化工企业生产计划优化模型分析

    任文春

    [摘 要] 文章对化工企业生产优化的特征进行分析，并构建计划优化模型，从信息管理与生产调度两方面着手，介绍系统中各个模块的功能与操作流程，最后对实例问题进行计算，阐述该模型与算法的有效性。实践结果显示，该优化模型的应用可帮助企业减少成本投入，获得更多的经济效益。

    [关键词] 化工企业 生产计划 优化模型

    中图分类号：F426 文献标志码：A

    在社会经济飞速发展下，化工企业市场竞争日益激烈，为了节约生产加工成本，企业应积极优化产品结构，科学规范地编制生产计划，以期达到提高经济效益的目标。对此，企业可通过构建生产优化模型的方式，发挥信息管理、生产计划等模块的作用，提高自身竞争实力。

    一、化工企业生产优化的特征

    对于化工企业来说，生产计划属于企业核心内容，在CIMS五个层次中具有承上启下的作用，上端与决策层相连，下端与生产监督控制层相连，该行业作为典型的流程工业，与离散工业不尽相同，在生产优化方面具有以下特征。

    （一）流程工艺连续且固定。通常情况下，无须CIMS中的计算机辅助，在生产时只需根据实际需求，对工艺参数进行调整和设定即可，坚持长周期、满负荷、安全稳定的控制算法，即可达到节能环保的目标。

    （二）流程复杂。主要涉及物质、信息、能量等多个方面，还包括物理、化学、生物等多种反应，具有较强的复杂性与不确定性，同时生产数据复杂，处理量较大，数据在线监测难度较高，系统较为庞大复杂。

    （三）流程安全。在流程工业中，由于关键设备体积较大、数量较少，且长期在恶劣的环境下运行，因此生产安全十分重要，为确保流程连续稳定生产，设备维护与故障诊断也十分关键[1]。

    二、化工企业生产优化模型的构建

    现阶段，许多化工企业的生产计划与调度过于依赖经验，主要由于生产计划与调度中具有非线性、大规模、多约束等特点，对此，可采用生產计划管理理念与智能算法相结合的方式，解决生产调度中存在的问题。文章以某化工企业为例，开发设计智能生产优化模型，根据不同生产目标提出计划方案，从而达到利润最大、能耗最小化的目标。

    （一）总体设计

    在文章研究的系统中，主要分为信息管理与生产计划两个模块，前者主要负责系统自身数据与实际生产数据的管理，后者为根据目标制定生产计划，并根据经验对方案进行修改和优化。在系统设计中采用B/S架构，构建Web中心服务器，将数据库放入该服务器中，在客户端设置不同车间与部门，用户通过Web浏览器和数据库便可实现交互操作。在系统前端采用ASR.NET开发，计划算法采用VisualC++.NET进行开发，借助DLL完成封装任务，为前端页面调用提供便利[2]。

    （二）信息管理模块

    该模块主要包括三项内容，即基础信息、系统与个人信息管理，重点对用户、系统与生产信息进行维护。由于基础信息与生产优化之间存在紧密联系，主要涵盖库存、物料、设备管理等多个方面，因此应对其重点关注。

    1.设备管理

    主要针对全厂范围内的设备信息进行维护，与企业实际情况相结合，采用增删、查看与修改等方式完成操作。在设备管理方面，主要涉及的信息为设备名称、编号、可用时间、流量数值与能耗等。由于部分设备的流量受限，如若低于最小数值，则设备难以正常启动，如隔膜电解槽等；一些间歇式设备具有加工时间概念，在设备管理方面应与该项指标相结合。

    2.物料管理

    该项管理范围面向整个车间中的物料与产品信息，主要针对物料类型、名称、价格与存储信息等进行管理。按照不同时段的实际情况，将物料信息录入系统中，并进行增删、修改等操作。

