董豐蓮，王華，劉華林，王喆，鞠勝濤（中國(guó)石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院，北京 100086）

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研究開(kāi)發(fā)

新一代面向協(xié)同應(yīng)用的計(jì)劃優(yōu)化系統(tǒng)

董豐蓮，王華，劉華林，王喆，鞠勝濤
（中國(guó)石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院，北京 100086）

摘要：隨著石化企業(yè)精細(xì)化管理需求的不斷提升,傳統(tǒng)的面向單個(gè)用戶應(yīng)用的單機(jī)版計(jì)劃優(yōu)化軟件逐漸不能滿足需要。本文介紹了利用以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心的新的信息技術(shù)研究開(kāi)發(fā)的新一代以流程為導(dǎo)向，面向協(xié)同應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)化、圖形化計(jì)劃優(yōu)化系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)基礎(chǔ)模型管理、模型在線共享和發(fā)送、數(shù)據(jù)字典管理等功能，實(shí)現(xiàn)了協(xié)同應(yīng)用；通過(guò)圖形建模、窗體數(shù)據(jù)錄入、多樣化結(jié)果展示以及貫穿建模全過(guò)程的錯(cuò)誤診斷功能，使系統(tǒng)直觀可視、簡(jiǎn)單易用；通過(guò)“一次輸入、多次運(yùn)算”功能，使用戶可便捷的開(kāi)展靈敏度分析；通過(guò)權(quán)限管理，保證系統(tǒng)安全。實(shí)例應(yīng)用表明，通過(guò)本系統(tǒng)建立的企業(yè)模型正確可信，可很好的支持企業(yè)計(jì)劃優(yōu)化業(yè)務(wù)。

關(guān)鍵詞：協(xié)同應(yīng)用；網(wǎng)絡(luò)版；圖形建模；靈敏度分析

石化行業(yè)是典型的流程工業(yè)，多種品質(zhì)的原油經(jīng)過(guò)復(fù)雜加工過(guò)程生產(chǎn)出產(chǎn)品。如何根據(jù)市場(chǎng)變化及時(shí)調(diào)整原油選購(gòu)、裝置生產(chǎn)加工、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、市場(chǎng)流向，最大限度地發(fā)揮資源的作用，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化，是石化企業(yè)制定生產(chǎn)計(jì)劃時(shí)需解決的主要問(wèn)題[1]。采用專業(yè)的計(jì)劃優(yōu)化軟件建立生產(chǎn)計(jì)劃模型，開(kāi)展計(jì)劃排產(chǎn)和優(yōu)化分析是國(guó)內(nèi)外石化企業(yè)的普遍做法[2-6]。目前行業(yè)內(nèi)主要的建模軟件基本是20世紀(jì)研發(fā)的，受當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)技術(shù)與軟件技術(shù)所限，這些軟件的基礎(chǔ)架構(gòu)是單機(jī)版系統(tǒng)，缺乏模型應(yīng)用管理流程，且圖形化程度偏低，操作起來(lái)有一定的難度[7]。

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心的信息技術(shù)快速發(fā)展，促進(jìn)了企業(yè)管理應(yīng)用的不斷提升。對(duì)于計(jì)劃優(yōu)化軟件，要求從傳統(tǒng)的以用戶為中心的單機(jī)版應(yīng)用，向以流程為導(dǎo)向的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同應(yīng)用轉(zhuǎn)變，并可以與其它信息系統(tǒng)集成，減少手工錄入數(shù)據(jù)。本文在充分分析行業(yè)內(nèi)主流的計(jì)劃優(yōu)化軟件優(yōu)缺點(diǎn)基礎(chǔ)上，結(jié)合業(yè)務(wù)需求與軟件技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)，研究開(kāi)發(fā)了新一代面向協(xié)同應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)化、圖形化計(jì)劃優(yōu)化系統(tǒng)。系統(tǒng)在技術(shù)架構(gòu)、功能、安全性等方面都有顯著的提升，為生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化軟件應(yīng)用提供了更多的選擇。根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)，將本軟件命名為協(xié)同先進(jìn)計(jì)劃系統(tǒng)（collaborative advanced planning system，CAPS）。

