CN109102221A - 一种适用于磁性产品生产车间的粉料库存控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于生产控制技术领域，并公开了一种适用于磁性产品生产车间的粉料库存控制方法，包括以下步骤：1)随机获得粉料i在第j周期的生产量；2)获得粉料i的生产总成本；3)根据步骤1)获得的生产量和步骤2)获得的粉料i的生产总成本，建立粉料i的粉料补货库存控制模型的目标函数，该目标函数以生产总成本最小为目标，使用二进制编码遗传算法对目标函数进行求解，从而得到粉料i最佳安全库存值与最大库存值；4)重复步骤1)～步骤3)，从而获得各类粉料最佳安全库存值与最大库存值。本发明所涉及的固定周期间隔进行库存盘点和触发补货的补货方式对于信息化水平低的磁性材料生产厂家来说实用性较高，便于现场管理人员的操作。

Description

一种适用于磁性产品生产车间的粉料库存控制方法

技术领域

本发明属于生产控制技术领域，更具体地，涉及一种适用于磁性产品生产车间的粉料库存控制方法。

背景技术

近年来，软磁铁氧体的应用市场持续开拓，尤其在环保、新能源、通信等新兴行业，市场对于软磁铁氧体的性能要求以及产量需求急剧升高，传统的制造生产模式已逐渐丧失竞争力，企业面临的成本问题、客户定制化问题、交货期问题以及生产计划制定与执行等问题也逐步增加。一般软磁铁氧体种类较多，工艺流程主要分为粉料制备过程和磁芯生产过程，其中粉料的制备为后续磁芯生产提供原材料。

目前工厂中粉料采用库存补货生产计划方式安排生产，生产的粉料有多种不同类型，车间只有一条粉料生产线，同一时间只能进行一个种类粉料的加工且不同类型间粉料生产的调整切换都需要两天的时间，粉料之间调整切换成本较高。

而现阶段企业多依据产品特性和批量得到各种型号粉料的月需求量，根据提前设定的各型号粉料安全库存量和现有各型号粉料的库存量以及未来预测进行生产计划的编制，得到各型号粉料当月的生产量。

各粉料的安全库存值，最大库存值等参数的设置完全依靠人工经验，因此往往会存在安全库存、生产批量安排不合理现象，使得粉料出现缺料或者库存水平过高的问题。

综上所述，粉料库存补货模型重点需要解决各粉料安全库存量设置以及减少调整切换两大难题。

(1)安全库存量设置：当安全库存量设置过高时随之库存持有成本也会增加，当其设置过低时会使企业出现缺货的可能造成缺货成本，合理设置各粉料的安全库存量、最大库存量有利于降低企业的成本；

(2)减少调整切换：不同类型粉料之间调整切换成本较高，合理的进行粉料产能分配，适当增大粉料存货，力求在库存持有成本和调整切换费用之间达到平衡。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种(R，s，S)固定周期最小最大库存控制模型，用于建立粉料库存补货模型。库存控制策略(R，s，S)采用固定周期R盘点粉料，当发现某粉料存货量低于订购点s时，提出补货需求生成该粉料的补货订单，订单量为将该粉料库存补充至最大库存水平。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种适用于磁性产品生产车间的粉料库存控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据生产情况获得粉料i在第j周期的生产量Z_i,j，各类粉料的生产量随机，其中，i＝1,2,3…m，j＝1,2,3...n，m为粉料的种类总数，n为周期总数；

2)获得粉料i的生产总成本C_itotal；

3)根据步骤1)获得的生产量Z_i,j和步骤2)获得的粉料i的生产总成本C_itotal，建立粉料i的粉料补货库存控制模型的目标函数，该目标函数以生产总成本最小为目标，使用二进制编码遗传算法对目标函数进行求解，从而得到粉料i最佳安全库存值与最大库存值；

