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对于钢材切割的科学管理.doc
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1、对于钢材切割的科学管理一、前言营建工程传统上,常被视為主导国家发展的火车头工业;近年来,营建景气不佳,使营建厂商的生存受到考验,根据行政院主计处85年工商普查资料,国内营造业五年的存活率约為八成左右,而营造业对於国家整体经济成长的贡献度,也由民国八十一年的+0.84%,降至民国八十九年-0.15%,这显示营造业面临的困境。根据内政部营建署八十八年台闽地区营造业经济概况调查统计资料得到,营造业之营建材料耗用价值约佔营业支出43.6%较劳动支出19.7%高出许多,因此若能有效控制材料成本支出,对於企业工程获利会有一定程度的助益。以民国八十七年台湾地区建筑工程钢筋钢骨使用量7,887,000吨计算(
2、不含土木工程),每年营建工程钢筋材料支出费用之鉅大,可想而知。由此瞭解,营建工程若要透过材料来降低工程成本,可由钢筋工程材料控制著手。一般营建工程钢筋材料,除钢筋本身具有的需求重量外,尚需纳入钢筋搭接重量及钢筋裁切后的残料重量。其中,钢筋搭接部分,受限钢筋供给尺寸长度及施工上的限制,所以若要控制钢筋搭接部分,则须配合其它施工技术改良,不过此过程可能涉及劳动型态改变,整体效益未必能有效提昇;若由钢筋残料控制的话,由於分析过程钢筋料单的号数及长度皆為已知资料,加上外在因素影响受限较少,所以透过钢筋残料控制,為可尝试採行的方法。钢筋工程对於钢筋需求尺寸裁切,主要是依据钢筋施工拣料图(施工图),整理得
3、到的料单需求尺寸及数量进行钢筋裁切,不过如何在钢筋供给尺寸限制的情形下,将有限的钢筋供给尺寸裁切成需要的尺寸,并使钢筋裁切后的钢筋残料為最少,并不是一件间单的事;其中,钢筋裁切组合率计算问题,将使人力无法有效克服。而传统使用的钢筋裁切原则,应用上,未必能获得满意的解答,对於钢筋裁切的原则,可归纳目前钢筋裁切的几种做法:HttP:/WWW.gwyOO.COM 1.订购较长的钢筋供给尺寸或增加钢筋供给尺寸的种类:此类做法能有效取得较多钢筋裁切组合,以提高取得较短残料长度的机会,不过在钢筋裁切组合增加时,会面临总体裁切组合运算时间问题,有时问题总体裁切组合高达数亿种,这非人力所能处理。2.订购定尺钢
4、筋:此举对於採购大量单一尺寸的钢筋,是一可行的方法,不过定尺钢筋单一尺寸重量小於25T50T,钢筋材料製造商会要求每吨钢筋加收200元500元不等价钱,因此未必能实质获得利益,更况且部分业主(如军方、国宅处、公路局等)為节省材料费用,以大宗採购的方式处理,藉以降低钢筋单价成本,如此钢筋供给尺寸更无从选择。3.钢筋需求尺寸由长至短进行裁切:此法处理原则在於较长的需求尺寸优先处理后,较短的钢筋需求尺寸将更容易处理,此种做法只能视為邻近搜索的程序。根据作者的实作分析资料发现,钢筋裁切组合的复杂度与需求及供给钢筋的尺寸及数量有密切的关系,因此上述做法对於钢筋残料的控制,实质助益并不大。上述说明目前专业
5、分包商对於钢筋裁切问题处理的原则,不过根据作者实际访谈钢筋专业分包商,得到目前营建工程钢筋裁切后的钢筋总重量,会较钢筋料单的重量约增加5%15%(以足量钢筋為主),此部份大多由钢筋残料產生的重量构成。以民国八十七年建筑工程钢筋材料為例,整年钢筋残料损耗可能高达拾数亿元,这对於业主及钢筋专业分包商是不利的;就业主而言,必须额外增加钢筋材料成本支出,额外支付材料费用;就钢筋专业分包商而言,除降低分包商的竞争优势;另外,残料重量百分率超过业主要求时,多出部分必须自行吸收,降低工程获利,假若能有效控制钢筋残料,则可创造双赢的结果。為此本研究将钢筋裁切问题公式化為线性规划数学模型,加以处理。以线性规划技