1 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

為兼顧建模、運(yùn)算、流程管理等需求，CAPS采用C/S（客戶端/服務(wù)器）架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，客戶端分為展示層和應(yīng)用層，服務(wù)器端分為計(jì)算層和數(shù)據(jù)層[8]。系統(tǒng)總體技術(shù)架構(gòu)見(jiàn)圖1。

（1）數(shù)據(jù)層

為滿足網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用與集成需要，系統(tǒng)采用大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)Oracle作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)工具。

（2）計(jì)算層

采用數(shù)量可擴(kuò)展的PC服務(wù)器提供優(yōu)化計(jì)算服務(wù)，在優(yōu)化服務(wù)器上部署成熟的數(shù)學(xué)建模軟件GAMS（general algebraic modeling system），利用GAMS提供的標(biāo)準(zhǔn)I/O接口，采用.Net Web Service技術(shù)自主開(kāi)發(fā)Web服務(wù)，用于CAPS與GAMS的數(shù)據(jù)交互；采用.NET進(jìn)程處理類（process）實(shí)現(xiàn)web服務(wù)對(duì)GAMS計(jì)算功能的實(shí)時(shí)調(diào)用。

（3）應(yīng)用層

CAPS主程序采用微軟的Windows Form開(kāi)發(fā)框架，綜合使用表單引擎、報(bào)表引擎、圖形化建模等組件或服務(wù)，開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序。

（4）展示層

客戶端部署統(tǒng)一的應(yīng)用程序，只要與優(yōu)化服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)通信正常，用戶即可正常使用系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)建模與求解方法

石化行業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化的核心是建立數(shù)學(xué)規(guī)劃模型。CAPS采用成熟的數(shù)學(xué)建模軟件GAMS建立單廠和多廠的數(shù)學(xué)規(guī)劃模型，求解器采用行業(yè)內(nèi)常用的CPLEX求解器。

圖1 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

對(duì)于不符合線性調(diào)合的物性，采用將物性轉(zhuǎn)換為線性的物性指數(shù)進(jìn)行處理；對(duì)于由物性傳遞結(jié)構(gòu)和 delta-base結(jié)構(gòu)引起的非線性問(wèn)題，采用業(yè)內(nèi)常用的混流和分布遞歸技術(shù)進(jìn)行處理[9]。

2.1 單廠數(shù)學(xué)規(guī)劃模型

2.1.1 目標(biāo)函數(shù)

單廠模型的目標(biāo)函數(shù)是企業(yè)利潤(rùn)最大[10-12]。

式中，P為企業(yè)利潤(rùn)ai為產(chǎn)品i的銷售價(jià)格，xi為產(chǎn)品i的銷售量bj為原料j的采購(gòu)價(jià)格，yj為原料j的采購(gòu)量ct為公用工程t的采購(gòu)價(jià)格，zt為公用工程t的采購(gòu)量dk為物料k的庫(kù)存價(jià)格，wk為物料k的庫(kù)存變化量。

2.1.2 變量

包括各原料采購(gòu)量、各產(chǎn)品銷售量、各公用工程采購(gòu)量、各物料期初和期末庫(kù)存量、各裝置加工量、各裝置進(jìn)料量和出料量、各裝置公用工程消耗量和產(chǎn)出量、各調(diào)合產(chǎn)品產(chǎn)量等。

2.1.3 參數(shù)

包括各原料采購(gòu)價(jià)格，各產(chǎn)品銷售價(jià)格，各常減壓裝置各原油的切割數(shù)據(jù)，各二次裝置各方案的原料單耗、產(chǎn)品收率和公用工程單耗數(shù)據(jù)，各物料的物性數(shù)據(jù)等。

