（制浆造纸工程专业论文）mes框架下的造纸企业生产调度及质量控制研究.pdf

m e s 框架下的造纸企业生产调度及质量控制研究 摘要 目前，对于流程工业，当前信息化的发展趋势是采用以c i p s ( c o m p u t e r i n t e g r a t e dp r o c e s ss y s t e m ) 为代表的流程工业综合自动化技术，其基本体系 为e r p m e s p c s 的三层结构。e r p ( e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g ) 层强调 企业的计划性，m e s ( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e m s ) 层强调计划的执行， p c s ( p r o c e s sc o n t r o ls y s t e m ) 层则强调设备的控制。 m e s 层通过信息传递，对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优 化管理。当工厂里有实时事件发生时，m e s 能及时作出反应、报告。并用当 前的准确数据对它们进行指导和处理。这种对状态变化的迅速响应使得m e s 能够减少企业内部没有附加值的活动，有效指导工厂的生产运作过程。从而 使其能够提高工厂及时交货能力、改善物料的流通性能。又能提高生产回报 率。其中，生产调度和质量控制是它的两个重要环节。 生产调度是连接生产经营管理和生产过程控制的纽带。一方面要为企业 经营战略决策层提供决策依据，一方面向控制层安排生产加工任务，指导监 督控制层的运作。而质量则是企业产品制造过程中第一个要关注的因素，其 次是产量和成本。提高质量意识首先需要强调全员参与的意识。无论怎样的 质量管理模式，最终目的是提高企业对产品质量的适时控制能力，尽可能将 缺陷消除在萌芽阶段，从而降低不合格品率。 因此，开展造纸企业生产调度和质量控制领域的研究是非常必要的，这 些研究对社会也将具有重要的理论和实际意义。 本文针对造纸企业生产调度中的排产模型和调度算法以及质量优化等 问题进行了研究，主要研究内容包括： ( 1 ) 对造纸企业调度问题进行了一定的探讨，提出了一种造纸生产调度 问题的多视图描述方法，它通过功能视图、组织视图、过程视图、信息视图 和人与资源视图来描述造纸企业的生产调度。 ( 2 ) 提出了一种造纸企业的优化排产模型，将激励制度和工人的心理因 素等应用到多目标造纸企业生产调度问题中，并针对传统方法中权值分配不 合理会导致某个目标下非支配解遗失的问题，采用了均值自适应法求解方 法，使遗传算法中权值系数的设置得到了很大程度的改善，一定程度上提高 了多目标下遗传算法的优化性能，并对交叉和变异策略进行了改进即采用 轮盘赌和精英选择策略保留了优良的个体，有效的减缓了遗传算法搜索寻优 过程中种群收敛于单一个体的趋势，并在算法执行过程中体现了交叉和变异 并行的思想，更有利于优良模式的遗传和生成。最后，进行了仿真研究和算 法比较。结果表明：该算法以较高的概率、较快的收敛速度收敛于全局最优 解。 ( 3 ) 为提高造纸企业的质量、减小工人的心理压力，避免不确定因素对 企业和人工工作效率的影响，提出了打浆度的在线检测及优化控制以及水 分、定量的控制策略研究。采用f b p 算法对打浆度的对应关系进行学习，从 而可在很少步数下达到精度要求，收敛特性、收敛速度及系统的泛化特性都 得到了改善。最后提出了一种基于神经网络的静态解耦方法，成功地将造纸 过程的多变量系统变成了单变量系统，实现了定量、水分之间的解耦。同时 由于造纸生产过程中存在较大滞后，运用增益自适应补偿控制方案，有效地 克服了滞后对控制系统稳定性和控制质量的影响。 ( 4 ) 采用西门子公司的m e s 软件s i m a t i ci t ，建立了造纸企业的生产 模型，实现了基于s i m a t i ci t 下的造纸企业生产调度，真正实现了上层业 务系统e r p 和下层控制系统p c s 的信息沟通。 最后，在总结本论文研究情况的基础上，提出了造纸企业生产调度中需 要进一步探索和研究的若干问题。如：( 1 ) 由于造纸企业生产过程存在大量 的不确定因素，往往会导致计划、调度与控制优化脱节，不能有效协调和均 衡生产，造成企业成本增加和效益下降，因此，未来一定要提高生产过程的 柔性，适应多变的市场需求，解决在合理计算时间内全局最优性的挑战具有 现实意义。( 2 ) 目前，在造纸及一些相关流程行业中，已有一些成功的商业 软件应用，但其成本过高，开发和维护较难，因此，联合国内一些知名公司 开发一些自主软件，对该课题在企业的普及及推广具有一定的现实意义。 