автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Синтез многоассортиментных гибких химических производств с учетом последующего функционирования

На правах рукописи

ВИКУЛИНА ТАТЬЯНА ИГОРЕВНА

СИНТЕЗ МНОГОАССОРТИМЕНТНЫХ ГИБКИХ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ С УЧЁТОМ ПОСЛЕДУЮЩЕГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ (НА ПРИМЕРЕ ПРОИЗВОДСТВА ОРГАНИЧЕСКИХ РЕАКТИВОВ)

05.13.16 - Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях (химия)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА - 1995

/

Работа выполнена в Российском химико-технологическом университете имени Д.И. Менделеева на кафедре гибких автоматизированных производственных систем.

Научные руководители:

доктор технических наук, профессор |Перов В.Л.

кандидат технических наук, доцент Бельков В.П.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Бессарабов A.M.,

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Круглик А.Е.

Ведущая организация -

Государственный пректный научно-исследовательский институт медицинской промышленности (ГИПРОНИИМедпром).

Защита диссертации состоится iggs г. в

/Р . часов на заседании диссертационного совета Д 053.34.08 в РХТУ им. Д.И.Менделеева {125 047, Москва А-47, Миусская пл., 9) в ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в Научно-информационном центре РХТУ им. Д.И. Менделеева.

Автореферат разослан V

___1995 г.

7

Ученый секретарь

диссертационного совета Бобров Д. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В настоящее время гибкие автоматизированные про-шодственные системы (ГАПС) наши широкое применение в химической ! смежных с ней отраслях промышленности. Производства, организован-ше по принципу ГАПС, достаточно универсальны, т.к. позволяют выискать широкий ассортимент технологически подобной продукции, из-<еняя в случай необходимости не только количество выпускаемой проекции, но и его номенклатуру. Существующие в настоящее время тео->етические и практические разработки носят частный характер и не учитывают всей специфики гибких многоассортиментных химических про-13водств (сложность аппаратурного оформления, наличие согласующих гмкостей конечного объема, многовариантность маршрутов получения Фодуктов. производственную ситуацию, различные дисциплины выпуска фодуктов и др.).

Необходимость разрабатывать универсальные технологические про-!Зводства, позволяющие не только организовать выпуск нескольких 1родуктов, но и гарантировать их оптимальное функционирование в ус-говиях изменяющейся производственной ситуации, выдвигает следующее 1ели и задачи.

Дель работы. Целью настоящей диссертационной работы является шработка обобщенной математической постановки задачи синтеза гиб-сих химико-технологических систем (ХТС) с учетом последующего их функционирования, методов и алгоритмов ее решения в соответствии с 'ребованиями, сформулированными на стадии.проектирования.

В работе поставлены и решены следующие задачи: разработка обобщенного подхода к синтезу оптимальных гибких многоассортиментных производств с одновременным выбором оптимального плана выпуска ассортимента;

разработка методики выбора оптимального варианта организации выпуска ассортимента;

разработка методики оптимизации объемов выпуска ассортимента многопродуктовыми химико-технологическими системами в условиях измененяющейся производственной ситуации;

разработка программно-алгоритмического обеспечения решения задач синтеза гибких ХТС с учетом последующего функционирования и оптимизации объемов выпуска в условиях изменения спроса на продукцию и цен на нее.

Работа выполнялась в соответствии с координационным планом Го-ударственной НТП "Экологически безопасные и ресурсосберегающие [роцессы химии и химической технологии".

- г -

Методы исследований. В работе использованы математический аппарат и методы системного анализа, линейного, нелинейного и частично- дискретного программирования, реализуемые на персональных ЭВМ.

Научная новизна. Сформулирована обобщенная математическая постановка задачи синтеза многоассортиментных гибких химических производств (ГХП), отличающаяся от известных тем, что поиск оптимальной структуры и оптимальных параметров схемы производства осуществляется с учетом всего комплекса технологических ограничений, оптимизацией дисциплины выпуска, а также одновременного решения задачи календарного планирования, что позволяет разработать оптимальный вариант схемы и определить оптимальный план выпуска ассортимента.

