生产计划_现代化工企业生产计划图形建模优化系统

清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 1 化工企业生产计划图形建模优化系统 GIOCIMS 报告人 何小荣清华大学化工系过程系统工程研究所 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 2 背景介绍如何建模 模型参数的维护和跟踪 不可行解的分析诊断WEBGIOCIMS介绍GIOCIMS的应用总结 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 3 ProcessSystemsEngineering MoleculartoEnterpriseLevel Marquardtetal 1998 背景介绍 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 4 10C03SystemsEngineeringApproachesinBiology 12 10C02Planning Scheduling andSupplyChainOptimization 25 10B02ProcessModelingandIdentification 19 10B08ProcessMonitoringandFaultDetection 18 10C01AdvancesinOptimization 13 10A02ProcessDesign 15 10A04Design AnalysisandOperationsunderUncertainty 14 10D02AdvancesinComputationalMethodsandNumericalAnalysis 15 10D04AppliedMathematicsinBioengineering 13 PaperssubmittedtoComputers SystemsTechnologyDivision2006AnnualMeetingSanFrancisco 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 5 Planningandscheduling MotivationMajorcomponentsprocessoperationsGreatdemandfromindustryGoal Enterprise wideOptimization BasicquestionsHowtomodeltheseproblems Howtooptimizeacrosstimeandlengthscales Howtoeffectivelyhandlelarge scaleproblems Howtohandletheeffectofuncertainties Keys discretelinear nonlinearoptimizationtechniquesstochasticprogramming 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 6 生产计划优化是企业供应链管理中重要的一环 供应链管理的概念 背景介绍 目前 大部分炼油或者炼化企业已经采用国外的生产计划优化软件进行优化排产 国内自己的软件占的比例还很少 集成创新和引进 消化 吸收 再创新 还有很大的空间 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 7 背景介绍 对于国内化工企业生产计划优化的研究和应用还很少 化工企业优化空间巨大 这是由于 物料来源多样 工艺路线灵活 产品等级多样 原料 产品的价格 需求变化频繁 装置负荷有充分优化余地 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 8 背景介绍 中间物料走向示意图 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 9 化工过程的特点 化工过程具有复杂的气液 气固 液液 液固等化学反应 物料间的数量关系描述必须满足化学反应平衡计量式 不象炼油企业 以产品或侧线收率就足可以描述装置进出物料间的数量关系 这是两者在建模中最大的不同 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 10 根据多年来炼油生产计划的实践 结合化工生产的特点 化工生产计划优化软件系统要解决的难点 如何建模 模型如何方便维护 模型参数如何跟踪 与其它信息系统的数据共享 不可行解的分析诊断 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 11 背景介绍如何建模 模型参数的维护和跟踪 不可行解的分析诊断WEBGIOCIMS介绍GIOCIMS的应用总结 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 12 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 如何建模 有三种方法 目标函数Maxobj 761 95 S25 2850 20 S27 2892 01 S28 1291 45 S29 方法之一直接书写数学方程 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 13 约束方程装置物料平衡 装置物料平衡约束 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 装置上下限约束 装置上下限约束 1 0000 S23 1 0000 S24 27 0000 以及一系列侧线产品收率的上下限约束干气收率上下限 0 0380 S23 0 0380 S24 1 0000 S25 0 0000 液态烃收率上下限 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 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 14 柴油收率上下限 0 2290 S23 0 2290 S24 1 0000 S28 0 0000 油浆收率上下限 0 0590 S23 0 0590 S24 1 0000 S29 0 0000 烧焦收率上下限 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 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 15 方法之二填写一系列EXCEL表格 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 16 方法之三完全图形化 建立流程模型 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 17 模型 数学关系式 完全由系统自动生成 1 目标函数 企业利润最大 产品l的价格 元 吨 产品l的产量 吨 生产产品l消耗的原料i的价格 元 吨 生产产品l原料I的消耗量 吨 产品l的单位加工费 元 吨 产品l的产量 吨 企业的固定成本 元 产品l的库存费用 元 吨 产品l的期末库存 吨 销售收入 原料成本 加工成本 固定成本 库存成本 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 18 2 约束方程 B 化学反应平衡方程 D 单位加工费函数 C 反应系数函数 生产产品l原料i的消耗系数 吨 吨 生产产品l中间产品i的消耗系数 吨 吨 生产产品l中间产品i的消耗量 吨 吨 产品l单位加工费与其产量的非线性函数 产品l原料i的消耗系数与产品产量的非线性函数 产品l中间产品l 的消耗系数与产品产量的非线性函数 A 物料平衡方程 装置u的第i个进料量 吨 装置u的第j个出料量 吨 