本发明专利技术属于先进制造与自动化技术领域，涉及一种流程工业拟实优化调度的仿真验证方法。目前国内虽然在生产调度模型、算法和计算性能方面取得了一定进展，但实际调度问题还远未解决。本发明专利技术方法具体步骤包括：调度方案生成、通过推算预知可能出现的生产异常、利用图形的可视化ＥＳＣＰｅｔｒｉ－Ｎｅｔｓ网技术进行仿真、形成并保存过程数据。实际结果表明，采用本发明专利技术方法后调度方案执行质量显著提高，提高了原材料和生产设备利用率，经济效益显著。
A simulation verification method for quasi optimal scheduling of process industry
The invention belongs to the technical field of advanced manufacturing and automation, and relates to a simulation verification method for the quasi optimal scheduling of a process industry. At present, although the domestic production scheduling model, algorithm and computational performance has made some progress, but the actual scheduling problem is far from resolved. The method of the invention comprises the following steps of generating scheduling scheme, through the calculation of possible abnormal production, predict the use of graphics visualization ESCPetriNets network technology simulation, formation and storage of process data. The practical results show that the quality of the execution of the scheduling scheme is remarkably improved, the utilization ratio of raw materials and the production equipment is improved, and the economic benefit is remarkable.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于先进制造与自动化
，涉及一种流程工业拟实优 化调度的仿真验证方法。技术背景目前，国内流程工业生产过程的生产计划和调度水平还很落后，绝 大多数企业仍停留在手工阶段，其粗放型的计划制定与生产调度效率低 下、准确性差、实时性差，复杂运行环境下的动态调度极其困难，生产系 统的整体效益低下、资源浪费严重。国内虽然在生产调度模型、算法和计 算性能方面取得了一定进展，但实际调度问题还远未解决。出现的调度软 件缺少调度方案合理性的模拟验证功能。生产过程模拟仿真验证方法有助 于判断调度计划、调度方案是否符合生产过程实际。本专利技术的仿真验证就是在调度系统中用仿真模型模拟生产过程，以 期在真实生产前，检验生产计划的可行性，目前已经公开的专利技术专利如，专利申请号为200510061522.3 (—种流程工业拟实优化调度系统的方法) 的专利申请提出一种普遍适用于流程工业拟实优化调度系统的方法，整体 解决了流程工业的调度问题中的生产工艺流程的描述与建模、模型优化求 解、生产过程模拟、生产过程动态监控与再调度。上述专利技术提出了流程工 业的拟实优化调度系统的整体化方法，缺少对生产过程动态监控与再调度 的具体方法描述。