MES框架下的造纸企业生产调度及质量控制研究

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目前,对于流程工业,当前信息化的发展趋势是采用以CIPS(ComputerIntegratedProcessSystem)为代表的流程工业综合自动化技术,其基本体系为ERP/MES/PCS的三层结构。ERP(EnterpriseResourcePlanning)层强调企业的计划性,MES(ManufacturingExecutionSystems)层强调计划的执行,PCS(ProcessControlSystem)层则强调设备的控制。 MES层通过信息传递,对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工厂里有实时事件发生时,MES能及时作出反应、报告。并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。这种对状态变化的迅速响应使得MES能够减少企业内部没有附加值的活动,有效指导工厂的生产运作过程。从而使其能够提高工厂及时交货能力、改善物料的流通性能。又能提高生产回报率。其中,生产调度和质量控制是它的两个重要环节。 生产调度是连接生产经营管理和生产过程控制的纽带。一方面要为企业经营战略决策层提供决策依据,一方面向控制层安排生产加工任务,指导监督控制层的运作。而质量则是企业产品制造过程中第一个要关注的因素,其次是产量和成本。提高质量意识首先需要强调全员参与的意识。无论怎样的质量管理模式,最终目的是提高企业对产品质量的适时控制能力,尽可能将缺陷消除在萌芽阶段,从而降低不合格品率。 因此,开展造纸企业生产调度和质量控制领域的研究是非常必要的,这些研究对社会也将具有重要的理论和实际意义。 本文针对造纸企业生产调度中的排产模型和调度算法以及质量优化等问题进行了研究,主要研究内容包括: (1)对造纸企业调度问题进行了一定的探讨,提出了一种造纸生产调度问题的多视图描述方法,它通过功能视图、组织视图、过程视图、信息视图和人与资源视图来描述造纸企业的生产调度。 (2)提出了一种造纸企业的优化排产模型,将激励制度和工人的心理因素等应用到多目标造纸企业生产调度问题中,并针对传统方法中权值分配不合理会导致某个目标下非支配解遗失的问题,采用了均值自适应法求解方法,使遗传算法中权值系数的设置得到了很大程度的改善,一定程度上提高了多目标下遗传算法的优化性能,并对交叉和变异策略进行了改进即采用轮盘赌和精英选择策略保留了优良的个体,有效的减缓了遗传算法搜索寻优过程中种群收敛于单一个体的趋势,并在算法执行过程中体现了交叉和变异并行的思想,更有利于优良模式的遗传和生成。最后,进行了仿真研究和算法比较。结果表明:该算法以较高的概率、较快的收敛速度收敛于全局最优解。 (3)为提高造纸企业的质量、减小工人的心理压力,避免不确定因素对企业和人工工作效率的影响,提出了打浆度的在线检测及优化控制以及水分、定量的控制策略研究。采用FBP算法对打浆度的对应关系进行学习,从而可在很少步数下达到精度要求,收敛特性、收敛速度及系统的泛化特性都得到了改善。最后提出了一种基于神经网络的静态解耦方法,成功地将造纸过程的多变量系统变成了单变量系统,实现了定量、水分之间的解耦。同时由于造纸生产过程中存在较大滞后,运用增益自适应补偿控制方案,有效地克服了滞后对控制系统稳定性和控制质量的影响。 (4)采用西门子公司的MES软件SIMATICIT,建立了造纸企业的生产模型,实现了基于SIMATICIT下的造纸企业生产调度,真正实现了上层业务系统ERP和下层控制系统PCS的信息沟通。 最后,在总结本论文研究情况的基础上,提出了造纸企业生产调度中需要进一步探索和研究的若干问题。如:(1)由于造纸企业生产过程存在大量的不确定因素,往往会导致计划、调度与控制优化脱节,不能有效协调和均衡生产,造成企业成本增加和效益下降,因此,未来一定要提高生产过程的柔性,适应多变的市场需求,解决在合理计算时间内全局最优性的挑战具有现实意义。(2)目前,在造纸及一些相关流程行业中,已有一些成功的商业软件应用,但其成本过高,开发和维护较难,因此,联合国内一些知名公司开发一些自主软件,对该课题在企业的普及及推广具有一定的现实意义。
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