化工企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化模型分析

任文春

[摘 要] 文章對(duì)化工企業(yè)生產(chǎn)優(yōu)化的特征進(jìn)行分析，并構(gòu)建計(jì)劃優(yōu)化模型，從信息管理與生產(chǎn)調(diào)度兩方面著手，介紹系統(tǒng)中各個(gè)模塊的功能與操作流程，最后對(duì)實(shí)例問(wèn)題進(jìn)行計(jì)算，闡述該模型與算法的有效性。實(shí)踐結(jié)果顯示，該優(yōu)化模型的應(yīng)用可幫助企業(yè)減少成本投入，獲得更多的經(jīng)濟(jì)效益。

[關(guān)鍵詞] 化工企業(yè) 生產(chǎn)計(jì)劃 優(yōu)化模型

中圖分類號(hào)：F426 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展下，化工企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，為了節(jié)約生產(chǎn)加工成本，企業(yè)應(yīng)積極優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，科學(xué)規(guī)范地編制生產(chǎn)計(jì)劃，以期達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)。對(duì)此，企業(yè)可通過(guò)構(gòu)建生產(chǎn)優(yōu)化模型的方式，發(fā)揮信息管理、生產(chǎn)計(jì)劃等模塊的作用，提高自身競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。

一、化工企業(yè)生產(chǎn)優(yōu)化的特征

對(duì)于化工企業(yè)來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)計(jì)劃屬于企業(yè)核心內(nèi)容，在CIMS五個(gè)層次中具有承上啟下的作用，上端與決策層相連，下端與生產(chǎn)監(jiān)督控制層相連，該行業(yè)作為典型的流程工業(yè)，與離散工業(yè)不盡相同，在生產(chǎn)優(yōu)化方面具有以下特征。

（一）流程工藝連續(xù)且固定。通常情況下，無(wú)須CIMS中的計(jì)算機(jī)輔助，在生產(chǎn)時(shí)只需根據(jù)實(shí)際需求，對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和設(shè)定即可，堅(jiān)持長(zhǎng)周期、滿負(fù)荷、安全穩(wěn)定的控制算法，即可達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)。

（二）流程復(fù)雜。主要涉及物質(zhì)、信息、能量等多個(gè)方面，還包括物理、化學(xué)、生物等多種反應(yīng)，具有較強(qiáng)的復(fù)雜性與不確定性，同時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)復(fù)雜，處理量較大，數(shù)據(jù)在線監(jiān)測(cè)難度較高，系統(tǒng)較為龐大復(fù)雜。

（三）流程安全。在流程工業(yè)中，由于關(guān)鍵設(shè)備體積較大、數(shù)量較少，且長(zhǎng)期在惡劣的環(huán)境下運(yùn)行，因此生產(chǎn)安全十分重要，為確保流程連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)，設(shè)備維護(hù)與故障診斷也十分關(guān)鍵[1]。

二、化工企業(yè)生產(chǎn)優(yōu)化模型的構(gòu)建

現(xiàn)階段，許多化工企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度過(guò)于依賴經(jīng)驗(yàn)，主要由于生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度中具有非線性、大規(guī)模、多約束等特點(diǎn)，對(duì)此，可采用生產(chǎn)計(jì)劃管理理念與智能算法相結(jié)合的方式，解決生產(chǎn)調(diào)度中存在的問(wèn)題。文章以某化工企業(yè)為例，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)智能生產(chǎn)優(yōu)化模型，根據(jù)不同生產(chǎn)目標(biāo)提出計(jì)劃方案，從而達(dá)到利潤(rùn)最大、能耗最小化的目標(biāo)。

（一）總體設(shè)計(jì)

在文章研究的系統(tǒng)中，主要分為信息管理與生產(chǎn)計(jì)劃兩個(gè)模塊，前者主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)自身數(shù)據(jù)與實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)的管理，后者為根據(jù)目標(biāo)制定生產(chǎn)計(jì)劃，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)方案進(jìn)行修改和優(yōu)化。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用B/S架構(gòu)，構(gòu)建Web中心服務(wù)器，將數(shù)據(jù)庫(kù)放入該服務(wù)器中，在客戶端設(shè)置不同車間與部門，用戶通過(guò)Web瀏覽器和數(shù)據(jù)庫(kù)便可實(shí)現(xiàn)交互操作。在系統(tǒng)前端采用ASR.NET開(kāi)發(fā)，計(jì)劃算法采用VisualC++.NET進(jìn)行開(kāi)發(fā)，借助DLL完成封裝任務(wù)，為前端頁(yè)面調(diào)用提供便利[2]。