关键词：造纸企业，生产调度，遗传算法，排产，质量控制，多目标 i i s t u d yo fp r o d u c t i o ns c h e d u l i n ga n d q u a l i t yc o n t r o l i np a p e r - m a k i n gi n d u s t r y b a s e do nm e s a b s t r a c t n o w , i n t e g r a t e da u t o m a t i o nt e c h n o l o g ys u c ha sc i p s ( c o m p u t e ri n t e g r a t e d p r o c e s ss y s t e m ) i st h et r e n do fi n f o r m a t i o nd e v e l o p m e n ti nt h ep r o c e s si n d u s t r y c i p si sm a d eo ft h r e e l a y e r s ：e r p ( e n t e r p r i s e r e s o u r c e p l a n n i n g ) ， m e s ( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e m s ) ，p c s ( p r o c e s sc o n t r o ls y s t e m ) e r pi s f o c u s e do np l a no fap l a n t ，m e s ，e x e c u t i o no fp l a na n dp c s ，c o n t r o lo f e q u i p m e n t i nt h ei v i e sl a y e r , s y s t e mi n t r o d u c e dam e t h o dt oo p t i m i z et h em a n a g e m e n t o ft h ew h o l ep r o d u c t i o np r o c e s sf r o mo r d e rr e l e a s i n gt h r o u g hi n f o r m a t i o n t r a n s f e r w h e nr e a l - t i m ee v e n t sh a p p e ni nt h ep l a n t ，m e sc a l lt i m e l ym a k e r e a c t i o n sa n dr e p o r t sa n dg u i d et h eu s e r st op r o c e s st h ee v e n t s t h eq u i c k r e s p o n s e t o c h a n g e o fs y s t e ms t a t ee n a b l em e st or e d u c et h ei n n e r n o n e v a l u e a d d i n ga c t i v i t i e so fap l a n t ，e f f e c t i v e l yd i r e c tt h ep l a n tw o r ko n s m o o t h ，a c c o r d i n g l ye n h a n c e t h ei n - t i m e d e l i v e r ya b i l i t y , i m p r o v et h e c i r c u l a t i o no fm a t e r i a l sa n dp r o m o t er a t eo fp r o d u c t i o nr e t u m p r o d u c t i o n s c h e d u l i n ga n dq u a l i t yc o n t r o la r et h ee s s e n t i a lp a r t so ft h es y s t e m t ot e c h n o l o g i c a lp r o c e s s ，i n d u s t r y ，t h ec u r r e n t l yn o r m a l i z a t i o nd e v e l o p i n g t r e n da r et oa d o p tt h es y n t h e t i c a l l yt e c h n o l o g i c a lp r o c e s si n d u s t r ya u t o m a t i o n t e c h n o l o g y ，w h o s ef u n d a m e n t a ls y s t e mt a k i n gc i p s ( c o m p u t e ri n t e g r a t e d p r o c e s s s y s t e m ) a sr e p r e s e n t a t i v e t ob et h r e el a y e r so fs t r u c t u r eo fe r p m e s p c s e r p ( e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g ) h a sb e e ne m p h a s i z e dt i e rt h e e n t e r p r i s ep r o g r a m m i n g ，i n a d d i t i o n t o ，p c s ( p r o c e s sc o n t r o ls y s t e m ) e m p h a s i z i n gap l a n t i e rc o n t r o lm e s ( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e m s ) e m p h a s i z i n ge q u i p m e n t st i e rt h e n p r o d u c t i o ns c h e d u l i n gl i n k sp r o d u c t i o n ，o p e r a t i o na n dm a n a g e m e n ta n d i l l p r o d u c t i o np r o c e s s c o n t r 0 1 o nt h eo n eh a n d ，i tp r o v i d e sr e f e r e n c ef o rt h e e n t e r p r i s eo p e r a t i o ns t r a t e g yl a y e r o nt h eo t h e rh a n d ，i ta r r a n g e sp r o d u c t i o nt a s k t oc o n t r o ll a y e r , d i r e c t sa n dm o n i t o r st h eo p e r a t i o no fc o n t r o ll a y e r q u a l i t yi st h e f i r s tc o n c e r n e df a c t o ro ft h ep r o d u c t i o no fa e n t e r p r i s e ，t h e nt h eq u a n t i t ya n dt h e c o s t t or a i s i n gt h ea w a r e n e s so fq u a l i t y , p l a n tm u s tp r o m o t et h ea w a r e n e s so f t h ep a r t i c i p a t i o no ft o t a ls t a f f n om a t t e rw h a tt h em o d eo f q u a l i t ym a n a g e m e n t i s ，p r o d u c t i o ns c h e d u l i n gt a r g e t sa tp r o m o t i n gt h ea b i l i t yo ft h er e a l t i m ec o n t r o l o fp r o d u c t q u a l i t y , t r y i n g t oe l i m i n a t et h ei n f a n td e f e c t sa n dr e d u c et h e d i s q u a l i f i c a t i o nr a t e f o rt h ea b o v er e a s o n s ，i ti sn e c e s s a r yt os t u d yt h ep r o d u c t i o ns c h e d u l i n g a n dq u a l i t yc o n t r o lo fp a p e r - m a k i n gi n d u s t r y t h er e s e a r c hi su s e f u lt ob o t ht h e t h e o r ya n dp r a c t i c eo fp a p e r - m a k i n gi n d u s t r y t h ep a p e rt a r g e t sa tt h es t u d yo f p l a nm o d e l ，s c h e d u l ea l g o r i t h ma n dq u a l i t y c o n t r o lo fp r o d u c t i o ns c h e d u l i n go fap r o c e s si n d u s t r y t h ef o l l o w i n g4a s p e c t s a r et h em a i nr e s e a r c hc o n t e n to ft h ep a p e r ： ( 1 ) a f t e rt h es t u d yo fp r o b l e mo fs c h e d u l i n go fp a p e r - m a k i n gi n d u s t r y , t h e p a p e rs h o w e dam e t h o do fm u l t i v i e wd e s c r i p t i o nw h i c hr u n st h ep r o d u c t i o n s c h e d u l i n go fp a p e r - m a k