2.1.4 約束條件

約束條件分為兩類。第一類是煉化生產(chǎn)加工中存在的固有邏輯關(guān)系，形成如式(2)的等式約束。

這些約束包括：①各物料的全廠平衡；②各公用工程的全廠平衡；③常壓裝置某側(cè)線產(chǎn)量等于該裝置加工的各原油的量與各原油側(cè)線收率乘積之和；④某調(diào)合產(chǎn)品量等于調(diào)合該產(chǎn)品的各調(diào)合組分量之和；⑤某調(diào)合產(chǎn)品的物性值等于調(diào)合該產(chǎn)品的各調(diào)合組分的物性值的加權(quán)平均等。

第二類是具體的條件限定，形成如式(3)的不等式約束。

這些約束包括：①原料采購(gòu)量上下限；②產(chǎn)品銷售量上下限；③裝置加工能力上下限；④物料庫(kù)存量上下限；⑤常壓裝置進(jìn)料物性要求；⑥二次裝置進(jìn)料物性要求；⑦調(diào)合產(chǎn)品物性指標(biāo)要求等。

GAMS調(diào)用求解器對(duì)上述數(shù)學(xué)規(guī)劃模型求解一次后，將對(duì)計(jì)算結(jié)果是否滿足設(shè)定的收斂精度進(jìn)行判斷，若判斷不通過(guò)，會(huì)根據(jù)本次計(jì)算結(jié)果對(duì)參數(shù)進(jìn)行修正，然后再次調(diào)用求解器進(jìn)行迭代運(yùn)算，直到運(yùn)算結(jié)果滿足收斂精度時(shí)結(jié)束運(yùn)算。

2.2 多廠數(shù)學(xué)規(guī)劃模型

2.2.1 目標(biāo)函數(shù)

多廠模型的目標(biāo)函數(shù)是各企業(yè)總利潤(rùn)最大，如式(4)。

式中，ZP為多廠模型總利潤(rùn)m和k為節(jié)點(diǎn)；n為物料；t為運(yùn)輸方式；r為被集成到多廠模型中的單廠；amn為在節(jié)點(diǎn)m銷售的物料n的價(jià)格；xmn為對(duì)應(yīng)的銷售量；bmn為在節(jié)點(diǎn)m采購(gòu)的物料n的價(jià)格；ymn為對(duì)應(yīng)的采購(gòu)量；dmn為在節(jié)點(diǎn)m儲(chǔ)存的物料 n的庫(kù)存價(jià)格；wmn為對(duì)應(yīng)的庫(kù)存變化量；cmtnk為從節(jié)點(diǎn)m通過(guò)運(yùn)輸方式t運(yùn)送物料n到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)k的單位物料運(yùn)費(fèi)；zmtnk為對(duì)應(yīng)的運(yùn)輸量；pr為單廠r的利潤(rùn)，具體計(jì)算方法見(jiàn)公式(1)。

2.2.2 變量

包括在某地采購(gòu)某物料的量，在某地銷售某物料的量，在某地儲(chǔ)存的某物料的期初庫(kù)存量和期末庫(kù)存量，從某節(jié)點(diǎn)經(jīng)某種運(yùn)輸方式運(yùn)輸某物料到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，各管線輸量，被集成到多廠模型中的單廠模型的變量等。

2.2.3 參數(shù)

包括在某地采購(gòu)某物料的價(jià)格，在某地銷售某物料的價(jià)格，在某地儲(chǔ)存的某物料的價(jià)格，從某節(jié)點(diǎn)經(jīng)某種運(yùn)輸方式運(yùn)輸某物料到另一節(jié)點(diǎn)的單位物料運(yùn)費(fèi)，被集成到多廠模型中的單廠模型的參數(shù)等。

