化工企業生產計劃優化模型分析

任文春

[摘 要] 文章對化工企業生產優化的特征進行分析，并構建計劃優化模型，從信息管理與生產調度兩方面著手，介紹系統中各個模塊的功能與操作流程，最后對實例問題進行計算，闡述該模型與算法的有效性。實踐結果顯示，該優化模型的應用可幫助企業減少成本投入，獲得更多的經濟效益。

[關鍵詞] 化工企業 生產計劃 優化模型

中圖分類號：F426 文獻標志碼：A

在社會經濟飛速發展下，化工企業市場競爭日益激烈，為了節約生產加工成本，企業應積極優化產品結構，科學規范地編制生產計劃，以期達到提高經濟效益的目標。對此，企業可通過構建生產優化模型的方式，發揮信息管理、生產計劃等模塊的作用，提高自身競爭實力。

一、化工企業生產優化的特征

對于化工企業來說，生產計劃屬于企業核心內容，在CIMS五個層次中具有承上啟下的作用，上端與決策層相連，下端與生產監督控制層相連，該行業作為典型的流程工業，與離散工業不盡相同，在生產優化方面具有以下特征。

（一）流程工藝連續且固定。通常情況下，無須CIMS中的計算機輔助，在生產時只需根據實際需求，對工藝參數進行調整和設定即可，堅持長周期、滿負荷、安全穩定的控制算法，即可達到節能環保的目標。

（二）流程復雜。主要涉及物質、信息、能量等多個方面，還包括物理、化學、生物等多種反應，具有較強的復雜性與不確定性，同時生產數據復雜，處理量較大，數據在線監測難度較高，系統較為龐大復雜。

（三）流程安全。在流程工業中，由于關鍵設備體積較大、數量較少，且長期在惡劣的環境下運行，因此生產安全十分重要，為確保流程連續穩定生產，設備維護與故障診斷也十分關鍵[1]。

二、化工企業生產優化模型的構建

現階段，許多化工企業的生產計劃與調度過于依賴經驗，主要由于生產計劃與調度中具有非線性、大規模、多約束等特點，對此，可采用生產計劃管理理念與智能算法相結合的方式，解決生產調度中存在的問題。文章以某化工企業為例，開發設計智能生產優化模型，根據不同生產目標提出計劃方案，從而達到利潤最大、能耗最小化的目標。

（一）總體設計

在文章研究的系統中，主要分為信息管理與生產計劃兩個模塊，前者主要負責系統自身數據與實際生產數據的管理，后者為根據目標制定生產計劃，并根據經驗對方案進行修改和優化。在系統設計中采用B/S架構，構建Web中心服務器，將數據庫放入該服務器中，在客戶端設置不同車間與部門，用戶通過Web瀏覽器和數據庫便可實現交互操作。在系統前端采用ASR.NET開發，計劃算法采用VisualC++.NET進行開發，借助DLL完成封裝任務，為前端頁面調用提供便利[2]。

（二）信息管理模塊

該模塊主要包括三項內容，即基礎信息、系統與個人信息管理，重點對用戶、系統與生產信息進行維護。由于基礎信息與生產優化之間存在緊密聯系，主要涵蓋庫存、物料、設備管理等多個方面，因此應對其重點關注。

1.設備管理

主要針對全廠范圍內的設備信息進行維護，與企業實際情況相結合，采用增刪、查看與修改等方式完成操作。在設備管理方面，主要涉及的信息為設備名稱、編號、可用時間、流量數值與能耗等。由于部分設備的流量受限，如若低于最小數值，則設備難以正常啟動，如隔膜電解槽等；一些間歇式設備具有加工時間概念，在設備管理方面應與該項指標相結合。

2.物料管理

該項管理范圍面向整個車間中的物料與產品信息，主要針對物料類型、名稱、價格與存儲信息等進行管理。按照不同時段的實際情況，將物料信息錄入系統中，并進行增刪、修改等操作。

