Боян Б. Иванов , Кирил Минчев Институт по инженерна химия - Българска академия на науките

Софтуер за определяне на производствени разписания при работата на многоцелеви и многопродуктови

химико-технологични системи, осигуряващи оптимално натоварване на системите за

ресурсопотребление

Боян Б. Иванов, Кирил МинчевИнститут по инженерна химия-Българска академия на науките

ул.Акад. Г. Бончев, бл.103, София 1113Факс: +(359)(2) 8-70-75-23

e-mail: [email protected]

1

Структура на представянето

1. Въведение

2. Какви са обектите за които може да се използува програмния пакет?

3. Какви задачи могат да бъдат решавани с помощта на пакета?

4. Каква е структурата и принципите заложени при изграждането на ECAM?

5. Работа с пакета ECAM

2

Обектите за които се решават проблемите на оперативното управлението с помощта на ECAM са:

Това са най-често срещани в:

1. Фармацевтичната промишленост

2. Производството на фини химикали

3. Хранително-вкусовата промишленост

4. Производството на бои и лакове и т.н.

1. Многоцелеви химико-технологични системи с периодични процеси

2. Многопродуктови химико-технологични системи с периодични процеси

3. Заводи оборудвани с Многопродуктови и МногоцелевиМногоцелеви химико-технологични системи с периодични процеси, които имат общи системи за ресурсопотребление

Парова централа

Ел.захранване

Захранване с вода

5 Batch size=250kg

Cycle time=15h

1

2

3

4

5

V=5m3

V=8m3

V=12m3

V=15m3

V=15m3

Technology 2

Technology 1

1 Batch size=250kg

Cycle time=15h

4




4 Batch size=100kg Cycle time=15h





1

2

3

4

5

6

V=5m3

V=8m3

V=12m3

V=15m3

V=15m3

V=5m3

No= Stage 1 Stage 2

Tehnology 1 S11=0.005

t11=2h

S12=0.09

t12=5h

Tehnology 2 S21=0.008

t21=7h

S22=0.004

t22=2h

Technology 1 Technology 2






1514132353431

2454341545351

Многоцелеви химико-технологична система с периодични процеси

5

Servise time

S1

ts1

Servise time

S2

ts1

Servise time

S14

ts14

Синтез на оптимално производствено разписание

MIN(ts1+tc1+ts2+tc2+...+ ts14+tc14)

Campaign 1

tc1



Campaign 2

tc2



Campaign 14

tc14



G1 - Планирано минимално количество , което трябва да бъде произведено за продукт 1

G2 - Планирано минимално количество , което трябва да бъде произведено за продукт 2

Синтеза на оптимално производствено разписание се свежда до определяне на кампаниите , които да участвуват и времената за работа им така, че да

бъде удовлетворен критерия за оптималност, който може да бъде:

1. Минимално сумарно време за изпълнение на

производствената програма, т.е.

(ts1 + tc1 + ts2 + tc2 + . . . + ts14 + tc14) < H

2. Максимална печалба за времето на

плановия период, т.е.

MAX(P1r + P2r)

При изпълнение на ограничениятa:

G1r > G1) G2r > G2)

H - Планиранов период

63

Натоварване на системите за ресурсопотребление при работа на две производства в кампания





1

2

3

4

5

6V=5m3

V=8m3

V=12m3

V=15m3

V=15m3

V=5m3



No= Stage 1 Stage 2

Tehnology 1 S11=0.005 t11=2h S12=0.09 t12=5h

Tehnology 2 S21=0.008 t21=7h S22=0.004 t22=2h

Оптимално време за изчакване след партидата

Оптимален размер на партидата

Оптимално стартово време на производствотоОптимално натоварване на паровата централа при едновременна работа на

две производства

7





1

2

3

4

5

V=5m3

V=8m3

V=12m3

V=15m3

V=15m3

Technology 2

Technology 1


5

Формулировка на задачата за оптимално управление на производствена кампания

IiS i for

IiX i for

IiBi for

1. Управляващи променливи:

