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

1. 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 Минчев Институт по инженерна химия-Българска академия на науките ул.Акад. Г. Бончев, бл.103, София 1113 Факс: +(359)(2) 8-70-75-23 e-mail: bivanov@bas.bg

2. Структура на представянето • Въведение • Какви са обектите за които може да се използува програмния пакет? • Какви задачи могат да бъдат решавани с помощта на пакета? • Каква е структурата и принципите заложени при изграждането на ECAM? • Работа с пакета ECAM 1

3. Technology 1 4 1 Technology 2 V=5m3 V=15m3 2 1Batch size=250kg Cycle time=15h 5 5Batch size=250kg Cycle time=15h V=8m3 3 V=15m3 Парова централа Ел. захранване Захранване с вода V=12m3 Обектите за които се решават проблемите на оперативното управлението с помощта на ECAM са: • Многоцелеви химико-технологични системи с периодични процеси 2. Многопродуктови химико-технологични системи с периодични процеси 3. Заводи оборудвани с Многопродуктови и Многоцелеви химико-технологични системи с периодични процеси, които имат общи системи за ресурсопотребление • Това са най-често срещани в: • Фармацевтичната промишленост • Производството на фини химикали • Хранително-вкусовата промишленост • Производството на бои и лакове и т.н. 2

4. Technology 1 Technology 2 Многоцелеви химико-технологична система с периодични процеси 1 4 6 V=5m3 V=15m3 2 5 1 V=5m3 4 1 3 1 2 5 5 3 4 3 V=8m3 1Batch size=80kg Cycle time=10h 1Batch size=250kg Cycle time=15h 1 3 2 2Batch size=70kg Cycle time=12h 2Batch size=250kg Cycle time=15h 3 5 4 V=15m3 3Batch size=150kg Cycle time=15h 3Batch size=250kg Cycle time=15h 3 4 1 4 4Batch size=100kg Cycle time=15h 4Batch size=250kg Cycle time=15h 4 5 3 5 5Batch size=250kg Cycle time=15h 5Batch size=250kg Cycle time=15h Парова централа Ел. захранване Захранване с вода 1 5 V=12m3 4

5. Campaign 1 S2 S14 Servise time Servise time 5Batch size=250kg Cycle time=15h 1Batch size=250kg Cycle time=15h ts1 ts1 tc1 S1 Servise time Campaign 14 Campaign 2 ts14 1Batch size=80kg Cycle time=10h 4Batch size=100kg Cycle time=15h 5Batch size=250kg Cycle time=15h 1Batch size=250kg Cycle time=15h tc14 tc2 Синтез на оптимално производствено разписание H - Планиранов период 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. 2. Максимална печалба за времето на плановия период, т.е. MIN(ts1+tc1+ts2+tc2+...+ ts14+tc14) MAX(P1r + P2r) При изпълнение на ограничениятa: (ts1 + tc1 + ts2 + tc2 + . . . + ts14 + tc14) < H G1r> G1) G2r> G2) 5

6. Technology 1 Technology 2 1 4 6 V=5m3 V=15m3 2 V=5m3 5 V=8m3 1Batch size=250kg Cycle time=15h 3 V=15m3 5Batch size=250kg Cycle time=15h Парова централа Ел. захранване Захранване с вода V=12m3 Натоварване на системите за ресурсопотребление при работа на две производства в кампания Оптимално време за изчакване след партидата Оптимален размер на партидата Оптимално натоварване на паровата централа при едновременна работа на две производства Оптимално стартово време на производството 3 6

7. Technology 1 4 1 Technology 2 V=5m3 V=15m3 2 1Batch size=250kg Cycle time=15h 5 5Batch size=250kg Cycle time=15h V=8m3 3 V=15m3 Парова централа Ел. захранване Захранване с вода V=12m3 7

8. Формулировка на задачата за оптимално управление на производствена кампания 1. Управляващи променливи: Време на започване на дадена партида спрямо базовото производство Размер на партидата за всяко производство Време за изчакване между партидите за всяко производство 5

9. 3. Функционални ограничения Ограничения за размера на партидите за всяко производство Ограничения за размера на изчакването между отделните партиди за всяко производство Ограничения осигуряващи изпълнение на производствената програма на кампанията Ограничения осигуряващи изпълнение на плана на кампанията за хоризонта на работата и Ограничения, осигуряващи допустимостта на времената на изчакване между партидите 5

