CN110825045B

CN110825045B - 一种提高多装置多产品加工方案切换效率的方法

Info

Publication number: CN110825045B
Application number: CN201911071204.3A
Authority: CN
Inventors: 周国辉; 刘晓敏
Original assignee: Qingdao University
Current assignee: Qingdao University
Priority date: 2019-11-05
Filing date: 2019-11-05
Publication date: 2022-03-22
Anticipated expiration: 2039-11-05
Also published as: CN110825045A

Abstract

本发明属于化工技术领域，涉及一种提高多装置多产品加工方案切换效率的方法，根据原料到厂计划和产品出厂要求，结合生产条件的限制，进行优化安排，在短时间内获得合理的加工方案切换安排以及产品产量和库存变化等相关结果，通过本发明所述方法可以得到最优化的加工方案切换策略，降低生产成本，提升企业效益；其方法简单，操作方便，原理科学，能在最短时间内合理安排加工方案，实现生产效益最大化。

Description

一种提高多装置多产品加工方案切换效率的方法

技术领域：

本发明属于化工技术领域，涉及一种提高多装置多产品加工方案切换效率的方法。

背景技术：

在石油炼制生产中，计划优化类产品得到广泛应用，且取得了显著的经济效益。化工产品的生产往往是在这样一种模式下生产，投入的主原料，在不同条件下，生成不同牌号的产品，下文称之为不同的加工方案，如聚丙烯的生产，丙烯在不同的聚合时间及不同的助剂下生成不同牌号的聚丙烯产品。市场对各种牌号产品的需求量有很大的变化，天气、原料价格、周边市场等因素都可能对产品的价格产生影响，与此同时，各牌号产品的加工成本也各不相同。如何在指定要求和生产条件的限制下实现效益的最大化成为一个摆在生产决策者面前的难题。现有加工方案切换或优选方法主要应用于原油、云制造、数控机床或粮食加工，例如CN201811509467.3提出一种面向加工方案切换的原油动态调合方法，首先利用原油近红外快速评价技术获取切换前加工原油和待切换原油的性质数据，然后基于原油数据以及工艺参数，以设定的调合周期对调合比进行优化，并以一定的跟踪周期进行滚动计算缓冲罐内混合原油的实时性质值，动态调整下一调合周期的目标性质值，进而完成原油切换；CN201610572676.7公开了一种云制造环境下加工方案优选方法，是通过采集云制造资源的基本属性作为云制造资源选择的评价指标，建立基于细菌觅食优化的加工方案选择数学模型，进行云制造环境下加工方案的优选方法，先通过生产成本目标函数、生产时间目标函数、加工质量目标函数、其它评价指标目标函数等构建多目标优化数学模型，再进行云制造环境下的加工方案进行优选，为企业决策者在加工方案选择时提供合理性的建议，以便提高产品质量和企业利润；CN201910508426.0公开了一种粮食加工方案优化方法、装置、设备及存储介质，通过获取目标加工环节的当前粮食数据，将当前粮食数据代入预设粮食预测模型中，获得粮食预测期望值；通过预设数据包络分析模型对预测期望值进行有效性评价，并根据评价结果确定粮食预测期望值中是否包含异常加工数据；在粮食预测期望值中包含异常加工数据时，从预设加工调整表中查找到与异常加工数据对应的加工调整参数，并根据加工调整参数对目标加工环节进行调整，能够精确地预测粮食加工过程中产生的浪费，并结合数据包络分析算法得到的最优生产方式，对其进行优化，从而减少了加工过程中物料和能源上的损失和浪费，减少了生产成本，提高了收益；CN200910220763.6公开了一种飞机复杂构件数控加工方案快速生成方法，该方法主要内容包括：1)加工工艺信息获取；2)加工方案结构树构建；3)加工方案交互表现形式生成；4)加工方案的快速编制；5)加工方案有效性检查；6)方案输出。应用本发明对飞机复杂结构件加工方案进行了知识化、规范化、标准化，增强了加工方案的统一性，可重用性，编制的快速性，从而缩短了飞机复杂构件数控加工加工方案的编制周期，提高了数控加工准备效率及加工质量。但是特别面向化工加工中多加工方案、多产品特点的系统并为出现，当前很多企业都是依靠有经验的专家花费大量时间对各装置的加工方案进行安排，人工安排往往存在考虑不周的情况，有时为了快速拿出方案，可能会做出一些效益上的让步。因此，急需一种提高加工方案安排的系统及方法来解决这个问题。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，设计提供一种针对多装置多产品加工的情况，在生产条件限制下快速得到合理高效的加工方案切换方法。