Размер на партидата за всяко производство

Време на започване на дадена партида спрямо базовото производство

Време за изчакване между партидите за всяко производство

IiBBB MAXii

MINi for

IiBi

for

GN i

i

Ii

N

t

Si

ijj

i for

.N-H

0maxi

IiSijX i

j

i t

for 0 max

IiB

GG

i

ii

for .Bi

IiSij i

j

t

for H

B

G.

i

imax

3. Функционални ограничения

Ограничения за размера на изчакването между отделните партиди за всяко производство

Ограничения, осигуряващи допустимостта на времената на изчакване между партидите

Ограничения осигуряващи изпълнение на производствената програма на кампанията

Ограничения за размера на партидите за всяко производство

Ограничения осигуряващи изпълнение на плана на кампанията за хоризонта на работата и

5

JjIi

XtSt

k

XtSt

k

tBXp

iii

iii

ii

,for

)(

2cosB

)(

2sinA

,,,SP

kmax

kijp

kmax

kijp

ivar

ij

JjIitBXBtBX iiiconst

ii ,for ,,,SP,SP,,,SP ivar

ijiijiij

JjIiBp

iconstij ,for

2

A,SP

0ijp

i

5

PpJjIi ,,for A0ijp

PpJjIi ,,for Akipj

PpJjIi ,,for Bkijp

4. Математичен модел на ресурсопотреблението

Математичен модел на ресурсопотреблението за стадий на дадено производство

Математичен модел на ресурсопотреблението за дадено производство от кампания

IitBXBtBX iiiconst

ii for ,,,SP,SP,,,SP ivar

iiiii

IiBBj

iconst

iconst for ,SP,SP iijii IitBXtBX

jiiii for ,,,SP,,,SP i

variji

vari

Математичен модел на ресурсопотреблението за производствена кампания

,,,SPBS,P,,,SP var tBXtBX const

,SPBS,P iii

constconst B ,,,SP,,,SP ivar

ivar

iii tBXtBX

5

dttBXJH

0

var ,,,SPmin

dttBXtBXsignJH

0

varmaxvarmax ,,,SP-P,,,SP-Pmin

i

iii BNCJ max

5. Целеви функции

Минимално средно натоварване на сумарната крива за времето на работа на кампанията

Максимална печалба по време на работа на кампанията

Минимално колебателност на кривата на натоварването относно средната стойност

Принцип на изграждане на пакета ECAM

• Използуван е принципа на менютата

• Използуван е принципа на избор на данни с цел свеждане до минимум на човешкия фактор като източник на грешки

• Логически контрол за коректността на данните

• Резултатите са визуализирани

• Функциите са съпроводени с помощна информация

• ECAM работи под управлението на Windows’2000 и е използуван езика “Matlab 6.50” за разработването и

7

Софтуер за определяне на производствени разписания при работата на многоцелеви и многопродуктови химико-технологични системи, осигуряващи

оптимално натоварване на системите за ресурсопотребление

Изход от системата

Информация за създателите на

ЕCAMи теоретичната

основа на базата на които е създадена системата

Набор от помощна

информация описваща класа задачи, които

могат да бъдат решавани и

обектите при които може да се

използува ECAM

Бутон за вход в ECAM

След активиране на ECAM се

извършва четене на необходимите данни от базата

данни и зареждането им в оперативната

памет

8

Панел за управление на основните функции

Вход в базата данни за описание на

възможнитеТехнологии

1. Описание на стадиите за производство и изискванията им към апаратите в които могат да се осъшествят.

2. Материален баланс

3. Видове ресурси и количеството им за единица краен продукт

Вход в базата данниза описание на

завода

1. Основни апарати (количественни и качествени характеристики

2. Връзки по материалния поток

Вход в модулитеза определяне на:

1. Възможните производствени кампании

2. Варианти на разполагане на дадена технология

Вход в модулите заопределяне на:

1. Оптимално управление на производствена кампания

2. Оптимални производствени разписания

Вход в модулитеза визуализация на

полученитеразписания:

1. Визуализация на ресурсопотреб-лението

2. Сумулиране на ситуации зададени от потребителя

Вход вмодулите за печат

на полученитерезултати на

хартиен носител

Връщане къмглавния панел за

управление назаданието

9

Данни за апаратите и връзките им по материалния поток Бутон за зареждане на данните

