生产计划优化系统在石油化工行业的应用(修改稿817)

生产计划优化系统在石油化工行业的应用中国石油规划总院王华2007年8月17日中国石油规划总院2内容引言系统的数学基础应用软件模型建立单厂模型简介多厂模型简介国内外石化企业应用现状中国石油规划总院3引言建立以生产物流管理为核心，集物料移动管理、生产操作管理、物料平衡、生产调度信息管理和质量管理为一体的炼厂管理模式整合的计划执行管理运行计划及分析规划整合的执行炼厂运营策略炼厂长期计划采购决定渠道利润最大化价格体系炼厂运营效率自行生产或外购产品加工方案及产量渠道、终端以及产品等的定价整合的技术决策支持、APS系统等MES系统等原油进厂一次加工产品出厂二次加工生产调度APS、ERP系统等实时获取企业各方面的综合生产信息，为企业合理配置资源，及时调整生产计划和经营策略提供依据提供炼厂的物料平衡及库存动态，对优化计划的结果进行反馈和验证提供生产过程信息和生产管理信息，为ERP系统提供准确及时的物料平衡等生产集成信息中国石油规划总院4引言传统的生产计划编制方法：企业计划人员依据经验，制定计划。基本没有优化，当原料及产品市场发生变化时，无法在短时间内迅速做出调整。对于生产中的一些瓶颈及能力过剩的情况，很难发现。现代的生产计划编制方法：基于线性规划理论，建立数学模型，并用计算机对其求解，得出优化结果。实现从原料采购，生产加工到产品销售整个流程上的经济效益优化。石油化工企业利用计算机技术建立起的生产计划优化系统在最近二、三十年间不断完善和应用。中国石油规划总院5引言原油进厂炼油系统产品运输化工系统单厂实施范围原油运输原油库存产品出厂产品库存总部实施范围原油购买库存优化互供料优化产品销售生产调度大型石化企业集团可利用系统建立多厂模型，实现整体效益最大化中国石油规划总院6内容引言系统的数学基础应用软件模型建立单厂模型简介多厂模型简介国内外石化企业应用现状中国石油规划总院7线性规划★建立生产计划优化模型并进行求解，运用的最主要的数学方法是线性规划（LinearProgramming,LP）。将石化企业生产过程中的一些变量与系数抽象为线性方程的行与列，加上一些约束条件，形成一个矩阵。★线性规划的求解方法有Simplex法（单纯形法）、DualSimplex法（对偶单纯形法）、Primal/DualSimplex法(初对偶单纯形法)、Barrier法（阻挡层法）等等。中国石油规划总院8混合整数规划★在工厂生产计划的制定过程中，有些问题涉及到的变量是整型的，而不是连续的。例如：最小加工限量问题、批量交易计数、决策问题等等。这类问题称为混合整数规划问题(mixed－integerprogramming,MIP)。★求解MIP问题最常用的方法是分枝界限法，这也是商业MIP软件中常用的方法。★其它的方法，如割平面法。中国石油规划总院9非线性规划★如果在计划优化问题中出现的目标函数是非线性的，约束条件是线性的或非线性的，这类问题可以称为非线性规划问题（NonlinearProgramming,NLP）。★石化企业中非线性问题也比较多，例如在产品调合中，主要产品的调合性质都呈现不同程度的非线性。★对于简单的性质，可以采用非线性指数方法将性质进行线性化；★对于更复杂的非线性规划问题，主要有以下求解方法：罚函数法、障碍法、序贯线性规划法、序贯二次规划法。中国石油规划总院10内容引言系统的数学基础应用软件模型建立单厂模型简介多厂模型简介国内外石化企业应用现状中国石油规划总院11主要应用软件•Aspen公司PIMS（ProcessesIndustryModelingSystem）–采用Windows操作系统，使用线性规划技术，包括物性传递、非线性回归、分布递归等高级应用技术。它主要用于原料选择、产品调合优化、生产计划、库存和供应管理、技术评价、投资计划、确定装置的规模或改扩建等短周期或长期的战略性规划•Honeywell公司RPMS（RefineryandPetrochemicalModelingSystem）–基于Windows操作环境。