【摘要】：間歇化工過程調(diào)度是實際化工生產(chǎn)中的關鍵環(huán)節(jié),是連接生產(chǎn)經(jīng)營管理和生產(chǎn)過程控制的紐帶,在過去的十幾年受到學術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關注�，F(xiàn)有文獻中大多假定系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)都是確定的,而實際過程中出現(xiàn)的產(chǎn)品的加工時間、產(chǎn)品市場需求和設備可用等不確定性因素往往會導致原確定性生產(chǎn)調(diào)度方案無法按預定的目標執(zhí)行或者根本不可用,所以對不確定性調(diào)度進行研究顯得非常重要。 本文詳細綜述了間歇化工過程調(diào)度、不確定性調(diào)度的研究現(xiàn)狀、水平和問題,并以間歇化工過程不確定性調(diào)度為研究對象,開展了以下研究工作: 1提出了求解間歇化工過程調(diào)度的基于隨機優(yōu)化算法的內(nèi)外圈協(xié)同優(yōu)化策略。根據(jù)間歇化工過程調(diào)度問題本身特點,將調(diào)度優(yōu)化問題分解為調(diào)度次序問題和時間表問題,并結(jié)合隨機優(yōu)化算法的特點和優(yōu)勢,提出了求解調(diào)度問題的內(nèi)外圈協(xié)同優(yōu)化策略。該方法與隨機優(yōu)化算法契合緊密,外圈由隨機優(yōu)化算法實現(xiàn)隨機搜索;以整數(shù)為變量確定調(diào)度的優(yōu)化結(jié)構(gòu);內(nèi)圈對調(diào)度進行參數(shù)優(yōu)化確定調(diào)度的時間安排,并通過數(shù)據(jù)傳遞實現(xiàn)內(nèi)外圈協(xié)同優(yōu)化。通過將優(yōu)化變量分開,縮小了求解范圍,提高了求解的效率,克服了常規(guī)調(diào)度優(yōu)化問題求解的組合爆炸性,從而使原問題得到簡化。實例證明了該算法的有效性。 2研究了間歇化工過程的確定性調(diào)度問題。 根據(jù)間歇化工過程的特點,分別對多產(chǎn)品廠、多目的廠、設立異步平行單元和多功能單元的間歇化工過程的確定性調(diào)度問題的建模進行研究,同時結(jié)合內(nèi)外圈協(xié)同優(yōu)化策略,提出了相應模型的染色體編碼、交叉和變異方法,為不確定性調(diào)度問題研究奠定了基礎。實例分別考察了有、無批量限制的以總完工時間最短和利潤最大為目標的多產(chǎn)品廠調(diào)度問題,以總完工時間最短為目標的多目的廠調(diào)度問題、設立異步平行單元的間歇化工過程的調(diào)度問題,以平均利潤最大為目標的多功能單元的調(diào)度問題。 3研究了間歇化工過程調(diào)度的在線調(diào)整問題。 在確定性調(diào)度的基礎上,考察了訂單變化和設備故障兩種不確定性因素,建立了間歇化工過程調(diào)度的在線調(diào)整模型并進行相關研究。在訂單變化的在線調(diào)整中,分析了訂單更改時間、以及不同訂單更改方案對調(diào)度優(yōu)化和目標函數(shù)的影響規(guī)律;在設備故障的在線調(diào)整中,分析了物料處理方法、設備維修時間、故障發(fā)生時間對調(diào)度的影響。實例證明了在線調(diào)整策略可以很好地分析和解決市場變化和設備故障給調(diào)度帶來的影響,為調(diào)度方案的修改提供支持。 4研究了間歇化工過程隨機調(diào)度問題。 以概率統(tǒng)計理論為基礎,將隨機規(guī)劃和確定性調(diào)度相結(jié)合,建立了間歇化工過程隨機調(diào)度的期望值和概率為目標的模型和評價體系。分別就加工時間是均勻分布和離散分布的隨機變量情況下的隨機調(diào)度問題進行了研究,探討了調(diào)度完工期限約束和調(diào)度完成概率之間的規(guī)律關系,以及調(diào)度期限和概率約束下的可行調(diào)度個數(shù)之間的關系。 5研究了間歇化工過程模糊調(diào)度問題。 以概率統(tǒng)計理論和模糊理論為基礎,將模糊規(guī)劃和確定性調(diào)度相結(jié)合,分別就模糊事件的概率、事件的語言概率和模糊事件的語言概率為研究目標,建立了間歇化工過程模糊調(diào)度的模型和評價體系;研究了以加工時間為三角模糊數(shù)的模糊調(diào)度問題,探討了加工時間的隸屬度、完工時間約束、調(diào)度實現(xiàn)的可能性之間的規(guī)律關系。 6應用本論文提出的模型和算法進行了實例研究。 利用本論文提出的模型和方法求得的結(jié)果比啟發(fā)式規(guī)則的結(jié)果更好,且可用于多種不同的目標函數(shù)求解調(diào)度問題,通過考察市場變化不確定調(diào)度問題,證明了本文提出的基于市場訂單變化的在線調(diào)整策略對過程調(diào)度的優(yōu)化有一定的指導意義,可以獲得更大的經(jīng)濟收益。
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：F224;F407.7
【圖文】：

