化工企业生产计划图形建模优化系统(GIOCIMS)(PPT55页)

报告日期：2019/10/4清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE1/61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报告日期：2019/10/4清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE2/61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总结报告日期：2019/10/4清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE3/61ProcessSystemsEngineering:MoleculartoEnterpriseLevel(Marquardtetal,1998)背景介绍报告日期：2019/10/4清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE4/6110C03SystemsEngineeringApproachesinBiology(12)10C02Planning,Scheduling,andSupplyChainOptimization(25)10B02ProcessModelingandIdentification(19)10B08ProcessMonitoringandFaultDetection(18)10C01AdvancesinOptimization(13)10A02ProcessDesign(15)10A04Design,AnalysisandOperationsunderUncertainty(14)10D02AdvancesinComputationalMethodsandNumericalAnalysis(15)10D04AppliedMathematicsinBioengineering(13)#PaperssubmittedtoComputers&SystemsTechnologyDivision2006AnnualMeetingSanFrancisco报告日期：2019/10/4清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE5/61PlanningandschedulingMotivationMajorcomponentsprocessoperationsGreatdemandfromindustryGoal:Enterprise-wideOptimizationBasicquestionsHowtomodeltheseproblems?Howtooptimizeacrosstimeandlengthscales?Howtoeffectivelyhandlelarge-scaleproblems?Howtohandletheeffectofuncertainties?Keys:discretelinear/nonlinearoptimizationtechniquesstochasticprogramming报告日期：2019/10/4清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE6/61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。生产计划采购市场及销售原料供应运输原料贮存车间中间产品贮存1车间N产品贮存运输客户需求需求定单物料信息报告日期：2019/10/4清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE7/61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。报告日期：2019/10/4清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE8/61背景介绍中间物料走向示意图库存外购自产深加工销售工艺路线1工艺路线2工艺路线1工艺路线2报告日期：2019/10/4清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE9/61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。报告日期：2019/10/4清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE10/61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？报告日期：2019/10/4清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE11/61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总结报告日期：2019/10/4清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE12/61加工成本-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销售收入原料费用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报告日期：2019/10/4清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE13/61•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;报告日期：2019/10/4清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE14/61•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;报告日期：2019/10/4清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE15/61方法之二填写一系列EXCEL表格报告日期：2019/10/4清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE16/61方法之三完全图形化，建立流程模型报告日期：2019/10/4清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE17/61模型（数学关系式）——完全由系统自动生成maxrolllilillllllillPPsPrvxHIC1）目标函数：企业利润最大lP－产品l的价格，元/吨;ls－产品l的产量，吨;liP－生产产品l消耗的原料i的价格，元/吨;lir－生产产品l原料I的消耗量，吨;lv－产品l的单位加工费，元/吨;lx－产品l的产量，吨;C－企业的固定成本，元.－产品l的库存费用，元/吨;lH－产品l的期末库存，吨;lI销售收入原料成本加工成本固定成本库存成本报告日期：2019/10/4清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE18/612）约束方程lililrcx''lllllxcxB.化学反应平衡方程D.单位加工费函数lllvfxlililcgx''lllllcgxC.反应系数函数lic－生产产品l原料i的消耗系数，吨/吨；'llc－生产产品l中间产品i的消耗系数，吨/吨；'llx－生产产品l中间产品i的消耗量，吨/吨；lf－产品l单位加工费与其产量的非线性函数；lig－产品l原料i的消耗系数与产品产量的非线性函数；'llg－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uiujijxxuix－装置u的第i个进料量，吨；ujx－装置u的第j个出料量，吨；报告日期：2019/10/4清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE19/61E.库存平衡方程F.产量限制0''lllllllIxsIxLUlllllyFxyFG.原料供应及产品需求限制LUlililiRrRLUlllDsD0,1ly0lI－产品l期初库存，吨；LlF－产品l的产量下限，吨；UlF－产品l的产量上限，吨；ly－表示产品l是否生产的0-1变量；LlD－产品l的需求量下限，吨；UlD－产品l的需求量上限，吨；LliR－生产产品l的原料i供应量下限，吨；UliR－生产产品l的原料i供应量上限，吨；报告日期：2019/10/4清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE20/61系统自动形成一个MINLP模型，可以通过迭代求解：令kllxx计算',,llillvccMILP求解器1kkllxx停止是k=k+1否给定,k=00lx迭代算法示意图报告日期：2019/10/4清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE21/61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总结报告日期：2019/10/4清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE22/61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报告日期：2019/10/4清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE23/612)相同属性的数据集中输入报告日期：2019/10/4清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE24/613)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。报告日期：2019/10/4清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE25/614)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。报告日期：2019/10/4清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE26/61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。报告日期：2019/10/4清华大学化工系过程系统工程研究所InstituteofCPSE27/61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总结报告日期：2019