摘要：目前生產調度越來越受到眾多生產單位的重視，有效的生產調度能夠合理分配任務，減低生產成本，提高企業(yè)競爭能力。文章在介紹國內外聚丙烯工業(yè)現(xiàn)狀的基礎上，介紹了生產調度相關研究方法，并分析了基于供應鏈的聚丙烯多牌號生產調度模型。

關鍵詞：聚丙烯；多牌號切換生產調度模型；生產調度

中圖分類號：TP273文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2009）08-0032-02

生產調度問題已經越來越引起企業(yè)界的重視。隨著全球經濟一體化趨勢的加劇，企業(yè)之間的競爭將日趨激烈，越來越多的企業(yè)認識到要想在激烈的市場競爭中生存，就必須對市場的變化做出快速反應。聚丙烯產品總計100多個牌號，我國大型聚丙烯裝置只能生產幾種至十幾種牌號，根據(jù)市場需求，聚丙烯裝置需要經常性地進行牌號切換，屬于多牌號生產。然而切換過程產生的過渡料不屬于任何一種牌號，是最低檔的混合物產品或是廢品。按我國目前的情況，牌號切換過渡時間過長，造成大量資源和能源的浪費。本文就聚丙烯多牌照生產調度進行相關理論技術分析。

一、聚丙烯工業(yè)現(xiàn)狀及工藝進展

聚丙烯，是以丙烯單體為主聚合而成的一種合成樹脂，是聚烯烴家族中的重要成員之一。根據(jù)高分子鏈立體結構的不同，聚丙烯可分為三個品種等規(guī)聚丙烯（IPP）、旬規(guī)聚丙烯（SPP）和無規(guī)聚丙烯（APP）。從市場需求分析，盡管我國的聚丙烯生產工業(yè)取得了迅猛發(fā)展，生產能力和產量大幅度增長，但在數(shù)量、質量以及品種方面仍不能滿足國民經濟的高速發(fā)展。近年來我國的工業(yè)雖然發(fā)展很快，但還是要從許多國家或地區(qū)進口產品，我國對的PP需求將和世界需求趨勢一樣呈現(xiàn)高速增長，世界平均年增幅為5.3%，但PP的生產將受到丙烯原料來源的制約，因此PP的消費前景將會是供不應求。

自丙烯聚合實現(xiàn)工業(yè)化以來，聚丙烯的工藝技術發(fā)展很快，目前已有幾十種技術路線。按聚合類型分類，聚丙烯的生產工藝技術主要有四種溶液聚合法、溶劑聚合法、液相本體聚合法和氣相本體聚合法按聚合后處理工序分類，可分為三類，即最原始的聚丙烯生產工藝，稱為第一代工藝第二代工藝省去了脫灰工序第三代工藝革除了脫灰和脫無規(guī)物工藝。全球有40多個國家的100多家公司生產聚丙烯，所采用的工藝技術主要有：Himont公司液相、氣相組合式聚丙烯工藝；Amoco公司氣相聚丙烯工藝；三井油化公司的Hypol工藝；BASF公司的Novolen氣相工藝；UCC/Shell公司的Unipol氣相工藝；Philips公司的氣相工藝公司液相法聚。

二、聚丙烯多牌號生產

聚丙烯連續(xù)生產過程的牌號切換研究是伴隨著柔性生產模式的需求而產生的，由于牌號切換問題的復雜性以及化工和計算機技術的限制，該領域的研究起步較晚，但前景廣闊。目前對聚丙烯穩(wěn)定生產階段，國內外大多采用工作點附近的近似線性系統(tǒng)或PID控制，但牌號切換和多牌號生產是工作點的轉換過程，無法作類似的近似。因此，需要采用先進控制策略實現(xiàn)切換過程的優(yōu)化，例如Honeywell公司通過應用先進的牌號切換控制策略，已將不同牌號切換的平均過渡時間成功地縮短到5小時以內，為歐美發(fā)達國家的相關聚丙烯企業(yè)帶來了顯著的經濟效益。對聚丙烯多牌號生產供應鏈過程進行研究目前來說仍然處于初級研究階段，值得關注包括建模方面，即將機理建模和經驗建模兩者結合起來，采用兼有兩者的優(yōu)點的半經驗半機理模型應是今后理想的多牌號生產建模發(fā)展的方向之一；還有優(yōu)化方面，即通過分解多牌號生產為連續(xù)過程和離散事件方式，避免使用混合整數(shù)規(guī)劃，提高優(yōu)化運算速度；另外就是控制方面，即將各種先進控制策略和智能控制結合起來，彌補各自的缺陷，以提高控制效果。

生產調度是在一定的時間內，進行可用共享資源的分配和加工任務的排序，以滿足某個或某些特定的生產指標。生產調度主要涉及生產作業(yè)的具體安排和資源的詳細分配。生產調度問題的研究方法最初集中在數(shù)學規(guī)劃、仿真調度和簡單的規(guī)則上，這些方法只適用于求解中小規(guī)模的生產調度問題，對于大規(guī)模調度問題的求解效果不好。隨著各種新的相關學科與優(yōu)化技術的建立和發(fā)展，在調度領域出現(xiàn)了許多新的優(yōu)化方法。近年來，模擬退火算法、神經網絡算法、幾搜索法和進化算法等依據(jù)自然法則具有智能因素的搜索算法在求解調度優(yōu)化問題中得到了相當廣泛的研究和應用，在解決諸多難的調度優(yōu)化問題上顯示出了較好的特性，取得了比傳統(tǒng)方法好的結果。