圖 1-4 甘特圖示例Fig. 1-4 Example of Gantt chart批量。時間限制級指因加工時間相對較長而限制整個過程總生產(chǎn)時間的間歇級。批量限制級和時間限制級從不同的方面成為影響產(chǎn)量的瓶頸，因此如何提高批量限制級的產(chǎn)量或者縮短時間限制級的時間成為間歇化工過程提高產(chǎn)量的主要途徑。（7）平行單元（Parallel Unit）：是為了增大過程的生產(chǎn)能力在一些間歇級上設置的多臺機器，可分為同步平行單元和異步平行單元。同步平行單元（Parallel Unit in Phase）一般添加在批量限制級上，物料從上一間歇級同步進入平行單元加工，相當于增加批量大小。異步平行單元（Parallel Unit out of Phase）一般設置在時間限制級上，物料在不同的時間進入平行單元進行加工，相當于在該間歇級批量不變的情況下，縮短了加工時間。1.1.3 間歇化工過程不確定性調(diào)度在實際生產(chǎn)中存在各種不確定因素，如產(chǎn)品的產(chǎn)量、原材料的價格和供應量、勞動力因素、每一道生產(chǎn)工序中產(chǎn)品的處理量、處理時間、中間存儲單元的存儲量、中間產(chǎn)

（2）網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)過程（Network-represented Processes）在網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的間歇過程中允許物流的合并與分割，所以需要特別注意物料平衡。這類過程的連續(xù)時間調(diào)度模型有兩類建模方法。第一類方法對所有的加工任務和設備單元統(tǒng)一定義事件或時間段，稱之為基于全局事件的調(diào)度模型（Global Event Based Models）第二種方法基于特定設備單元來定義事件，是一個更嚴格也更一般的表達方法，稱之為基于特定單元事件的模型（Unit-specific Event Based Models）。以上兩種方法一般都是使用狀態(tài)—任務網(wǎng)絡（State-Task Network, STN）或者資源－任務網(wǎng)絡（Resource-Task Network, RTN）來建模。這兩種方法將實際過程表示為直觀的圖形，在圖中用不同的元素代表過程中的各種生產(chǎn)要素或操作。Kondili[19]提出用 STN 來表達過程，在 STN 圖中包含兩類節(jié)點，用圓表示狀態(tài)節(jié)點代表原材料、中間產(chǎn)品和成品；用長方形來表示任務節(jié)點，表示生產(chǎn)操作。圖 1-6 表達了文獻中一個經(jīng)典的狀態(tài)—任務網(wǎng)絡的例子[37]。

該方法能夠描述復雜的批處理過程，通過狀態(tài)節(jié)點存儲的資源和中間產(chǎn)品來確定是可以進行下一步操作，避免復雜的操作先后次序描述，而且允許批次的合并與分離。也存在著三點主要的缺陷：①任務只包含處理步驟，而不包括產(chǎn)品加工順序、加工頻以及設備的清洗，因此清洗行為需要另外特殊考慮。②每一個設備都必須當成不同的體，當過程中有多個相同功能的設備時會使模型變的復雜而求解困難。③不同的資源如原料、設備、公用設施等）在建模時需轉(zhuǎn)化為不同約束，由于間歇化工過程工藝、量、操作條件是動態(tài)變化的，而使約束條件的表示十分困難。而在 Pantelides[38]提出的 RTN 中，將加工設備、儲罐、設備的清洗、原材料的轉(zhuǎn)移使用統(tǒng)一表示為資源，每一個任務在執(zhí)行時，同時消耗資源、公用設施，同時也占用個設備；當任務執(zhí)行結(jié)束，設備占用完畢。設備的清洗是必須進行的，清洗任務完成設備才可以使用。正因為如此 RTN 比 STN 復雜的多，圖 1-6 的間歇化工過程用 RTN示為如下圖 1-7[37]所示，從圖中看出 RTN 比 STN 描述過程復雜，另外 RTN 將反應器、

【參考文獻】

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相關博士學位論文 前2條

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本文編號：2805649