为了实现上述目的，本发明实现多装置多产品加工方案切换效率提高的具体过程为：

(1)确定影响加工方案切换的主要因素：上游的原料到厂和库存情况、下游的产品库存及出厂要求，以及装置可能的停工检修安排；

(2)分别计算原料库存、产品库存、产品加工产量和总效益：

a.原料存储容器p时间段物料量的计算公式为：

其中V_p是p时间段结束时的物料量，V_p-1是p的上个时间段的物料量，F_p是p时间段进入存储容器的物料量，U_p,i是p时间段从存储容器供给装置U_i的物料量，i为正整数；原料存储容器p时间段物料量满足约束：V_min≤V_p≤V_max，其中V_min是原料存储容器的最小罐量，V_max是原料存储容器的最大罐量；以上参数的单位为吨；

b.产品存储容器p时间段物料量的计算公式为：

其中I_p是p时间段结束时的物料量，I_p-1是p的上个时间段的物料量，O_p是p时间段从存储容器出厂的物料量，P_p,i是p时间段上游装置U_i产生的物料量，i为正整数；产品存储容器p时间段物料量满足约束：I_min≤I_p≤I_max，其中I_min是产品存储容器的最小罐量，I_max是产品存储容器的最大罐量，以上参数的单位为吨；

c.产品P_j对应加工方案的产量计算公式为：

其中

是P_j产品的产量，F_i是各投入原料的量，

是P_j的质量收率；加工方案的加工能力以产品产量计算，需要满足以下约束：C_Pi，min≤C_Pi≤C_Pi，max，其中C_Pi,min是加工方案的最小生产量，C_Pi,max是加工方案的最大生产量；以上参数的单位为吨；

d.全厂总效益按照如下公式计算:

其中O_p是p时间段i产品的出厂量，单位，吨，P_p是i产品在p时间段的价格，单位，元/吨；F_p是p时间段j原料的进厂量，单位，吨，C_p是j原料在p时间段的价格，单位，元/吨；S_pr是p时间段内r装置加工方案切换的总成本，单位，元，Ut_pr是p时间段内r装置的其他生产成本，单位，元；

(3)确定切换方案：根据影响因素和生产要求以及效益最大化的原则，对各装置加工方案进行安排，优先满足出厂要求，根据产品订单的要求，在规定时间内生产待出厂的产品，如果当前生产不能满足，需要及时调整至待出厂的产品方案；此时还要额外考虑存储容器的要求，如果接近上限应该适当切换到高原料消耗的方案，如果接近下限，应该适当开展低原料消耗的方案；如果有原料进厂，需要提前考虑存储容器的腾空操作，保证及时卸货；当方案切换存在多种可能情况时，要选择切换费用最低的，其中具体的生产要求(即数学约束方程)包括：原料存储容器(存储仓库)不能满，也不能空，产品(存储仓库)不能满；另外，进厂原料要及时卸货入库、产品要按照订单及时出厂，装置切换成本尽可能低，即在满足前面的条件下尽可能选择更加合理的切换路径，以缩短切换时间，减少中间料的产生；同时还应满足以下条件：一个装置不能同时开两个加工方案，两个装置可以同时开相同产品对应的加工方案。

本发明与现有技术相比，根据原料到厂计划和产品出厂要求，结合生产条件的限制(主要是存储容器的容量限制和装置加工能力约束等)，进行优化安排，在短时间内(一般小于20分钟)，获得合理的加工方案切换安排以及产品产量和库存变化等相关结果，通过本发明所述方法可以得到最优化的加工方案切换策略，降低生产成本，提升企业效益；其方法简单，操作方便，原理科学，能在最短时间内合理安排加工方案，实现生产效益最大化。

附图说明：

图1为本发明实施例所述单装置的加工原理示意图，其中P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8、P9分别为：K9930、K7726H、T4401、N-Z30S、PPH-MM20-S、HT9025NX、PPR-F08-S、F300M、PPH-T03-P2，产品是相应的加工方案的产品，原料F1和F2分别是丙烯和乙烯，装置U1和U2分别为1#聚丙烯和2#聚丙烯装置。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明。

实施例：

本实施例采用两套聚乙烯装置U1和U2，装置U1有5个加工方案，对应的产品分别是P1、P2、P3、P4、P5；装置U2有6个加工方案，对应的产品分别是P4、P5、P6、P7、P8、P9，两个装置都有P4和P5这两个相同产品的加工方案，相同产品最终都进入相同的产品存储容器，最后出厂；其中原料F1和F2分别为丙烯和乙烯，装置U1和U2分别为1#聚丙烯和2#聚丙烯装置，产品P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8、P9分别为：K9930、K7726H、T4401、N-Z30S、PPH-MM20-S、HT9025NX、PPR-F08-S、F300M、PPH-T03-P2，采用本发明技术方案对加工方案切换安排的过程为：