三、基于供應鏈的聚丙烯多牌號生產調度分析

（一）問題描述

基于供應鏈的調度優(yōu)化是指在有約束條件或資源有限的情況下找出系統(tǒng)的最佳決策方案，其目的在于追求整個供應鏈的效率。傳統(tǒng)聚丙烯生產過程缺乏柔性，不能達到生長過程全面優(yōu)化從而導致生產過程穩(wěn)定性差。針對工藝環(huán)節(jié)上的內在缺陷，將工藝過程設計和生產計劃調度集成，通過信息銷售、市場、生產、供應和研發(fā)數(shù)據(jù)之間的廣泛交換來指導操作過程。另外，分析工廠原材料和能量的平衡數(shù)據(jù)，并采用參數(shù)估計技術估測不可測量變量。基于計劃、調度安排、優(yōu)化、控制的多牌號生產計劃集成模。生產過程的調度包括供料時序安排和產品牌號切換規(guī)則。目前的那些多牌號產品的生產調度通常都是按照一種事先設定的安排表來進行的，而這個安排表通常以生產上的方便性和易操作性為確定規(guī)則。然而，在目前在市場行情變化日益快速的情況下，原有的這種生產調度模式已經不再那么有效。一個能夠以最快速度對市場變化情況做出反應的生產調度策略需要將生產對象的有利潛在因素和約束條件考慮進去，需要一個有效的策略盡量降低所需的產品庫存量，通過靈活的質量需求反饋策略和產品的生產投遞周期使得顧客的需求最好最快地得到滿足。

（二）模型建立

聚丙烯連續(xù)生產過程的生產管理決策問題，包括生產調度、對象的優(yōu)化操作和任務控制，這些任務之間必須協(xié)調一致才能發(fā)揮出最高的效益。在考慮聚丙烯產品牌號個數(shù)有限的情況下建立系統(tǒng)的一個數(shù)學模型包括基本控制系統(tǒng)，這個模型包括了生產過程的一系列生產條件約束和產品牌號間的切換規(guī)律。在不考慮噪聲和外界擾動的情況下建立起一個優(yōu)化問題，通過求解該優(yōu)化問題,可以獲得具有某個給定產品牌號的最優(yōu)生產操作過程。通過引入一系列的決策變量最終將所考慮的最優(yōu)化生產調度問題轉化為一個混合整數(shù)線性規(guī)劃問題，即一個以累積增加值為目標函數(shù)，以庫存約束、采購約束、牌號切換約束為約束條件的優(yōu)化調度問題。

聚丙烯連續(xù)多牌號生產過程的模型是由準靜態(tài)和動態(tài)過程的描述建立的。在考慮聚丙烯產品牌號個數(shù)有限的情況下建立系統(tǒng)的一個數(shù)學模型包括基本控制系統(tǒng)，這個模型包括了生產過程的一系列生產條件約束和產品牌號間的切換規(guī)律。在不考慮噪聲和外界擾動的情況下建立起一個優(yōu)化問題，通過求解該優(yōu)化問題可以獲得具有某個給定產品牌號的最優(yōu)生產操作過程。在建立數(shù)學模型時，采用連續(xù)時間描述。當進行多牌號生產時，在需求驅動型的市場中，必須考慮銷售行為對整個生產過程的影響，因此從生產管理最優(yōu)化的角度引入企業(yè)訂單利潤的一決策變量。這里的產品牌號利潤蘊涵著對該牌號產品未來銷售情況的預測，同時引入一系列相關的決策變量?；诮y(tǒng)一離散時間表達法，這里建立了聚丙烯單階段多牌號連續(xù)生產過程的優(yōu)化調度數(shù)學模型，模型表達為一個問題。統(tǒng)一離散時間表示法（UDM，Uniform time Discretization Model），是在離散時間表示的基礎之上，把感興趣的時間段分成許多等長度的時間段。任何類型的事件如每個任務的開始和結束，設備的轉換和其他資源的轉換等，只能在時間段的邊界發(fā)生。把時間從1標記到H，這樣開始和結束時間點分別為1和H+1。這種時間表示方法的優(yōu)點是便于建模，它通過提供一些參考點定位所有競爭資源的操作。為了使感興趣的時間段內可用的資源水平變化，或者一個任務在其處理時間內所需要的資源量的變化與時間段的邊界一致，時間段的長度就需要足夠的小。

對于這里的混合整數(shù)規(guī)劃問題，模型的規(guī)模比較大，0-1變量也比較多，不能像線性規(guī)劃那樣求解，需要根據(jù)具體的模型特點選擇適當?shù)姆椒▉砬蠼猓行r候在求解過程中還需要人的參與。實際MILP調度優(yōu)化模型一般可利用現(xiàn)有商業(yè)軟件，如CPLEX（ILOG公司）、OSL（IBM公司）、XPRESS（Dash Associate）等進行求解。題的求解相對復雜得多，不同非線性問題求解速度及解是否收斂差別很大，非凸的問題求解要得到全局最優(yōu)解必須得到NLP松弛模型的全局最優(yōu)解，否則得到的很可能是局部最優(yōu)解而非全局最優(yōu)解。

四、結語

本文從聚丙烯生產過程的工藝特點出發(fā)，介紹了聚丙烯生產過程工藝流程，在此基礎之上，基于供應鏈的聚丙烯多牌號生產調度分析，相關技術得以分析，對新興的石化企業(yè)提高經濟效益、節(jié)能降耗、充分利用資源等有積極意義。

參考文獻

[1]鄭德成．聚丙烯裝置用氫優(yōu)化及改造措施[J]．中外能源，2009，（1）．

[2]杜新勝，呂鋒．聚丙烯研究與進展[J]．化工中間體，2008，（12）．

作者簡介：張業(yè)孟（1981－），女，安徽六安人，供職于大港油田石油化工公司聚丙烯廠，研究方向：聚丙烯工藝。