炼油化工企业生产调度系统优化方法

　摘要：本文通过介绍炼油化工企业的生产调度系统与其特点，对现有的炼油化工企业的生产调度系统的三种优化方式：智能优化法、数学规划法、模拟法等进行了分析。进而总结出了调度系统的分解建模方法，同时对此类系统的运用前景与理论进行了预判与探讨。

　　关键词：炼油化工企业 生产调度系统 优化方法
　　近几年来，关于炼油化工企业生产的调度系统在优化算法、建模方式等问题上所产生的讨论与研究颇多。由于此类问题属于同时有离散与连续变量的非线性多约束优化的问题，从数学的角度上来说，属于一种无法在多项式的时间中进行求解的问题。伴随着问题规模的不断扩大，解决问题的难度也会随之也会呈现出几何倍数的增长，使生产调度过程中的困难逐步加大。因此，针对不同炼油化工企业的业务不同需求，已经出现了智能优化法、数学规划法与模拟法3种类型的优化调度方法。鉴于这3种方法都具有不同的优势，所以在进行设计与实际建模的过程内，常常需要将它们进行综合利用。
　　一、影响调度系统模型建立的关键因素
　　1.目标函数造成的影响
　　通常而言，炼油化工企业的调度系统是以收益最大化与生产的效率作为目标函数，在既能保障生产高效平稳进行的同时，又能接受以生产的效益作为标准的模型计划与目标计划，追求收益的最大化。如果，在这个过程中所产生的约束条件太多，则有可能影响模型在实际求解的过程中无法在限定的时间中满足全部约束条件的最佳解决方案，严重时还有可能会无法解决等问题。
　　炼油化工企业的生产系统复杂庞大，其调度系统的模型也具有很大的规模。由于各项局部设备之间有互相的约束协调与数量较大的互供料，且相互的目标之间存在冲突，所以仅仅是局部的目标函数实现最大化并不能使整体的目标寻找到最佳解决方案。因此，可以将最终产品、中间产品以及原料之间的储存空间作为缓冲，达到缓解生产过程中各环节的矛盾和分解目标的目的，进而为解决问题的难度降低提供方便。
　　2.时间尺度造成的影响
　　影响调度模型建立的关键因素就是时间尺度。在整个模型的建立过程中，各项操作和其所相对应的约束条件的结束、持续和开始都是和时间紧密联系在一起的。为了弥补时间尺度中所存在的连续性时间与离散性时间所产生的不足，在对炼油企业生产调度系统的模型建立过程中，时间尺度的设立可以使用将两者融合的方式。
　　二、炼油化工企业生产调度系统的优化方法
　　1.智能优化法
　　此种类型的调度方法往往是通过使用类型各异的原理方法，得到调度人员调度的经验，模仿调度人员调度过程中的决策方式等一系列因素，把生产调度问题逐渐抽象为利于经验形势表达的模型，之后将此类模型具体使用于某个特定调度过程当中，进而使生产调度的问题能够获得局部最佳方案或整体性的最佳方案。按照使用原理和方法的区别，智能优化法可以分为约束规划法、约束导向法、规则推理法等几个类型。
　　2.数学规划法
　　所谓数学规划法，也可以成为严格化的调度方法，就是通过使用运筹学的方法，把生产调度系统中所遇到的问题转变为数学规划的模型，运用决策分析、混合整数的线性规划、动态规划、非线性规划、线性规划和整数规划等内容的手段和方法来使调度中所产生为问题获得近似最优解或最优解。
　　此方法的优点在于其拥有良好的全局性能，能够对任务进行排序与分配，当同时选择所有问题进行求解时，能够确保全局非凸与凸问题的优化。需要注意的是，数学规划法作为精确求解问题的方式，在对调度问题进行研究时都需要模型建立的统一，如果其中的参数发生了任何细微的改变，都有可能会使计算的结果出现很大的偏差。从生产调度环节中多变复杂的角度来说，仅仅使用数学规划中的单一模型并无法将所有的因素全部涵盖在内，容易产生计算困难与求解的空间大等问题。