Разработаны алгоритмы:

- моделирования тепловых режимов работы отдельных аппаратов ГХП с целью определения длительностей элементарных операций, обеспечивающих соблюдение технологических условий протекания процесса;

- определения местоположения и расчета объемов емкостей, необходимых для согласования работы соседних аппаратов и схемы в целом;

- установки параллельных аппаратов на стадиях, способа их включения в работу, определения требуемого типа аппарата и его размеров и выбора оптимальных маршрутов получения продуктов;

- формализации процедуры решения задачи составления и оптимизации расписания работы оборудования.

Практическая ценность. Разработанные в диссертации методы и алгоритмы решения как частных задач (расчет простоев оборудования, оценка эффективности теплового режима работы аппаратов на стадиях с теплообменом, установка параллельных аппаратов и согласующих емкостей, оптимизация дисциплины выпуска ассортимента, составление оптимального расписания и т.д.), так и общей задачи синтеза с учетом составления оптимального плана работы схемы представляют теоретическое и практическое значение и могут использоваться для вновь проектируемых ГХП и реконструкции действующих химических производств.

Реализация и внедрение результатов исследований. Результата расчетов переданы в ГосНИИ "ИРЕА", ГИПРОНИИМедпром, где используются при решении задач проектирования гибких многоассортиментных производств химических реактивов и лекарственных препаратов с получением экономического и социального эффектов.

Аппробация работы. Основные положения диссертационной работе докладывались и обсуждались на V,VI,VII Международных конференциях

молодых ученых по химии и химической технологии "МКХТ-У", "МКХТ-УГ* "МКХТ-УП" (г.Москва, 1991,1992,1993 гг.). 8 Всероссийской конференции "Математические методы в химии - ММХ-8" (г.Тула, 1993 г.) и IV Международной конференции "Методы кибернетики химико-технологических процессов (КХТП-1У-94)" (г.Москва, 1994 г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на /^'страницах и состоит из введения, четырех глав, выводов и приложений. Работа содержит рисунков и таблиц. Список используемой литературы включает наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, намечен круг основных задач, требующих решения для синтеза гибких многоассортиментных производств, приводится краткая характеристика объекта исследования, структура диссертационной работы.

В первой главе проведен обзор существующих подходов к синтезу гибких многоассортиментных производственных систем химической и смежных с ней отраслей промышленности, методов составления расписания и вопросов календарного планирования (КП) и оперативного управления (ОУ).

Вопросы синтеза рассмотрены для индивидуальных, совмещенных и гибких производств фиксированного и переменного ассортимента. Обзор литературы показывает, что в настоящее время существуют два основных направления синтеза: структурный и структурно-параметрический. Последний является более перспективным, т.к. позволяет определить не только структуру, но и параметры синтезируемой схемы.

Актуальной задачей в рамках синтеза многоассортиментных ХТС является задача формирования оптимальной последовательности выпуска продукции. Выделены три основных способа наработки ассортимента: последовательный, "циклический" и выпуск группами. Выбор способа определяет расписание выпуска продукции, а значит и эффективность работы проектируемых и особенно действующих многоассортиментных химических производств.

Планирование работы ГХП, осуществляемое в рамках долгосрочного, среднесрочного или краткосрочного КП, помимо различия во временном интервале, имеет свои особенности в постановке задачи и методах и алгоритмах ее решения. Однако при решении задач составления распи-

саний в настоящее время используют в основном критерий минимума времени наработки ассортимента.

Анализ литературы по данному вопросу показал, что практически все исследования, связанные с составлением расписания работы многоассортиментных ГХП, календарным планированием и оперативным управлением работой таких производств, рассматриваются чаще всего как самостоятельные задачи оптимального функционирования действующих производств.

Вопросы КП и ОУ на стадии проектирования практически не рассматриваются. Поэтому в работе поставлена задача разработки обобщенной методики синтеза многоассортиментных ХТС с учетом всего комплекса ограничений на технологические условия их работы, позволяющей не только разработать оптимальную структуру и определить оптимальные размеры основного и вспомогательного оборудования, но и разработать стратегию оптимального функционирования синтезируемого производства.

Вторая глава посвящена вопросу разработки обобщенной математической постановки задачи синтеза с учетом последующего функционирования проектируемого производства.

На основе всестороннего анализа методов проектирования химических производств и особенностей функционирования многоассортиментных ГХП в работе предложен обобщенный подход к синтезу оптимальных гибких ХТС (рис.1), который включает семь этапов, каждый из которых может рассматриваться самостоятельно, а совместное их решение позволяет не только определить оптимальные параметры синтезируемой схемы, но й ее оптимальное функционирование. Такой подход применим для индивидуальных, совмещенных и гибких ХТС.

