当前阶段仅输出建模与实现设计，不修改生产代码。

1. 建模目标

根据已生效的卷包智能排产明细 t_schedule_plan_detail，计算各滤棒物料在不同日期的需求，并生成滤棒设备生产计划。

滤棒计划必须满足：

1. 卷包开始生产前，所需滤棒已经生产完成。
2. 滤棒生产完成后必须存放指定时长，达到可用状态后才能供应卷包。
3. 满足滤棒设备能力、工厂日历、开台计划、物料适配及换牌时间约束。
4. 首版不考虑现有库存，期初可用库存按 0 建模。
5. 在满足卷包需求的前提下，尽量晚生产、减少库存等待和换牌损耗。
6. 滤棒排产不能修改卷包计划，只能根据卷包计划生成上游供应计划。

2. 数据关系

2.1 卷包需求来源

从指定的卷包排产版本读取：

t_schedule_plan_version
        │
        └── t_schedule_plan_detail
                ├── mat_id
                ├── plan_qty
                ├── plan_date
                └── plan_start_time

一次滤棒排产只能关联一个确定的卷包排产版本，不能把不同版本的明细混合计算。

滤棒排产版本应保存：

source_pack_schedule_plan_version_id

用于追踪滤棒计划依据的卷包版本。

2.2 卷烟与滤棒映射

通过 t_filter_cost 建立转换关系：

卷烟成品物料 mat_id
        │
        ├── filter_mat_id        滤棒物料
        ├── unit_consume_qty     标准单耗
        ├── switch_consume       是否使用统计单耗
        └── statistic_consume    统计单耗

有效单耗定义为：

if switch_consume = 1 and statistic_consume > 0:
    effective_consume = statistic_consume
else:
    effective_consume = unit_consume_qty

单耗缺失、非正或单位不一致时，应在进入求解器前终止，并返回配置错误。

2.3 滤棒存放时间

新增滤棒存放时间配置，至少包含：

model_site_id
work_shop_id
filter_mat_id
storage_hours
enable

配置读取顺序：

1. 滤棒物料级配置；
2. 工厂或车间默认配置；
3. 均未配置时返回错误，不允许默认按 0 小时处理。

3. 卷包需求转换

3.1 单条明细转换

当前卷包 CP-SAT 明细的 plan_qty 按“箱”处理。

对于卷包明细 $i$：

• 卷包计划量：$P_i$，单位为箱；
• 对应滤棒物料：$f(i)$；
• 单箱滤棒消耗：$C_i$，单位为万支/箱。

滤棒需求为：

$$D_i = P_i \times C_i$$

单位为万支。

这里不再执行 planQty / 5。如果后续需要兼容其他排产分支，应先在输入适配层统一转换成“箱”，不能把单位换算散落在求解代码中。

3.2 日需求聚合

同一天可能有多个卷烟牌号使用同一种滤棒。

对滤棒物料 $f$ 和生产日期 $d$：

$$D_{f,d} = \sum_{i \in I(f,d)} D_i$$

需求截止时间取当天相关卷包明细最早的开台时间：

$$T_{f,d}^{due} = \min_{i \in I(f,d)} planStartTime_i$$

因此形成如下需求事件：

滤棒物料 | 需求日期   | 需求截止时间     | 需求量
F01      | 2026-09-10 | 2026-09-10 07:30 | 120万支
F01      | 2026-09-11 | 2026-09-11 07:30 | 100万支

使用累计需求而不是逐条绑定，可以让前一天的剩余滤棒继续覆盖后续需求。

4. 时间模型

4.1 时间粒度

首版使用小时桶建模。

每个时间桶来自滤棒车间工厂日历：

bucket.start_time
bucket.end_time
bucket.machine_id
bucket.available_capacity

非工作时间不生成生产变量。

如果换牌时间不是整小时，应按照实际分钟数扣减相邻时间桶的有效能力，不能直接忽略或简单四舍五入。

4.2 存放后的可用时间

滤棒物料 $f$ 的存放时长为 $L_f$。

时间桶 $b$ 的产量统一视为在桶结束时完成，其可用时间为：

$$T_{f,b}^{available} = T_b^{end} + L_f$$

只有满足以下条件的产量才能供应截止时间 $t$ 的卷包需求：

$$T_{f,b}^{available} \le t$$

该处理相对保守，但可以避免把仍在生产或仍在存放的滤棒提前计入库存。

5. 决策变量

定义：

$$x_{f,m,b} \in \{0,1\}$$

表示滤棒物料 $f$ 是否在设备 $m$ 的时间桶 $b$ 上生产。

$$q_{f,m,b} \in \mathbb{Z}_{\ge 0}$$

表示对应时间桶的滤棒产量。

为避免 CP-SAT 使用浮点数，所有产量应统一放大成整数。例如以 0.01 万支 为最小单位：

scaledQty = round(quantityWanZhi × 100)