за съществуващи апарати и връзки между тях от базата

данни в паметта

1. Кратко име на завода2. Пълно име3. Брой на апаратите в базата

данни

Бутон за изобразяване наданните за избран апарат:

1. Визуално изображение2. Основни характеристики

Задаване или изобразяване наСъществуващите връзки наапарата с други апарати на

завода

Бутони за управление:

1. Добавяне на нови апарати

2. Премахване на апарат

3. Коригиране на данните на изведения на екрана апарат

4. Запис на данни в базата

5. Излизане от тази функция

6. Помощна информация

Бутон за изобразяване наданните за избран апарат:

1. Визуално изображение за типа апарат

10

Данни за технологииБутони за зареждане на

данните за избрана технология :

1. Брой на стадиите2. Печалба за единица

продукт

Описание на данните за отделните стадии натехнологията като:

1. Име на стадия2. Време за стадия3. Размерен фактор4. Тип на апарата

Данни за вида и количеството на всеки ресурс за производство

на единица краенпродукт. Разпределениена ресурса във времето


1. Добавяне на нови апарати

2. Премахване на апарат

3. Коригиране на данните




11

Панел за управление на задачите за синтез на производствени варианти и кампании

Вход в пакета заопределяне навариантите наразполагане на

даденатехнология в

съществуващиязавод

Вход в пакета за конструиране на производствена

кампания от потребителя

Вход в пакета за автоматично

генериране на производствена

кампания с определена размерност

Вход в пакета за автоматично генериране на всички

максимално независими производствена кампания

Връщане към главния

управляващ панел

12

Определяне на вариантите на разполагане на дадена технология Въвеждане на

Данните технологията;

1. Кратко и пълно име на технологията

2. Брой на стадиите

Въвеждане на данните за плановия хоризонт

Въвеждане на данните за

Производствените изисквания

Въвеждане наданните за

режима на работа на технологията:

1. Режим с препокриване на циклите

2. Режим без припокриване на циклите

Определяне навариантите при

зададените входни данни

Извеждане на екранДанните за Съответниявариант на разполагане

Списък наапаратите от заводакоито са назначени за

всеки стадий натехнологията

Основнихарактеристики

на варианта като:1. Минимален размер на

партидата2. Максимален размер

на партидата 3. Изчислено време за

цикъл 4. Брой на намерените

варианти

Бутони за управление:1. Добавяне на

технологии

2. Премахване на технологии

3. Коригиране на данните за технологии


5. Излизане от функцията


13

Четене на данните за

кампаниите в базата данни

Конструиране на производствена кампания от потребителя

Избор насъществуваща

кампания от БДили въвеждане

на данни за Нова

кампания

Изборна съответнитепродукти които

ще сепроизвеждат

едновременно в кампанията

Изборна стадия за

назначаванетому към

съответенапарат от завода

Изборна апарат накойто да се

проведе стадия

Визуализацияна избранияна апарат накойто да се

проведе стадия


1. Добавяне на нови кампании

2. Премахване на кампании

3. Коригиране на данните на изведената кампания на екрана




Извод на резултатите запараметрите на назначената отПотребителя производствена

Кампания:

1. Минимален размер на партидата по производства

2. Максимален размер на партидата по производства

3. Време за цикъл за всяко производство

4. Режим на работа на роизводствата

14

Зареждане наданни от БД заСъществуващ

Производствен план или

въвеждане на данни за нов

Синтез на варианти на кампании с размерност съответствуваща на броя на производствата включени в плана

Хоризонт на планиране

Избор на режим на работа напроизводствата:

1. С препокриване на циклите

2. Без припокриване на циклите

Задаване на производствените изисквания за всеки

продукт в кампаниятаПланирани количества:

1. Минимум2. Желателно3. Максимум

Извършване на изчисленията иопределяне на всички

Производствени кампанииСъдържащи определения

максимален бройЕдновременно Работещи

производства

Извеждане на екран наПолучените резултати за

Определен вариант накампания

Извеждане на данни заОпределено производство от

Избраната кампания

Списък с имената наапаратите на които трябва

да бъдат разположени съответните стадии

Основни характеристики на варианта като:

1. Минимален размер на партидата

2. Максимален размер на партидата

3. Изчислено време за цикъл




3. Коригиране на данните на изведената кампания




15

Синтез на максимално независимите кампании за даден производствен план

Зареждане наданни от БД заСъществуващ

Производственплан или

въвеждане наданни за нов

Хоризонт на планиране

Избор на режимна работа наотделните

производства:

1. С препокриване на циклите

2. Без припокриване на циклите

Задаване напроизводствените

изисквания завсеки продукт в

кампанията

Планирани Количества

1. Минимум2. Желателно3. Максимум

Извършване на изчисленията иопределяне на

всичкипроизводствени

кампаниисъдържащиопределения

максимален бройна едновременно

Работещипроизводства

Извеждане наекран на

полученитерезултати заопределенвариант накампания




3. Коригиране на данните на изведената кампания на екрана




Извод на обобщени данни за

резултатите от намеренитекампании с различни

размерности.Тука се търсят само

Максимално независимитекампании

започвайки от кампаниите сНай голяма размерност

16

Извод на резултата от процедурата за синтез на всички кампании за даден производствен план

Извеждане на екран наполучените резултати заопределен вариант на

кампания

Избор на производственвариант, включен визбраната кампания

който да бъде изведен наекран

Списък от имената на апаратите на които

трябва да бъдат разположени съответните

стадии

Основни характеристики :1. Минималенна партида2. Максималена партидата3. Изчислено време за цикъл




3. Коригиране на данните




17

Вход в пакета,решаващ задачата за синтез на оптимални

разписанияза работа на

избрана от потребителя производствена кампания

прикритерий оптимално

натоварване на определена система

за ресурсопотребление

Управляващ панел за видовете оптимизационни задачи


разписанияза работа на

група производствени кампании

прикритерий оптимално

натоварване на определена система



разписанияпри критерии:

1. Минимално време за изпълнение на програмата

2. Максимална печалба за плановия период

Вход в пакета,

решаващ задачата засинтез на оптимални

разписания заработа на

избрана от потребителя производствена кампания

при векторен критерий оптимално натоварване на

множество системиза ресурсопотребление

Вход в пакета,

решаващ задачата заСинтез на оптимални

разписания за работа на

група производствени кампании при

векторен критерий оптимално

натоварване на множество системи


Входв пакета,

решаващ задачата за синтез на оптимални

разписанияПри векторен критерий

включващ:

1. Минимално време за изпълнение на програмата

2. Максимална печалба за плановия период

Връщане към главния управляващ панел

18

Четене на данни от БД за

съществуващи производствени

планове и определените на

предидуща стъпка варианти

на възможни кампании

Формулиране на задачата за оптимално натоварване на системите за ресурсопотребление за дадена производствена кампания

Избор на вариант на

кампания на която ще се

търси оптимално

управление при избран

критерий и система

ограничения

Задаване на времето за

изпълнение на определен

производствен план

Задаване на количествата,

които трябва да бъдат

произведени за всеки продукт,

включен производствения

план

Формулирана на критерия за

оптималност, което включва:

1. Избор на ресурс за който търсим оптимално натоварване

1. Минимум2. Максимум

или3. Минимум-

Максимум

Избор на режим:1. Оптимизация по постоянната съставка2. По степен на колебателност

Формулирана на системата от

ограничения, което включва:

Ограничения по останалите ресурси

Минимални и максимални количества по постоянните съставки

Минимални и максимални количества по променливите

съставки

Стартиране на оптимизационната процедура

с използуване на пакета за оптимизация

Извод на резултатите от оптимизацията, което

включва:

Избраните технологии съставящи производствената

кампания

Оптимални стартови времена за всяко производство

Оптимални времена за изчакване между отделните

партиди за всяко производство

Оптимални размери на партидите за всяко

производство

19

Формулиране на задачата за оптимално натоварване на системите за ресурсопотребление за група производствени кампании

Четене на данни от БД за съществуващи

производствени планове и

определените на предидуща стъпка

варианти на възможни кампании

Задаване времето за изпълнение на

производствената програма

Задаване на данните заПроизводствените

изисквания за всеки продукт

1. Минимално количество2. Максимално количество3. Желано количество

Задаване на критерия за оптималност за

управление на избраната кампания,

което включва:

1. Избор на ресурс за който търсим оптимално натоварване

1. Минимум2. Максимум 3. Мин.-Макс.