4)重复步骤1)～步骤3)，从而获得各类粉料最佳安全库存值与最大库存值。

优选地，步骤1)中，生产量Z_i,j表示如下：

其中，S_i表示粉料i的最大库存值，i_i,j-1表示粉料i在第j周期期初库存量，s_i表示粉料i的订购点。

优选地，所述生产总成本包括生产设置成本C_isetup并且

其中，

其中，n表示周期总数，A_i,j表示粉料i在第j周期时的生产设置成本，A_i表示粉料i的一次的生产设置成本。

优选地，所述生产总成本包括生产加工成本C_ip并且

其中，n表示周期总数，c_i表示粉料i的单位生产成本。

优选地，所述生产总成本包括库存持有成本C_ih并且

其中，n表示周期总数，h_i表示粉料i的单位库存持有成本，表示在第j周期粉料i的期末库存量。

优选地，所述生产总成本包括缺货成本C_is：

其中，n表示周期总数，b_i表示粉料i的单位缺货成本表示在第j周期粉料i的缺货数量，|·|表示绝对值。

优选地，粉料i的库存控制模型的目标函数表示如下：

其中，

I_i，j＝max(I_i，j-1，0)+Z_i，j-d_i，j；

0≤s_i；

s_i≤S_i≤M_imax；

0＜Z_i，j≤Q_imax

Z_i，j为整数；

f(C_(s，s))为目标函数；

i表示不同型号的粉料编号；

j表示当前所处周期数；

d_i，j表示粉料i在第j周期的需求量；

I_i，j-1表示粉料i在第j周期期初库存量；

I_i，j表示粉料i在第j周期期末库存量；

Z_i，j表示粉料i在第j周期生产量；

h_i表示粉料i的单位库存持有成本；

c_i表示粉料i的单位生产成本；

A_i表示粉料i的一次生产设置成本；

b_i表示粉料i的单位缺货成本；

s_i表示粉料i的订购点；

S_i表示粉料i的最大库存值；

Q_imax表示粉料i在单周期内的最大生产量；

M_imax表示粉料i在单周期内的最大库存量。

优选地，目标函数进行求解如下：

定义适应度函数如下：

其中，f(C_(s,S))为目标函数，C_max为生产总成本的最大估计值，Fitf(C_(s,S))为适应值，使用遗传算法进行求解，得到各类粉料最佳安全库存值s与最大库存值S。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明所涉及的固定周期间隔进行库存盘点和触发补货的补货方式对于信息化水平低的磁性材料生产厂家来说实用性较高，便于现场管理人员的操作。不同型号产品的补货订单统一生成，便于更好的进行设备资源的产能分配；

(2)本发明采用固定周期盘点策略使各粉料补货需求同时生成，整合订单批量生产。由于不同型号粉料生产调整切换时间较长，避免频繁的调整切换成了粉料车间生产重要的实施手段之一。固定周期盘点策略使各粉料补货需求同时生成，企业可根据实际情况安排调整生产顺序，使粉料生产与前后周期合理整合，减少调整切换成本。

附图说明

图1为粉料补货库存控制模型的总体应用框架图；

图2为粉料补货库存控制模型的运行流程图；

图3为求解粉料补货库存控制模型的流程图；

图4为流程图中目标函数的设计流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明所采用的技术方案按照以下步骤进行：

1)模型参数与基本假设

(1)只有一台设备或生产线，且产能有限；

(2)生产过程完美，在实际生产中不考虑出现设备故障和次品返工的情况；

(3)市场需求不确定，假定需求服从参数λ的泊松分布；

(4)允许缺货发生，且假定缺货成本较高；

(5)采用固定周期库存盘查策略，每隔一固定周期R的时间段进行一次清查库存；

(6)采用各周期末库存作为本周期平均库存来计算库存持有成本；

(7)假设生产提前期为零，即瞬间到货。

针对各类型粉料建立的库存补货模型使用参数统计及说明如表1所示。

表1参数说明表

2)模型建立

粉料库存补货模型目标函数为总成本最小，本模型中涉及的成本包括：生产加工成本、粉料缺货成本、生产设置费用和粉料库存持有成本。不同类型粉料的需求服从不同参数的泊松分布，需求不同则每种粉料在固定周期的补货量不同。为建立目标函数，首先需要建立不同粉料在各周期生产量的计算方式以及各种成本构成函数。

(1)粉料i在第j周期的生产量

粉料i在第j周期的生产量表示为Z_i,j。在第j周期期初进行库存盘点，当I_i,j-1＜s_i时则触发粉料i在第j周期的库存补货生产订单，将粉料i的存货增加到最大库存量S_i,补货订单批量大小为S_i-I_i,j-1，若I_i,j-1＞S_i说明此时粉料i的库存水平大于该粉料的订购点，不触发补货订单。可以表示粉料i在第j周期的生产量为：