10. 4. Математичен модел на ресурсопотреблението Математичен модел на ресурсопотреблението за стадий на дадено производство Математичен модел на ресурсопотреблението за дадено производство от кампания Математичен модел на ресурсопотреблението за производствена кампания 5

11. 5. Целеви функции Минимално колебателност на кривата на натоварването относно средната стойност Минимално средно натоварване на сумарната крива за времето на работа на кампанията Максимална печалба по време на работа на кампанията 5

12. 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

13. 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 ЕCAM и 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

14. Панел за управление на основните функции • Вход в базата данни • за описание на • възможните • Технологии • Описание на стадиите за производство и изискванията им към апаратите в които могат да се осъшествят. • Материален баланс • Видове ресурси и количеството им за единица краен продукт • Вход в базата данни • за описание на • завода • Основни апарати (количественни и качествени характеристики • Връзки по материалния поток • Вход в модулите • за определяне на: • Възможните производствени кампании • Варианти на разполагане на дадена технология • Вход в модулите за • определяне на: • Оптимално управление на производствена кампания • Оптимални производствени разписания • Вход в модулите • за визуализация на • получените • разписания: • Визуализация на ресурсопотреб-лението • Сумулиране на ситуации зададени от потребителя Вход в модулите за печат на получените резултати на хартиен носител Връщане към главния панел за управление на заданието 9

15. 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 • Бутони за управление: • Добавяне на нови апарати • Премахване на апарат • Коригиране на данните на изведения на екрана апарат • Запис на данни в базата • Излизане от тази функция • Помощна информация • Кратко име на завода • Пълно име • Брой на апаратите в базата данни • Бутон заизобразяване на • данните за избран апарат: • Визуално изображение • Основни характеристики • Бутон заизобразяване на • данните за избран апарат: • Визуално изображение за типа апарат Задаване или изобразяване на Съществуващитевръзки на апарата сдруги апарати на завода 10

16. Данни за технологии • Бутони зазареждане на данните за избрана технология: • Брой на стадиите • Печалба за единица продукт • Бутони за управление: • Добавяне на нови апарати • Премахване на апарат • Коригиране на данните • Запис на данни в базата • Излизане от тази функция • Помощна информация • Описание наданните за • отделните стадии на • технологията като: • Име на стадия • Време за стадия • Размерен фактор • Тип на апарата Данни за вида и количеството навсеки ресурс запроизводство наединица краен продукт.Разпределение наресурса във времето 11

17. Панел за управление на задачите за синтез на производствени варианти и кампании Вход в пакета за определяне на вариантите на разполагане на дадена технология в съществуващия завод Връщане към главния управляващ панел 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 12

18. Определяне на вариантите на разполагане на дадена технология • Бутони за управление: • Добавяне на технологии • Премахване на технологии • Коригиране на данните за технологии • Запис на данни в базата • Излизане от функцията • Помощна информация • Основни • характеристики • на варианта като: • Минимален размер на партидата • Максимален размер на партидата • Изчислено време за цикъл • Брой на намерените варианти • Въвеждане на • Данните технологията; • Кратко и пълно име на технологията • Брой на стадиите Въвеждане на данните за плановия хоризонт Определяне на вариантите при зададените входни данни Въвеждане на данните за Производствените изисквания • Въвеждане на • данните за • режима на работа • на технологията: • Режим с препокриване на циклите • Режим без припокриване на циклите Списък на апаратите отзавода които саназначени за всекистадий на технологията Извеждане на екран Данните за Съответния вариант на разполагане 13

19. Конструиране на производствена кампания от потребителя Четене на данните за кампаниите в базата данни Избор на съществуваща кампания от БД или въвеждане на данни за Нова кампания Избор на съответните продукти които ще се произвеждат едновременно в кампанията Избор на стадия за назначаването му към съответен апарат от завода Избор на апарат на който да се проведе стадия Визуализация на избрания на апарат на който да се проведе стадия • Бутони за управление: • Добавяне на нови кампании • Премахване на кампании • Коригиране на данните на изведената кампания на екрана • Запис на данни в базата • Излизане от тази функция • Помощна информация • Извод на резултатите за • параметрите на назначената от • Потребителя производствена Кампания: • Минимален размер на партидата по производства • Максимален размер на партидата по производства • Време за цикъл за всяко производство • Режим на работа на роизводствата 14