2.2.4 約束條件

和單廠類似，多廠模型約束條件也分為兩類：第一類是固有的邏輯關(guān)系，形成等式約束；第二類是具體的條件限定，形成不等式約束。

等式約束包括：①某物料在某地點(diǎn)的進(jìn)銷存平衡；②集成的各單廠模型需遵循的等式約束。

不等式約束包括：①某物料在某地的采購(gòu)量上下限；②某物料在某地的銷售量上下限；③各種運(yùn)輸能力上下限；④某物料在某地的庫(kù)存量上下限；⑤集成的各單廠模型需遵循的不等式約束。

多廠模型求解步驟和單廠模型類似，也是進(jìn)行迭代運(yùn)算，直到運(yùn)算結(jié)果滿足收斂精度時(shí)結(jié)束。

3 系統(tǒng)功能架構(gòu)

系統(tǒng)總體功能架構(gòu)如圖2所示，包括單廠模型平臺(tái)、多廠模型平臺(tái)和系統(tǒng)管理三大功能模塊。單廠模型平臺(tái)和多廠模型平臺(tái)都由參數(shù)輸入、優(yōu)化求解和結(jié)果輸出3個(gè)子模塊組成。系統(tǒng)管理包括模型管理、數(shù)據(jù)字典管理和權(quán)限管理3個(gè)子模塊。各子模塊的功能點(diǎn)如表1所示。

圖2 系統(tǒng)功能架構(gòu)

3.1 單廠模型平臺(tái)

單廠模型平臺(tái)用以建立單個(gè)煉化企業(yè)從原料采購(gòu)、生產(chǎn)加工到產(chǎn)品出廠全過(guò)程的生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化模型，應(yīng)用數(shù)學(xué)規(guī)劃算法進(jìn)行求解并輸出優(yōu)化結(jié)果，目標(biāo)是使單個(gè)煉化企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益最大化。

除常規(guī)功能外，單廠模型平臺(tái)還具有以下高級(jí)應(yīng)用功能：①可以定義裝置出料物性和進(jìn)料物性的聯(lián)動(dòng)關(guān)系，即物性傳遞結(jié)構(gòu)；②可以定義裝置側(cè)線收率和進(jìn)料物性的聯(lián)動(dòng)關(guān)系，即delta-base結(jié)構(gòu)；③對(duì)于凝點(diǎn)、閃點(diǎn)等不符合線性調(diào)合的物性，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式將其轉(zhuǎn)化為符合線性關(guān)系的物性指數(shù)進(jìn)行計(jì)算；④可以建立多周期模型，各周期之間通過(guò)庫(kù)存連接；⑤用戶可根據(jù)需要添加各類約束條件。

表1 系統(tǒng)功能點(diǎn)

3.2 多廠模型平臺(tái)

多廠模型平臺(tái)用以建立綜合性石油公司原油業(yè)務(wù)鏈從原油供應(yīng)、原油運(yùn)輸、煉化企業(yè)生產(chǎn)加工、產(chǎn)品一次物流運(yùn)輸?shù)疆a(chǎn)品銷售上下游全鏈條的生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化模型，對(duì)模型進(jìn)行求解并輸出運(yùn)算結(jié)果。目標(biāo)是使原油業(yè)務(wù)鏈上下游整體效益最大化。

原油業(yè)務(wù)鏈宏觀上是物流過(guò)程，但在煉化局部是加工過(guò)程。多廠建模就是搭建整體的物流網(wǎng)絡(luò)并在局部集成煉化單廠模型，因此多廠模型平臺(tái)需要和單廠模型平臺(tái)結(jié)合使用。CAPS多廠模型可集成多達(dá)100個(gè)單廠模型。

CAPS既可以建立多廠單周期模型，也可以建立多廠多周期模型，充分滿足滾動(dòng)測(cè)算需要。

3.3 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理的功能是保證模型的規(guī)范化，實(shí)現(xiàn)模型的協(xié)同應(yīng)用。包括模型管理、數(shù)據(jù)字典管理和權(quán)限管理3個(gè)子模塊。

