石化工業(yè)批調度問題研究.pdf

1、我國是石化產品生產和消費大國，乙烯、合成樹脂、成品油、化肥、農藥等產品的產量位居世界前列。石化工業(yè)在快速發(fā)展過程中，長期積累的矛盾和問題也日益凸現(xiàn)，主要表現(xiàn)為:生產效率低，集約化程度差，資源消耗大，生產成本高。為了解決這些問題，需要采用先進的生產管理思想來優(yōu)化組織石化工業(yè)的生產過程。生產調度是石化工業(yè)生產運作管理的重要環(huán)節(jié)之一，合理有效的生產調度可以提高生產率、降低生產成本、提高產品質量、確保生產系統(tǒng)處于良好運行狀態(tài)。因此，探討適合石化

2、工業(yè)調度問題的建模和優(yōu)化方法已經成為近年來工業(yè)界和學術界的研究熱點。
　　石化產品通常以批的模式組織生產。所謂批是指在同一生產裝置上使用同一生產配方在同一作業(yè)條件下被加工對象的集合或總量。本文以石化間歇批處理過程為背景，分別對單機、流水車間、混合流水車間和單件車間環(huán)境下批調度問題的建模和優(yōu)化方法進行了研究，具體內容如下:
　　1)研究了一類帶優(yōu)先級約束的單機批調度問題，目標為最小化總加權拖期。本文在詳細分析批的優(yōu)先級約束的基

3、礎上，提出了判斷批的優(yōu)先級約束是否可以得出可行解的方法。針對拖期是由批的完成時間與交貨期決定的，給出批的完成時間上界和下界的計算方法，以減小可行解的搜索區(qū)域，降低問題的規(guī)模?；谏鲜龇治?，建立基于優(yōu)先級關系的離散時間模型，提出改進的粒子群算法，并將大規(guī)模鄰域搜索引進粒子群算法進一步改進算法性能。在構造粒子群算法時，為了將粒子編碼映射為問題的可行解，避免產生不可行解的無效搜索，設計帶有批選擇概率的連續(xù)編碼方法，并提出初始種群生成方法、調度

4、生成策略和邊界修復策略。
　　2)研究了一類考慮物料輸入輸出量具有轉化率的流水車間分批和調度集成問題，目標為最小化最大完工時間。本文采取兩種建模策略。第一種建模策略是在首先分析滿足供應物料和庫存限制約束的條件，然后確定批之間的優(yōu)先級關系，最后建立流水車間的基于優(yōu)先級關系的連續(xù)時間模型。由于該模型具有非線性約束，提出線性轉換方法，將模型轉為混合整數(shù)線性模型，采用標準優(yōu)化軟件進行求解。第二種建模策略是首先在各設備上給出一系列的事件點，

5、然后分析問題最優(yōu)性性質，最后建立基于設備事件點和批之間分配關系的連續(xù)時間模型。由于設備事件點的數(shù)量大于批的數(shù)量，有些事件點上沒有批進行加工，本文給出無效事件點的判定方法以降低問題的規(guī)模。提出改進的粒子群算法，采用二維編碼代表批大小和轉化率兩種信息以增強粒子處理約束的能力，給出前向修復策略、漂移策略和調度生成策略將粒子解碼為問題的可行解，通過引入收縮和發(fā)散兩方面的尋優(yōu)算子以保持粒子的多樣性和收斂性。
　　3)研究了一類混合流水車間分

6、批和調度集成問題，目標為最小化最大完工時間。由于批之間關系包括縱向供料和庫存限制的約束，以及橫向的生產能力分配和產品任務切換，問題非常復雜。為了簡化問題，本文分析了上述約束與批開始加工時間的關系，將時間關系分為最小時間跨度和最大時間跨度，稱為批的時間窗口，從而可以把這些約束都轉換成批的時間窗口。然后將各階段所有設備上批看成項目調度中的作業(yè)，提出帶時間窗口的資源約束項目調度方法以得出調度方案。本文提出改進的粒子群算法，引進單純形法，單純形

7、法通過反射、擴張、壓縮和收縮等方法不僅能夠加快對最優(yōu)解趨近，還可以跳出局域的范圍，增加得到最優(yōu)解的可能性。在粒子群的參數(shù)設置方面，提出慣性權重指數(shù)下降的非線性減少策略，增強粒子的收斂性。在構造粒子群算法時，采用連續(xù)編碼表示各產品在每臺設備上總生產量，并提出粒子位置修復策略保證滿足產品需求量要求和最大生產能力的限制。
　　4)研究了一類帶分解、合成、交叉和回流過程的單件車間批調度問題，目標為最小化最大完工時間。此問題的特點在于批之間

8、的物料流關系復雜，需要考慮如下關系:分解過程要考慮一個分解反應的任務產生的多種中間產品給下階段多個任務供料;合成過程要考慮來自多個前階段任務的多種中間產品給一個合成反應的任務供料;交叉過程是一種中間產品給多個任務供料或者來自于多個任務;回流過程是一種原料或中間產品不僅要考慮前階段任務原料輸入，還要考慮后階段任務。為了處理這些復雜的物流關系，本文提出將批分為批開始和批結束兩個作業(yè)的批分離策略，從而批的時間關系都轉換成最小時間跨度，以得到滿