采用如下技术：线性规划、混合整数规划、适用于多周期模型的质量跟踪技术、快速递归技术、改进的递归质量计算技术。可以建立单厂模型、多厂模型、多周期模型、多Case模型等。•Haverly公司GRTMPS(GeneralizedRefiningTransportationMarketingPlanningSystem)–GRTMPS是一种通用于“炼油—运输—市场”生产计划的系统软件。其特点是通用性强、计划活动覆盖面广、数据库驱动、具有分布递归算法等。中国石油规划总院12内容引言系统的数学基础应用软件模型建立单厂模型简介多厂模型简介国内外石化企业应用现状成功案例中国石油规划总院13建模步骤①确定建模系统及建模范围；②确定模型参数及变量，收集数据；③寻找关系，确定约束条件；④确定目标函数，一般是取利润最大。产品销售原油及其他原材料石化厂生产加工过程中国石油规划总院14建模方法•石油化工生产计划优化系统的建模方法（以炼油厂为例）：–按照物料的移动与加工流向可以分为原料的采购、常减压加工装置、二次加工装置、产品调合、产品销售等子模块。对这些子模块进行建模，最后集成为整体的计划优化模型。–常用的建模方法有图形建模与表格建模。中国石油规划总院15★图形建模，方便直观，但某些复杂的逻辑关系不便用图形表示；★表格建模，通用的建模方式，各种变量、参数都能容易表达出来；建模方法中国石油规划总院16内容引言系统的数学基础应用软件模型建立单厂模型简介多厂模型简介国内外石化企业应用现状中国石油规划总院17单厂模型的业务范围效益最大化生产过程及成本要素原油采购原油品种原油数量原油价格原油数据库原油评价分析数据原油品种市场信息产品市场需求分析产品价格预测原料采购装置固定成本公用工程化学剂消耗成本装置加工能力蒸馏装置加工方案装置侧线收率侧线产品物性装置加工能力二次加工装置加工方案装置物料平衡进出料物性调合产品质量指标调合组分性质模型配置时所需的数据模型运行所需的数据装置产品原材料生产约束条件出厂产品产品销售中国石油规划总院18单厂模型的应用—原油价值分析原油在炼油企业中所占成本在80-85％以上，原油的价格和质量直接影响到炼油企业的生产效益。通过应用生产计划优化模型，对企业主要加工的原油进行价值分析，计算出每种原油的保本价，并进行对比分析，有利于企业选购原油，增加效益。这对于加工海外原油种类较多的企业更有意义。中国石油规划总院19单厂模型的应用—生产方案的优化选择使用计划优化模型，对比分析装置的不同方案或不同的生产流程，能发现装置的生产瓶颈及生产能力过剩情况，可以对某个装置进行经济效益测算，选取最优的生产方案。中国石油规划总院20单厂模型的应用—调合产品优化★生产计划优化模型中有油品调合功能，根据组分油性质和成品油质量指标，可线性加和的进行线性调合，非线性调合指标模型自动将其转换为可线性的指数因子，进行线性调合，计算迅速准确，可以优化调合方案，提高经济效益。★使用模型，也可以对炼油、化工产品进行经济效益测算，并参考价格、需求等数据确定最佳的生产方案。中国石油规划总院21单厂模型的应用—多周期滚动计划★石化企业中每个月都有一些装置进行停工检修，或者原料产品市场发生波动，这些都不能简单的在一个周期进行平均，这样就无法体现这些波动的影响。★建立多周期计划模型，利用物料库存将相邻周期连接，有利于优化库存、安排装置检修、及时应对原料产品市场的变化。中国石油规划总院22内容引言系统的数学基础应用软件模型建立单厂模型简介多厂模型简介国内外石化企业应用现状中国石油规划总院23多厂模型的业务范围原油供应生产产品储运销售终端原油运输单厂模型只需考虑本厂的原料供应、装置情况、产品销售等，对于有着多个下属企业的大型石化集团，制定生产计划时需要考虑的因素会更多。例如原料的供应与分配、原料及产品运输、不同企业间的互供料等等，这样使得建立多厂模型很有必要。