i n gi n d u s t r yt h r o u g hp r o c e s sv i e w , o r g a n i z a t i o nv i e w , f u n c t i o nv i e wa n di n f o r m a t i o nv i e w ( 2 ) p r o p o s e dao p t i m i z e dp l a nm o d e lf o rt h ep a p e r - m a k i n gi n d u s t r yw h i c h a p p l yt h ee x c i t a t i o nm e c h a n i s m ，w o r k e r sm e n t a lf a c t o r sa n do t h e ra s p e c t st o m u l t i t a r g e tp r o d u c t i o ns c h e d u l i n go fp a p e r - m a k i n gi n d u s t r y i ti sb e c a u s eo f u n r e a s o n a b l e w e i g h t a l l o c a t i o ni n t y p i c a l m e t h o dl e a d st ot h el o s to f n o n d o m i n a t e ds o l u t i o nu n d e ro n et a r g e t t h ep a p e ra d o p t e da d a p t i v ea v e r a g e v a l u em e t h o dw h i c hl a r g e l y i m p r o v e dt h e c o e f f i c i e n t so fw e i g h t so fg a ， p r o m o t et h eo p t i m u mp e r f o r m a n c eo fg au n d e rm u l t i - t a r g e t ，i m p r o v e d c r o s s o v e ra n dm u t a t i o nw i t ht h es t r a t e g yo fr o u l e t t ea n de l i t es e l e c t i o nt ok e e p t h ee x c e l l e n ti n d i v i d u a lw h i c hl o w e r e dt h ec o n v e r g e n c et r e n do fp o p u l a t i o ni n t h es e a r c h p r o c e s so fg a ，p r e s e n t e dt h ep a r a l l e lr u n n i n go fc r o s s o v e ra n d m u t a t i o n ，c o n v e n i e n tt oi n h e r i t a n c ea n dg e n e r a t i o no fe x c e l l e n tm o d e f i n a l l y , c o m p a r e dt h e s i m u l a t e da l g o r i t h m ( 3 ) i no r d e rt oi m p r o v et h eq u a l i t y , r e d u c et h ew o r k e r s p s y c h o l o g i c a l p r e s s u r e ，a v o i dt h ei m p a c to ne n t e r p r i s ea n dw o r ke f f i c i e n c yf o rt h eu n c e r t a i n t y , t h ea u t h o rs t u d i e db e a t i n go n l i n ed e t e c t i o na n do p t i m a lc o n t r o l ，a n dm o i s t u r ea n d q u a n t i t yc o n t r o ls t r a t e g y l e a r n i n gt h er e l a t e d b e a t i n gr e l a t i o n s h i pw i t hf b p a l g o r i t h m ，c a n a c h i e v e r e q u i r e da c c u r a c y w i t hf e w s t e p s ，c o n v e r g e n c e p e r f o r m a n c e ，c o n v e r g e n c es p e e da n dg e n e r a l i z a t i o no ft h es y s t e mh a sb e e n i m p r o v e d f i n a l l