3.產品需求管理

該項管理主要是對產品需求信息的管理，涵蓋整個車間中不同時段的產品需求，主要對產品名稱、數量、所處車間等內容進行維護，并可在系統中對產品信息進行修改與增刪等操作。

4.庫存信息

該項功能主要包括整個車間內的設備，對各項設備信息進行維護，包括儲罐名稱、類型、容量值與所處車間等。對于初始庫存來說，代表著計劃階段存儲的物料量，一些儲罐的最小容量受到限制，如若不超過最小容量，則會對設備的正常運行和生產產生不良影響[3]。

（三）生產計劃模塊

該模塊主要包括計劃信息、計劃優化與計劃結果三個方面，功能在于增刪信息、修改信息，根據不同目標制定生產計劃，并結合經驗對方案進行優化和改善等，具體如下。

1.計劃信息

該模塊的主要功能在于對計劃優化范圍的信息進行預處理，如設備信息、產品信息、原料供應信息等，其中產品信息包括名稱、需求量、價格、儲備量等；原料信息包括初始庫存、名稱、供銷量與價格等；設備信息為名稱、狀態、可用時間、損耗情況等。操作人員按照不同時間段的生產情況，對上述信息進行審核，針對與之不符的數據信息進行修改、增刪等處理。該系統會自動對審查合格的數據進行預處理，對噸減能耗、立方米/小時等數據進行轉換，使其與計劃優化需求相符合，為計劃優化提供更多便利。

2.計劃優化

實施以市場為主導的計劃模式，堅持供需平衡原則，按照產量采購相關原材料，并安排生產，最后按客戶要求出貨并及時回款，確保整個流程材料采購合理，生產消耗正常，出貨順利，形成良性循環。實現供需平衡的主要方法便是預防為主，分為按需生產和提前生產兩種，按需生產不會出現大量商品積壓風險，但周期較長；提前生產主要針對大眾需求品，可滿足大部分群體的長期需求。

3.計劃結果

針對供需情況，對多次計劃優化結果進行對比，明確所需發布到不同車間的計劃與方案，并對方案進行優化和修改，主要涉及的信息為供需情況、總利潤等，可在系統中點擊詳情的方式，對具體流程、加工量、產品總量進行分析。

4.計劃修改

在生產計劃制定后，用戶可根據自身經驗針對方案中部分產品的數據信息進行修改，通過計劃優化獲取新的優化結果。在產品數據修改完畢后，所產生的優化結果作為計劃方案在計劃結果界面中顯示出來，為用戶的方案對比提供便利。通過計劃修改模塊的應用，使產品數據信息得到有效修改，與傳統經驗相結合，制定出新的計劃方案[4]。

三、化工生產優化模型的應用實例

在石化企業生產計劃優化系統中，主要功能在于利用智能優化算法，對企業年度、月度的供需計劃進行分析。例如，在磷化工生產中，便可采用邊際貢獻—價值調度法對年度計劃進行求解，設置物料平衡參數，通過循環遞階的方式運行，結果如下：本次供需計劃目標中主要包括10種產品，通過對原材料價格、變動成本、產品銷售價格構建測算模型，以市場為導向，結合車間設備實際運行情況，差異化制定生產計劃，并與企業年度計劃要求相契合，確保始終維持供需平衡狀態。在本次計劃優化中，通過邊際貢獻測算模型制定計劃方案，以產品A—D價值為例如下表1所示。

四、結語

綜上所述，針對化工企業生產計劃需求，文章設計出智能生產優化系統，對該系統的總體框架結構與開發平臺進行分析，對各個模塊功能與流程加以闡述，在B/S架構下，通過DLL封裝實現算法優化，為系統調用提供便利的同時，還有助于算法的拓展與改進。

參考文獻：

[1]滕慧旭.化工企業生產計劃優化模型研究與應用[D].浙江工業大學，2008.

[2]王亞敏，趙霞，金其輝.煤化工企業生產計劃優化模型的建立與應用[J].自動化儀表，2008（06）：75-78.

[3]蔣蓬.石化企業生產計劃優化模型構造方法研究[D].大連理工大學，2005.

[4]何銀仁，買虎臣，林芳全，等.混合整數規劃在煉油廠生產計劃優化模型中的應用[J].石油煉制與化工，1984（11）：54-56.