　　鉴于上述问题的影响，通常在使用数学规划法进行优化设计时会把整体性的生产调度问题按照不同地区范围或业务内容化解为许多个小的方面，然后进行局部问题的解决。但由于这样得到的生产调度优化方案一般是局部问题的最佳方案，所以在应用于整体上时必须加以注意和考量。
　　3.模拟法
　　模拟法有可以称为系统仿真法，其主要是使用模拟离散性时间的方法对生产调度所涉及的步骤进行动态模拟的设立，使与生产调度系统相对应的离散模拟系统建立起来。作为常用的研究分析方法之一，其采取的对实际环境的直接模拟的手段有效地将给问题造成理论分析与计算带来困难的因素避开，进而使问题的解决方案能够灵活快速的产生。
　　对模拟法而言，其并非是单纯的对数学模型的追求，在很大程度上这种方法更侧重对系统在运行过程中逻辑关系的描述。与数学规划法中所实用的经简化的全局视图进行比较，模拟法对时间选择、排序与分析等所有步骤的决策结果都提供了局部范围内的分析，并且通过此类分析对生产调度的优化方案进行评价与比较，进而达到为优化方案选择最佳动态系统参数与方法的目的。
　　三、炼油化工企业生产调度系统优化的模型分解方法
　　在使用模型化技术时，首先要将原有的实际问题依据某种特定或规定的原则做出简化与分解，使原有的无法解决的问题转化为响应数量的容易解决的小问题，之后才使用上述方法才可对其进行解决。
　　1.以产品生产与工艺流程为基础的模型分解
　　按照产品间的区别，对油品调和与生产装置的部分做出细致的划分，例如把常减压设备与原有的储运划分为一个子系统，产品调和设备与生产设备划分在一起。这样不仅使各个子系统互相间中间物料的数量出现了明显的减少，使子系统间互相协调的难度降低，而且也使得调度工作人员更容易接受与理解。
　　2.以供应链为基础的模型分解
　　根据炼油化工企业的供应链设置，整个模型可以分为产品调合、生产设备的子系统与原油运输的子系统等3个部分。炼油化工企业在进行最后的调合产品出厂程序之前，必须进过原油输入与生产设备加工等环节，因此可以把这两个环节的解当作最后环节的数据输入，进而得出整体问题的最佳方案。
　　由于此类分解的方法已经较为普遍，所以许多学者都对该方法进行了大量的研究，进而使其的每个部分都比较成熟。但是，需要注意的是，虽然运用以供应链为基础的模型分解模式能够为各个子系统产生最佳的调度方案，但是以这三者为基础的集合往往并不能使整体的解决方案达到最佳。
　　3.以调度的时间区域为基础的模型分解
　　此类方法主要应用于对离散性时间调度的模型分解。由于生产调度的过程中存在固定的时间间隔，且调度周期的长短会对模型规模产生较大的影响，对模型的求解存在难度与时间上的制约。
　　通常情况下，调度当中的实际问题往往会受到生产连续性的影响，因此需要制定一个时间区域较长的调度方法，但即使严格的依据调度的优化方案进行求解，所产生的调度方案的优化也只能在前期产生较好的效果，在之后的实践中，随着不确定因素等问题的不断增加，对当前环境下的调度方法必须进行重新计算或更新，对于进行长期进行调度的企业而言，此类方法并不合适。
　　四、结语
　　对于炼油企业生产调度系统优化领域的理论研究与方案设计都取得了不小的成果，但对
　　于其通用的生产调度优化技术依旧缺乏公认统一的方法。由于生产调度系统对底层的操作与
　　生产计划间起到了连接的作用，所以通过使用先进技术对其建立起模型优化式的调度指导工作是极为现实同样也是需要得到密切关注的问题。
　　参考文献
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