yp r e s e n t e da s t a t i cd e c o u p l i n gm e t h o db a s e do nn e u r a ln e t w o r k ， w h i c hs u c c e s s f u l l yr e a l i z e dt h et r a n s f o r m a t i o nf r o mt h ep a p e r m a k i n gp r o c e s s m u l t i v a r i a b l es y s t e mt os i n g l ev a r i a b l es y s t e m ，i e r e a l i z e dt h ed e c o u p l i n g b e t w e e nt h ev a r i a b l e so fq u a n t i t a t i v e ，m o i s t u r e t h e r ei sal o n gt i m ed e l a yi nt h e p a p e rp r o d u c t i o np r o c e s s ，t h e u s eo fa d a p t i v eg a i nc o m p e n s a t i o nc o n t r o l e f f e c t i v e l yo v e r c o m et h ei m p a c to nt h es t a b i l i t ya n d c o n t r o lq u a l i t yo ft h ec o n t r o l s y s t e m 似) w i t ht h es i e m e n ss i m a t i ci tm e ss o f t w a r e ，e s t a b l i s h e do fa p r o d u c t i o nm o d e lo fp a p e ri n d u s t r y , r e a l i z e dp r o d u c t i o ns c h e d u l i n go fp a p e r i n d u s t r yb a s e do ns i m a t i ci t , a n dt r u l ya c h i e v e dc o m m u n i c a t i o nb e t w e e nt h e u p p e re r p b u s i n e s ss y s t e m sa n dl o w e rp c sc o n t r o ls y s t e m f i n a l l y , p r o p o s e ds o m ep r o b l e mt o f u r t h e r e x p l o r a t i o n a n ds t u d yo n p r o d u c t i o ns c h e d u l i n gi np a p e r - m a k i n gi n d u s t r yi nt h el a s tp a r to ft h ep a p e r s u c ha s ( 1 ) b e c a u s eaq u a n t i t yo fu n c e r t a i n t ye x i s t i n gi np a p e r - m a k i n gi n d u s t r y u s u a l l yl e a dt og a p sa m o n gp l a n n i n g ，s c h e d u l i n ga n do p t i m u mc o n t r 0 1 i ti s p r a c t i c a l l ys i g n i f i c a n tt oi m p r o v e t h ep r o d u c t i o np r o c e s sf l e x i b i l i t y , a c c o r d i n g l y a d a p t i n gt h em a r k e td e m a n d s ，s o l v et h eg l o b a lo p t i m u mp r o b l e m i nt h er a t i o n a l c a l c u l a t i o nt i m e ( 2 ) a tp r e s e n t ，i nt h ep a p e r - m a k i n ga n dr e l a t e dp r o c e s si n d u s t r y , s o m es u c c e s s f u lc o m m e r c es o f t w a r eh a v eb e e ni nu s e ，b u tt h ec o s ti se x c e s s i v e ， a n di ti sd i m c u l tf o rd e v e l o p m e n ta n dm a i n t e n a n c e s o ，t h es o f t w a r ed e v e l o p e