現(xiàn)代化工企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃圖形建模優(yōu)化系統(tǒng)

現(xiàn)代化工企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃圖形建模優(yōu)化系統(tǒng)背景介紹如何建模？模型參數(shù)的維護(hù)和跟蹤？不可行解的分析診斷WEBGIOCIMS介紹GIOCIMS的應(yīng)用

總結(jié)2

ProcessSystemsEngineering:MoleculartoEnterpriseLevel(Marquardtetal,1998)背景介紹310C03SystemsEngineeringApproachesinBiology

(12)

10C02Planning,Scheduling,andSupplyChainOptimization

(25)

10B02ProcessModelingandIdentification

(19)

10B08ProcessMonitoringandFaultDetection

(18)

10C01AdvancesinOptimization(13)

10A02ProcessDesign

(15)

10A04Design,AnalysisandOperationsunderUncertainty(14)

10D02AdvancesinComputationalMethodsandNumericalAnalysis

(15)10D04AppliedMathematicsinBioengineering

(13)

#PaperssubmittedtoComputers&SystemsTechnologyDivision2006AnnualMeetingSanFrancisco4Planningandscheduling

Motivation Majorcomponentsprocessoperations Greatdemandfromindustry

Goal:Enterprise-wideOptimization

Basicquestions

Howtomodeltheseproblems? Howtooptimizeacrosstimeandlengthscales? Howtoeffectivelyhandlelarge-scaleproblems? Howtohandletheeffectofuncertainties?

Keys:

discretelinear/nonlinearoptimizationtechniquesstochasticprogramming5生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化是企業(yè)供應(yīng)鏈管理中重要的一環(huán)。供應(yīng)鏈管理的概念背景介紹目前，大部分煉油或者煉化企業(yè)已經(jīng)采用國(guó)外的生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化軟件進(jìn)行優(yōu)化排產(chǎn)。國(guó)內(nèi)自己的軟件占的比例還很少，“集成創(chuàng)新和引進(jìn)、消化、吸收、再創(chuàng)新”還有很大的空間。6背景介紹

對(duì)于國(guó)內(nèi)化工企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化的研究和應(yīng)用還很少。

化工企業(yè)優(yōu)化空間巨大，這是由于:物料來源多樣，工藝路線靈活，產(chǎn)品等級(jí)多樣，原料、產(chǎn)品的價(jià)格、需求變化頻繁，裝置負(fù)荷有充分優(yōu)化余地。7背景介紹中間物料走向示意圖8化工過程的特點(diǎn)化工過程具有復(fù)雜的氣液、氣固、液液、液固等化學(xué)反應(yīng)。物料間的數(shù)量關(guān)系描述必須滿足化學(xué)反應(yīng)平衡計(jì)量式，不象煉油企業(yè)，以產(chǎn)品或側(cè)線收率就足可以描述裝置進(jìn)出物料間的數(shù)量關(guān)系，這是兩者在建模中最大的不同。

9根據(jù)多年來煉油生產(chǎn)計(jì)劃的實(shí)踐，結(jié)合化工生產(chǎn)的特點(diǎn)，化工生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化軟件系統(tǒng)要解決的難點(diǎn)：如何建模？模型如何方便維護(hù)？模型參數(shù)如何跟蹤？與其它信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享？不可行解的分析診斷？10背景介紹如何建模？模型參數(shù)的維護(hù)和跟蹤？不可行解的分析診斷WEBGIOCIMS介紹GIOCIMS的應(yīng)用

總結(jié)11加工成本-3319.38*S1-16.50*S2-16.50*S3-3473.80*S4-16.50*S5-16.50*S6-3152.68*S7-16.50*S8-1916.29*S21-1394.02*S22-160.00*S23-160.00*S24銷售收入原料費(fèi)用如何建模？——有三種方法目標(biāo)函數(shù)Maxobj=761.95*S25+2850.20*S27+2892.01*S28+1291.45*S29;方法之一直接書寫數(shù)學(xué)方程12約束方程裝置物料平衡;裝置物料平衡約束+0.9950*S23+0.9950*S24-1.0000*S25-1.0000*S26-1.0000*S27-1.0000*S28-1.0000*S29-1.0000*S30=0.0000;裝置上下限約束;裝置上下限約束+1.0000*S23+1.0000*S24<=27.0000;以及一系列側(cè)線產(chǎn)品收率的上下限約束干氣收率上下限;-0.0380*S23-0.0380*S24+1.0000*S25=0.0000;液態(tài)烴收率上下限;-0.1570*S23-0.1570*S24+1.0000*S26=0.0000;汽油收率上下限;-0.4200*S23-0.4200*S24+1.0000*S27=0.0000;13柴油收率上下限;-0.2290*S23-0.2290*S24+1.0000*S28=0.0000;油漿收率上下限;-0.0590*S23-0.0590*S24+1.0000*S29=0.0000;燒焦收率上下限;-0.0920*S23-0.0920*S24+1.0000*S30=0.0000;固定比例上下限;-0.3900*S23+0.6100*S24=0.0000;14方法之二填寫一系列EXCEL表格15方法之三完全圖形化，建立流程模型16模型（數(shù)學(xué)關(guān)系式）——完全由系統(tǒng)自動(dòng)生成1）目標(biāo)函數(shù)：企業(yè)利潤(rùn)最大－產(chǎn)品l的價(jià)格，元/噸;－產(chǎn)品l的產(chǎn)量，噸;－生產(chǎn)產(chǎn)品l

