生产计划优化系统在石油化工行业的应用

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,中国石油规划总院,36,中国石油规划总院,*,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,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,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,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。,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,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,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（,Linear Programming, 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）、,Dual Simplex,法（对偶单纯形法）、,Primal/Dual Simplex,法,(,初对偶单纯形法,),、,Barrier,法（阻挡层法）等等。,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,integer programming, 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。,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（,Nonlinear Programming, 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。,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,主要应用软件,Aspen,公司,PIMS,（,Processes Industry Modeling System,）,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,（,Refinery and Petrochemical Modeling System,）,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 ( Generalized Refining Transportation Marketing Planning System),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。,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,建模步骤,确定建模系统及建模范围；,确定模型参数及变量，收集数据；,寻找关系，确定约束条件；,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,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。,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,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,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,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。,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。,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。,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。,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,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。,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,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,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。,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,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,ExxonMobil,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,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,Chevron,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,编制战略计划和确定投资计划,编制调合计划,新加坡：单厂模型,每月购买原油,管理模型、每月编制和优化生产计划,选择原油,炼厂计划员,供应优化员,优化原油采购计划,提前,2-3,个月进行原油期货交易,评估原油期货价格,管理模型、编制和优化生产计划,进行原油评价,选择原油,编制多厂生产计划,美国：单厂模型+多厂模型,炼厂计划员,供应优化员,国外其它石化企业应用,意大利,AgipPetroli Rome,公司从,1988,年起，利用,计划优化,软件建立了包括七个炼油厂的生产计划优化模型，进行原油的选择，制定生产计划等等。进口的原油从原来只选择几种到现在选择加工,100,多种，每桶原油采购价可降低,10,美分，年效益,1500,万美元，应用软件优化供应链管理还降低了运输成本。,印度石油公司（,Indian Oil Corporation,）应用计划优化软件进行生产计划的优化，可以获得,15,20,美分,/,桶的潜在利润，取得了巨大的经济效益，同时也提高了企业的管理水平。,日本出光石油,Idemitsu,，是日本最大的综合石油公司之一，包括,6,个大的炼油厂。因在不同厂之间有大量石脑油交换，,将所有区域的生产计划优化模型与总部模型连接起来，并且对乙烯、重整、催化裂化等装置结合建立了过程仿真系统, 以得到更准确的收率。,中国石化,中国石化于,2000,年选用,PIMS,软件，陆续开发了,33,个炼油企业的单厂模型，并集成了包括,20,个主要炼油企业、,66,种原油、,30,个市场区域的多厂模型，用于优化中国石化总部的原油选择与分配以及生产企业年度、季度炼油生产计划。通过近三年的校验运行，已经在中国石化的年度、季度炼油生产计划中取得了良好的应用效果,中国石油,中国石油选用,RPMS,软件，于,2004,年在大连石化分公司开始进行先进计划系统项目的试点工作，到,2006,年,9,月，已经完成了,12,家单厂详细子模型的推广上线，同时，集成,27,家炼化企业的总部模型也开始运行，为各企业及总部带来了显著的效益。,结束语,生产计划优化技术的应用为石油化工行业创造了巨大的经济效益。国内企业应当紧跟世界先进应用水平，让计划优化系统成为经营管理和辅助决策的有力工具。,以下几点需要注意：加强学习，随时了解生产计划优化系统的发展和应用动态，推广计划优化软件的应用；重视企业内部基础数据的收集、积累与整理工作。这方面工作的规范化不仅有利于计划优化模型的更好应用，也有利于经营管理的规范化，提高了企业的生产管理水平；重视对系统的维护工作，注意随时保持更新模型；加强相关业务人员的培养，使他们能更好的掌握模型，更熟练的应用软件，使得生产计划优化系统发挥更大的作用。,谢 谢！,