Настоящая диссертационная работа посвящена следующим вопросам синтеза гибких химических производств: выбор оптимальной дисциплины выпуска продуктов ассортимента, определение оптимальной структуры и оптимальных параметров технологической схемы, а также календарное планирование работы проектируемого производства.

На основе литературных данных и собственных разработок сформулирована обобщенная математическая постановка задачи синтеза многоассортиментных ГХП с учетом их последующего функционирования. Для решения задачи предложен двухуровневый метод: на первом решается задача синтеза гибкой ХТС с учетом конкретных производственных ситуаций ее последующего функционирования, а на втором - задача оптимального функционирования синтезированной схемы в условиях меняюще-

- 5 -

гося спроса на продукцию и цен на нее.

Задача синтеза формулируется следующим образом: для заданной производительности Р1?1 по целевым продуктам 1=1. N в течение планового срока 0 при известных длительностях технологических циклов аппаратов Ти. материальных индексах Эц (3-1. М). условиях тепловых режимов работы аппаратов (Кц. Си. Ьивх, Д1иср, ДНи -

коэффициент теплопередачи, теплоемкость, начальная и конечная температуры массы, средняя разность температур, тепловой эффект типо-

ЭТАПЫ ЗАДАЧИ РЕЗУЛЬТАТ

1 Формирование ассортимента Классификация ассортимента Ассортимент: - основной - дополнительный

2 Анализ возможности совмещения ассортимента Степень совмещения: - индивидуальная - совмещенная - гибкая ХТС Минимальный набор модулей для реализации ХТС

3 Формирование технологических и аппаратурных модулей Модуль: - индивидуальный - типовой - гибкий Принципиальная структура ХТС в модульном исполнении

4 Оценка степени гибкости модулей и ХТС в целом Количественная оценка гибкости: - тест - И! щеке - оптимальная гибкость

ХТС: - негибкая - гибкая

5 Оптимизация выпуаса ассортимента Выбор способа и маршрута выпуска -- Оптимальная организация выпуска

6 Структурно-параметрическая оптимизация Поиск оптимальной ХТС Оптимальные структура и параметры ХТС

7 Календарное планирование и оперативное управление Составление оптимального расписания Оптимальное расписание работы ХТС

Рис.1. Этапы синтеза оптимальных гибких ХТС.

- 6 - _

вого процесса, протекающего на стадии j (J-l, М") в производстве продукта 1} определить оптимальное аппаратурное оформление ХТС, т.е. тип и число одинаковых Nj (j-l, М*) и разных Ntj* (J-l. M-KQ. аппаратов, образующих каждую аппаратурную стадию 3. объемы Vj (J-l, М') в случае однотипных аппаратов и Vu* (J-l.М-М') в случае разнотипных аппаратов и местоположение и объемы согласующих емкостей Vj' (J-l, М-1), обеспечивающих минимум критерия оптимальности.

Обобщенная математическая постановка задачи синтеза многоассортиментных ХТС включает систему соотношений математической модели и ограничений ft(S) (1)-(19), критерий оптимальности, в качестве которого выступают приведенные затраты на схему ПЗ (20)-(22), и собственно математическую постановку задачи (23):

L-l N NN М

Т, ■ Е Тц + Е nitu + Е Е Тш®4* NPRSik + Е tMj J-l 1=1 1-1 k-1 j-L+1

.add , Tjkcsl f (TlL|( _ Трц<)

«(S)-

Tik°

tii nt «

IT

W(ir). Tcr < D

(1) (2)

О I л 3ie Tii°f E cCje Aqi

« mt (rel/qo

<ll,l2....lz....1N>

l-l, N; J-l, M

(3)

(4)

(5)

di4 + Ц

max{dtJj,(Tiz./+ TtfJ . ta)> + tlg.

Ть

tiz ( D4, 2-1, N

Z-2, N (6)

m

max

Su qj

{ Vu su

< Vj < mln

Su Qi

Фи

J-l.

Nj-1:

Фи

< VU" <-

su q<

1-1, N (8)

pv

si lj til!

