《間歇化工過程》

1、整理課件,1,6 間歇化工過程,整理課件,2,間歇化工過程,6.1 間歇過程與連續(xù)過程 6.3 間歇過程的最優(yōu)時間表,整理課件,3,間歇化工過程,前言,整理課件,4,前言,連續(xù),離散,間歇,最終產(chǎn)品輸出形式,整理課件,5,歷史,整理課件,6,間歇化工過程,第一節(jié),間歇過程與連續(xù)過程,整理課件,7,間歇化工過程 （非連續(xù)化工過程,間歇過程通常被定義為“將有限量的物料，按規(guī)定的加工順序，在一個或多個設(shè)備中加工，以獲得有限量產(chǎn)品的加工過程。如果需要更多的產(chǎn)品，必須重復(fù)該過程。,整理課件,8,間歇化工過程,圖6-1 典型間歇化工過程,整理課件,9,一.間歇化工特點,間歇與連續(xù)過程在有關(guān)部門的應(yīng)用情況,

2、整理課件,10,一.間歇化工特點,間歇過程主要特點： 技術(shù)密集性滲透多方面知識 動態(tài)性操作參數(shù)隨時間不斷改變 多樣性原料產(chǎn)品昂貴或便宜： 產(chǎn)品交貨日期緊迫或?qū)捲?柔韌性多功能生產(chǎn)裝置生產(chǎn)多種化學(xué)品 不確定性有的反應(yīng)機理復(fù)雜面對整個反應(yīng)過程缺乏了解,整理課件,11,二.間歇過程與連續(xù)過程的比較,動態(tài)特性 操作條件 及產(chǎn)品質(zhì)量 均隨時間而變化,穩(wěn)態(tài)操作 操作條件及產(chǎn)品質(zhì)量 均不會隨時間而變化,整理課件,12,二.間歇過程與連續(xù)過程的比較,原料必須按配方規(guī)定的加工任務(wù)和順序，在合適的設(shè)備中進行加工,原料連續(xù)加入，各加工任務(wù)同時進行,整理課件,13,二.間歇過程與連續(xù)過程的比較,瓶頸問題隨產(chǎn)品及操作策

3、略而改變,通過詳細的系統(tǒng)分析，可找到瓶頸問題,整理課件,14,二.間歇過程與連續(xù)過程的比較,設(shè)備尺寸的設(shè)計不是很精確（必須可生產(chǎn)多個產(chǎn)品,設(shè)備尺寸精確,整理課件,15,二.間歇過程與連續(xù)過程的比較,連續(xù)過程安全系統(tǒng)不能夠應(yīng)用于間歇過程,降低系統(tǒng)的停車時間，以避免因停車造成經(jīng)濟損失,整理課件,16,二.間歇過程與連續(xù)過程的比較,為小批量、高附加值的化學(xué)品而設(shè)計; 一個生產(chǎn)周期只產(chǎn)一批產(chǎn)品,為需求量很大的特定產(chǎn)品而設(shè)計； 原料連續(xù)加入，產(chǎn)品連續(xù)產(chǎn)出,整理課件,17,二.間歇過程與連續(xù)過程的比較,設(shè)備尺寸的設(shè)計不是很精確（必須可生產(chǎn)多個產(chǎn)品,設(shè)備尺寸精確,二.間歇過程與連續(xù)過程的比較,間歇過程必須對

4、整個生產(chǎn)過程，進行有效的排序或進行生產(chǎn)時間表安排。 由于間歇過程的柔韌性和彈性，它適合于市場供求不穩(wěn)定的產(chǎn)品的生產(chǎn),排序?qū)B續(xù)生產(chǎn)基本無影響； 連續(xù)過程則適合于市場供求穩(wěn)定的產(chǎn)品的生產(chǎn)。對于市場需求量很大的產(chǎn)品，其初始階段一般也是用間歇過程生產(chǎn)的,整理課件,19,三.間歇過程的基本概念,單純的間歇設(shè)備（TBU） 半連續(xù)設(shè)備（SCU） 中間存貯設(shè)備（IS,1.間歇過程的設(shè)備,整理課件,20,三.間歇過程的基本概念,2.間歇過程的分類,根據(jù)生產(chǎn)產(chǎn)品的數(shù)量,整理課件,21,三.間歇過程的基本概念,2.間歇過程的分類,根據(jù)生產(chǎn)流程的結(jié)構(gòu),整理課件,22,1.間歇過程的操作方式 間歇設(shè)備或間歇級的基本操

