過程系統(tǒng)綜合集成及整體優(yōu)化策略研究

華南理工大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文

StudyontheStrategyforMetasynthesisandGlobalOptimizationofProcessSystem

過程系統(tǒng)綜合集成與

整體優(yōu)化策略的研究

申請人：周章玉

指導(dǎo)教師：成思危、華賁硬件技術(shù)系統(tǒng)軟件技術(shù)系統(tǒng)投資決策市場營銷管理流動資金大修決策勞動力技術(shù)管理層人員信息網(wǎng)絡(luò)原料產(chǎn)品（品種、質(zhì)量）近遠(yuǎn)期變化趨勢設(shè)備工件市場供應(yīng)擴(kuò)大再生產(chǎn)金融市場狀況簡單再生產(chǎn)（工藝節(jié)能改造）控制運行設(shè)計DCS/先進(jìn)控制智能控制事故安保系統(tǒng)設(shè)備在線狀態(tài)監(jiān)測故障診斷系統(tǒng)評估瓶頸分析變化條件下操作調(diào)優(yōu)生產(chǎn)流程（計劃調(diào)度）調(diào)優(yōu)加工量加工方案過程合成（PS）過程能量綜合（PI）柔性擴(kuò)產(chǎn)+PI考慮SD目標(biāo)的優(yōu)化定常生產(chǎn)：一定市場、操作條件、流程工藝設(shè)備運行優(yōu)化：原、產(chǎn)、量、季節(jié)與設(shè)備等條件變化再生產(chǎn)：簡單擴(kuò)大論文的研究內(nèi)容過程系統(tǒng)技術(shù)與管理綜合集成的總體策略可持續(xù)開展的過程工業(yè)供給鏈綜合集成優(yōu)化策略可持續(xù)開展的過程工業(yè)供給鏈方案與調(diào)度與全局優(yōu)化模型相協(xié)同的單元過程模擬與優(yōu)化集成的供給鏈長期規(guī)劃與投資決策策略煉油企業(yè)供給鏈綜合集成優(yōu)化實例(“供應(yīng)鏈管理”)集成的設(shè)計定常生產(chǎn)運行營銷再生產(chǎn)采購、運輸銷售、貯存市場信息擴(kuò)產(chǎn)流程重組新產(chǎn)品開發(fā)能量集成市場預(yù)測分析資金來源風(fēng)險預(yù)測財務(wù)、設(shè)備人事、公用工程質(zhì)量、安全、環(huán)保DCS、APC監(jiān)控、仿真故障診斷安全、環(huán)保集成信息系統(tǒng)(“管控一體化”)(“生命周期”)軟件技術(shù)系統(tǒng)硬件技術(shù)系統(tǒng)控制管理投資決策原料變化產(chǎn)品方案計劃調(diào)度模擬優(yōu)化集成的ERP營銷設(shè)計運行(“供應(yīng)鏈管理”)決策支持系統(tǒng)定常生產(chǎn)運行營銷再生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)(“管控一體化”)(“生命周期”)硬件技術(shù)系統(tǒng)軟件技術(shù)系統(tǒng)控制管理投資決策經(jīng)營管理系統(tǒng)營銷設(shè)計運行過程工業(yè)供給鏈綜合集成優(yōu)化策略