d i ns o m ef a m o u s c o m p a n y o f 吐1 eu ni su s e f u lf o rt h es p r e a d i n ga n d p o p u l a r i z a t i o no ft h er e s e a r c ho f t h ep a p e r k e yw o r d s ：p a p e r - m a k i n ge n t e r p r i s e s ，p r o d u c t i o ns c h e d u l i n g ，g e n e t i c a l g o r i t h m ，p r o d u c t i o np l a n n i n g ，q u a l i t yc o n t r o l ，m u l t i - t a r g e t v 陕两科技大学博士学位论文 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其它个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律责任由本人承担。 论文作者签名：妻面日期：2 q q2 生【旦 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解陕西科技大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅；本人授权陕西科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文和汇编 本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到( ( 中国 学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 论篡篡 嚣鬻翘日o - - 论文作者签名：虹掾师签名：现盈逛丛日 m e s 框架下的造纸企业生产调度及质量控制研究 1 绪论 1 1m e s 概述 目前，对于流程工业，当前信息化的发展趋势是采用以c i p s ( c o m p u t e ri n t e g r a t e d p r o c e s s s y s t e m ) 为代表的流程工业综合自动化技术，其基本体系为e r p m e s p c s 的三 层结构( 如图1 1 ) 。e r p ( e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g ) 层强调了企业的计划性， m e s ( m a n u f a c t u r i n g e x e c u t i o ns y s t e m s ) 层强调计划的执行，p c s ( p r o c e s s c o n t r o l s y s t e m ) 层则强调设备的控制。它解决了企业管理和生产中的一些共性问题，也为管理和 控制链接中各企业所面临的问题提供了解决方法【1 3 ) 。 决策管理 计划调度 过程控制 e r p 系统 p c s 系统 圈嚣 图1 - 1m e s 在造纸综合集成系统申的位置 f i g 1 1p l a c eo f m e si nt h ei n t e g r a t e dp a p e r - m a k i n gs y s t e m 在p c s 层中，d c s ( d i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m ) 是流程c i p s 过程控制的基础，基于 t c p i p 网络协议和客户机服务器的网络环境、现场总线、分布式数据库技术、软测量 技术等都是实现基础自动化的有效保证；在e r p 层中，主要包括企业计划、经营、决 策、生产组织、物流管理、质量管理、设备资源管理等 4 1 。流程工业c i p s 的e r p 层更 强调计划的制定与资源的合理调配利用，尽可能大地使人力、物力、财力不间断地安全、 稳定、长期、高质、高效运转，从而实现企业的经营目标；m e s 层的职能，主要是实 现过程运行管理和企业级的信息系统与底层生产数据的集成，连接上层计划与底层设备。 具体来说，m e s 层要在e r p 层产生的长期计划指导下，根据底层控制系统采集实时数 据，进行短期生产作业的计划调度、监控、资源配置和生产过程的优化等工作。通过确 定各个生产设备的负荷及对其进行实时静态优化，向上层控制系统提供最优操作条件， 以达到生产作业计划优化调度，实现最少的能耗、最高的安全性和最大的产品效益【5 】。 流程工业的特点是要控制的参变量多，工况复杂，需处理的实时、历史数据量大，各种 突变和不确定性因素时有发生。这就给生产过程自动监控、优化、调度、控制提出了极 陕西科技大学博士学位论文 高的要求，同时也决定了流程工业的工作重心在m e s 层。因此，应把更多的精力放在 如何提高和完善实时监控、在线优化、生产调度专家系统、先进建模与流程模拟等技术 上【6 - 7 l 。 从大的范围来看，它分为四大类：生产调度、质量控制、过程优化、先进控制。 