5、作順序是,三.間歇過程的基本概念,整理課件,23,三.間歇過程的基本概念,若間歇級j的循環(huán)時間等于TL，則該間歇級構(gòu)成了間歇操作過程的“瓶頸”，因此把它稱為“時間限制級,整理課件,24,三.間歇過程的基本概念,整理課件,25,A 非覆蓋式操作 * 限定循環(huán)時間和一批進料完全通過此過程的停留時間TR相等,三.間歇過程的基本概念,整理課件,26,B 覆蓋式操作 過程的限定循環(huán)時間或批間隔，取決于具有最大級循環(huán)時間的限制級即時間限制級,三.間歇過程的基本概念,整理課件,27,C 異步覆蓋式操作 過程的限定循環(huán)時間或批間隔，取決于具有最大級循環(huán)時間的限制級即時間限制級,三.間歇過程的基本概念,整理課件

6、,28,間歇化工過程,第三節(jié),間歇過程的最優(yōu)時間表,整理課件,29,間歇過程最優(yōu)時間表,加工設(shè)備,公用工程,生產(chǎn)時間,待生產(chǎn) 產(chǎn)品,整理課件,30,最優(yōu)時間表,生產(chǎn)時間表的開發(fā)是間歇過程優(yōu)化的主要問題,整理課件,31,一.時間表問題（生產(chǎn)調(diào)度,圖6-9 多級生產(chǎn)裝置,整理課件,32,一.時間表問題,例1 有四種產(chǎn)品A、B、C 和 D 需要用四臺間歇設(shè)備、和按一定的順序進行加工,可能的方案： (a)按產(chǎn)品次序，一個產(chǎn)品加工完成后再加工另一個。 缺點是一些設(shè)備的閑置時間過長。 (b)交叉使用各臺設(shè)備,整理課件,33,一.時間表問題,例1可能的時間表,表中遵循了一個約束條件，即各產(chǎn)品均有它自己的加工

7、次序。 在排序理論中稱表中的加工次序為“技術(shù)約束”， 與此技術(shù)約束相容的時間表為“可行時間表”，反之為“不可行時間表,整理課件,34,一.時間表問題,簡單問題，可用觀察方法列出所有的可行和不可行時間表。 n個產(chǎn)品、m臺設(shè)備，在一個特定設(shè)備上每一種排列均可給出（n!）m種排列的加工次序。 Eg.n4，m4 有（4！）4331776種可能 n=5,m=4時間表總數(shù)為（5?。?2.1108。 解時間表問題困難，必須采用很巧妙方法， 有時即使用了很巧妙的方法，某些問題求解所用的時間也可能很長,整理課件,35,一.時間表問題,圖6-10 四產(chǎn)品四設(shè)備問題的最優(yōu)時間表,整理課件,36,一.時間表問題,時間

8、表問題是尋找加工次序的問題 與技術(shù)約束兼容，且對于某一種函數(shù)是最優(yōu),時間表問題的解的影響因素： 加工流程的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)； 各操作中每一產(chǎn)品的加工時間； 是否存在中間貯罐； 生產(chǎn)時間的損失和產(chǎn)品更換有關(guān)費用； 所用優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和用來 確定時間 表的費用； 對單個產(chǎn)品的交貨日期,整理課件,37,一.時間表問題,1. 時間表問題的主要假設(shè)、符號說明和目標(biāo)函數(shù),若有n個產(chǎn)品J1，J2，,Jn，需要在m臺間歇設(shè)備M1，M2， ,Mm上進行加工，用Oij表示第i個產(chǎn)品用第j臺設(shè)備處理。 在排序理論中將產(chǎn)品視為“作業(yè)(Job)” ，而將設(shè)備視為“處理器(Processor,整理課件,38,主要假設(shè),a) 各個產(chǎn)

9、品是一個實體。盡管此產(chǎn)品可承受不同的操作，但不能同時進行同一產(chǎn)品的兩個操作。因此，在我們的討論中不能有這樣的情況，即同時生產(chǎn)幾種中間體，然后再將它們摻合成最終的產(chǎn)品。 (b) 沒有優(yōu)先問題。各個操作一旦開始以后，必須在這臺處理器加工直到完成規(guī)定的操作。 (c） 各產(chǎn)品有m個不同的操作，在每一臺設(shè)備上完成一個操作。不允許在同一臺設(shè)備上對某一產(chǎn)品加工兩次。同樣，應(yīng)堅持在每一臺設(shè)備上加工各個產(chǎn)品，產(chǎn)品不允許跳過一臺或多臺設(shè)備,整理課件,39,主要假設(shè),d) 不能中途放棄，各產(chǎn)品必須被加工到完成。 (e) 加工時間與時間表無關(guān)，設(shè)備調(diào)整到正常狀態(tài)所需要的時間與操作次序無關(guān)；在兩臺設(shè)備之間輸送產(chǎn)品的時間