過程工業(yè)供給鏈的特點、研究內(nèi)容與現(xiàn)狀

市場采購銷售倉庫運輸倉庫運輸加工儲運儲運

工廠1

工廠i

工廠n過程工業(yè)供給鏈綜合集成優(yōu)化策略物料流結(jié)構(gòu)原料采購原料儲運產(chǎn)品儲運生產(chǎn)子系統(tǒng)預(yù)分離系統(tǒng)反應(yīng)系統(tǒng)再分離系統(tǒng)產(chǎn)品銷售廢物排放儲運損失儲運損失加工損失過程工業(yè)供給鏈綜合集成優(yōu)化策略能量流結(jié)構(gòu)過程工業(yè)供給鏈綜合集成優(yōu)化策略資金流結(jié)構(gòu)生產(chǎn)子系統(tǒng)原料采購原料儲運產(chǎn)品儲運產(chǎn)品銷售儲運費用儲運費用銷售費用采購費用原料費用加工費用廢物排放費用原始投入銀行借貸流動資金銷售收入稅收還貸及利息工資及福利利潤再生產(chǎn)投資維修及折舊過程工業(yè)供給鏈綜合集成優(yōu)化策略信息流結(jié)構(gòu)圖例市場信息運營信息內(nèi)部指令市場信息生產(chǎn)儲運儲運經(jīng)營決策系統(tǒng)采購銷售第一層集成的長期規(guī)劃層與投資決策第二層集成的供應(yīng)鏈計劃與調(diào)度第三層單元模擬與優(yōu)化集成的供應(yīng)鏈長期規(guī)劃和投資決策供應(yīng)鏈年計劃供應(yīng)鏈季計劃供應(yīng)鏈月計劃供應(yīng)鏈周調(diào)度供應(yīng)鏈日調(diào)度單元過程模擬與優(yōu)化上周期計劃調(diào)度實施情況和市場變化情況設(shè)備能力修正后的單元過程模型參數(shù)市場預(yù)測、資金分析市場、環(huán)境變化過程工業(yè)供給鏈綜合集成優(yōu)化策略單元過程模擬與優(yōu)化與供給鏈整體優(yōu)化相協(xié)同的單元過程建模策略采購、運輸、庫存、銷售——數(shù)學(xué)規(guī)劃法生產(chǎn)過程——ANN+GA單元過程模擬與優(yōu)化采購模型目標(biāo)函數(shù)——物資供給本錢最低約束條件——加工消耗量、市場可供量、庫存容量銷售模型目標(biāo)函數(shù)——銷售利潤最大約束條件——產(chǎn)量、市場需求量、庫存容量單元過程模擬與優(yōu)化運輸模型目標(biāo)函數(shù)——運輸費用最小化約束條件——運輸量、運輸工具〔容量、數(shù)量、產(chǎn)品特性、送貨點特性、工具維修等〕庫存模型目標(biāo)函數(shù)——總庫存費用最小化約束條件——庫存量、物料平衡、倉庫維修、產(chǎn)品特性等〕單元過程模擬與優(yōu)化生產(chǎn)過程ANN建模與GA求解輸入輸出變量選取樣本選取與歸一化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與特性參數(shù)確定ANN預(yù)測結(jié)果檢驗GA優(yōu)化操作條件可持續(xù)開展的供給鏈方案與調(diào)度單元過程簡化模型修正后的簡化單元過程模型優(yōu)化后的過程參數(shù)上周期計劃與調(diào)度完成情況計劃分解計劃調(diào)度與優(yōu)化結(jié)果差距可否接受？單元過程模擬和優(yōu)化任務(wù)約束滿意的計劃與調(diào)度是否市場預(yù)測數(shù)據(jù)供應(yīng)鏈計劃供應(yīng)鏈調(diào)度可持續(xù)開展的供給鏈方案與調(diào)度可持續(xù)開展的供給鏈方案模型目標(biāo)分析經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)開展——經(jīng)濟(jì)效益、稅收、凈利潤社會的可持續(xù)開展——產(chǎn)品〔含能量產(chǎn)品〕資源的可持續(xù)開展——物料消耗、能源消耗、設(shè)備利用環(huán)境的可持續(xù)開展——有害廢物生成、物質(zhì)與能量回收可持續(xù)開展的供給鏈方案與調(diào)度可持續(xù)開展的供給鏈方案模型目標(biāo)約束可持續(xù)開展的供給鏈方案與調(diào)度可持續(xù)開展的供給鏈方案模型系統(tǒng)約束〔硬約束〕市場約束〔原料、產(chǎn)品〕技術(shù)約束〔進(jìn)料組成、原料要求〕能力約束〔運輸、庫存、加工能力〕本錢費用約束〔采購、運輸、庫存、加工費〕平衡約束〔物料、能量〕設(shè)備維修約束質(zhì)量約束〔原料、產(chǎn)品〕政策約束〔產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)量、原料結(jié)構(gòu)、原料量〕風(fēng)險約束非負(fù)約束可持續(xù)開展的供給鏈方案與調(diào)度各目標(biāo)優(yōu)先級確實定