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 19 E 库存平衡方程 F 产量限制 G 原料供应及产品需求限制 产品l期初库存 吨 产品l的产量下限 吨 产品l的产量上限 吨 表示产品l是否生产的0 1变量 产品l的需求量下限 吨 产品l的需求量上限 吨 生产产品l的原料i供应量下限 吨 生产产品l的原料i供应量上限 吨 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 20 系统自动形成一个MINLP模型 可以通过迭代求解 迭代算法示意图 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 21 背景介绍如何建模 模型参数的维护和跟踪 不可行解的分析诊断WEBGIOCIMS介绍GIOCIMS的应用总结 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 22 模型参数的维护 1 图形界面上录入 点击流线 在流线信息窗口中输入或修改 流线信息窗口 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 23 2 相同属性的数据集中输入 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 24 3 从Excel文件读取数据 可以将GIOCIMS和企业原有的Excel生产计划系统有效结合 既能达到优化排产的目的 又不需要改变用户原有的使用习惯 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 25 4 GIOCIMS通过Oracle数据库获取数据 从而实现与其它系统如MES ManufacturingExecutionSystem 和ERP EnterpriseResourcePlanning 系统等集成 共享数据 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 26 模型参数跟踪 物料消耗数据自动匹配 GIOCIMS建立的MINLP模型 通过迭代求解 实现物料消耗系数根据装置负荷范围自动匹配 从而实现了装置开停工 装置负荷范围的优化 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 27 背景介绍如何建模 模型参数的维护和跟踪 不可行解的分析诊断WEBGIOCIMS介绍GIOCIMS的应用总结 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 28 无可行解的分析诊断 如果所生成的生产计划模型无可行解 GIOCIMS自动进行无可行解诊断 GIOCIMS开发了基于知识的逐级诊断方法 能准确定位到哪套装置或哪条流线的数据相互矛盾 按优先级给出诊断报告 便于对流程和数据进行分析和修改 1 初级诊断 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 29 2 按优先级给出诊断报告 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 30 背景介绍如何建模 模型参数的维护和跟踪 不可行解的分析诊断WEBGIOCIMS介绍GIOCIMS的应用总结 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 31 WEBGIOCIMS作用 由于企业对信息化技术的重视和应用 不少化工企业都建立了ERP MES系统 WEBGIOCIMS系统的建立可以实现与ERP MES系统的数据互相共享 随着GIOCIMS的上线使用 计划人员会对年 季和月的生产计划进行优化计算 采用网络数据库可以实现大量优化方案的集中保存和共享 公司领导和其他人员可以在本地没有安装GIOCIMS的情况下 通过网络浏览生产计划优化方案的基本信息 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 32 WEBGIOCIMS介绍 WEBGIOCIMS登录界面 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 33 WEBGIOCIMS介绍 WEBGIOCIMS功能导航 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 34 WEBGIOCIMS介绍 方案基本信息浏览 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 35 WEBGIOCIMS介绍 方案导出报表浏览 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 36 WEBGIOCIMS介绍 MES数据录入 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 37 WEBGIOCIMS介绍 ERP数据录入 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 38 WEBGIOCIMS介绍 从Excel导入数据 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 39 WEBGIOCIMS介绍 用户信息 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 40 WEBGIOCIMS介绍 日志管理 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 41 背景介绍如何建模 模型参数的维护和跟踪 不可行解的分析诊断WEBGIOCIMS介绍GIOCIMS的应用总结 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 42 GIOCIMS的应用 中石化巴陵分公司主要生产己内酰胺 锦纶6切片 尿素等化工 化纤和化肥产品 包括合成氨 己内酰胺 聚合等主要生产装置 利用GIOCIMS系统建立了巴陵分公司生产计划优化的基础模型 并对3 4和7月份生产计划进行模拟 GIOCIMS除了正常的优化排产以外 还实现了对中间产品外购或自产 中间产品外销或深加工 工艺路线选择和装置负荷等多目标的优化 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 43 GIOCIMS的应用 采用GIOCIMS对某月度计划计算得到的模拟结果 如各产品和中间产品产量 各产品和中间产品单位制造成本和总利润等 与原计划财务预算结果完全一致的基础上 通过灵敏度分析等方法调整参数 对该月度生产计划进一步优化 结果如下 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 44 GIOCIMS的应用 新计划比原计划优化了液氨的自产量和外购量分配 同时优化了合成氢和制氢两套装置的负荷水平 新计划中原料成本比原计划降低222 32万元 装置加工费降低93 59万元 总利润增加315 91万元 优化效益显著 新计划和原计划中间产品产量比较 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 45 背景介绍如何建模 模型参数的维护和跟踪 不可行解的分析诊断WEBGIOCIMS介绍GIOCIMS的应用总结 清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE 46 总结 GIOCIMS最大特点是图形化建模 使用者只面对实际工业流程 面对市场 其它工作交由后台的数学模型专家 运筹学家 计算机学家来完成 GIOCIMS网络版实现了与其它信息系统的有机衔接 实现数据共享 GIOCIMS除了正常的生产计划优化外 还可以实现化工企业中间产品外购或自产 中间产品外销或深加工 工艺路线选择和