（二）信息管理模塊

該模塊主要包括三項(xiàng)內(nèi)容，即基礎(chǔ)信息、系統(tǒng)與個(gè)人信息管理，重點(diǎn)對(duì)用戶、系統(tǒng)與生產(chǎn)信息進(jìn)行維護(hù)。由于基礎(chǔ)信息與生產(chǎn)優(yōu)化之間存在緊密聯(lián)系，主要涵蓋庫(kù)存、物料、設(shè)備管理等多個(gè)方面，因此應(yīng)對(duì)其重點(diǎn)關(guān)注。

1.設(shè)備管理

主要針對(duì)全廠范圍內(nèi)的設(shè)備信息進(jìn)行維護(hù)，與企業(yè)實(shí)際情況相結(jié)合，采用增刪、查看與修改等方式完成操作。在設(shè)備管理方面，主要涉及的信息為設(shè)備名稱、編號(hào)、可用時(shí)間、流量數(shù)值與能耗等。由于部分設(shè)備的流量受限，如若低于最小數(shù)值，則設(shè)備難以正常啟動(dòng)，如隔膜電解槽等；一些間歇式設(shè)備具有加工時(shí)間概念，在設(shè)備管理方面應(yīng)與該項(xiàng)指標(biāo)相結(jié)合。

2.物料管理

該項(xiàng)管理范圍面向整個(gè)車間中的物料與產(chǎn)品信息，主要針對(duì)物料類型、名稱、價(jià)格與存儲(chǔ)信息等進(jìn)行管理。按照不同時(shí)段的實(shí)際情況，將物料信息錄入系統(tǒng)中，并進(jìn)行增刪、修改等操作。

3.產(chǎn)品需求管理

該項(xiàng)管理主要是對(duì)產(chǎn)品需求信息的管理，涵蓋整個(gè)車間中不同時(shí)段的產(chǎn)品需求，主要對(duì)產(chǎn)品名稱、數(shù)量、所處車間等內(nèi)容進(jìn)行維護(hù)，并可在系統(tǒng)中對(duì)產(chǎn)品信息進(jìn)行修改與增刪等操作。

4.庫(kù)存信息

該項(xiàng)功能主要包括整個(gè)車間內(nèi)的設(shè)備，對(duì)各項(xiàng)設(shè)備信息進(jìn)行維護(hù)，包括儲(chǔ)罐名稱、類型、容量值與所處車間等。對(duì)于初始庫(kù)存來(lái)說(shuō)，代表著計(jì)劃階段存儲(chǔ)的物料量，一些儲(chǔ)罐的最小容量受到限制，如若不超過(guò)最小容量，則會(huì)對(duì)設(shè)備的正常運(yùn)行和生產(chǎn)產(chǎn)生不良影響[3]。

（三）生產(chǎn)計(jì)劃模塊

該模塊主要包括計(jì)劃信息、計(jì)劃優(yōu)化與計(jì)劃結(jié)果三個(gè)方面，功能在于增刪信息、修改信息，根據(jù)不同目標(biāo)制定生產(chǎn)計(jì)劃，并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化和改善等，具體如下。

1.計(jì)劃信息

該模塊的主要功能在于對(duì)計(jì)劃優(yōu)化范圍的信息進(jìn)行預(yù)處理，如設(shè)備信息、產(chǎn)品信息、原料供應(yīng)信息等，其中產(chǎn)品信息包括名稱、需求量、價(jià)格、儲(chǔ)備量等；原料信息包括初始庫(kù)存、名稱、供銷量與價(jià)格等；設(shè)備信息為名稱、狀態(tài)、可用時(shí)間、損耗情況等。操作人員按照不同時(shí)間段的生產(chǎn)情況，對(duì)上述信息進(jìn)行審核，針對(duì)與之不符的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行修改、增刪等處理。該系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)對(duì)審查合格的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)噸減能耗、立方米/小時(shí)等數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其與計(jì)劃優(yōu)化需求相符合，為計(jì)劃優(yōu)化提供更多便利。