专利申请号为200510061523.8 (—种流程工业可视化生 产工艺流程描述的建模方法)的专利申请提出了一种适用于一般流程工业 企业的间歇性或半间歇性生产系统的可视化建模方法，可以用此种简单、 直观的方法构建优化调度的数学模型，为滚动优化调度求解提供基础。目 前已申请的有关生产调度仿真验证方法如，申请号为200410021489. 7 (流程行业优化排产动态调度的组态平台方法)的专利申请提出一种图形化的建模组态模型和虚拟生产仿真模型，该仿真模型可虚拟合同生产的全 流程，验证生产过程中的物料、时间及产能平衡，预测合同完成日期，该 专利技术并没有解决混杂系统的混流生产模式调度方案的仿真验证问题，且该 专利技术只简单给出了虚拟生产仿真模型的基本概念，并未给出仿真验证的实 现过程。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提出一种普遍适用于流程工业生产过程 调度方案模拟验证的方法，解决了流程工业的实际调度问题。本专利技术的仿 真验证就是在调度系统中用混杂系统仿真模型模拟生产过程，以期在真实 生产前，检验生产计划的可行性。本专利技术的具体方法包括以下步骤a. 调度方案生成，具体方法是根据生产约束信息，建立优化调度的数 学模型，并根据用户设定的优化目标以及模型求解器，解算出优化调度方 案；b. 通过推算预知可能出现的生产异常，具体方法是采集企业资源计划 系统中当前的产品销售计划、原料采购计划、库存信息、设备检修计划、 能源供应计划数据，通过设备约束、容量约束、物流平衡约束、能源约束按时间进行跟踪推算； 设备约束具体为对于间歇生产设备: <formula>formula see original document page 5</formula> (1) 对于连续生产设备: <formula>formula see original document page 5</formula> (2);容量约束具体为<formula>formula see original document page 5</formula> (3) 物流平衡约束具体为<formula>formula see original document page 5</formula>能源约束具体为〈=1]1^>,"^,"+艮4.,"+1.必,"的，V"，f (5) 其中，"为能源种类，设t/r为能源上限；各约束定义式中变量定义为^ ^0，1、 =1表示,时刻在间歇生产设备7.上开始操作"否则^'={);^ "W、^ "表示,时段在连续生产设备7上正在操作Z'，否则^ =();zs/'' ^叫，々=1表示,时段状态3物品正在占用存贮设备./，否则z"(=();~，表示^时刻操作Z在间歇生产设备7上开始处理的批量； & ￡/ +，表示^时段操作z'在连续生产设备y上的生产速率； &'Sjr,表示"寸刻状态s物品的存贮量； &ei +，表示Z时刻状态s原料(中成品)的到货量； A'"+，表示Z时刻状态s产品的提货量； "ei +，表示均匀时段的时间长度；c. 利用图形的可视化ESCPetri-Nets网技术进行仿真，具体方法是将 步骤a优化调度方案与步骤b可能出现的生产异常结合在一起，利用图形 的可视化ESCPetri-Nets网技术进行仿真；d. 形成并保存过程数据，具体方法是形成并保存过程数据，以突出颜 色标识生产异常点，并提示产生异常的原因。本专利技术中步骤a中的目标模型数据文件的生成、优化调度的数学模型 的建立采用已有的技术，如已公开的专利申请200510061523.8提供的方 法。模型求解器采用已有的技术，如已公开的专利200510061522.3提供 的ILOG OPL Studio模型求解器。本专利技术的模拟验证的方法实现了调度方案的模拟验证技术，利用连续 Petri网简化动态模型，模拟生产过程，得到大量过程数据，用来验证调6度方案合理性及监控实际运行；利用混杂系统模型仿真对调度方案进行验 证， 一方面对调度方案进行更为细致的检验，如一些无法用STN表达的约 束，在发生冲突的环节允许人工根据经验进行小的调整；另一方面，在仿 真过程中可以得到一些中间数据，可用来评价调度实施情况。