煉油化工企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的改進(jìn)

傅繼強(qiáng)(山東京博控股股份有限公司， 山東 濱州 256500)

一般情況下，研究煉油化工生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)都傾向于建模方法及優(yōu)化算法等方面。然而，對(duì)于煉油化工生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題在研究過(guò)程中會(huì)發(fā)現(xiàn)，它具有連續(xù)性、離散變量性等多約束非線性特點(diǎn)。所以，在研究過(guò)程中可能不斷的增加了規(guī)模系數(shù)，從而使得難度系數(shù)也增大。由此，出現(xiàn)了三種調(diào)度優(yōu)化方法，分別為數(shù)學(xué)規(guī)劃、模擬型和智能型方法。

1 影響調(diào)度系統(tǒng)模型建立的關(guān)鍵因素

(1)目標(biāo)函數(shù)造成的影響 一般情況下，煉油化工企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的目標(biāo)就是既能保障生產(chǎn)高效平穩(wěn)的進(jìn)行，又能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效益、追求收益最大化。所以，煉油化工企業(yè)的調(diào)度系統(tǒng)的目標(biāo)函數(shù)就是生產(chǎn)效率和收益最大化。在生產(chǎn)過(guò)程中，影響生產(chǎn)效率和收益最大化的因素有很多，不可能在限定的時(shí)間內(nèi)滿(mǎn)足所有的約束條件，求出最佳的解決方案。

由于煉油化工企業(yè)的生產(chǎn)系統(tǒng)復(fù)雜、規(guī)模龐大，隨之其調(diào)度系統(tǒng)的模型也具有復(fù)雜性和規(guī)模性。整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)是由各個(gè)局部設(shè)備共同協(xié)調(diào)完成，每項(xiàng)局部設(shè)備還需要自己的約束條件，數(shù)量的不同性，并不一定各項(xiàng)局部設(shè)備具有同樣的標(biāo)準(zhǔn)，很可能存在相反的目標(biāo)。如果確保每項(xiàng)局部目標(biāo)函數(shù)的最大化并不一定就能使整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的目標(biāo)函數(shù)實(shí)現(xiàn)最大化。

(2)時(shí)間尺度造成的影響 時(shí)間尺度因素是影響調(diào)度模型建立的關(guān)鍵性因素。煉油化工企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題在研究過(guò)程中會(huì)發(fā)現(xiàn)，它具有連續(xù)性、離散變量性等多約束非線性特點(diǎn)。在模型建立時(shí)，每項(xiàng)操作都是和時(shí)間緊密聯(lián)系在一起的。為了避免在連續(xù)性、離散變量性特點(diǎn)上出現(xiàn)時(shí)間尺度問(wèn)題，要著重注意時(shí)間尺度的設(shè)立方式。

2 煉油化工企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的改進(jìn)

(1)數(shù)學(xué)規(guī)劃方法 數(shù)學(xué)規(guī)劃方法就是將生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)規(guī)劃模型，采用數(shù)學(xué)中的運(yùn)籌學(xué)方法，運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)中的整數(shù)規(guī)劃、線性非線性規(guī)劃、動(dòng)態(tài)規(guī)劃等方面知識(shí)，對(duì)調(diào)度最優(yōu)化、近似優(yōu)化問(wèn)題予以解決。數(shù)學(xué)規(guī)劃方法也稱(chēng)為嚴(yán)格優(yōu)化調(diào)度方法。

生產(chǎn)調(diào)度模型具有連續(xù)量性及離散變量性特點(diǎn)。一般情況下，針對(duì)這一特點(diǎn)采用的是混合整數(shù)線性規(guī)劃(MILP)和混合整數(shù)非線性規(guī)劃(MINLP)方法。例如，Coxhead對(duì)煉油廠的調(diào)度優(yōu)化進(jìn)行建模時(shí)使用經(jīng)典的MILP模型；為了求解生產(chǎn)調(diào)度和重調(diào)度(Re-scheduling)問(wèn)題，Roslof等人開(kāi)發(fā)了一種基于MILP的算法等。