    3.产品需求管理

    该项管理主要是对产品需求信息的管理，涵盖整个车间中不同时段的产品需求，主要对产品名称、数量、所处车间等内容进行维护，并可在系统中对产品信息进行修改与增删等操作。

    4.库存信息

    该项功能主要包括整个车间内的设备，对各项设备信息进行维护，包括储罐名称、类型、容量值与所处车间等。对于初始库存来说，代表着计划阶段存储的物料量，一些储罐的最小容量受到限制，如若不超过最小容量，则会对设备的正常运行和生产产生不良影响[3]。

    （三）生产计划模块

    该模块主要包括计划信息、计划优化与计划结果三个方面，功能在于增删信息、修改信息，根据不同目标制定生产计划，并结合经验对方案进行优化和改善等，具体如下。

    1.计划信息

    该模块的主要功能在于对计划优化范围的信息进行预处理，如设备信息、产品信息、原料供应信息等，其中产品信息包括名称、需求量、价格、储备量等；原料信息包括初始库存、名称、供销量与价格等；设备信息为名称、状态、可用时间、损耗情况等。操作人员按照不同时间段的生产情况，对上述信息进行审核，针对与之不符的数据信息进行修改、增删等处理。该系统会自动对审查合格的数据进行预处理，对吨减能耗、立方米/小时等数据进行转换，使其与计划优化需求相符合，为计划优化提供更多便利。

    2.计划优化

    实施以市场为主导的计划模式，坚持供需平衡原则，按照产量采购相关原材料，并安排生产，最后按客户要求出货并及时回款，确保整个流程材料采购合理，生产消耗正常，出货顺利，形成良性循环。实现供需平衡的主要方法便是预防为主，分为按需生产和提前生产两种，按需生产不会出现大量商品积压风险，但周期较长；提前生产主要针对大众需求品，可满足大部分群体的长期需求。

    3.计划结果

    针对供需情况，对多次计划优化结果进行对比，明确所需发布到不同车间的计划与方案，并对方案进行优化和修改，主要涉及的信息为供需情况、总利润等，可在系统中点击详情的方式，对具体流程、加工量、产品总量进行分析。

    4.计划修改

    在生产计划制定后，用户可根据自身经验针对方案中部分产品的数据信息进行修改，通过计划优化获取新的优化结果。在产品数据修改完毕后，所产生的优化结果作为计划方案在计划结果界面中显示出来，为用户的方案对比提供便利。通过计划修改模块的应用，使产品数据信息得到有效修改，与传统经验相结合，制定出新的计划方案[4]。

    三、化工生产优化模型的应用实例

    在石化企业生产计划优化系统中，主要功能在于利用智能优化算法，对企业年度、月度的供需计划进行分析。例如，在磷化工生产中，便可采用边际贡献—价值调度法对年度计划进行求解，设置物料平衡参数，通过循环递阶的方式运行，结果如下：本次供需计划目标中主要包括10种产品，通过对原材料价格、变动成本、产品销售价格构建测算模型，以市场为导向，结合车间设备实际运行情况，差异化制定生产计划，并与企业年度计划要求相契合，确保始终维持供需平衡状态。在本次计划优化中，通过边际贡献测算模型制定计划方案，以产品A—D价值为例如下表1所示。

    四、结语

    综上所述，针对化工企业生产计划需求，文章设计出智能生产优化系统，对该系统的总体框架结构与开发平台进行分析，对各个模块功能与流程加以阐述，在B/S架构下，通过DLL封装实现算法优化，为系统调用提供便利的同时，还有助于算法的拓展与改进。

    参考文献：

    [1]滕慧旭.化工企业生产计划优化模型研究与应用[D].浙江工业大学，2008.

    [2]王亚敏，赵霞，金其辉.煤化工企业生产计划优化模型的建立与应用[J].自动化仪表，2008（06）：75-78.

    [3]蒋蓬.石化企业生产计划优化模型构造方法研究[D].大连理工大学，2005.

    [4]何银仁，买虎臣，林芳全，等.混合整数规划在炼油厂生产计划优化模型中的应用[J].石油炼制与化工，1984（11）：54-56.