2.計(jì)劃優(yōu)化

實(shí)施以市場(chǎng)為主導(dǎo)的計(jì)劃模式，堅(jiān)持供需平衡原則，按照產(chǎn)量采購(gòu)相關(guān)原材料，并安排生產(chǎn)，最后按客戶要求出貨并及時(shí)回款，確保整個(gè)流程材料采購(gòu)合理，生產(chǎn)消耗正常，出貨順利，形成良性循環(huán)。實(shí)現(xiàn)供需平衡的主要方法便是預(yù)防為主，分為按需生產(chǎn)和提前生產(chǎn)兩種，按需生產(chǎn)不會(huì)出現(xiàn)大量商品積壓風(fēng)險(xiǎn)，但周期較長(zhǎng)；提前生產(chǎn)主要針對(duì)大眾需求品，可滿足大部分群體的長(zhǎng)期需求。

3.計(jì)劃結(jié)果

針對(duì)供需情況，對(duì)多次計(jì)劃優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，明確所需發(fā)布到不同車間的計(jì)劃與方案，并對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化和修改，主要涉及的信息為供需情況、總利潤(rùn)等，可在系統(tǒng)中點(diǎn)擊詳情的方式，對(duì)具體流程、加工量、產(chǎn)品總量進(jìn)行分析。

4.計(jì)劃修改

在生產(chǎn)計(jì)劃制定后，用戶可根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)針對(duì)方案中部分產(chǎn)品的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行修改，通過(guò)計(jì)劃優(yōu)化獲取新的優(yōu)化結(jié)果。在產(chǎn)品數(shù)據(jù)修改完畢后，所產(chǎn)生的優(yōu)化結(jié)果作為計(jì)劃方案在計(jì)劃結(jié)果界面中顯示出來(lái)，為用戶的方案對(duì)比提供便利。通過(guò)計(jì)劃修改模塊的應(yīng)用，使產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息得到有效修改，與傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，制定出新的計(jì)劃方案[4]。

三、化工生產(chǎn)優(yōu)化模型的應(yīng)用實(shí)例

在石化企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化系統(tǒng)中，主要功能在于利用智能優(yōu)化算法，對(duì)企業(yè)年度、月度的供需計(jì)劃進(jìn)行分析。例如，在磷化工生產(chǎn)中，便可采用邊際貢獻(xiàn)—價(jià)值調(diào)度法對(duì)年度計(jì)劃進(jìn)行求解，設(shè)置物料平衡參數(shù)，通過(guò)循環(huán)遞階的方式運(yùn)行，結(jié)果如下：本次供需計(jì)劃目標(biāo)中主要包括10種產(chǎn)品，通過(guò)對(duì)原材料價(jià)格、變動(dòng)成本、產(chǎn)品銷售價(jià)格構(gòu)建測(cè)算模型，以市場(chǎng)為導(dǎo)向，結(jié)合車間設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況，差異化制定生產(chǎn)計(jì)劃，并與企業(yè)年度計(jì)劃要求相契合，確保始終維持供需平衡狀態(tài)。在本次計(jì)劃優(yōu)化中，通過(guò)邊際貢獻(xiàn)測(cè)算模型制定計(jì)劃方案，以產(chǎn)品A—D價(jià)值為例如下表1所示。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，針對(duì)化工企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃需求，文章設(shè)計(jì)出智能生產(chǎn)優(yōu)化系統(tǒng)，對(duì)該系統(tǒng)的總體框架結(jié)構(gòu)與開(kāi)發(fā)平臺(tái)進(jìn)行分析，對(duì)各個(gè)模塊功能與流程加以闡述，在B/S架構(gòu)下，通過(guò)DLL封裝實(shí)現(xiàn)算法優(yōu)化，為系統(tǒng)調(diào)用提供便利的同時(shí)，還有助于算法的拓展與改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

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