6、术处理钢筋裁切问题,首先必须瞭解问题型态;就钢筋材料问题而言,由於问题抉策变数单位為根数,因此问题数学模型属於整数规划问题,不过以整数规划分析问题时,若问题抉策变数较多时,分析过程会浪费过多电脑运算时间,使其分析效益降低;為有效降低问题计算时间,得建立线性数学模式处理,并将分析所得结果,属於非整数的抉策变数进行整数调整,其结果会与整数规划结果接近,唯此做法可使问题变得更易处理,问题分析时间复杂度也将大為缩减。二、有效钢筋裁切组合在钢筋供给(或需求)尺寸与数量确定后,未进行问题分析前,应就钢筋供给尺寸及钢筋需求尺寸,建立满足问题需求的钢筋裁料组合,此过程通常必须经过钢筋总体裁切组合计算及有效钢筋
7、裁切组合计算两个步骤,才算是完成问题裁料组合计算;其中,钢筋总体裁切组合计算,最需要控制的是避免钢筋供给尺寸对应钢筋需求尺寸时,產生过多钢筋总体裁切组合,此现象在钢筋供给及需求尺寸数目过多或钢筋供给尺寸与需求尺寸长度差异过大时,较易產生,而钢筋总体裁切组合仅能以穷尽搜索方式求得,因此需特别注意钢筋供给尺寸及需求尺寸两者间的关系,以避免大幅增加钢筋总体裁切组合计算时间。由於钢筋总体裁切组合包含有效及无效的钢筋裁料组合,假若能将问题无效的钢筋裁料组合剔除,将能大幅降低钢筋裁切组合数,如此将能大大降低问题数学模式的复杂度,亦能有效降低演算工具的求解时间;由此得知,问题数学模型建立之前,必须先建立钢筋
8、有效裁切组合。钢筋有效裁切组合定义:系指钢筋供给尺寸减去该钢筋裁切组合剩餘钢筋长度,即為钢筋裁切残料长度,当裁切残料长度大於等於零,并小於钢筋最小需求尺寸时,此钢筋裁切组合称為有效钢筋裁切组合。判断有效钢筋裁切组合的判别式為Lmin?TL?0(Lmin:钢筋最小需求尺寸,TL:裁切残料长度)。虽然钢筋有效裁切组合与数学演算工具有关,不过要取得有效裁切组合,仍必须计算总体裁切组合部分,假若计算所得钢筋总体裁切组合过多时,仍需将问题分段处理,以降低问题复杂度。三、钢筋裁切问题数学模式以下分别说明线性规划的发展与基本假设及钢筋裁切问题数学模型建构。3.1线性规划的发展与基本假设规划问题的应用最早為经
9、济学家所提出,诸如VonNeumannLeontief等人贡献良多,惟线性规划型式之问题,最早於1941年由Hitchcock解出运输问题。1942年苏俄Kantorovitch亦列出运输问题,但并未获得解答。1945年经济学家stigler解出最经济的食谱,但并未应用线性规划解法,直到以MarshallK.Wood為首的小组,為美国空军解抉分配的问题(Allocationproblems),GeorgeB.Dantzig於1947年列出一般线性规划问题,并以单形法求得解答后,线性规划问题正式為各界所承认及应用。1951年后,线性规划问题之理论与应用进步甚為神速,DavidGale,H.W.K
10、uhn,A.W.Tucker,A.Charnes,W.W.Cooper等人贡献良多,使得线性规划问题成為各界应用最為广泛的工具1,2。一般建构线性规划数学模型时,必须具备三个条件:(1)目标函数及限制条件均為线性函数;(2)限制条件為等式或不等式;(3)所有抉策变数的值必须大於等於零。以线性规划表达一个实际的问题时,必须符合线性规划四点基本假设(1)比例性(Proportionally):(2)可加性(Additivity);(3)可分性(Divisibility);(4)确定性(Certainty)。由於钢筋裁切问题求解的困难度,在於问题抉策变数(有效裁切组合)及问题限制条件的多寡,通常钢筋
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