(2)生产设置成本C_setup

粉料i的生产设置成本表示为C_isetup。加工不同型号粉料时，存在调整切换将产生生产设置成本。在实际生产现场，所有不同型号粉料的调整切换都消耗两天时间，在本模型中将两天的调整切换时间转化成一固定的成本值A_i进行计算。只有在触发粉料补货订单时才发生调整切换，产生生产设置成本，即Z_i,j＞0则生产设置成本为A_i,j=A_i，否则A_i,j=0，可以表示粉料i的生产设置成本为：

a_i,j表示粉料i在第j周期时的生产设置成本，A_i表示粉料i的一次的生产设置成本；当需要补货时，设置成本则为Ai，不需要补货时，则不存在设置成本。

(3)生产加工成本C_p

粉料i的生产加工成本表示为C_ip，假设单位加工成本为一固定值表示为c_i。固定周期期初进行粉料库存盘点时，粉料库存低于订购点则触发补货订单，产生生产加工成本。即I_i,j-1＜s_i时发出补货需求，且补货量为Z_i,j，产生加工成本C_ip。由补货量Z_i,j的值可以判断是否产生生产成本，则粉料i在周期j的加工成本表示为c_i*Z_i,j，可以表示粉料I的加工成本为：

(4)库存持有成本C_h

粉料i的库存持有成本表示为C_ih。假定单位库存持有成本为一固定值，表示为h_i。因为不同粉料的价值是不同的，所以在本库存模型中不同粉料的单位库存持有成本取不同的值。当第i周期的库存量I_i,j＞0时，则认为在本周期产生了库存持有费用，记表示在第j周期粉料i的期末库存量。为了简便计算取每周期末的计算库存量为本周期的平均库存量，可以表示粉料i的库存持有成本为：

(5)缺货成本C_s

粉料i的缺货成本表示为C_is。假设粉料i的单位缺货费用为一固定值，表示为b_i。因各粉料的价值不同，缺货所带来的损失就不同，所以各粉料的单位缺货费用取不同的值。当某周期期初粉料库存量加上生产量小于该周期需求量时，则产生缺货成本。由于库存模型中周期末库存量通过I_i,j=max(I_i,j-1,0)+Z_i,j-d_i,j计算得到，当I_i,j为负值时，产生缺货成本，记表示在第j周期粉料i的缺货数量,为了简化计算取每周期末的计算缺货量为本周期平均缺货量，可以表示粉料i的缺货成本为：

(6)约束条件

本库存模型中，除了考虑上述成本的计算还涉及现场的一些基本约束条件。只有一条粉料生产线，所以粉料的生产在每个周期会有一个产能上线，简化为0＜Z_i,j≤Q_imax。由于车间仓库有限，故每周期的粉料最大库存量也存在上限约束，该约束表示为s_i≤s_i≤M_imax。

本库存控制模型的目标函数为总成本最小化，公式表达式为：

由上述粉料i的各成本构成计算方式，代入公式7得到粉料i的目标函数：

约束条件：

I_i,j=max(I_i,j-1,0)+Z_i,j-d_i,j (11)

0≤s_i (14)

s_i≤S_i≤m_imax (15)

0＜Z_i,j≤Q_imax (16)

Z_i,j为整数 (17)

3)遗传算法进行求解

本发明粉料补货库存控制模型采取遗传算法寻找最优解，采用二进制编码方式，定义适应度函数为：

其中，f(C_(s,S))为目标函数，C_max为总成本的最大估计值，Fitf(C_(s,S))为适应值。使用遗传算法进行求解，得到各类粉料最佳安全库存值s与最大库存值S。

图1为粉料补货库存控制模型的总体框架图，通过图3中所绘制的GA流程图进行求解。

如图1所描述的库存策略，指的是本发明中的粉料补货库存控制模型。将生产需求与粉料基本参数(泊松分布参数λ，单位库存成本h，单位生产成本c，单位设置成本A，单位缺货成本b)作为库存策略的输入，通过图3中描述的遗传算法流程可得到各粉料补货模型的最大库存S与安全库存s，用以指导粉料生产。

如图1所描述的生产流程，粉料通过补货计划进行生产，保证适当的粉料库存，作为磁芯生产过程中的原材料供给。

固定周期R体现在对粉料库存的周期盘点策略，周期盘点时，若粉料库存大于安全库存值，不需进行粉料生产，若粉料库存小于安全值，需触发粉料补货库存控制模型，产生补货需求，指导粉料生产。

如图2所示，粉料需求参数的确定过程可以通过如下方式：取固定周期R为一周，在本模型求解中进行n周的运算。不同粉料的需求服从不同参数λ的泊松分布，通过计算可以得到n个周期各种粉料的需求值作为模型求解的基础输入。