20. Синтез на варианти на кампании с размерност съответствуваща на броя на производствата включени в плана Хоризонт на планиране • Бутони за управление: • Добавяне на нови кампании • Премахване на кампании • Коригиране на данните на изведената кампания • Запис на данни в базата • Излизане от тази функция • Помощна информация • Основни характеристики на • варианта като: • Минимален размер на партидата • Максимален размер на партидата • Изчислено време за цикъл Зареждане на данни от БД за Съществуващ Производствен план или въвеждане на данни за нов Извършване на изчисленията и определяне на всички Производствени кампании Съдържащи определения максимален брой Едновременно Работещи производства • Изборна режим на работа на • производствата: • С препокриване на циклите • Без припокриване на циклите Извеждане на данни за Определено производство от Избраната кампания • Задаване на производствените изисквания за всеки продукт в кампанията • Планирани количества: • Минимум • Желателно • Максимум Списък с имената на апаратите на които трябва да бъдат разположени съответните стадии Извеждане на екран на Получените резултати за Определен вариант на кампания 15

21. Синтез на максимално независимите кампании за даден производствен план Извършване на изчисленията и определяне на всички производствени кампании съдържащи определения максимален брой на едновременно Работещи производства Извеждане на екран на получените резултати за определен вариант на кампания • Бутони за управление: • Добавяне на нови кампании • Премахване на кампании • Коригиране на данните на изведената кампания на екрана • Запис на данни в базата • Излизане от тази функция • Помощна информация Извод на обобщени данни за резултатите от намерените кампании с различни размерности. Тука се търсят само Максимално независимите кампании започвайки от кампаниите с Най голяма размерност Зареждане на данни от БД за Съществуващ Производствен план или въвеждане на данни за нов Хоризонт на планиране • Избор на режим • на работа на • отделните • производства: • С препокриване на циклите • Без припокриване на циклите • Задаване на • производствените • изисквания за • всеки продукт в • кампанията • Планирани • Количества • Минимум • Желателно • Максимум 16

22. Извод на резултата от процедурата за синтез на всички кампании за даден производствен план • Основни характеристики : • Минималенна партида • Максималена партидата • Изчислено време за цикъл • Бутони за управление: • Добавяне на нови кампании • Премахване на кампании • Коригиране на данните • Запис на данни в базата • Излизане от тази функция • Помощна информация Избор на производствен вариант, включен в избраната кампания който да бъде изведен на екран Списък от имената на апаратите на които трябва да бъдат разположени съответните стадии Извеждане на екран на получените резултати за определен вариант на кампания 17

23. Управляващ панел за видовете оптимизационни задачи Вход в пакета, решаващ задачата за синтез на оптимални разписания за работа на избрана от потребителя производствена кампания при критерий оптимално натоварване на определена система за ресурсопотребление Вход в пакета, решаващ задачата за синтез на оптимални разписания за работа на група производствени кампании при критерий оптимално натоварване на определена система за ресурсопотребление • Вход в пакета, • решаващ задачата за • синтез на оптимални • разписания • при критерии: • Минимално време за изпълнение на програмата • Максимална печалба за плановия период Вход в пакета, решаващ задачата за синтез на оптимални разписания за работа на избрана от потребителя производствена кампания при векторен критерийоптимално натоварване на множество системи за ресурсопотребление Вход в пакета, решаващ задачата за Синтез на оптимални разписания за работа на група производствени кампании при векторен критерий оптимално натоварване на множество системи за ресурсопотребление • Вход • в пакета, • решаващ задачата за • синтез на оптимални • разписания • При векторен критерий включващ: • Минимално време за изпълнение на програмата • Максимална печалба за плановия период Връщане към главния управляващ панел 18

24. Формулиране на задачата за оптимално натоварване на системите за ресурсопотребление за дадена производствена кампания Формулирана на системата от ограничения, което включва: Извод на резултатите от оптимизацията, което включва: Формулирана на критерия за оптималност, което включва: Стартиране на оптимизационната процедура с използуване на пакета за оптимизация Четене на данни от БД за съществуващи производствени планове и определените на предидуща стъпка варианти на възможни кампании Задаване на времето за изпълнение на определен производствен план Избор на вариант на кампания на която ще се търси оптимално управление при избран критерий и система ограничения Задаване на количествата, които трябва да бъдат произведени за всеки продукт, включен производствения план Оптимални размери на партидите за всяко производство • Избор на ресурс за който търсим оптимално натоварване Ограничения по останалите ресурси Избраните технологии съставящи производствената кампания • Минимум • Максимум или • Минимум-Максимум Минимални и максимални количества по постоянните съставки Оптимални стартови времена за всяко производство Оптимални времена за изчакване между отделните партиди за всяко производство Минимални и максимални количества по променливите съставки • Избор на режим: • Оптимизация по постоянната съставка • По степен на колебателност 19