Nj>2; J-l. M M'; 1-1, N;

M ft _

(9)

Nij>i; Ntj-l. Nj

lj-i. Lj

(10)

Vu

»u

Nj Ttj-ц Nj+t tj

если J<L: Netj<l; Nj>Nj+i: Neu>2; Nj-Nm«i

L<J: NetjCl; Nj>Nj+i

Utj. если J<L: l<Neti<2; Nj-Ni+i-I;

Netj>2; NJ<Nj+l

J-l, M-l (11)

_Уи N61,

Ь<3: Иец<1: ^«Нт-! . если 3<Ь: ;

011 Мец. если Ь<3: Мец>2; (^-Мт-! «и

тах

з-1. м-1

9и*1

Гциб - Чц*. <га). 1-1. М: 1-1. М" РиТб

Г(01), 3-1. М"

01

о» а

тах «1и> / УЗ. 3-1. М' ( 011 / 3-1. М-М"

Рцм6 > ?цтб, 3-1. М"

Б - м, Т. г*81, ё. о, те. ой ой)

1?-ГО-С+ЕнКЗ КЗ - ИУЬ Ун*. N1. н»\ V}" С - Г(БЗ.БМ.РЕМ.А.ЕР) «л. Уи\ VI

—► го1п

Мь Ми".

Раз - Ириз). 3-1. М

НР1У . ч». и(»)>

Аге

(.Ъ.Чи'.Ь .РИ; .^.МЦ'.Нрц. .Ч1.и(*))бП

ч V J

(12)

С13)

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

(20) (21) (22)

(23)

где Тв-обиее время наработки ассортимента; гч-количество партий продукта 1; Гц-длительность лимитирующей стадии; Тц/1^-добавочное время, характеризующее переход с одного продукта на другой;

к-количество переходов с продукта 1 на продукт к: I-номер лимитирующей стадии; Т1кС£!1-время простоев с учетом чисток и переналадок при переходе с продукта 1 на продукт к; Т1ьК-время начала работы лимитирующей стадии при производстве продукта к; ТГц -время окончания работы лимитирующей стадии при производстве продукта I; ти°-длительность стадии по регламенту; е-число элементарных технологических операций; й)е.е-эмпирические коэффициенты; -размер партии продукта 1; »г-последовательность выпуска продуктов; И(я)-система ограничений на составление расписания; 12-номер продукта,

- а -

который в последовательности я производится 2-ым по порядку; сЦ-мо-мент времени, когда исходные материалы поступают на обработку для

получения продукта!; (Т^ ,Т12....,Т1г.....Т^)-момент завершения

выпуска продуктов в расписании; 11-время выпуска 1-го продукта;

-директивный срок, к которому необходимо завершить выпуск продукта 1; Р^ -удельная производительность и количество полунепрерывного оборудования при производстве продукта 1 на стадии Ти.Ф_и.Ф11'._?и*.9и-верхний, нижний и реальный коэффициенты заполнения аппартов и емкостей; N«¡1 ¿-кратность подачи (отбора) массы в емкость (из емкости); и1¿-объем массы, поступающей в емкость после стадии 3; ^¿+1-объем массы, отбираемый из емкости и поступающий на (3+1)-ую стадию; -тепловая нагрузка аппарата стадии 3; 01 ¿-суммарная тепловая нагрузка аппарата 3 в производстве продукта 1; Р1 ^т6. Iм6-поверхности теплообмена, рассчитанные по тепловому и материальному балансам; Б-производственная ситуация; ОЬ, <211-нижняя и верхняя границы производительности; С-себестоимость продукции; Ен-нормативный коэффициент; КЗ-капитальные затраты на оборудование; ББ.ЭЛ,ИЕМ.2Р-затраты на сырье, материалы, текущий ремонт и заработную плату; А-амортизадаонные отчисления; и(и)-управляющее воздействие для изменения расписания.

Предлагаемая математическая постановка задачи синтеза ГХП в отличии от ранее известных полностью отражает специфику гибких многоассортиментных производств, т.к. в ней учтены:

1. основное ограничение на время выпуска ассортимента (7), характеризующее соблюдение директивных сроков для любого способа наработки ассортимента;

2. изменение длительностей стадий от размера партий продуктов (3);

3. возможная последовательность выпуска ассортимента и расписание работы ХТС (5)-(б);

4. возможность установки параллельных аппаратов разных типов и объемов на стадии (9);

5. уточненный расчет объемов промежуточных емкостей (11)-(13);

6. определение эффективных условий работы оборудования на стадиях с теплообменом (14)-(18);

7. условия последующего функционирования заданием различных производственных ситуаций (19).

