多产品多级连续化工过程生产调度的研究

多产品多级连续化工过程生产调度的研究

唐铸

重庆飞华环保科技有限责任公司重庆401221

摘要：通过分析现有的动态调度方法和评价，阐述了近年来在这一领域的进展和存在的问题，提出了动态调度的发展趋势，和现有的调度方法与智能方法相结合，互动计划，健壮的时间表和融合，以及许多其他先进的调度技术的集成方法。

关键词：多级连续化；生产调度

1前言

更多的产品连续生产特点的化学过程是：当一个产品到另一个产品生产，一个过渡预计会产生。这是因为当生产转型时，生产条件必须相应改变；当新的生产条件稳定时，产品中间的一些低价值或没有价值的产品被生产出来，增加了生产成本。本研究的目的是为了减少原料的生产调度，降低生产总成本。许多产品的化工生产调度结合生产（生产序列）特点和连续生产的特点，每一个产品生产在一个周期的持续生产时间。连续工艺适用于大批量生产，适合批量生产，品种多，产值高。批处理过程包括分批和半连续操作。最近的调查显示，在批处理的使用中，只有6%的处理是连续的，这说明了批处理和持久性的重要性。更突出的优点是其固有的灵活性，即通过共享加工设备和不同的生产资源，在同一过程中生产各种产品，更适合加工复杂的合成工艺。

2化工批处理过程调度研究的主要难点

化学批次过程不同于离散制造系统的一个重要特征，即它除了涉及离散和连续的操作之外，还存在许多固有的局限性和约束，如：（1）涉及到各种生产资源和二次资源；（2）与生产顺序相关的准备时间，包括设备的清洗和更换时间，如需要清理反应器内的残渣，清洗，甚至更换过滤器；（3）批量产品的非零传输时间，即产品在处理过程中从一种设备转移到另一种设备所需的时间；（4）不同的中间存储策略或混合中间存储策略；（5）中间产品不稳定性；（6）批次和处理路径都是可变的，所以在化学批处理调度研究中存在一些困难。

2.1建模复杂性

第一，批量化工过程涉及多种生产资源，如原料、公共资源、中间储存、人力、辅助设备等；其次，有不同的中间存储策略；三是根据生产顺序和更换生产顺序的设备；第四，将材料从一个操作转移到另一个操作，必须在时间和数量上进行协调；还应该考虑批处理和路径的灵活性。这些应该在流程模型中充分反映出来。

2.2计算复杂的调度问题的求解受到许多因素的影响

如处理网络结构，中间存储的存在，用于评价调度标准的性能等。综合建模后，问题的规模急剧增加。由于调度问题是NP难的主要组合优化问题，用问题来求解时间尺度。因此，如何全面有效地解决模型之间的取舍问题，是解决批量化工过程调度问题的迫切需要。

2.3在批量化工过程中，许多研究都是在有限的假设下进行的

如质量转移和设备调整时间，假设该过程只是一个中间存储器等，并且在短期调度中，总是假设所有的预定产品都在一开始就知道。但是，从CPI的起点应该考虑到：当调度是工作的时候，一个或更有可能加入生产，从而提出了动态的需求。

3动态调度方法

在批量化工过程调度研究中，许多学者已经认识到加工、库存水平、资源可用性和处理时间的动态调度需求，改变了许多不确定性，如重要性。然而，由于过程的多目的和处理操作的复杂性，动态调度的发展是有限的。批处理过程参数的变化影响任务的开始和完成时间，这可能导致后续调度步骤的重叠。Egil指出，面对变化的条件，应采用灵活的动态调度策略。他们开发了SRSBP计算机程序，可以在任何状态的中间复位来处理调度更改。动态调度的几种方法如下：

3.1中间存储方法

通过两个处理设备设计之间的中间存储，使等待物料的下游处理，两个设备的操作解耦，消除了处理时间的变化，使原来的调度仍然可用。缺点是它需要独立的存储设备，增加了系统的投资和额外的材料生产。此外，不适合处理中间产品的不稳定情况，因为后续操作必须安排为零等待策略。