（1）模型管理 對(duì)企業(yè)基礎(chǔ)模型的審批和發(fā)布流程進(jìn)行管理；提供私有模型的共享、發(fā)送和接收功能，用戶可在系統(tǒng)上將模型共享給其他用戶、發(fā)送給其他用戶、或從其他用戶處接收模型。

（2）數(shù)據(jù)字典管理 系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)字典的建立和維護(hù)功能，包括物料字典、物性字典、公用工程字典、節(jié)點(diǎn)字典、裝置字典、各煉廠對(duì)應(yīng)裝置字典、公式字典7項(xiàng)內(nèi)容。

（3）權(quán)限管理 對(duì)系統(tǒng)中用戶、角色、用戶訪問(wèn)權(quán)限、用戶操作權(quán)限等進(jìn)行管理。

4 系統(tǒng)安全機(jī)制

CAPS為網(wǎng)絡(luò)版系統(tǒng)，將Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)集中部署在服務(wù)器上，用戶在本機(jī)上不存儲(chǔ)數(shù)據(jù)；計(jì)算軟件也采用集中部署的方式，用戶在本機(jī)上不存儲(chǔ)任何數(shù)學(xué)模型。相比單機(jī)應(yīng)用模式，模型及數(shù)據(jù)的可控性大大增強(qiáng)。通過(guò)防病毒、數(shù)據(jù)備份等措施，可有效保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全。

CAPS設(shè)置了嚴(yán)格的權(quán)限分配機(jī)制，在系統(tǒng)中添加用戶時(shí)會(huì)首先設(shè)置該用戶的角色，以及具有哪些企業(yè)的模型操作權(quán)限。只有模型開(kāi)發(fā)員可以編制并提交基礎(chǔ)模型，只有模型管理員可以審批并發(fā)布基礎(chǔ)模型；每個(gè)企業(yè)發(fā)布的模型都只對(duì)有該企業(yè)權(quán)限的用戶可見(jiàn)；每個(gè)用戶的私有模型都只對(duì)其本人可見(jiàn)。

通過(guò)以上措施，可有效保證系統(tǒng)的安全性。

5 系統(tǒng)主要特點(diǎn)

CAPS系統(tǒng)按照互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代訪問(wèn)應(yīng)用特點(diǎn)開(kāi)發(fā)，使用戶間的協(xié)同共享便捷、高效。系統(tǒng)界面友好，符合人機(jī)交互習(xí)慣，系統(tǒng)從建模、運(yùn)算到結(jié)果分析都簡(jiǎn)便易用。

5.1 面向協(xié)同應(yīng)用

CAPS和傳統(tǒng)的面向單個(gè)用戶分散式應(yīng)用的單機(jī)版計(jì)劃優(yōu)化軟件相比，最大的不同在于其是以流程為導(dǎo)向，面向多個(gè)用戶協(xié)同應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)。其協(xié)同性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）將企業(yè)基礎(chǔ)模型的審批和發(fā)布流程固化到系統(tǒng)中，有效保證基礎(chǔ)模型的質(zhì)量。發(fā)布的基礎(chǔ)模型對(duì)于有權(quán)限的用戶均可見(jiàn)，用戶可根據(jù)基礎(chǔ)模型生成應(yīng)用模型，從而根據(jù)需要開(kāi)展計(jì)劃排產(chǎn)和方案優(yōu)化。通過(guò)這種方式，可有效保證不同用戶間使用的模型基礎(chǔ)的一致性，為不同部門(mén)之間基于模型開(kāi)展業(yè)務(wù)協(xié)作提供了前提保證。

（2）通過(guò)模型共享功能，可使幾個(gè)用戶同時(shí)搭建同一個(gè)模型的不同模塊，通過(guò)分工協(xié)作提高建模速度；此外通過(guò)模型共享功能還便于高水平用戶對(duì)普通用戶進(jìn)行模型檢查和應(yīng)用指導(dǎo)，提升模型應(yīng)用水平。