Математическая постановка задачи синтеза многоассортиментных ХТС с учетом последующего функционирования представляет собой дискретно-целочисленную смешанную задачу нелинейного программирования с

ограничениями.

На втором уровне решается задача оптимального функционирования синтезируемой схемы в условиях меняющейся производственной ситуации. связанной с изменением производственных и экономических показателей. Проблема формулируется следующим образом: для химико-технологической схемы, ориентированной на выпуск N продуктов на М технологических стадиях при известных длительностях технологических стадий Ги и полученных на этапе синтеза оптимальных размерах партий продуктов требуется определить оптимальные объемы производства всех продуктов и составить расписание выпуска ассортимента на весь планируемый срок.

Математическая постановка задачи оптимизации объемов выпуска ассортимента включает систему соотношений математической модели и ограничений (24)-(34), критерий оптимальности (35) и собственно математическую постановку задачи (36):

Я(Б)

М

N N

Ь„ + Е Е ГОЯЗцць имсз1<Ви Ь-1. МТ 1-1 1-1к-1

- сцорЬ П1Ь, 1-1. И; 1-1, N1

ОЬп < < ОЬь Ы. И; 1В1/ъ-1 - 0, 1-177

1ВП+1 < 0. 1-1, N5 Ь-1. N7-1

- »16 + 031 г. 1-ТПГ; Ь-ТГйт

Л<5ии - - <*НН. 1-1, Н; 1-1, Ыт

N / ит \

Во - Е Е 051Ь - РИи - т ((1Ви+1Р|0/2) Оъ) 1-14-1 '

ом'11+1 - - Л0ии. 1-1. Н: 1-1, Мт

- ОЬп - 1-ТПГ: Ь-ТГЙт 01Лм - + ДО^Ч 1-ПГ: 1-1. N1

Р^ - РПЦ тах СО, Ьш - 1-1. N1 Ь-1, Мт N7

<031 с . и (и)> - Агд

шах

(«Зи. и(«))£0

(24)

(25)

(26)

(27)

(28)

(29)

(30)

(31)

(32)

(33)

(34)

(35)

(36)

где I и-время выпуска продукта 1, рассчитанное по стадии 3; 331 г-количество продукта 1, произведенное за период I; Ыг-число пе-

риодов; 1Ва. ^кгколичество продукта 1 в начале и конце периода Ь;

^.ДО! ^-отклонения от нижней и верхней границ в период Ь соответственно; 01) * 11+1. ОЬ' 11+1-измененные верхняя и нижняя границы периода (1+1) в соответствии с результатами периода Ь; Р1 ^стоимость продукта 1 в период I; РМцг штраф за недопоставленный продукт 1 в период Ь; рпп-удельный штраф за кг продукта 1 в период Ь; Гиг показатель . отражающий стоимость хранения продукта 1 на складе в период I; Б»;-длительность периода I; л-оптимальные параметры.

В качестве критерия оптимальности в работе используется "условная" прибыль от реализации выпущенной продукции, как наиболее полно отражающая эффективность функционирования предприятия в условиях меняющегося спроса на продукцию и цен на нее.

Предлагаемая постановка задачи оптимизации объемов выпуска ассортимента позволяет проанализировать возможные варианты функционирования проектируемой ХТС для решения задач оперативного управления при изменении производственной ситуации, а также решать эадачи календарного и оперативно-календарного планирования при дальнейшей эксплуатации схемы.

Третья глава посвящена анализу решения общей задачи синтеза оптимальных многоассортиментных гибких ХТС и разработке методов и алгоритмов ее решения. В работе выделен и решен ряд частных задач, представляющих практический интерес: формирование ограничения на время работы шгогоассортиментного производства; выбор и оптимизация дисциплины выпуска ассортимента; разработка стратегии использования параллельных аппаратов и согласующих емкостей, а также формализация процедуры составления и оптимизации расписания работы ГХП.