可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)G1G2G3G4經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展G15887社會可持續(xù)發(fā)展G22563資源可持續(xù)發(fā)展G32454環(huán)境可持續(xù)發(fā)展G43765兩兩對比矩陣?12242519經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展G10.4170.3330.3200.368社會可持續(xù)發(fā)展G20.1670.2080.2400.158資源可持續(xù)發(fā)展G30.1670.1670.2000.211環(huán)境可持續(xù)發(fā)展G40.2500.2920.2400.263歸一化矩陣?1.0011.0001.0001.000目標(biāo)權(quán)重,行?/40.3600.1930.1860.261目標(biāo)優(yōu)先級1342可持續(xù)開展的供給鏈方案與調(diào)度可持續(xù)開展的供給鏈方案模型目標(biāo)函數(shù)可持續(xù)開展的供給鏈方案與調(diào)度供給鏈方案分解可持續(xù)開展的供給鏈方案與調(diào)度供給鏈調(diào)度目標(biāo)函數(shù)約束條件多周期加和性約束〔方案約束〕單周期約束集成的供給鏈長期規(guī)劃與投資決策研究集成的供給鏈長期規(guī)劃與投資決策策略市場預(yù)測供應(yīng)鏈長期規(guī)劃與解瓶頸建模建立投資決策評價體系的層次結(jié)構(gòu)多目標(biāo)投資決策投資方向建立投資決策評價的權(quán)重體系集成的供給鏈長期規(guī)劃與投資決策研究投資決策全面評價體系與權(quán)重體系經(jīng)濟(jì)效益0.665投資0.106成本0.111NP0.153NPV0.175PI0.187CRP0.268可控性0.290柔性0.171可靠性0.239安全性0.300可操作性0.335產(chǎn)品1.000質(zhì)量0.482數(shù)量0.240價格0.277資源0.211原料0.500能量0.500環(huán)境0.211廢物污染1.000財政0.314稅收1.000就業(yè)0.263雇員1.000總體目標(biāo)1.000企業(yè)利益目標(biāo)0.555顧客利益目標(biāo)0.240社會利益目標(biāo)0.205集成的供給鏈長期規(guī)劃與投資決策研究可操作性的量化單元過程對供給鏈可操作性的影響因子單元過程擴(kuò)產(chǎn)對供給鏈可操作性的相對提高值集成的供給鏈長期規(guī)劃與投資決策研究供給鏈長期規(guī)劃與解瓶頸模型目標(biāo)約束擴(kuò)產(chǎn)約束條件擴(kuò)產(chǎn)量約束擴(kuò)產(chǎn)次數(shù)約束投資本錢約束投資利潤率約束投資回收期約束運行約束條件集成的供給鏈長期規(guī)劃與投資決策研究多目標(biāo)投資決策目標(biāo)函數(shù)供給鏈綜合集成優(yōu)化實例長期規(guī)劃與投資決策單元擴(kuò)產(chǎn)量投資時間靜態(tài)投資 動態(tài)投資催化重整17.85 1 6962.5 6962.5 加氫精制40.00 2 7000.0 6250.3 延遲焦化56.53 314306.011404.7成品油運輸0.30 2 750.0 669.6 中間品庫存2.421 221.0 221.0 總投資利潤率〔%〕87.6 70.3 總投資回收期〔年〕 2.1 2.4供給鏈綜合集成優(yōu)化實例可持續(xù)開展的供給鏈方案與調(diào)度供給鏈綜合集成優(yōu)化實例單元過程優(yōu)化裝置1#常減壓裝置2#常減壓裝置總計初始值優(yōu)化值初始值優(yōu)化值 初始值優(yōu)化值原料量〔萬噸〕 0.430.500.44 0.37 0.870.87原料組成〔%〕 A類100.0085.850.00 0.00 49.4350.57 B類0.0014.15100.00 100.00 49.3450.66原料費用〔萬元〕453.79538.46522.92 438.24 976.71976.70產(chǎn)品價值〔萬元〕494.99585.26557.59 468.79 1052.581054.05操作費用〔萬元〕10.3611.8110.01 8.51 20.3720.32經(jīng)濟(jì)效益〔萬元〕30.8434.9924.66 22.04 55.5057.03結(jié)論論文研究了過程系統(tǒng)技術(shù)與管理綜合集成的總體策略提出了可持續(xù)開展的過程工業(yè)供給鏈綜合集成的集成框架建立