3.2工艺条件改变拉法基对未来工艺的预测

当处理时间、动态变化的工艺条件如温度、压力、特定任务处理时间的控制等，使操作回到原来的调度。然而，产品的质量在很大程度上取决于工艺的运行条件和控制工艺条件的难度。这两种方法一方面通过调整过程本身，使问题符合原计划。前者是在设计阶段完成的，并缺乏干扰的实时反应；后者在本地处理特定的处理设备，不考虑干扰对其余调度的影响。另一方面，两者都假设用于生成调度的时间是对实际处理时间的精确表示。实际上，用于调度的处理时间是前一次操作中观察到的处理时间的粗略估计或简单平均值。因此，当使用调度本身动态修改时，当调度和实际操作之间的偏差变得明显时，应该考虑。在线调整方法，使其适应动态变化的过程。

3.3简单的在线移动方式

调度修改应具有较好的实时性，修改后的算法不应过于复杂和耗时。简单移动方法是最基本的在线调整方法，可以通过改变操作的启动时间来消除干扰或将干扰传播到后续操作。为了获得更好的可行调度，采用了简单的移动方法来实现非执行操作。根据操作时间的变化方向，有四种不同的移动策略：向前移动、向后说服、双向移动或不移动。可采用倒转策略解决下游设备拥塞问题。向前或双向移动策略是将开始操作后的所有操作向前移动，以减少设备的空闲时间。

3.4操作修改预测

从目前的操作到估计所有的都是在完成时间的期望上完成的，动作还需要适当的开始操作时间，减少加工设备和设备闲置时间，提高调度性能。基本思想是利用原始的调度信息，根据每个操作的预期完成时间和实际完成时间的不同来修改批次剩余操作的启动时间。它的优点是它需要较少的信息；缺点是它只适用于处理时间的更改，并使makespan最小化。

3.5响应调度修改方法

基于启发式方法对后续操作的影响最小，可以有效地降低处理时间的影响和设备可用性的变化。通过简单地移动或改变受影响的操作所使用的设备，可以快速获得新的调度。当处理时间发生变化，引起设备争用冲突时，可以改变原计划中设备的维护时间，以吸收冲突；一种简单的移动方法或更换冲突操作中使用的设备，以尽量减少干扰传播。但它只能用于小扰动。通过响应调度算法，减少了任务处理时间的变化和设备故障的不确定性。当有冲突和影响等待任务完成时间，根据原始的调度和产品配方中指定设备的选择，与启发式方法的帮助下，或运动的开始批处理时间，为其再分配可以替换设备来减少冲突的影响。由于每个调度都是在调度区间内进行操作的，所以问题求解规模减小了。在每个时域窗口中，将提前过期的操作在设备上分配，任务等待队列较短，以减少设备争用和操作延迟。这种调度策略，当过程操作出现扰动时，采用重调度来保持生产的连续性；通过调度区间的滚动，捕获过程的动态扰动来处理原始交货期的变化和设备的可用状态。

4结束语

在化工间歇生产过程中，生产调度是一个非常复杂和重要的问题。在这一领域，一般算法和算法的各种特殊情况，并有一定的结果。进一步的研究应该集中在次贷或启发式算法，以处理多重、复杂的过程和约束的大规模问题。因此，传统的调度方法与智能方法相结合，充分利用了全摆智能的优点，解决了调度问题计算复杂度的问题，开辟了一条新的道路。动态的过程、随机因素的影响、在线调度的调整被集成到实际应用的调度、监控和交互的算法中，研究仍处于起步阶段。在这方面，交互式图形的发展，提高调度理论对实际过程的适用性具有很大的潜力。

参考文献：

[1]秦宏启，王克峰，袁一.基于改进遗传算法的多产品连续化工过程生产调度[J].大连理工大学学报，1997.

[2]李慧芳，李人厚，陈浩勋.化工批处理过程调度综述[J].信息与控制，1999.