批处理过程计划调度的研究和应用

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1、上海交通大学博士学位论文批处理过程计划调度的研究和应用姓名：陈昌领申请学位级别：博士专业：控制理论与控制工程指导教师：邵惠鹤;李光华20020601批处理过程计划调度的研究和应用摘要长期以来连续过程在化工生产中占有很大比例但是随着现代生产结构的变化市场竞争压力不断提高和技术不断突破批处理(间歇)过程已成为现代工业过程的一个重要分支它满足设备投资小生产更新快产品批量小多品种高附加值系列化等要求在制药农药染料和石油化工等生产行业中有许多生产采用了间歇生产方式对批处理过程实行有效的计划与调度不但能降低生产成本节约能源减少劳动力消耗增强生产的柔性与适应性而且还能提高企业的服务水平和生产

2、能力加深对过程机制及关键数据的理解将混合整数线性规划(MixedIntegerLinearProgramming,MILP)应用于批处理过程计划调度解的性质良好适用性和扩展性较好本文采用MILP的方法理论结合实践对化工批处理过程计划调度的一些问题作了深入细致的研究理论的研究涉及到具有并行处理设备的单阶段多产品批处理过程短期调度多目的批处理过程的短期周期调度和周期调度应用研究涉及到汽车综合性能检测线的短期调度和上海焦化厂配煤购煤短期计划具有并行设备的单阶段多产品批处理过程短期调度问题包含如下优化决策(1)将订单分配到设备(2)将分配到同一设备生产的订单排序(3)确定每一个订单生产

3、的开始结束时间基于上述考虑本文利用时隙的概念和连续时间表达将设备订单分配给时隙分别表达为两类0-1变量建立了具有并行生产线的单阶段多产品批处理过程的短期调度数学模型该模型不但考虑了订单的发布时间交货期订单生产的顺序相关建立时间禁止生产子序列和设备的准备时间等生产约束而且能优化多种目标函数根据该模型和过程的特点本文进一步引入一些启发性规则并将这些启发性规则融入到模型中合理的使用这些启发性规则不但能减小模型的规模加快求解速度而且能得到最优解比较和计算试验表明相对于其它的基于时隙描述的调度模型该模型0-1变量少计算性能良好多目的批处理过程的短期和周期调度问题包括如下优化决策(1)将任

4、务分配到设备(2)将分配到同一设备执行的任务排序(3)确定每一个任务执行的开始结束时间(4)选择中间产品的存储设备(5)确定每一个任务生产或消耗原料产品或中间产品的数量考虑到上述决策本文基于mSTN和STN采用连续时间描述将任务和设备分配给事件点表达为一类0-1变量建立了多目的批处理过程的短期调度和周期调度模型相对于文献报道的模型本章提出的短期和周期调度模型需要的事件点数量少模型规模小更重要的是该模型考虑了过程各个设备之间的连接可以给出确切的调度结果此外本文提出的模型还巧妙地处理了顺序相关建立时间为了减小短期调度模型的规模本文进一步提出了一些启发性规则将这些启发性规则融入到短期

5、调度模型中不但能减少整数变量连续变量和约束的数量使得模型表达更紧而且能得到最优解I从本质上来讲汽车综合性能检测线批次检测车辆是一个采用变存储策略的多产品批处理过程本文建立了汽车综合性能检测线批次检测车辆的短期调度模型调度的目标是使给定数量车辆的检测时间最短建立调度数学模型时本文考虑了顺序相关存储策略和人力资源约束短期调度模型的计算结果对汽车综合性能检测线批次车辆检测排序和驾驶员人数安排有指导性作用提高了车辆检测效率生产焦炭的过程是一个典型的批处理过程目前上海焦化厂主要采用经验的方法形成配煤方案并选取配煤方案而且配煤的有关计算都采用手工计算的方法鉴于这种现状本文采用经验和机理配煤

6、相结合的方法为上海焦化厂设计并实施了一套配煤购煤短期计划系统以实现配煤优化配煤方案的优化选取和配煤计算自动化本系统主要的功能是在考虑需要生产的焦炭焦炭生产的焦炉库存煤及其使用计划市场供应情况的基础上建立配煤方案的选取模型模型表达成一个MILP问题通过对该模型的求解能计划出生产焦炭应当采用的配煤方案需要购买的煤种和数量此外本系统还包括配煤方案优化配煤方案库的建立提取与管理来煤质量管理焦炭质量管理等自动化功能本系统的实现硬软件投资小软件设计功能丰富界面美观操作方便本系统不但降低了配煤炼焦对工程师的依赖程度而且它的潜在能力能减少上海焦化厂购煤成本的1-3%关键词计划/调度混合整数线性

7、规划批处理过程过程操作汽车综合性能检测线炼焦IIStudiesandApplicationsofPlanning/SchedulingforBatchPlantsAbstractBatchplantsaregeneralfacilitieswhereawidevarietyoflow-volume,high-value-addedproductscanbemanufacturedbysharingavailableequipment.Theoperationflexibilityinhere