消耗的原料i的價(jià)格，元/噸;－生產(chǎn)產(chǎn)品l原料I的消耗量，噸;－產(chǎn)品l的單位加工費(fèi)，元/噸;－產(chǎn)品l的產(chǎn)量，噸;－企業(yè)的固定成本，元.－產(chǎn)品l的庫存費(fèi)用，元/噸;－產(chǎn)品l的期末庫存，噸;銷售收入原料成本加工成本固定成本庫存成本172）約束方程B.化學(xué)反應(yīng)平衡方程D.單位加工費(fèi)函數(shù)C.反應(yīng)系數(shù)函數(shù)－生產(chǎn)產(chǎn)品l原料i的消耗系數(shù)，噸/噸；－生產(chǎn)產(chǎn)品l中間產(chǎn)品i的消耗系數(shù)，噸/噸；－生產(chǎn)產(chǎn)品l中間產(chǎn)品i的消耗量，噸/噸；－產(chǎn)品l單位加工費(fèi)與其產(chǎn)量的非線性函數(shù)；－產(chǎn)品l原料i的消耗系數(shù)與產(chǎn)品產(chǎn)量的非線性函數(shù)；－產(chǎn)品l中間產(chǎn)品l’的消耗系數(shù)與產(chǎn)品產(chǎn)量的非線性函數(shù)；A.物料平衡方程－裝置u的第i個(gè)進(jìn)料量，噸；－裝置u的第j個(gè)出料量，噸；18E.庫存平衡方程F.產(chǎn)量限制G.原料供應(yīng)及產(chǎn)品需求限制－產(chǎn)品l期初庫存，噸；－產(chǎn)品l的產(chǎn)量下限，噸；－產(chǎn)品l的產(chǎn)量上限，噸；－表示產(chǎn)品l是否生產(chǎn)的0-1變量；－產(chǎn)品l的需求量下限，噸；－產(chǎn)品l的需求量上限，噸；－生產(chǎn)產(chǎn)品l的原料i供應(yīng)量下限，噸；－生產(chǎn)產(chǎn)品l的原料i供應(yīng)量上限，噸；19系統(tǒng)自動(dòng)形成一個(gè)MINLP模型，可以通過迭代求解：迭代算法示意圖20背景介紹如何建模？模型參數(shù)的維護(hù)和跟蹤？不可行解的分析診斷WEBGIOCIMS介紹GIOCIMS的應(yīng)用

總結(jié)21模型參數(shù)的維護(hù)1）圖形界面上錄入點(diǎn)擊流線，在流線信息窗口中輸入或修改流線信息窗口222)相同屬性的數(shù)據(jù)集中輸入233)從Excel文件讀取數(shù)據(jù)：可以將GIOCIMS和企業(yè)原有的Excel生產(chǎn)計(jì)劃系統(tǒng)有效結(jié)合，既能達(dá)到優(yōu)化排產(chǎn)的目的，又不需要改變用戶原有的使用習(xí)慣。244)GIOCIMS通過Oracle數(shù)據(jù)庫獲取數(shù)據(jù)：從而實(shí)現(xiàn)與其它系統(tǒng)如MES(ManufacturingExecutionSystem)和ERP(EnterpriseResourcePlanning)系統(tǒng)等集成，共享數(shù)據(jù)。25模型參數(shù)跟蹤——物料消耗數(shù)據(jù)自動(dòng)匹配GIOCIMS建立的MINLP模型，通過迭代求解，實(shí)現(xiàn)物料消耗系數(shù)根據(jù)裝置負(fù)荷范圍自動(dòng)匹配，從而實(shí)現(xiàn)了裝置開停工，裝置負(fù)荷范圍的優(yōu)化。26背景介紹如何建模？模型參數(shù)的維護(hù)和跟蹤？不可行解的分析診斷WEBGIOCIMS介紹GIOCIMS的應(yīng)用