В работе получены соотношения для расчета времени наработки ассортимента для:

- последовательной организации выпуска

Т<г.1 - 8 ти гн + Е Е тлосз1 ИР^ю + (Т1и - Т1ц) +

1-1 1=1 к=1 ,, -

+ ОГым - ТРмз). TJ-l.il (3?)

ИРЮЦ^ « 1. ИР^щ - щ - 1 (38)

где (Т1ц - Т1п)-общая длительность стадий, предшествующих стадии 3; (ТРнм - ТГщЬобшая длительность стадий, следующих за стадией 3.

- "циклической" организации выпуска _

Т* - Тс.1 пс + (Т1и " Т1ц) + (ТРНМ - ТГМ4), Уз-1. М, (39)

N NN

Тс.1 - Е П!с Гц Е Е Г1к1сз1 ИР1Б4к1. М. (40)

1-1 1-1 к=1

- Ii -

где nc-количество циклов постоянного состава, тс-количество партий

продукта 1 в цикле.

- выпуска группами В

Тг - Е ТЬ . (41)

Ь»1

где Ть-время выпуска b-ой группы.

Для групп постоянного состава: Для групп переменного состава:

ТЬ - max iti>, b-l, В (42); Ть - min (ti>. b-1, В (43); ie<Rb> le{Rb>

где (Rb>-множество продуктов, производимых в b-ой группе; ti-время

выпуска 1-го продукта.

Выбор способа организации помимо временных характеристик определяется еще и особенностями индивидуальных производств, условиями поставки продукции потребителю, реальной производственной ситуацией. В работе выделены признаки, на основе которых разработан метод выбора оптимальной дисциплины выпуска ассортимента, разработан достаточно простой и эффективный способ расчета простоев оборудования, а также классификации ассортимента на независимые группы выпуска.

Важным аспектом при поиске оптимальной структуры синтезируемой ХТС является вопрос установки параллельных аппаратов и согласующих емкостей. В диссертации разработаны правила, позволяющие определить место установки параллельных аппаратов, их количество, тип и размеры, а также перераспределить продукты по аппаратам стадии с целью эффективного их использования. Выполненный в работе анализ всех возможных вариантов включения емкостей в схему позволил разработать алгоритм, использующий эвристические правила для определения положения емкостей в схеме и их размеров. Алгоритм показал эффективность при поиске оптимальной структуры ХТС.

Т.к. большинство одностадийных процессов сопровождаются изменением температуры, в работе проведено математическое моделирование тепловых режимов работы аппаратов и предложен алгоритм определения параметров теплообмена, обеспечивающих соблюдение технологических условий протекания процесса.

В диссертации разработана достаточно простая и эффективная методика формализации и решения задачи составления оптимального расписания многопродуктовых ХТС. В основу метода положена матричная форма представления выпуска продуктов (рис.2). Элементами матрицы являются количества партий продуктов. Нормирование матрицы осуществляется при соблюдении соотношений:

НИИ N

Е ац.; » Е ацг.. Е ■ П1, Е ац^ •» пк. 1=1 к-1 к=1 1-1

к=1

N

где 1,к (1,к«1, Ю-продукты; а!к-элементы матрицы; гц,г>к-общее количество партий продуктов.

Следует заметить, что в случае последовательной организации выпуска (рис.2.1) диагональные элементы матрицу равны гн-1. а для произвольного способа выпуска (рис.2.2) возможно произвольное положение числа партий продукта в строке, а его величина определяется соотношением: 0 < а!к < пь 1-1, N. (45)

Вариант расписания определяется движением по строкам и столбцам матрицы в соответствии с разработанными эвристическими правилами, гарантирующими получение единого расписания наработки всех продуктов в требуемых количествах. Предложенный подход применим для любого способа наработки ассортимента и может быть использован на стадиях выбора способа выпуска, структурно-параметрического синтеза и составления КП работы схемы.

Результаты реализации частных задач положены в основу разработки алгоритма синтеза оптимальных ХТС и алгоритма оптимизации объемов выпуска ассортимента в условиях изменения производственной ситуации (рис.3).

Четвертая глава посвящена практической реализации теоретических исследований диссертационной работы для разработки гибкой технологической схемы многоассортиментного производства химических реактивов: 4,8-диаминоантраруфина, 2-амино.4-нитроанизола, 2-хлор,4,б-ди-нитроанилина и перметриновой кислоты.