中国石油规划总院24多厂模型的数据结构油田、原油进口港原油来源、数量原油运输运输模式生产装置和能力新装置投产原油期末库存原油运输约束条件原油供应特殊约束调运终端库容装置开停工总体生产方案调运终端库存水平运输成本原油决策价格炼化厂地点生产成本原油供应生产产品调运市场需求终端产品市场价格产品易货数据产品市场需求量市场/销售产品、产量约束产品期末库存产品供应特殊约束调运终端生产约束中国石油规划总院25多厂模型和单厂模型的关系★总部模型与单厂模型依靠原料和产品相互衔接；★厂际之间依靠互供料相衔接总部原油市场价格子模型原油子模型产品总部产品运输成本零价格市场价格零价格运输成本加工成本子模型总部模型生产装置中国石油规划总院26多厂模型应用—原油分配优化分析在多厂模型中，对原油配置的约束放开，模型依据运输成本、各炼化企业生产条件的约束等因素，按照整体效益最大的原则优化原油分配方案。这能给决策部门提供有意义的参考。61053029072297048066068013001050530400637621326730985438683711130010805613910200400600800100012001400A石化B石化C石化D石化E石化F石化G石化H石化I石化J石化K石化L石化07年计划模型优化中国石油规划总院27多厂模型应用—炼油产品优化分析★汽柴油是最重要的炼油产品，汽柴油产品的优化对总部优化具有重要的意义★优化单厂的调合计划，在满足质量指标要求的情况下生产效益最佳的产品★根据总部整体计划要求和各省需求情况，考虑汽柴油的运输成本，优化各品种产品的分销93#国III汽油对比分析3335302492.130.8000102030405060708090100A石化B石化C石化D石化万吨07年计划优化结果中国石油规划总院28内容引言系统的数学基础应用软件模型建立单厂模型简介多厂模型简介国内外石化企业应用现状中国石油规划总院29ExxonMobil——致力于不断提升资产使用效率公司总部的计划优化人员从全局角度出发，统一管理和运行计划模型，同时针对不同炼厂具体生产资产的特点制定生产计划并进行整体优化。资产的优化将着重于发掘资产的结构协同性，同时通过提高高附加值特殊产品的产量，以获得公司整体效益的最大化炼厂的计划管理员每月对模型提供约束条件，对运行结果进行审核分析，并对炼厂模型进行维护采购/交易的原油，仅限于被批准的原油28种，除非有公司高管的特殊批准。炼厂计划管理员交易员计划优化员物流计划员零售，商业和工业，销售外部原油交易人员内部生产可用原油边际效益原油需求可用原油原油采购和销售机会产品需求原油到达时间完成的发运炼厂生产表现产品需求线性规划模型维护物流成本物流需求所有炼厂公司总部本地市场炼厂线性规划模型用户原油选择,90天的周期,30天一个时间段炼厂作业计划,1-4个时间段,30天的周期原油分析管理系统原油评估炼厂优化边际效益中国石油规划总院30区域中心区域中心区域中心BP－追求贸易利润最大化供应优化团队炼油计划炼油计划炼油计划炼油计划炼油计划炼油计划BP重视交易活动，因为它们可以为公司带来实际的现金流。因此，交易部门在公司/炼厂计划编制中影响力更大；集中化的交易部门将为计划模型提供市场研究数据，并有时会影响计划结果；每个炼厂是利润中心，各自运行并优化其模型。公司通过业绩合同来使生产厂经理与公司整体利润最大化的目标保持一致，因此，各个炼厂更多以业务为导向；制定有效的边际优化价格是提升公司整体效益的关键所在。供应团队负责确定提供给市场的价格，而中间产品价格由各个炼厂协商决定；建立全球技术支持团队，以协助炼厂技术经理解决技术问题。交易部门中国石油规划总院31Chevron计划管理模式Chevron针对不同地区原油采购和配送特点，采用不同模型来管理其生产计划伦敦：总部模型炼厂计划员供应优化员管理模型、每周编制并优化生产计划预测市场趋势每隔两周进行原油选择和购买维持炼厂生产的稳定性控制运营成本