1. Оптимизация по постоянната съставка

2. По степен на колебателност

Формулирана на системата от

ограничения, което включва:

Ограничения по останалите ресурси

Минимални и максимални

количества по постоянните съставки

Минимални и максимални

количества по променливите

съставки

Избор на номера на

варианта за начало на търсене на оптимално управление

Избор на номера на

варианта за край на

търсене на оптимално управление

Стартиране на оптимизационната процедура чрез използуване на

пакета за оптимизация наMATLAB

Извод на резултатите от оптимизацията, което включва:

Избор на вариант на производствена кампания на екран

Данни за избраната кампания, имената и номера на варианта

Оптимална стойност на критерия за оптималност на разписанието

Имената на технологиите, включени в избрания вариант

Оптимални стойност на стартовите времена на всяко производство

Оптимални стойност на времената на изчакване между отделните партиди на

всяко производство

Оптимални стойност на размера на партидата за всяко производство

20

Формулиране на задачата за синтез на оптимални разписания за изпълнение на зададена производствена програма при работата на

многоцелеви заводи

Четене на данни от БД за съществуващи производствени

планове

Задаване времето за изпълнение на

производствената програма

Данни заПроизводствените

Изисквания

1. Минимално количество

2. Максимално количество

3. Желано количество

Задаване на критерия за

оптимален избор на

производствено разписание за

един от следните критерия:

Минимално време за

изпълнение на производствена

програма

Максимална печалба за даден планов период

Формулирана на системата от ограничения, което

включва:

Ограничения по ресурсите

Минимални и максимални количества

по постоянните съставки

Минимални и максимални количества

по променливите съставки

Стартиране на оптимизационната процедура

с използуване на пакета за оптимизация на

MATLAB

Резултати от оптимизацията:Минимално време за изпълнение на производствената

програмаАктивно време на работа на всички кампании

Сумарно време за сервизно обслужване на апаратите

Извод на екран оптималните параметри за всяка една от кампаниите което включва:

Оптимално време за работа на кампанията

Време за сервизно обслужване преди начало на кампанията

Списък на производствата включени в кампанията

Стартови времена за всяко производство в кампанията

Времена за изчакване между бачовете

Времена за цикъл за всяко производство

Оптимални размери на партидите за производствата

Оптимални брой на партидите за всяко производство

Количество произведено по време на кампанията21

Визуализация на получените резултати от синтеза на разписания

22

Четене на данните за производствения

план

Задаване на номера на варианта на

кампанията за която да се визуализират

резултатите

Избор на решението, което да бъде изобразено.

Избор на ресурса, който да бъде

изобразен.Това може да бъде:

ПараВода

Ел.енергияИ т.н.

Бутон за изобразяване на

сумарната крива на потребление на

избрания ресурс при едновременната работа на всички производства от

избраната кампания

Диаграма на изменение на мощността на

натоварване на системата за

ресурсопотребление във времето при едновременната работа на всички производства от

кампанията

Обобщенихарактеристики на

кривата:1. Колебателност 2. Максимален пик3. Минималем пик4. Средна стойност

Средна стойност накриватаИзбор на

производството откампанията

Избор наресурса мощността

на който да бъдеизобразена на

диаграмата

Крива на изменениена мощността за

съответния ресурс заИзбраното

производство

Средна стойност намощността

Обобщенихарактеристики на

кривата:1. Колебателност 2. Максимален пик3. Минималем пик4. Средна стойност

Задаване намащаба на кривите

по времето

Задаване настойността на

времето наизчакване между

партидите


стартовото време


Расмера на бача

Връщане къмГлавния

управляващ панел

25

Този пакет е разработен с финансовата подкрепа на Фонд научни изследвания към Министерството на

науката и образованието.Договор ТН 1201/02

за което авторския колектив изказва благодарност

7





1

2

3

4

5

6

V=5m3

V=8m3

V=12m3

V=15m3

V=15m3

V=5m3







1

2

3

4

5

V=5m3

V=8m3

V=12m3

V=15m3

V=15m3

Technology 2

Technology 1


Documents

Боян Б. Иванов , Кирил Минчев Институт по инженерна химия - Българска академия на науките