的計算，使得專家的決策更科學快捷。
過多或過少的庫存都會給企業(yè)帶來不必要的經(jīng)濟損失和生產的波動。庫存優(yōu)化需要解決的問題是在預知未來需求的前提下，有計劃地保持合理庫存，在保證企業(yè)正常生產的情況下，使得由采購成本和儲存費用構成的原料綜合成本最優(yōu)。
三、主要創(chuàng)新性成果
本系統(tǒng)包含了一套計算模型（如下圖）。
圖1 合金采購與管理決策支持系統(tǒng)技術路線
1、合金計算與校驗分析子系統(tǒng)
合金消耗標準的確定是本系統(tǒng)的重要基礎，而煉鋼合金數(shù)據(jù)的準確性則是合金標準計算的前提。煉鋼合金數(shù)據(jù)，由于多種原因，往往存在著很多錯誤，因此，首先需要對煉鋼合金數(shù)據(jù)進行校驗分析。
鋼鐵企業(yè)合金消耗主要發(fā)生在煉鋼廠的轉爐、電爐與精煉工序。合金消耗不但取決于生產的鋼種，而且與具體的生產工藝密切相關。不同出鋼記號的鋼水生產，消耗的合金品種與數(shù)量差別較大。即使同一出鋼記號鋼水的生產，用于成分調整的合金消耗量比較穩(wěn)定，而用于脫氧與化學升溫的合金，由于受生產工藝、過程控制水平與生產調度的影響，波動較大。
合金消耗的影響因素可歸納為以下三個方面：（1）不同生產單元的影響：同一出鋼記號的鋼水可能在不同的生產單元生產，有一些鋼種既可以在第一煉鋼廠生產，又可以在第二煉鋼廠生產，由于工藝條件的不同，不同的生產單元，所用的合金品種不同。（2）生產工藝的變化：生產工藝的改變或改進、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，合金價格的變化也會導致所用合金傾向性的改變。（3）不同工藝路徑的影響：在同一生產單元，走不同的工藝路徑，對合金消耗也有一定的影響。
計算流程如下圖：
圖2 合金消耗計算流程
2 合金需求預測模型
合金需求的預測是合金采購優(yōu)化模型的前提。由于未來生產周期、合同的不確定性，提出了一種基于冶金機理與時間序列理論的合金需求預測模型。
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，在合金需求預測的基礎上，以采購成本和庫存成本的總成本最少為目標，綜合考慮存儲能力、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、應用情況與效果
1、輔助采購的應用
系統(tǒng)投運后，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個月縮短到1月，平均庫存有了較大程度地降低。
2 財務標準值的應用
具體鋼種的合金財務成本計算一直是大型鋼廠難以準確表達之處。本系統(tǒng)的研制與實際應用為寶鋼合金標準值計算奠定了堅實的基礎，并提供了直接計算的模型和軟件工具。
3 生產廠合金管理的應用
本系統(tǒng)對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價，另一方面是計算出合金實際用量與領用量的差別。后者在國內有較強現(xiàn)實意義，可以判斷合金是否有失竊或者稱量誤差等非正常損耗，這對于“堵漏洞”具有指導意義。