所有需求、产能和求解结果必须使用相同缩放比例。

6. 硬约束

6.1 设备物料适配

只有 t_filter_equ_capacity 存在有效能力配置时，设备才能生产该滤棒：

$$q_{f,m,b}=0 \quad \text{if } capacity_{f,m} \text{ is unavailable}$$

6.2 单机互斥

同一设备、同一时间桶最多生产一种滤棒：

$$\sum_f x_{f,m,b} \le 1$$

6.3 设备能力

$$0 \le q_{f,m,b} \le Capacity_{f,m,b} \times x_{f,m,b}$$

其中 Capacity 根据设备小时能力和时间桶有效工作时长计算。

6.4 工厂日历

生产变量只能建立在滤棒设备有效开台时间内。

休息日、停机班次和非工作时段的能力为 0。

6.5 换牌时间

设备从滤棒 $f_1$ 切换到 $f_2$ 时，需要满足：

$$Start(f_2) \ge End(f_1) + ChangeTime(f_1,f_2)$$

换牌时间来自 t_filter_change_brand_time。

相同滤棒连续生产不产生换牌时间。

6.6 累计供应保障

定义截止时刻 $t$ 前已经完成存放的累计产量：

$$A_f(t) = \sum_{m,b: T_{f,b}^{available}\le t} q_{f,m,b}$$

定义截止时刻 $t$ 前的累计需求：

$$D_f(t) = \sum_{d: T_{f,d}^{due}\le t} D_{f,d}$$

首版期初库存为 0，因此必须满足：

$$A_f(t) \ge D_f(t)$$

该约束需要在每个需求截止时刻建立，而不是只在排产周期结束时检查。

6.7 总量约束

首版不考虑安全库存，也不允许无意义超产：

$$\sum_{m,b} q_{f,m,b} = \sum_d D_{f,d}$$

如果未来增加最小批量或整托盘约束，可以将等式改为允许少量尾差，并单独最小化超产量。

7. 自动向前扩展排产窗口

由于期初库存为 0，月初卷包需求通常需要在上月末提前生产。

例如：

卷包需求时间：09-01 07:30
滤棒存放时间：8小时

则滤棒必须在以下时间前完成生产：

08-31 23:30

排产起点不能固定为计划月份第一天。

窗口计算流程：

1. 找到所有需求中最早的截止时间。
2. 减去对应滤棒的存放时间。
3. 按滤棒设备日历向前累计可用产能。
4. 如果前置产能不足，继续向前加载工作日。
5. 直到各滤棒理论产能和设备总产能能够覆盖前置需求。
6. 若已经没有更早日历或设备始终无能力，返回无解诊断。