（3）通過(guò)模型發(fā)送和接收功能，使模型的傳遞方式由傳統(tǒng)軟件的線下轉(zhuǎn)為線上，使用戶間模型的協(xié)同應(yīng)用既快速高效，又安全規(guī)范。

（4）模型編碼統(tǒng)一規(guī)范，當(dāng)用戶利用單廠模型平臺(tái)或多廠模型平臺(tái)搭建模型時(shí)，系統(tǒng)會(huì)強(qiáng)制各類編碼必須從數(shù)據(jù)字典中選取。通過(guò)這種方式，可有效保證編碼的規(guī)范性，為計(jì)劃優(yōu)化系統(tǒng)和其他信息系統(tǒng)的集成共享、協(xié)同應(yīng)用提供便利。

5.2 建模過(guò)程直觀可視

5.2.1 單廠通過(guò)圖形方式建立全廠流程圖

裝置分為5類：常壓、減壓、二次裝置、調(diào)合池、混合分離器，在流程圖上的形狀分別如圖3(a)。

用戶可以根據(jù)需要將流程圖分為多個(gè)頁(yè)面，如可分為煉油流程圖、化工流程圖、潤(rùn)滑油流程圖等。

在某個(gè)頁(yè)面上建立一個(gè)裝置的方式為：點(diǎn)擊系統(tǒng)工具欄上的對(duì)應(yīng)圖標(biāo)，然后移動(dòng)鼠標(biāo)到頁(yè)面上的合適位置，即在頁(yè)面上增加了一個(gè)裝置。

雙擊頁(yè)面上的某個(gè)裝置，將彈出該裝置的信息維護(hù)窗體，將裝置的進(jìn)出物料定義好了以后，進(jìn)料和出料會(huì)自動(dòng)出現(xiàn)在裝置兩側(cè)，如圖4所示。

可以對(duì)裝置進(jìn)行任意的添加、刪除、移動(dòng)、縮放、復(fù)制、剪切、粘貼等，所繪制的流程圖直觀、美觀。

5.2.2 多廠通過(guò)圖形方式建立節(jié)點(diǎn)布局圖

根據(jù)石化行業(yè)特點(diǎn)，系統(tǒng)將節(jié)點(diǎn)分為5類：油田、煉廠、市場(chǎng)、油庫(kù)和港口，形狀分別如圖3(b)。在多廠界面上建立節(jié)點(diǎn)和在單廠界面上建立裝置的方法類似。如圖5在頁(yè)面上建立了多個(gè)節(jié)點(diǎn)，背景圖片可由用戶配置。

5.3 數(shù)據(jù)錄入方法簡(jiǎn)單便捷

圖3 裝置及節(jié)點(diǎn)形狀

CAPS采用窗體進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入，用戶根據(jù)表頭、按鈕、彈出框提示等即可知道怎么操作，簡(jiǎn)單易用。如圖6是某個(gè)二次裝置的信息錄入頁(yè)面，可通過(guò)相應(yīng)按鈕進(jìn)行增加方案、刪除方案、修改方案名稱等操作，方案定義好了以后，在頁(yè)面上每個(gè)方案會(huì)自動(dòng)出現(xiàn)一列，用戶在相應(yīng)單元格中錄入原料消耗、產(chǎn)品收率、公用工程消耗等數(shù)據(jù)即可。除可在頁(yè)面上直接錄入數(shù)據(jù)外，還可以通過(guò)Excel導(dǎo)入的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)維護(hù)，滿足用戶將從外部獲取的數(shù)據(jù)快速導(dǎo)入本系統(tǒng)的需要。

圖4 單廠圖形建模

圖5 多廠圖形建模

此外，系統(tǒng)還具有某些公式自動(dòng)計(jì)算功能。如會(huì)自動(dòng)根據(jù)產(chǎn)品的含稅價(jià)、消費(fèi)稅、增值稅率計(jì)算不含稅價(jià)，自動(dòng)根據(jù)周期天數(shù)和檢修天數(shù)計(jì)算加工能力上下限等。

