涤纶短纤维生产过程管理优化方法研究

论文摘要

涤纶短纤维生产过程是一个典型的流程工业生产过程。近年来,随着国内外涤纶短纤维市场的变化,特别是其上游的石油原料及下游的服装产品市场的变化,对企业的生产管理提出了更高的要求。化纤生产已从过去单一、大规模生产模式,转变为多品种、小批量的生产模式。这样就要求企业加强对化纤生产过程和生产成本的控制与管理,以便在激烈的市场竞争中处于有利地位。涤纶短纤维生产过程优化管理的问题是一个全新的课题,有待于研究的问题较多。本文以我国有代表性的大型石油化纤企业生产过程优化管理的问题为研究背景,对涤纶短纤维生产过程优化管理相关问题做了分析和研究。首先,针对涤纶短纤维生产过程的纺丝组件更换周期优化问题,分析了组件更换周期对生产成本的影响,研究了纺丝组件更换周期的建模及优化方案求解。其次,研究了直接纺丝和间接纺丝生产过程的多品种生产调度问题。最后,研究了纺丝组件周期更换与多品种生产调度的集成优化问题。本文的主要研究工作包括：（1）涤纶短纤维纺丝组件更换周期优化问题以涤纶短纤维生产过程为背景,根据涤纶短纤维生产工艺流程和生产特点,针对纺丝组件更换周期优化问题,提出了涤纶短纤维生产过程管理优化的新方法,降低了涤纶短纤维生产各工序的物耗和能耗。纺丝组件更换周期优化问题,就是要确定组件更换最佳时间,以保证在给定的计划期内总消耗最小。本文采用了两种优化方法来解决纺丝组件更换周期的优化问题。一是经济订货批量法（Economic Order Quantity, EOQ）,该方法适用于较长的计划期；二是动态规划法（Dynamic Programming, DP）,该方法适用于较短的计划期。最后,利用中石化天津石化公司涤纶短纤维厂实际生产数据,对上述优化方法进行了验证,实验结果表明了所提出方法的有效性。（2）涤纶短纤维直接纺丝生产调度问题根据涤纶短纤维直接纺丝生产调度的特点,可以将其归结为旅行商问题（Traveling Salesman Problem, TSP）。对直接纺丝生产过程中的多品种调度问题进行了研究。建立了以费用最小化为目标的混合整数线性规划（Mixed-Integer Linear Programming, MILP）模型,提出并设计了新的禁忌搜索（Taboo Search, TS）与变深度搜索算法（Variable DepthSearch, VDS）的混合算法,它融合了禁忌搜索的较强局部搜索能力及变邻域结构扩展邻域搜索范围的能力。实验结果验证了本文建立的模型及所提出算法的有效性。（3）涤纶短纤维间接纺丝生产调度问题与直接纺丝生产过程相比,间接纺丝生产具有原料价格不同,产品价格也相差大的特点。考虑到生产不同产品的原料消耗差异性较大,将原料消耗引入到目标函数中,建立了以效益最大化为优化目标的混合整数线性规划（MILP）模型。在利用TS/VDS算法对模型求解过程中,构造了三种不同的邻域,并交替使用,增强了变邻域结构的多样性,进一步加快了算法的收敛速度。采用中石化天津石化公司实际生产数据,对所建立的MILP模型及改进的算法进行了实验研究,其结果验证了模型及算法的有效性。（4）纺丝组件周期更换与多品种生产调度集成优化问题纺丝组件周期更换与多品种生产调度相互影响。将纺丝组件周期更换与多品种生产调度进行了集成优化研究,建立了数学模型,目标函数中包括了产品切换费用与组件更换费用等,约束条件包括了时间约束与组件更换周期约束等。并通过启发式方法获得近优解。考虑到企业实际生产需求,采用中石化天津石化公司的实际生产数据,结合本文所提出的集成优化模型和算法,设计开发了纺丝组件周期更换与多品种生产调度集成优化决策支持系统（Decision Support System, DSS）。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 流程工业生产过程管理优化方法研究现状
• 1.2.1 流程工业及其综合自动化
• 1.2.2 流程工业生产调度方法及研究现状
• 1.2.3 石油化纤生产调度优化的国内外应用现状
• 1.3 本文的主要工作
• 1.4 全文的结构安排
• 第二章 涤纶短纤维生产流程
• 2.1 引言
• 2.2 涤纶短纤维工艺流程
• 2.2.1 直接纺丝生产过程工艺流程及工序说明
• 2.2.2 间接纺丝生产过程工艺流程
• 2.2.3 纺丝组件
• 2.2.4 差别化纤维
• 2.3 涤纶短纤维生产管理特点及存在的问题
• 2.4 本章小结
• 第三章 涤纶短纤维纺丝组件更换周期优化
• 3.1 引言
• 3.2 基于DP方法优化涤纶纤维生产中纺丝组件更换周期
• 3.2.1 涤纶短纤维生产纺丝组件更换周期优化模型
• 3.2.2 模型特点
• 3.2.3 模型参数表达
• 3.2.4 实验研究
• 3.3 基于EOQ方法优化涤纶短纤维生产中纺丝组件更换周期问题
• 3.3.1 EOQ方法
• 3.3.2 纺丝组件更换周期EOQ模型及求解
• 3.4 本章小结
• 第四章 涤纶短纤维直接纺丝生产调度问题
• 4.1 引言
• 4.2 涤纶短纤维直接纺丝生产调度模型
• 4.2.1 问题描述
• 4.2.2 数学模型
• 4.3 涤纶短纤维直接纺丝生产调度模型求解
• 4.3.1 禁忌搜索（TS）算法
• 4.3.2 TS/VDS混合算法
• 4.3.3 TS算法求解涤纶短纤维直接纺丝生产调度问题
• 4.3.4 TS/VDS算法求解涤纶短纤维直接纺丝生产调度问题
• 4.4 本章小结
• 第五章 涤纶短纤维间接纺丝生产调度问题
• 5.1 引言
• 5.2 涤纶短纤维间接纺丝生产调度模型
• 5.2.1 问题描述
• 5.2.2 数学模型
• 5.2.3 模型特点
• 5.3 涤纶短纤维间接纺丝生产调度模型的求解
• 5.3.1 产品相关数据
• 5.3.2 TS求解涤纶短纤维间接纺丝生产调度问题
• 5.3.3 TS/VDS求解涤纶短纤维间接纺丝生产调度问题
• 5.3.4 实验研究
• 5.4 本章小结
• 第六章 涤纶短纤维纺丝组件周期更换与生产调度集成优化
• 6.1 引言
• 6.2 涤纶短纤维纺丝组件周期更换与生产调度集成问题
• 6.2.1 问题描述
• 6.2.2 数学模型
• 6.3 纺丝组件周期更换与生产调度集成优化模型求解
• 6.3.1 求解过程
• 6.3.2 实验测试
• 6.4 纺丝组件周期更换与生产调度集成优化决策支持系统
• 6.4.1 系统总体设计方案
• 6.4.2 数据库设计
• 6.4.3 系统效果评价
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的论著及参加科研情况
• 作者简介