總結(jié)27無可行解的分析診斷如果所生成的生產(chǎn)計(jì)劃模型無可行解，GIOCIMS自動(dòng)進(jìn)行無可行解診斷。GIOCIMS開發(fā)了基于知識(shí)的逐級(jí)診斷方法，能準(zhǔn)確定位到哪套裝置或哪條流線的數(shù)據(jù)相互矛盾，按優(yōu)先級(jí)給出診斷報(bào)告，便于對(duì)流程和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和修改。1)初級(jí)診斷282)按優(yōu)先級(jí)給出診斷報(bào)告29背景介紹如何建模？模型參數(shù)的維護(hù)和跟蹤？不可行解的分析診斷WEBGIOCIMS介紹GIOCIMS的應(yīng)用

總結(jié)30WEBGIOCIMS作用由于企業(yè)對(duì)信息化技術(shù)的重視和應(yīng)用，不少化工企業(yè)都建立了ERP、MES系統(tǒng)，WEBGIOCIMS系統(tǒng)的建立可以實(shí)現(xiàn)與ERP、MES系統(tǒng)的數(shù)據(jù)互相共享。隨著GIOCIMS的上線使用，計(jì)劃人員會(huì)對(duì)年、季和月的生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，采用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫可以實(shí)現(xiàn)大量?jī)?yōu)化方案的集中保存和共享。公司領(lǐng)導(dǎo)和其他人員可以在本地沒有安裝GIOCIMS的情況下，通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化方案的基本信息。31WEBGIOCIMS介紹WEBGIOCIMS登錄界面32WEBGIOCIMS介紹WEBGIOCIMS功能導(dǎo)航33WEBGIOCIMS介紹方案基本信息瀏覽34WEBGIOCIMS介紹方案導(dǎo)出報(bào)表瀏覽35WEBGIOCIMS介紹MES數(shù)據(jù)錄入36WEBGIOCIMS介紹ERP數(shù)據(jù)錄入37WEBGIOCIMS介紹從Excel導(dǎo)入數(shù)據(jù)38WEBGIOCIMS介紹用戶信息39WEBGIOCIMS介紹日志管理40背景介紹如何建模？模型參數(shù)的維護(hù)和跟蹤？不可行解的分析診斷WEBGIOCIMS介紹GIOCIMS的應(yīng)用

總結(jié)41GIOCIMS的應(yīng)用中石化巴陵分公司主要生產(chǎn)己內(nèi)酰胺、錦綸6切片、尿素等化工、化纖和化肥產(chǎn)品；包括合成氨、己內(nèi)酰胺、聚合等主要生產(chǎn)裝置。利用GIOCIMS系統(tǒng)建立了巴陵分公司生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化的基礎(chǔ)模型，并對(duì)3、4和7月份生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行模擬。GIOCIMS除了正常的優(yōu)化排產(chǎn)以外，還實(shí)現(xiàn)了對(duì)中間產(chǎn)品外購或自產(chǎn)、中間產(chǎn)品外銷或深加工、工藝路線選擇和裝置負(fù)荷等多目標(biāo)的優(yōu)化。42GIOCIMS的應(yīng)用采用GIOCIMS對(duì)某月度計(jì)劃計(jì)算得到的模擬結(jié)果，如各產(chǎn)品和中間產(chǎn)品產(chǎn)量、各產(chǎn)品和中間產(chǎn)品單位制造成本和總利潤(rùn)等，與原計(jì)劃財(cái)務(wù)預(yù)算結(jié)果完全一致的基礎(chǔ)上；通過靈敏度分析等方法調(diào)整參數(shù)，對(duì)該月度生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)一步優(yōu)化，結(jié)果如下：比較項(xiàng)目不含稅價(jià)(元/噸)原計(jì)劃/噸新計(jì)劃/噸金額變化/萬元原料油外購量4273.52118.601782.00-143.85液氨外購量2051.281935.691485.69-92.31原料煤外購量440.1722580.2422886.7513.49石灰石外購量128.21727.16737.030.13甲醇采購量2222.2295.1596.140.22合計(jì)-222.3243GIOCIMS的應(yīng)用比較項(xiàng)目加工費(fèi)/(元/噸)原計(jì)劃

/噸新計(jì)劃/噸金額變化/萬元粗合成氣產(chǎn)量349.5535969.5736457.8117.07合成氫氣產(chǎn)量1456.243287.753332.386.50液氨產(chǎn)量14.0617100.0017550.000.63制氫氫氣產(chǎn)量7698.32963.00810.00-117.78合計(jì)-93.59新計(jì)劃比原計(jì)劃優(yōu)化了液氨的自產(chǎn)量和外購量分配，同時(shí)優(yōu)化了合成氫和制氫兩套裝置的負(fù)荷水平；新計(jì)劃中原料成本比原計(jì)劃降低222.32萬元，裝置加工費(fèi)降低93.59萬元，總利潤(rùn)增加315.91萬元，優(yōu)化效益顯著。新計(jì)劃和原計(jì)劃中間產(chǎn)品產(chǎn)量比較44背景介紹如何建模？模型參數(shù)的維護(hù)和跟蹤？不可行解的分析診斷WE