5.4 錯(cuò)誤診斷貫穿建模全過(guò)程

CAPS在建模過(guò)程中會(huì)進(jìn)行嚴(yán)格的邏輯判斷，如原油各側(cè)線收率應(yīng)等于 1，二次裝置各生產(chǎn)方案的原料單耗和產(chǎn)品收率之和應(yīng)該等于 0，等等。若出現(xiàn)不符合規(guī)則的情況，會(huì)提示用戶進(jìn)行糾正，只有糾正后數(shù)據(jù)才能成功保存。通過(guò)這種方法使輸入錯(cuò)誤在建模過(guò)程中及時(shí)得到糾正，避免錯(cuò)誤累積。

當(dāng)用戶將參數(shù)錄入完畢，執(zhí)行“運(yùn)算”操作時(shí)，系統(tǒng)會(huì)首先對(duì)數(shù)據(jù)的完整性進(jìn)行校驗(yàn)，只有校驗(yàn)通過(guò)后才能開(kāi)始計(jì)算。單廠模型主要校驗(yàn)各物料是否有來(lái)源和去向、運(yùn)算時(shí)需要的物性數(shù)據(jù)是否都存在等，多廠模型主要校驗(yàn)是否所有的煉廠都集成了相應(yīng)的單廠模型。若經(jīng)校驗(yàn)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，系統(tǒng)會(huì)提示用戶進(jìn)行修改。

5.5 結(jié)果輸出形式靈活多樣

CAPS為單廠模型和多廠模型各提供一套通用用性結(jié)果報(bào)表。單廠模型報(bào)表包括效益分析表、裝置能力分析表等，共11項(xiàng)內(nèi)容。多廠模型報(bào)表包括效益分析表、運(yùn)輸分析表等，共10項(xiàng)內(nèi)容。這些報(bào)表既可以通過(guò)系統(tǒng)頁(yè)面直接查看，也可以導(dǎo)出到Excel中。

圖6 二次裝置數(shù)據(jù)錄入界面

圖7 單廠流程圖結(jié)果展示

除傳統(tǒng)報(bào)表形式外，單廠模型可在界面上直接顯示全廠流程圖，多廠模型可在界面上以懸浮框、節(jié)點(diǎn)連線等方式顯示流向優(yōu)化結(jié)果，直觀可視。

圖7是單廠模型流程圖結(jié)果界面，各裝置的進(jìn)出物料量在圖上直接顯示。

若在流程圖上單擊某個(gè)物料，所有產(chǎn)生該物料的裝置會(huì)以紅色突出顯示，所有消耗該物料的裝置會(huì)以藍(lán)色突出顯示，如圖7中顯示了“減三”這股物料的來(lái)源和去向。

對(duì)于多廠模型，選擇了某個(gè)節(jié)點(diǎn)后，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)連線顯示哪些節(jié)點(diǎn)向該節(jié)點(diǎn)運(yùn)入物料、哪些節(jié)點(diǎn)從該節(jié)點(diǎn)接收物料，并通過(guò)懸浮框顯示具體的物料名稱、數(shù)量、運(yùn)輸方式等信息。

此外，模型的計(jì)算結(jié)果都存儲(chǔ)在Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)中，支持用戶根據(jù)個(gè)性化需求開(kāi)發(fā)自定義報(bào)表。

圖8 靈敏度分析

5.6 靈敏度分析簡(jiǎn)單快速

CAPS提供了快速的靈敏度分析功能，實(shí)現(xiàn)“一次輸入，多次運(yùn)算”。具體方法為：用戶輸入某個(gè)參數(shù)（如某個(gè)物料的采購(gòu)量或采購(gòu)價(jià)格）的開(kāi)始值、結(jié)束值和步長(zhǎng)，然后點(diǎn)擊一次“運(yùn)算”按鈕，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)設(shè)定出多個(gè)情景并逐個(gè)進(jìn)行運(yùn)算。