10、可忽略。 (f) 允許有中間貯罐，產(chǎn)品可等待到下一臺要用的設(shè)備空出來。但在有的問題中被加工的產(chǎn)品必須連續(xù)地從一個操作到另一個操作。 (g) 各類設(shè)備只有一臺，即不允許在產(chǎn)品的加工中選擇設(shè)備。此假設(shè)與前面介紹的用兩臺同步或異步操作的設(shè)備，來消除尺寸上的瓶頸或循環(huán)時間上的瓶頸是矛盾的,整理課件,40,主要假設(shè),h) 可以有閑置的設(shè)備。 (i) 沒有一臺設(shè)備能同時進行兩個操作。 (j) 設(shè)備不發(fā)生故障，對整個時間表期間有效。 (k) 技術(shù)約束是事先知道的，且在操作過程中是不變的。 (l) 以下物理量，即：產(chǎn)品數(shù)、設(shè)備數(shù)、加工時間、就緒時間和對規(guī)定一個特定的問題所需的全部其它物理量，是已知的，而且是恒

11、定不變的,整理課件,41,符號說明,整理課件,42,目標(biāo)函數(shù),通常使用的主要準(zhǔn)則或目標(biāo)函數(shù)是 Fmax 最大的流經(jīng)時間（min) （時間表費用直接和最長作業(yè)時間相關(guān)） Cmax最大的完成時間（min) （時間表費用取決于加工系統(tǒng)完成這一組作業(yè)的時間） 就緒時間的差別，Cmax稱為總生產(chǎn)時間 F平均流經(jīng)時間 C平均完成時間,整理課件,43,目標(biāo)函數(shù),整理課件,44,一.時間表問題,2. 時間表問題的分類,n/m/A/B n 作業(yè)(產(chǎn)品)的數(shù)目 m機器(設(shè)備)的數(shù)目 A 說明流經(jīng)此車間或工廠的模式，當(dāng)m=1時，A可以是空白的。A也可以是P、F或G,整理課件,45,一.時間表問題,2. 時間表問題的

12、分類,n/m/A/B AP、F或G P：排列的多產(chǎn)品過程(Permutation Flowshop)，不僅對所有產(chǎn)品的設(shè)備順序相同，而且現(xiàn)在還限制搜索對各臺設(shè)備來說產(chǎn)品順序也是相同的時間表。故時間表完全由數(shù)字1，2，n的單一的排列所規(guī)定。 F：多產(chǎn)品過程（Flowshop）情況，即對所有產(chǎn)品的設(shè)備順序相同。 G：一般的多目的過程（Jobshop）, 在這種情況下對技術(shù)約束的形式無限制,整理課件,46,一.時間表問題,2. 時間表問題的分類,n/m/A/B B目標(biāo)函數(shù)，即用此目標(biāo)函數(shù)或準(zhǔn)則來估計時間表，它可取前面討論過的任何一種形式。 Eg. n/2/F/ C max 是指n個產(chǎn)品，2臺設(shè)備，多

13、產(chǎn) 品過程問題，在時間表的建立中以總生產(chǎn)時間最少為目標(biāo)函數(shù),整理課件,47,二.最優(yōu)時間表計算規(guī)則,簡單多產(chǎn)品間歇過程,多目的間歇過程,指用來嚴格確定加工次序的一組簡單規(guī)則，從問題的數(shù)據(jù)來建立最優(yōu)解,整理課件,48,二.最優(yōu)時間表計算規(guī)則,對計算規(guī)則說明： *在具有兩臺或多臺設(shè)備的情況下，可采用此方法。 *只有n/2/F/ F max 問題，可將計算規(guī)則用于所有情況下。對于其他類問題，計算規(guī)則少且只用于特殊情況。 *還假設(shè)：對所有的Ji(i=1，2，n)，就緒時間為零，即ri=0。在多產(chǎn)品廠中技術(shù)約束的要求是產(chǎn)品以同樣的次序在兩臺設(shè)備之間通過,整理課件,49,1.n/2/F/Fmax問題Joh

14、nson規(guī)則,n個產(chǎn)品用兩個單元（M1和M2）加工，每個產(chǎn)品都先用M1加工，然后用M2加工，目標(biāo)函數(shù)是使最大的流經(jīng)時間Fmax最小。 由于所有產(chǎn)品的就緒時間為零，所以FmaxCmax。 先在M1上從具有最短加工時間的產(chǎn)品開始加工使在M2上具有最短加工時間的產(chǎn)品后結(jié)束加工 最優(yōu)時間安排應(yīng)是一個J1，J2，Jn，排列問題，目標(biāo)是使在加工順序中較早的產(chǎn)品在M2上有較短的加工時間,整理課件,50,1.n/2/F/Fmax問題Johnson規(guī)則,令ai為Ji在M1上的加工時間，bi為Ji在M2上的加工時間，則有ai=pi1，bi=pi2。 此規(guī)則采用從兩端向中間移動的方式建立加工順序。 從K=1開始，隨