Решение задач синтеза и последующего функционирования ГХП выполнялось на основе предложенных моделей и методов и разработанного программно-алгоритмического обеспечения.

Проведенный анализ методов получения органических реактивов позволил предложить принципиальную структуру совмещенного производства в модульном исполнении, включающую 16 технологических стадий.

В результате структурно-параметрического синтеза определено полное аппаратурное оформление каждой технологической стадии разрабатываемого производства, а также оптимальные размеры аппаратов, согласующих емкостей и партий выпускаемых продуктов. Выполненный сравнительный синтез без учета и с учетом зависимостей Ти-Пд^ показал, что влияние размеров партий продуктов на длительности тех-

нологических стадий отражается не только на общем времени выпуска ассортимента, но и приводит к изменение аппаратурного оформления стадий и затрат на схему (табл.1). Оптимальный вариант схемы состо-

1 А В С D Е F

А 4 1

В б 1

С 2 1

D 1 4

Е 1 3

F 1 5

1 А В С D Е F

А 4 1

В 4 1 2

С 1 1 1

D 1 3 1

Е 1 1 2

F 1 5

1) 4A-A-4D-D-6B-B-5F-F-2C-C-ЗЕ-Е

2) 4 А- В- 2В- С- С- 5F- F- 2Е- Е- 4В-A-3D-D-E-D-C

Рис.2. Матричная форма составления расписания (пд-5, пв-?. пс-3. по'5. пе»4. пр=б): 1) последовательная организация выпуска ассортимента; 2) выпуск ассортимента произвольным способом.

+AQit4- (QSi- QU,)t<

QL'N^- QLMta+ AQwtj -AQiit, - (QLm - QSfOt,

tt t2

Рис.3. Выпуск ассортимента в подпериоде ti и корректировка нижних и верхних границ в подпериоде tz при QLi.QUi - const (1-1, N) (AQi - выход за пределы границ: '•+" - перевыполнение. "-" -недовыполнение).

Таблица 1. Результаты структурно-параметрического синтеза гибкой ХТС производства органических реактивов (РЯг - 3 т/год; Р!?2 - 3.5 т/год; РКз » 5 Т/ГОД; Р1?4 - 4 Т/ГОД).

№ Структура Срок выпуска Тр. ч. Капитальные затраты на схему КЗ. руб. (в ценах 1991 г.)

стадии с емкостями параллельные аппараты. N1

Tu - const

1 2 3 1.2 р Nl-Nio-3 N2"N4=N5»NÔ" N7-2 7 122.4 6 973.6 6 902.2 166 081 190 381 210 771

Tu • f(qt)

jOPt 2 3 1.2 F N2-N4-N7-N10- Ni4»2 N2»2 Nl»N7»HlO"3 N2-N4-N6>2 7 002.6 7 275.5 7 144.7 184 ООО 196 031 210 120

оптимальные размеры партий продуктов: 41- 209.8 кг; агт 583.3 кг;

qз■^ 625 кг; 9.6 кг.

Таблица 2. Результаты оптимизации объемов выпуска органических реактивов (1 - 4,8-диаминоантраруфин; 2 - 2-амино,4-нитро-анизол; 3 - 2-хлор, 4,6-динитроанилин; 4 - перметриновая кислота).

t 1 Нижний предел Ом »кг. Верхний предел QUI.KT. Объем выпуска 051. кг кг. Шт|эаф тыс.руб. Прибыль Rûi. тыс.руб.

ti 1 2 3 4 500 875 1 250 250 1 200 2 ООО 1 700 1 ООО 419.6 583.3 1 875 297.6 -80 -300 +175 40.2 204.2 2 098 4 083.1 15 ООО 2 976

ta 1 2 3 4 300 (400) 300 (600) 1 250 250 1 500 2 500 1900(1700) 1 ООО 1 258.8 2 333.3 1 250 249.6 - - 6 294 16 332.4 10 ООО 2 496

ta 1 2 3 4 900 1 250 300 1 500 2 ООО 1 ООО 583.3 1 250 326.4 -320 221.6 4 083.1 10 ООО 3 264

и 1 2 3 4 400 250 (600) 1 250 150 1 500 2 500 1 900 500 1 258.8 2 333.3 1 250 249.6 - - 9 441 20 998.8 10 ООО 2 995.2

D 466.0 119 595.5

ит из 21 аппарата и 2 согласующих емкостей. Выпуск продуктов осуществляется последовательно.