将粉料需求与基本参数输入粉料补货库存控制模型，输出该需求与参数下最佳S与s值。进行固定周期为R的定期库存盘点，判断周期末库存量是否大于安全库存值s，若是，则不需补货，若不是，则粉料补货量为(S-s)。

图3为通过遗传算法求解该控制模型的流程图，通过编码，选择，交叉，变异等过程循环迭代输出最优解S与s。

如图4所示，实际问题求解目标由生产设置成本C_setup、生产加工成本C_p、库存持有成本C_h、缺货成本C_s组成，且各成本取相同权重，为使遗传算法求解流程中的适应度比例选择方法更易直接实施，将适应度函数定义为：

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种适用于磁性产品生产车间的粉料库存控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据生产情况获得粉料i在第j周期的生产量Z_i，j，各类粉料的生产量随机，其中，i＝1，2，3…m，j＝1，2，3...n，m为粉料的种类总数，n为周期总数；

2)获得粉料i的生产总成本C_itotal；

3)根据步骤1)获得的生产量Z_i，j和步骤2)获得的粉料i的生产总成本C_itotal，建立粉料i的粉料补货库存控制模型的目标函数，该目标函数以生产总成本最小为目标，使用二进制编码遗传算法对目标函数进行求解，从而得到粉料i最佳安全库存值与最大库存值；

4)重复步骤1)～步骤3)，从而获得各类粉料最佳安全库存值与最大库存值。

2.根据权利要求1所述的一种适用于磁性产品生产车间的粉料库存控制方法，其特征在于，步骤1)中，生产量Z_i，j表示如下：

其中，S_i表示粉料i的最大库存值，I_i，j-1表示粉料i在第j周期期初库存量，s_i表示粉料i的订购点。

3.根据权利要求2所述的一种适用于磁性产品生产车间的粉料库存控制方法，其特征在于，所述生产总成本包括生产设置成本C_isetup并且

其中，

其中，n表示周期总数，A_i，j表示粉料i在第j周期时的生产设置成本，A_i表示粉料i的一次的生产设置成本。

4.根据权利要求2所述的一种适用于磁性产品生产车间的粉料库存控制方法，其特征在于，所述生产总成本包括生产加工成本C_ip并且

其中，n表示周期总数，c_i表示粉料i的单位生产成本。

5.根据权利要求2所述的一种适用于磁性产品生产车间的粉料库存控制方法，其特征在于，所述生产总成本包括库存持有成本C_ih并且

其中，n表示周期总数，h_i表示粉料i的单位库存持有成本，表示在第j周期粉料i的期末库存量。

6.根据权利要求1中所述的一种适用于磁性产品生产车间的粉料库存控制方法，其特征在于，所述生产总成本包括缺货成本C_is：

其中，n表示周期总数，b_i表示粉料i的单位缺货成本表示在第j周期粉料i的缺货数量，|·|表示绝对值。

7.根据权利要求1中所述的一种适用于磁性产品生产车间的粉料库存控制方法，其特征在于，粉料i的库存控制模型的目标函数表示如下：

其中，

I_i，j＝max(I_i，j-1，0)+Z_i，j-d_i，j；

0≤s_i；

s_i≤S_i≤M_imax；

0＜Z_i，j≤Q_imax

Z_i，j为整数；

f(C_(s，S))为目标函数；

i表示不同型号的粉料编号；

j表示当前所处周期数；

d_i，j表示粉料i在第j周期的需求量；

I_i，j-1表示粉料i在第j周期期初库存量；

I_i，j表示粉料i在第j周期期末库存量；

Z_i，j表示粉料i在第j周期生产量；

h_i表示粉料i的单位库存持有成本；

c_i表示粉料i的单位生产成本；

A_i表示粉料i的一次生产设置成本；

b_i表示粉料i的单位缺货成本；

s_i表示粉料i的订购点；

S_i表示粉料i的最大库存值；

Q_imax表示粉料i在单周期内的最大生产量；

M_imax表示粉料i在单周期内的最大库存量。

8.根据权利要求7中所述的一种适用于磁性产品生产车间的粉料库存控制方法，其特征在于，目标函数进行求解如下：

定义适应度函数如下：

其中，f(C_(s，S))为目标函数，C_max为生产总成本的最大估计值，Fitf(C_(s，S))为适应值，使用遗传算法进行求解，得到各类粉料最佳安全库存值s与最大库存值S。