U1装置：

(1)上月31日至本月3日，生产P3产品，日生产量为590吨；

(2)本月4日至本月6日，生产P4产品，日生产量分别为460、425、460吨；

(3)本月7日至17日，生产P1产品，日生产量为590吨；

(4)本月18日至26日，生产P5产品，日生产量为590吨；

(5)本月27日至31日，生产P2产品，日生产量分别为590、590、525、525、525吨。

U2装置：

(1)上月31日至本月3日，生产P8产品，日生产量分别为708、708、720、720吨；

(2)本月4日至本月13日，生产P4产品，日生产量分别为708、738、708、708、708、708、708、708、708、708吨；

(3)本月14日至23日，生产P9产品，日生产量为722、722、708、708、722、708、708、708、708、708吨；

(4)本月24日至25日，生产P5产品，日生产量为810吨；

(5)本月26日至27日，生产P7产品，日生产量为955吨；

(6)本月28日至31日，生产P6产品，日生产量分别为845、845、850、850吨‘

装置U1和装置U2的安排结果分别如表1和表2所示，

表1：

表2：

表中数字是产品日产量，单位：吨。

Claims

1.一种提高多装置多产品加工方案切换效率的方法，其特征在于具体过程为：

(2)分别计算原料库存、产品库存、产品加工产量和总效益：

a.原料存储容器p时间段物料量的计算公式为：

其中V_p是p时间段结束时的物料量，V_p-1是p的上个时间段的物料量，F_p是p时间段进入存储容器的物料量，U_p,i是p时间段从存储容器供给装置U_i的物料量，i为正整数；原料存储容器p时间段物料量满足约束：V_min≤V_p≤V_max，其中V_min是原料存储容器的最小罐量，V_max是原料存储容器的最大罐量；V_p、V_p-1、F_p、U_p,i、V_min、V_max的单位为吨；

b.产品存储容器p时间段物料量的计算公式为：

其中I_p是p时间段结束时的物料量，I_p-1是p的上个时间段的物料量，O_p是p时间段从存储容器出厂的物料量，P_p,i是p时间段上游装置U_i产生的物料量，i为正整数；产品存储容器p时间段物料量满足约束：I_min≤I_p≤I_max，其中I_min是产品存储容器的最小罐量，I_max是产品存储容器的最大罐量，I_p、I_p-1、O_p、P_p,_i、I_min、I_max的单位均为吨；

c.产品P_j对应加工方案的产量计算公式为：

其中

是P_j产品的产量，F_i是各投入原料的量，

是P_j的质量收率；加工方案的加工能力以产品产量计算，需要满足以下约束：C_Pi，min≤C_Pi≤C_Pi，max，其中C_Pi,min是加工方案的最小生产量，C_Pi,max是加工方案的最大生产量；

F_i、

C_Pi,min、C_Pi,max的单位为吨；

d.全厂总效益按照如下公式计算:

其中O_pi是p时间段i产品的出厂量，单位，吨，P_p是i产品在p时间段的价格，单位，元/吨；F_pj是p时间段j原料的进厂量，单位，吨，C_p是j原料在p时间段的价格，单位，元/吨；S_pr是p时间段内r装置加工方案切换的总成本，单位，元，Ut_pr是p时间段内r装置的其他生产成本，单位，元；

(3)确定切换方案：根据影响因素和生产要求以及效益最大化的原则，对各装置加工方案进行安排，优先满足出厂要求，根据产品订单的要求，在规定时间内生产待出厂的产品，如果当前生产不能满足，需要及时调整至待出厂的产品方案；此时还要额外考虑存储容器的要求，如果接近上限应该适当切换到高原料消耗的方案，如果接近下限，应该适当开展低原料消耗的方案；如果有原料进厂，需要提前考虑存储容器的腾空操作，保证及时卸货；当方案切换存在多种可能情况时，要选择切换费用最低的，其中具体的生产要求包括：原料存储容器不能满，也不能空，产品不能满；另外，进厂原料要及时卸货入库、产品要按照订单及时出厂，装置切换成本尽可能低，以缩短切换时间，减少中间料的产生；同时还应满足以下条件：一个装置不能同时开两个加工方案，两个装置可以同时开相同产品对应的加工方案。