По результатам синтеза проведен анализ работы проектируемой ХТС в различных производственных ситуациях. Результаты оптимизации объемов выпуска органических реактивов на всем горизонте планирования и в каждом квартале приведены в табл.2. Задача составления расписания выпуска ассортимента решена исходя из контрактных поставок потребителю и величины максимально реализуемого объема продуктов с учетом результатов предыдущего периода.

Анализ полученных результатов синтеза и оптимального функционирования показал, что использование предлагаемого подхода с применением разработанного программно-алгоритмического обеспечения позволяет синтезировать ХТС с минимальной аппаратурной избыточностью и обеспечить ее оптимальное функционирование в дальнейшем.

ВЫВОДЫ

1. Разработан обобщенный подход к синтезу гибких многоассортиментных производств с использованием блочно-модульного принципа построения с одновременным выбором оптимального плана выпуска ассортимента.

2. Разработаны математическая постановка задачи синтеза с учетом производственной ситуации и оптимизацией функционирования на стадии проектирования и двухуровневый метод ее решения. На первом уровне определяется оптимальная схема, на втором - оптимальные объемы выпуска продукции.

3. Разработан метод формализации постановки и решения задачи составления оптимального расписания работы многоассортиментных ГХП.

4. Разработано программно-алгоритмическое обеспечение синтеза оптимальных ХТС с учетом всего комплекса технологических ограничений.

5. Разработана гибкая технологическая схема многоассортиментного производства органических реактивов.

6. Программно-алгоритмическое обеспечение передано в ГосНИИ "ИРЕА" и ГИПРОНИИМедпром для использования при проектировании ГХП.

Содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Перов В.Л.. Бельков В.П., Савицкая Т.В.. Викулина Т.И. Анализ возможности совмещения химико-технологических процессов многоассортиментных производств// Моск. хим.-технол. ин-т.. - М.. 1991 -

- 16 -

23 с. Деп. в ВИНИТИ 13.11.91 N 4268-91 ЛЕП.

2. Бельков В.П.. Викулина Т.И.. Богачева Т.В. Способ организации выпуска продукции многоассортиментных гибких ХТС//Тез. докл. VI Московской конф. молодых ученых по химии и химической технологии (MKXT-VI) - М., 1992. С.26.

3. Перов В.Л.. Бельков В.П., Викулина Т.И. Классификация ассортимента многопродуктовых производств на группы выпуска// Известия ВУЗов, серия "Химия и химическая технология" - Иваново, 1993. т 36. Вып. 4. С.93-08.

4. Бельков В.П.. Викулина Т.И. Составление расписания работы гибких многоассортиментных химических производств// Известия ВУЗов, серия "Химия и химическая технология" - Иваново, 1993, т 36. Вып. 12. С.112-114.

5. Бельков В.П.. Викулина Т.И. Алгоритм составления расписания работы гибких многоассоргиментных химических производств// Тез. докл. Всероссийской конф. "Математические методы в химии (ММХ-8)" -Тула, 1993. С.53.

6. Викулина Т.И., Бельков В.П. Оптимизация работы действующих гибких химико-технологических производств// Тез. докл. VII Международной конф. молодых ученых по химии и химической технологии (MKXT-VII) - М., 1993. С.154.

7. Клишо А.А., Клишо C.B., Викулина Т.И., Бельков В.П. Использование штрафных функций для оценки работы гибких химико-технологических систем// Тез. докл. VII Международной конф. молодых ученых по химии и химической технологии (MKXT-VII) - М., 1993. С.155.

8. Бельков В.П., Савицкая Т.В.. Викулина Т.И. Оптимальное проектирование гибких химико-технологических производств// Тез. докл. VII Международной конф. молодых ученых по химии и химической технологии (MKXT-VII) - M., 1993. С.185.

9. Перов В.Л.. Бельков В.П.. Викулина Т.И. Организация выпуска ассортимента многопродуктовых химико-технологических систем// ТОХТ - М.. 1994. Т 28. N 2. С.153-157.

10. Бельков В.П.. Викулина Т.И. Составление календарного плана работы многоассортиментного производства// Тез. докл. IV Международной конференции "Методы кибернетики химико-технологических процессов (КХТП-IV-94)" - М., 1994. С.61.