具体实施方式，具体步骤是(1) 调度方案生成根据产品销售计划、原料采购计划、设备维修计 戈U、产品(中间体、原料)库存信息和设备生产能力，生产资源 占用、消耗、生产成本等生产约束信息，生成目标模型的数据文 件建立优化调度的数学模型，并根据用户设定的优化目标(最大 生产能力、最大利润或满足销售订单)，以及模型求解器，解算 出优化调度方案。(2) 通过推算预知可能出现的生产异常采集企业资源计划系统中当 前的产品销售计划、原料采购计划(包括到货情况)、库存信 息、设备检修计划、能源供应计划等，通过混杂设备约束(包括 间歇生产设备和连续生产设备)、容量约束、物流平衡约束和能 源约束按时间进行跟踪推算，预知可能出现的生产异常。(3) 将优化调度方案(步骤l获取的数据)与可能出现的生产异常(步骤2获取的数据)结合在一起，利用图形的可视化ESCPetri-Nets网技术仿真生产过程。以调度时间为轴线，动态曲线显示生 产车间设备工况、物料平衡(采购一库存一销售)，模拟验证生 产调度情况。以物料为中心，随调度时间变化，以图形的方式动 态显示某个物料的变化趋势和某时刻与某物料生产消耗相关的设 备运行状况。1) 物料变化包括采购、销售、生产(产出及消耗)。2) 某时刻与物料消耗相关的生产设备的分布状况分车间、工段显示。3)移动观察点时间游标，即可浏览某时刻的物料动态变化信息、该时刻的物料生产消耗或产出情况及设备运行状况。(4)形成并保存过程数据，以突出颜色标识生产异常点，并提示产生 异常的原因。 以某药品生产车间为例进行实例说明。首先收集药品车间的初始数据，包括产品销售计划本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种流程工业拟实优化调度的仿真验证方法，其特征在于该方法包括以下步骤： ａ．调度方案生成，具体方法是根据生产约束信息，建立优化调度的数学模型，并根据用户设定的优化目标以及模型求解器，解算出优化调度方案； ｂ．通过推算预知可能出现的生产异常，具体方法是采集企业资源计划系统中当前的产品销售计划、原料采购计划、库存信息、设备检修计划、能源供应计划数据，通过设备约束、容量约束、物流平衡约束、能源约束按时间进行跟踪推算； 设备约束具体为 对于间歇生产设备：Ｗ↓［ｉｊｔ］.（＊＊Ｗ↓［ｉ′ｊｔ′］）＝０，＊ｊ，ｔ，ｉ∈Ｉ↓［ｊ］ （１） 对于连续生产设备：＊Ｙ↓［ｉｊｔ］≤１，＊ｊ，ｔ，ｉ∈Ｉ↓［ｊ］ （２）； 容量约束具体为 Ｗ↓［ｉｊｔ］Ｖ↓［ｉｊ］↑［ｍｉｎ］≤Ｂ↓［ｉｊｔ］≤Ｗ↓［ｉｊｔ］Ｖ↓［ｉｊ］↑［ｍａｘ］，＊ｉ，ｔ，ｊ∈Ｊｉ （３） 物流平衡约束具体为 Ｓ↓［ｓ，ｔ］＝Ｓ↓［ｓ，ｔ－１］＋＊＊＊（Ｂ↓［ｉ，ｊ，ｔ－Ｐ↓［ｉｊ］］＋Ｑ↓［ｉｊｔ］Δｔ）－＊ρ↓［ｉｓ］＊（Ｂ↓［ｉｊｔ］＋Ｑ↓［ｉｊｔ］Δｔ）＋Ｒ↓［ｓｔ］－Ｄ↓［ｓｔ］，＊ｓ，ｔ （４） 能源约束具体为 ＊＊＊ （５） 其中，ｕ为能源种类，设Ｕ↓［ｕｔ］↑［ｍａｘ］为能源上限； 各约束定义式中变量定义为： Ｗ↓［ｉｊｔ］∈｛０，１｝，Ｗ↓［ｉｊｔ］＝１表示ｔ时刻在间歇生产设备ｊ上开始操作ｉ，否则Ｗ↓［ｉｊｔ］＝０； Ｙ↓［ｉｊｔ］∈｛０，１｝，Ｙ↓［ｉｊｔ］＝１表示ｔ时段在连续生产设备ｊ上正在操作ｉ，否则Ｙ↓［ｉｊｔ］＝０； Ｚ↓［ｓｊｔ］∈｛０，１｝，Ｚ↓［ｓｊｔ］＝１表示ｔ时段状态ｓ物品正在占用存贮设备ｊ，否则Ｚ↓［ｓｊｔ］＝０； Ｂ↓［ｉｊｔ］∈Ｒ↑［＋］，表示ｔ时刻操作ｉ在间歇生产设备ｊ上开始处理的批量； Ｑ↓［ｉｊｔ］∈Ｒ↑［＋］，表示ｔ时段操作ｉ在连续生产设备ｊ上的生产速率； Ｓ↓［ｓｔ］∈Ｒ↑［＋］，表示ｔ时刻状态ｓ物品的存贮量； Ｒ↓［ｓｔ］∈Ｒ↑［＋］，表示ｔ时刻状态ｓ原料（中成品）的到货量； Ｄ↓［ｓｔ］∈Ｒ↑［＋］，表示ｔ时刻状态ｓ产品的提货量； Δｔ∈Ｒ↑［＋］，表示均匀时段的时间长度； ｃ．利用图形的可视化ＥＳＣＰｅｔｒｉ－Ｎｅｔｓ网技术进行仿真，具体方法是将步骤ａ优化调度方案...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：薛安克，杨成忠，金朝阳，徐生林，周晓惠，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]
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