上月末生成的明细仍归属于本次滤棒排产版本，通过明细日期体现实际生产时间。

8. 优化目标

采用分层优化，避免不同目标的权重互相覆盖。

第一层：满足卷包生产

正式求解中累计供应保障为硬约束，不允许缺料。

第二层：尽量晚生产

在不缺料的前提下，最大化生产时间位置，使滤棒尽量靠近需求时间完成存放。

等价于最小化提前库存时间：

$$\min \sum_{f,m,b} q_{f,m,b} \times HoldingTime_{f,b}$$

第三层：减少换牌

$$\min \sum Changeover_{m,b}$$

优先让同一种滤棒连续生产，减少换牌损耗。

第四层：设备优先级

根据 t_filter_equ_group_brand_priority，优先把滤棒安排到推荐设备。

第五层：设备负荷平衡

在不影响前四层目标的前提下，减少设备间负荷差异，避免部分设备长期满负荷而其他设备空闲。

9. 无解诊断模型

正式模型无解时，不保存排产结果。

诊断模型在累计保障约束中增加缺口变量：

$$A_f(t) + Shortage_f(t) \ge D_f(t)$$

其中：

$$Shortage_f(t) \ge 0$$

诊断模型第一目标为：

$$\min \sum_{f,t} Shortage_f(t)$$

为优先保障较早的卷包计划，应让越早的需求缺口惩罚越大。

诊断结果至少输出：

滤棒物料
需求日期
卷包开台时间
累计需求量
可用产量
缺口量
最晚应完成生产时间
主要原因

主要原因包括：

• 卷烟物料未配置滤棒单耗；
• 滤棒未配置存放时间；
• 没有可生产该滤棒的设备；
• 工厂日历没有足够工作时间；
• 存放提前期不足；
• 设备总产能不足；
• 换牌时间导致可用产能不足。

10. 实现思路

10.1 输入装载层

建立独立的滤棒排产上下文装载器，负责：

1. 加载指定卷包排产版本；
2. 查询卷包日进度明细；
3. 批量加载 t_filter_cost；
4. 转换并聚合滤棒日需求；
5. 加载滤棒存放时间；
6. 加载设备能力、机组优先级和换牌矩阵；
7. 加载滤棒车间日历；
8. 计算自动向前扩展后的排产窗口；
9. 完成单位转换和输入校验。

所有数据库查询和业务单位转换应在该层完成，求解器只接收已经标准化的整数模型。

10.2 问题模型层

建立独立的 FilterScheduleProblem，包含：

sourcePackVersionId
scheduleStartTime
scheduleEndTime
filterMaterials
demandEvents
machines
timeBuckets
capacityMap
changeoverMap
storageHoursMap
machinePriorityMap

不要让 CP-SAT 代码直接查询数据库。

10.3 求解层

滤棒 CP-SAT 可以沿用卷包求解器的组织方式：

ProblemBuilder
VariableBuilder
ConstraintBuilder
ObjectiveBuilder
SolutionMapper
FeasibilityAnalyzer

可以复用卷包排产中的设计思想，但首版不应为了代码复用而重构现有卷包 CP-SAT。滤棒使用独立类和独立模型，稳定后再评估是否抽取公共时间桶、日历和换牌组件。

10.4 结果转换层

将相邻设备、相同滤棒的连续小时桶合并为一条滤棒排产明细：

manageAreaId
filterMatId
planQty
planDate
planStartTime
planEndTime
actualStartTime
actualEndTime
workHours

同时保存对应需求身份或滤棒订单计划明细 ID，保证能够解释这批滤棒服务于哪些日期的卷包需求。

10.5 版本一致性

滤棒计划生成后，应记录源卷包版本。

如果源卷包版本被作废、重新发布或日进度发生变化，滤棒版本应标记为“需求已变化”，必须重新排产，不能继续作为有效供应计划。

11. 后续库存扩展

首版：

$$InitialInventory_f = 0$$

未来接入库存后，累计保障约束扩展为：

$$InitialUsableInventory_f + FutureMaturedInventory_f(t) + A_f(t) \ge D_f(t)$$

其中：

• InitialUsableInventory：排产开始时已经完成存放的库存；
• FutureMaturedInventory(t)：当前尚未完成存放、但会在时刻 $t$ 前成熟的库存；
• A_f(t)：本次滤棒排产产生的可用量。

因此首版模型不需要推翻，只需增加两类外部供应事件。

12. 验收场景

1. 9 月 10 日卷包生产 100 箱，单耗 0.05 万支/箱，应生成 5 万支滤棒需求。
2. 两个卷烟牌号映射到同一种滤棒时，应合并成一个累计需求。
3. 存放时间为 8 小时，09-10 07:30 的需求只能由 09-09 23:30 前完成的产量覆盖。
4. 09-09 提前生产的剩余量可以继续覆盖 09-10、09-11 的需求。
5. 09-01 的需求可以自动在 08-31 或更早日期排产。
6. 未完成存放的产量不能计入可用量。
7. 缺少单耗、存放配置或设备能力时，不进入求解器。
8. 正式模型无解时不保存结果，诊断模型能够给出具体物料、截止时间和缺口。
9. 滤棒排产始终读取同一个明确的卷包版本。
10. 首版所有需求均由本次排产生产，库存贡献固定为 0。

Contributors: smartdengc

Previous pageUbuntu 无图形化服务器配置 Mihomo

Next page智能排产MILP建模转换