过程优化：通过对生产过程对象的目标函数进行优化，从而提高企业的生产效率及 控制精度。造纸生产过程优化控制包括蒸煮过程优化控制、洗筛漂过程优化控制、抄纸 过程优化控制、碱回收过程优化控制、造纸厂热电调荷优化控制等。 先进过程控制：相伴于先进控制算法。一般将基于数学模型而又必须用计算机来实 现的控制算法，统称为先进过程控制策略。如：自适应控制、预测控制、鲁棒控制、智 能控制( 专家系统、模糊控制、神经网络) 等。 由于篇幅的限制，本文主要从生产调度和质量控制管理两个方面来阐述。 1 2 造纸企业生产调度 生产调度是企业生产管理的重要组成部分，不仅是企业生产运行的指挥中心，而且 是企业产生经济效益的重要来源，特别是在造纸企业中，由于其基础自动化水平相对较 高，从而实现高效生产调度所取得的经济效益和社会效益会比离散型企业更明显和迅速。 一些造纸企业采用“计算机集成制造( c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n g ，c i m ) 思想， 以优化生产经营和生产操作为主要目标，综合利用线性规划、流程模拟等技术，优化资 源分配、排产方案、调度作业及生产操作条件，辅助生产调度与经营决策，为技术进步 和科学管理提供了强有力的技术支持，产生了明显的经济效益和社会效益 8 - 1 0 。但是，生 产调度的自动化和信息化程度依然不高，大多数流程企业依然把生产调度系统作为辅助 手段应用于实际的生产；同时，造纸企业应对市场变化的能力还不是很强，还没有达到 市场意义上的实时性要求。因此，有必要对造纸企业生产调度方法与应用问题进行进一 步的研究；并将研究成果逐步应用到生产实际中。 而造纸企业生产调度是非常复杂的问题，通常是多约束、多目标、随机不确定的优 化问题。求解过程的计算量随问题的规模呈指数规律增长，已被证明是n p 问题。造纸 生产过程包括了信息流、物质流、能量流，而且伴随着复杂的物理化学反应，以及突变 性和不确定性等因素，是一个十分复杂的大系统，且造纸企业的生产都是连续的。因而 它强调了生产过程的整体性，要求把不同装置和生产过程连接在一起成为一个整体。而 各个设备的优化不等于全厂处于最优，因而在求取全局最优的过程中有时会得到相互冲 突的结论。为了对连续过程进行系统分析，对生产过程及产品质量进行控制，建立过程 模型是必不可少的。而建立相应描述连续过程模型的目的正是为了给连续过程生产调度 优化提供反应化学、物理过程的约束条件。连续过程优化模型必须基于系统的过程模型， 2 m e s 框架下的造纸企业生产调度及质量控制研究 只有这样，才能把连续过程中重要的物理化学约束反映在优化模型中【1 2 】。造纸企业中， 离散决策变量与连续决策变量共存，系统内既包括连续过程变量如生产过程，也包括离 散过程变量如生产方案的切换、调度指令的下达、随机时间的引入、生产装置的切换等， 所以连续过程的生产调度系统是混杂系统。这种混杂系统既包括同层混杂，也包括递阶 层次之间的混杂。另外，造纸企业常常处于高温、高压和易爆等十分恶劣的生产环境中， 因而生产的安全性被放在最重要的位置，对一些关键设备和关键生产过程必须有故障预 报，实行非f 常情况下的顺序自启停和连锁保护系统，以保证人身和设备的安全。 所以对于连续过程c i p s 而言，造纸企业生产调度更加复杂。特别是对生产调度方 法的实时性、协调性和可靠性提出了更高的要求。 国外很多大公司都将流程工业的信息化作为巨大的商机，纷纷推出了各自面向流程 工业的综合自动化系统和软件，并建立了各自的流程工业综合自动化系统的体系结构。 这些系统和软件覆盖了流程工业运行的各个层次，如经营管理层的e r p 软件，包括s a p 公司的r 3 ，b a a n 公司的b a a ni v ，o r a c l e 公司的o r a c l ea p p l i c a t i o n , s s a 公司的b p c s 等。调度优化以及先进控制层的软件则主要是由a s p e n t e e h 、h o l l y w e l l 、s i e m e n s 和横 河等传统的流程工业自动化系统和软件公司提供。a s p e n t e c h 、s i e m e n s 和h o l l y w e l l 这 三大公司都己不再局限于过程自动化系统与软件领域，而是在其中下层自动化软硬件优 势的基础上分别提出了面向企业整体解决方案。如a s p e n t e c h 公司推出的a s p e n e n g i n e e r i n gs u i t e t m ，a s p e nm a n u f a t u r i n gs u i t m 和a s p e ns u p p l yc h m ns u i t e t m 套件： s i e m e n s 基于全集成自动化理念的面向制造执行系统的s i m a t i ei t ；h o l l y w e l lh i s p e e 的面向石油、造纸、化工工业的u n i f i e dm a n u f a c t u r i n g t ms o l u t i o n sf o rb u s i n e s s o p t i m i z a t i o n 套件，这些大公司通过收购和兼并，己逐步形成了对流程综合自动化软件 和系统产品的垄断之势，并已开始大规模地向我国国内市场推销。 