情景1：參數(shù) = 開(kāi)始值；

情景2：參數(shù) = 開(kāi)始值+步長(zhǎng)；

情景3：參數(shù) = 開(kāi)始值+2*步長(zhǎng)；

依次類推，直到參數(shù)大于設(shè)定的結(jié)束值為止。運(yùn)算結(jié)束后，系統(tǒng)會(huì)將多個(gè)情景的對(duì)比結(jié)果通過(guò)圖表等形式展示出來(lái)，用戶可方便的查看模型運(yùn)算結(jié)果對(duì)該變量的靈敏性，如圖8。

6 結(jié) 語(yǔ)

本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)完成后在國(guó)內(nèi)某大型煉化一體化企業(yè)進(jìn)行了應(yīng)用，建立了該企業(yè)煉化一體化生產(chǎn)優(yōu)化模型，包含企業(yè)從原料采購(gòu)、煉油和化工裝置加工、產(chǎn)品調(diào)合到產(chǎn)品出廠的全生產(chǎn)鏈條，涵蓋二十多套生產(chǎn)裝置和幾百種物料。近兩年來(lái)企業(yè)應(yīng)用模型開(kāi)展原料選購(gòu)優(yōu)化、裝置生產(chǎn)優(yōu)化、汽柴油調(diào)合優(yōu)化和產(chǎn)品生產(chǎn)優(yōu)化測(cè)算200余例，較好的支持了企業(yè)開(kāi)工方案制定、開(kāi)工后的計(jì)劃排產(chǎn)和計(jì)劃優(yōu)化業(yè)務(wù)，為提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益發(fā)揮了決策支持作用。

本系統(tǒng)利用新的信息技術(shù)解決了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、建模、工作流、安全、高級(jí)分析等傳統(tǒng)軟件存在的問(wèn)題，具有先進(jìn)的技術(shù)架構(gòu)和完備的功能。采用成熟的建模方法和求解算法，實(shí)踐驗(yàn)證模型的正確性和可信性，并在實(shí)際生產(chǎn)計(jì)劃編制中得到應(yīng)用。軟件界面友好，用戶可以方便的掌握和使用，作為新一代面向協(xié)同應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)化、圖形化計(jì)劃優(yōu)化系統(tǒng)，具有較高的推廣價(jià)值。

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第一作者及聯(lián)系人：董豐蓮（1982—），女，碩士，高級(jí)工程師，從事煉化生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化應(yīng)用研究。E-mail dongfenglian@petrochina.com.cn。

中圖分類號(hào)：TQ 021.8

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1000-6613（2016）07-1986-08

DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.07.008

收稿日期：2015-10-26；修改稿日期：2015-01-16。

New generation of planning optimization system oriented to collaborative application

DONG Fenglian，WANG Hua，LIU Hualin，WANG Zhe，JU Shengtao
（PetroChina Planning and Engineering Institute，PetroChina Company Limited，Beijing 100086，China)

Abstract：With the requirement to continuously improve detailed management in petro-chemical industry，the traditional single-alone planning optimization software gradually failed to meet the need.Using new information technology whose core is internet technology，a new generation of planning model system is developed in this paper，which is graphic and online，stressing on process orientation and collaborative application.By means of the basic model management，online model sharing and sending，and data dictionary management，the collaborative application is realized.By using graph modeling，data input through windows form，diverse result output，and error diagnosing throughout the process of modeling，the system becomes visual and user-friendly.Depending on the function of ‘input once and calculate many times’，the sensitivity analysis can be easily made by users.The system security is guaranteed through authorization management.The real application results show that the model established using the system is reliable，and it can well support the planning optimization of the enterprises.

Key words：collaborative application；online；graphic modeling；sensitivity analysis