25. Формулиране на задачата за оптимално натоварване на системите за ресурсопотребление за група производствени кампании Задаване времето за изпълнение на производствената програма Четене на данни от БД за съществуващи производствени планове и определените на предидуща стъпка варианти на възможни кампании Извод на резултатите от оптимизацията, което включва: Формулирана на системата от ограничения, което включва: Задаване на критерия за оптималност за управление на избраната кампания, което включва: Стартиране на оптимизационната процедура чрез използуване на пакета за оптимизация на MATLAB Избор на номера на варианта за начало на търсене на оптимално управление Избор на номера на варианта за край на търсене на оптимално управление Избор на вариант на производствена кампания на екран Данни за избраната кампания, имената и номера на варианта Ограничения по останалите ресурси Оптимална стойност на критерия за оптималност на разписанието • Избор на ресурс за който търсим оптимално натоварване Минимални и максимални количества по постоянните съставки Имената на технологиите, включени в избрания вариант • Минимум • Максимум • Мин.-Макс. • Задаване на данните за • Производствените • изисквания за всеки продукт • Минимално количество • Максимално количество • Желано количество Оптимални стойност на стартовите времена на всяко производство • Оптимизация по постоянната съставка • По степен на колебателност Минимални и максимални количества по променливите съставки Оптимални стойност на времената на изчакване между отделните партиди на всяко производство Оптимални стойност на размера на партидата за всяко производство 20

26. Формулиране на задачата за синтез на оптимални разписания за изпълнение на зададена производствена програма при работата на многоцелеви заводи Извод на екран оптималните параметри за всяка една от кампаниите което включва: Четене на данни от БД за съществуващи производствени планове Задаване времето за изпълнение на производствената програма 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: Стартиране на оптимизационната процедура с използуване на пакета за оптимизация на MATLAB Резултати от оптимизацията: Минимално време за изпълнение на производствената програма Активно време на работа на всички кампании Сумарно време за сервизно обслужване на апаратите Време за сервизно обслужване преди начало на кампанията Ограничения по ресурсите • Данни за • Производствените • Изисквания • Минимално количество • Максимално количество • Желано количество Оптимално време за работа на кампанията Минимални и максимални количества по постоянните съставки Списък на производствата включени в кампанията Стартови времена за всяко производство в кампанията Времена за изчакване между бачовете Минимални и максимални количества по променливите съставки Времена за цикъл за всяко производство Оптимални размери на партидите за производствата Оптимални брой на партидите за всяко производство Количество произведено по време на кампанията 21

27. Визуализация на получените резултати от синтеза на разписания Задаване на мащаба на кривите по времето Връщане към Главния управляващ панел 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 Задаване на номера на варианта на кампанията за която да се визуализират резултатите Избор на решението, което да бъде изобразено. Крива на изменение на мощността за съответния ресурс за Избраното производство Задаване на стойността на времето на изчакване между партидите Избор на ресурса, който да бъде изобразен. Това може да бъде: Пара Вода Ел.енергия И т.н. Четене на данните за производствения план • Обобщени • характеристики на • кривата: • Колебателност • Максимален пик • Минималем пик • Средна стойност Средна стойност на кривата Избор на производството от кампанията Задаване на стойността на стартовото време • Обобщени • характеристики на • кривата: • Колебателност • Максимален пик • Минималем пик • Средна стойност Избор на ресурса мощността на който да бъде изобразена на диаграмата Задаване на стойността на Расмера на бача Средна стойност на мощността 22

28. 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 25

29. Technology 1 Technology 2 1 4 6 V=5m3 V=15m3 2 V=5m3 5 V=8m3 1Batch size=250kg Cycle time=15h 3 V=15m3 5Batch size=250kg Cycle time=15h Парова централа Ел. захранване Захранване с вода V=12m3 7

30. Technology 1 4 1 Technology 2 V=5m3 V=15m3 2 1Batch size=250kg Cycle time=15h 5 5Batch size=250kg Cycle time=15h V=8m3 3 V=15m3 Парова централа Ел. захранване Захранване с вода V=12m3