針對(duì)數(shù)學(xué)規(guī)劃方法來(lái)說(shuō)，它具有良好的把控全局性?xún)?yōu)勢(shì)，任務(wù)分配和排序都很得當(dāng)。能夠使得全局求解保證凸和非凸問(wèn)題的解決。但是，調(diào)度生產(chǎn)參數(shù)并不是一成不變的，如果參數(shù)變化了，就是使得算法的精準(zhǔn)性得不到確認(rèn)。生產(chǎn)調(diào)度的復(fù)雜性，使得數(shù)學(xué)規(guī)劃方法模式的單一性參數(shù)不能代表所有的參數(shù)，這就使得求解的過(guò)程變得困難及計(jì)算的結(jié)果不精準(zhǔn)。所以，結(jié)合不同業(yè)務(wù)范圍、地域范圍將完成的調(diào)度問(wèn)題劃分成若干個(gè)子問(wèn)題，對(duì)子問(wèn)題進(jìn)行求解，最終實(shí)現(xiàn)子問(wèn)題最優(yōu)化，但是在進(jìn)行子問(wèn)題整合的過(guò)程中，并不一定實(shí)現(xiàn)全局最優(yōu)化。

(2)模擬型方法 模擬型方法是指使用離散事件模擬建立調(diào)度生產(chǎn)系統(tǒng)，對(duì)所有環(huán)節(jié)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，不斷建立調(diào)度生產(chǎn)系統(tǒng)的離散模擬系統(tǒng)。模擬型方法也被稱(chēng)為系統(tǒng)仿真方法，也是調(diào)度研究中心最常用的方法之一。模擬型方法是完全照搬設(shè)計(jì)生產(chǎn)環(huán)境，不需要進(jìn)行計(jì)算或是分析，是真實(shí)的在運(yùn)行時(shí)解決問(wèn)題。模擬調(diào)度模型是以圖形化流程為基礎(chǔ)，模擬仿真系統(tǒng)為核心，進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證解決調(diào)度方案的可行性，將最終的結(jié)果用圖形的方式清晰、可操作性的表達(dá)出來(lái)。

對(duì)于模擬型方法區(qū)別于數(shù)字規(guī)劃方法，它是既涵蓋了數(shù)字模型，并且著重表達(dá)系統(tǒng)運(yùn)行的邏輯關(guān)系，并且采用簡(jiǎn)化的視圖模型清晰的表達(dá)出來(lái)。而且它涵蓋了所有分配、排序和時(shí)間選擇決策的結(jié)果分析，再加上結(jié)果分析的有效評(píng)價(jià)，使得模擬型方法成為選擇最多、反饋效果最好的生產(chǎn)調(diào)度方法。

截止目前，模擬型方法并不能起到優(yōu)化功能的作用。但是，后續(xù)出現(xiàn)了智能優(yōu)化型調(diào)度方法，使得二者有機(jī)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了提高調(diào)度系統(tǒng)搜索和優(yōu)化功能，逐漸成為應(yīng)用最為廣范的調(diào)度方法。例如，Artiba 和 Riane利用專(zhuān)家系統(tǒng)技術(shù)、仿真技術(shù)及優(yōu)化算法開(kāi)發(fā)了一個(gè)化工廠的生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度系統(tǒng)；目前煉油化工調(diào)度開(kāi)發(fā)平臺(tái)使用較多的 ORION 系統(tǒng)中也涵蓋了模擬型系統(tǒng)的功能。

(3)智能優(yōu)化法 智能優(yōu)化方法是通過(guò)借助類(lèi)型各異的原理方法，結(jié)合調(diào)度人員的調(diào)度經(jīng)驗(yàn)、調(diào)度過(guò)程中的決策方式，將生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題采用抽象式的表達(dá)經(jīng)驗(yàn)形式的模式。同時(shí)，將以上模型的建立運(yùn)用到某一個(gè)特定的調(diào)度過(guò)程中，真正解決生產(chǎn)調(diào)度過(guò)程中的問(wèn)題，使得局部達(dá)到最佳狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整體的最佳狀態(tài)。另外，根據(jù)原理使用的不同和方法使用的不同，也可以將智能優(yōu)化方法分為約束規(guī)劃、約束導(dǎo)向、規(guī)則推理等三種類(lèi)型。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，截止目前，針對(duì)煉油化工企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)領(lǐng)域的研究也越來(lái)越多，成果也越來(lái)越顯著，使得生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用呈現(xiàn)多樣性，并沒(méi)有統(tǒng)一的、公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)方法。對(duì)于生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的建立需要基層人員的操作和生產(chǎn)計(jì)劃協(xié)調(diào)一致，同時(shí)也要關(guān)注對(duì)先進(jìn)技術(shù)的使用在建立模型優(yōu)化功能的指導(dǎo)工作。

［1］龍偉燦，許明春.煉油廠原油罐調(diào)度系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)[J].石油煉制與化工，2013，31(11)：38-41.

［2］李歧強(qiáng)，史開(kāi)泉.生產(chǎn)調(diào)度穩(wěn)定性研究[J].中國(guó)工程科學(xué)，2012，3(3) ：75-78.