15、順序中第1,2,3,4,個位置被填充，而增加到2，3，4， 從L=n開始，隨順序中第n,n-1,n-2,個位置被填充，而減少到n-1，n-2,Johnson規(guī)則,整理課件,51,1.n/2/F/Fmax問題Johnson規(guī)則,步驟1: 令K=1，L=n 步驟2: 令現(xiàn)在的未被排進時間表的產(chǎn)品列是J1，J2，Jn 步驟3: 對現(xiàn)在未被排進時間表的產(chǎn)品尋找所有ai和bi最小者,若有兩個或兩個以上的產(chǎn)品具有最短的時間，則從中任選一個Ji 步驟4： 若在M1上Ji具有最短時間，即ai最小,i)將Ji排在加工順序中的第K位置 (ii)從現(xiàn)在未排進時間表的產(chǎn)品列中消去Ji; (iii)令K=K+1; (i

16、v)去步驟6,整理課件,52,1.n/2/F/Fmax問題Johnson規(guī)則,步驟5: 若在M2 上Ji 具有最短時間，即bi 是最小的，則進行與4相似的操作,將Ji 排入加工順序中的第L位置; ()從現(xiàn)在的未排進時間表的產(chǎn)品列中消去; ()令L=L-1 ; ()去步驟6,步驟6: 若有任何未被排進時間表的產(chǎn)品，則去步驟3。否則，停止計算,整理課件,53,1.n/2/F/Fmax問題Johnson規(guī)則,步驟5: 若在M2 上Ji 具有最短時間，即bi 是最小的，則進行與4相似的操作,將Ji 排入加工順序中的第L位置; ()從現(xiàn)在的未排進時間表的產(chǎn)品列中消去; ()令L=L-1 ; ()去步驟6

17、,步驟6: 若有任何未被排進時間表的產(chǎn)品，則去步驟3。否則，停止計算,整理課件,54,程序框圖,整理課件,55,1.n/2/F/Fmax問題Johnson規(guī)則,例6-2: 7/2/F/F max問題，應(yīng)用Johnson規(guī)則。各產(chǎn)品在設(shè)備M1和M2上的加工時間如下,整理課件,56,整理課件,57,4,4,2,2,6,6,7,7,1,1,3,3,5,5,Total time 43 units,4,4,7,7,1,1,2,2,5,6,6,3,3,5,Total time 39 units,Gantt Chart,整理課件,58,2. n/2/G/Fmax問題的Johnson規(guī)則,在這里取消關(guān)于各個產(chǎn)

18、品必須通過全部單元的假設(shè)。若產(chǎn)品組J1，J2，Jn中的產(chǎn)品可被分為以下四類,A類 只需在單元 M1上加工的產(chǎn)品 B類 只需在單元M2上加工的產(chǎn)品 C類 以M1、M2這樣的次序在兩個單元上加工的產(chǎn)品 D類 以M2、M1這樣的次序在兩個單元上加工的產(chǎn)品,整理課件,59,2. n/2/G/Fmax問題的Johnson規(guī)則,我們按下列方法求解： (i) A類產(chǎn)品以任意次序安排時間,得到順序SA； (ii) B類產(chǎn)品任意次序安排時間，而得到順序SB； (iii) C類產(chǎn)品，可將它視為n/2/F/Fmax問題，用Johnson規(guī) 則安排時間而得到順序SC; (iv) 對D類產(chǎn)品，也將它視為n/2/F/Fm

19、ax問題，用Johnson算法安排時間而得到順序SD。(M2是第一個單元，M1是第二個單元) 最優(yōu)時間表對單元M1為（SC，SA，SD），而對單元M2為（SD，SB，SC,整理課件,60,2. n/2/G/Fmax問題的Johnson規(guī)則,例6-3： 9/2/G/Fmax問題，用Johnson規(guī)則尋找最優(yōu)時間表,整理課件,61,A類產(chǎn)品：產(chǎn)品7僅在M1上加工，順序為（7）； B類產(chǎn)品：產(chǎn)品8和9需要M2，故任選順序(8,9)； C類產(chǎn)品：產(chǎn)品1,2,3,4先用M1，后用M2。用Johnson規(guī)則解此4/2/F/Fmax問題，得到的順序為（4，3，2，1）； D類產(chǎn)品：產(chǎn)品5和6先用M2，后用M1。用Joh