对于综合自动化软件的研究，国外公司和企业都投入了极大的热情和精力，推动了 综合自动化在生产实际中的应用，并取得了显著的经济效益。美、日各国大型石化企业 都不同程度的向c i p s 迈进。如美国德州的c i t g o 大型炼油厂和日本兴亚石油公司( k o a o i l ) 等自八十年代后期就开始实现c i p s 的计划。 从国内来看，近年来流程工业综合自动化信息系统的研究与开发受到很大重视，国 家8 6 3 高技术计划正式将流程企业综合自动化信息系统列为研究专题，相关高等院校、 研究院所和流程企业投入大量精力进行针对我国企业特点的流程工业综合自动化系统软 硬件产品的研发。研发范围也覆盖了从底层自动化系统、先进控制、过程优化、生产调 度管理到企业经营决策和物流管理、供应链的所有层次。 我国的8 6 3 c i m s 主题于1 9 8 6 年提出，经过多年的具体实践，赋予了c i m s c i p s 新的概念，即将信息技术、现代管理技术和制造技术相结合，并应用于企业产品全生命 陕西科技大学博士学位论文 周期( 从市场需求分析到最终报废处理) 的各个阶段。通过信息集成、过程优化及资源 优化，实现物流、信息流、价值流的集成和优化运行，达到人( 组织、管理) 、经营和 技术三要素的集成。它丰富和发展了c i p s 技术的内涵，并得到了国际同行的认同。继 1 9 9 4 年清华大学获得s m e 的c i p s “大学领先奖”后，1 9 9 9 年华中理工大学也获得了此 奖，1 9 9 5 年北京第一机床厂获s m e 的c i p s “工业领先奖”，这使我国成为除美国以 外唯一获得过2 个“大学领先奖 和1 个“工业领先奖”的国家。 从1 9 8 9 年至今，我国先后有成都飞机工业公司、沈阳鼓风机厂等多家企业被选为 8 6 3 c i m s 主题的典型应用企业，这些企业覆盖了机械制造、飞机、汽车、石化、制浆造 纸等多种行业。在c i p s 工程应用方面，我国第一个c i p s 实验工程于1 9 9 3 年建成，已 在九个离散工业工厂应用，在连续过程工业，从1 9 9 0 年开始，胜利炼油厂，中原制药厂， 天津无缝钢管厂等企业已着手c i m 计划，福建炼油厂和兰州化纤厂等一些连续生产企业 已经成功地实施了c i p s ，取得了巨大的经济效益。 1 3 造纸企业生产调度的主要研究方法 造纸企业生产调度的主要研究方法4 】有： ( 1 ) 基于启发式规则的方法 由于启发式规则计算复杂度低、易于实现，故在生产中得到了广泛的应用。但启发 式规则一般不具备全局优化的特点。常用的启发式规则可分为简单规则：复合规则、启 发式规则三类。 ( 2 ) 分枝定界法 因为分枝定界法可为部分路径计算很强的下界，所以它是求解调度问题比较有效的 方法。对于较大规模的调度问题，分枝定界法需要较多的时间。 ( 3 ) 拉格郎日松弛算法 拉式松弛算法能为复杂的规划问题提供好的次优解，并对解的次优性进行定量评估， 所以成为解决调度问题的一种重要方法。但与分枝定界法相比，拉式算法更耗时。 ( 4 ) 约束规划方法 旨在通过限制变量选取顺序和变量赋值顺序来减小搜索空间的有效大小。约束规划 可以用来实施柔性的和有效的调度系统，因为它把各种不同的算法包装成传播器，使得 可以对可重用的求解器进行规划。约束规划不局限于一定的约束集合，因为它使用了一 个纯声明( d e c l a r a t i v e ) 的模型，每一个传播器定义问题的一个独立视图。但是这一方法的 求解代价比较大，而且由于考虑了多种约束，求解难度大，不能得到最优解。 ( 5 ) 专家系统和基于知识的方法 专家系统和基于知识的方法由知识库和推理机组成。知识库包括一些规则、过程和 4 m e s 框架下的造纸企业生产调度及质量控制研究 启发式信息。推理机制用来选择一种策略处理知识库中的知识。比较著名的专家系统有： i s i s 、m p e c d 、o p i s 、s o n i a 等。 ( 6 ) 多智能体方法 由于单一的专家系统处理问题的能力有限，不少学者提出并行或分布策略来解决调 度问题。 ( 7 ) 人工神经网络 h o p f i e l d 神经网络模型的出现为解决调度问题开辟了一条新途径，但由于涉及的变 量太多，计算效率低，很难解决实际调度问题。 ( 8 ) 模拟退火法 将组合优化问题与统计力学的热平衡问题类比，通过模拟退火过程，可找到全局最 优解。但它的收敛速度慢，很难用于实时动态调度环境。 ( 9 ) 禁忌搜索方法 禁忌搜索是由g l o v e r 提出的用于解决组合优化问题的一种高级启发式方法。t a i l a r d 提出了解决流水车间调度问题的禁忌搜索算法。由于禁忌搜索的应用需要较多的技巧， 故在车间调度中的应用较少。 ( 1 0 ) 遗传算法 遗传算法成为近年来解决作业调度问题的最主要方法。与其它方法相比，遗传算法 的优越性主要表现在：搜索过程中不易陷入局部最优，能以极大的概率找到全局最优解； 具有并行性，非常适合于大规模并行分布处理：易于与别的技术( 如神经网络、启发式规 则等) 相结合，形成性能更优的算法。但遗传算法的搜索效率低、易过早收敛 1 5 l 。 1 4 造纸企业质量控制 质量控制：质量是企业产品制