流程工业物流分层建模与数据校正算法研究

论文摘要

生产过程的测量数据是流程工业关于过程状态的基本和唯一的信息源，因而基于生产过程机理和统计分析方法实现企业物流数据校正和产率计算的数据协调技术已成为流程工业过程优化的关键。随着MES系统在流程工业的推广应用，该技术必然会在更广阔的领域得到应用。本文在综述国内外数据校正研究发展概况后，对分层建模、检测算子以及多级协调进行了深入的研究，并设计开发了数据校正软件系统，所取得的研究成果包括：1)以全厂数据协调为背景，对流程工业物流平衡模型建模所涉及到的几个问题进行研究。针对企业多级协调对数据粒度的不同需求并依照ISA-95企业建模标准的约定，提出了企业物流平衡模型分层建模的理论框架，并对各个层次的元素和层次间的映射关系做了数学描述，并定义了关键变量集合IRR指标作为评价模型好坏的标准。2)在企业物流平衡模型分层建模理论框架下，分类研究了检测算子可靠度。首先按照基本检测算子、人工检测算子、合成检测算子这三类分别加以定义，然后对检测算子可靠度的估算作了研究，从数理统计和工程应用两方面讨论了检测算子协方差矩阵的估计，并讨论了显著误差对估算结果的影响程度。3)对于既包含连续生产过程又包含离散事件的混杂系统，尤其是对于带有生产方案切换的实际生产过程，依照固定分层时变模型分层建模方法，通过对调度事件进行准稳态处理和层内跟踪检测，构造出包含随机调度方程参数变量θ的物流平衡模型，然后利用一种不确定模型的协调算法进行求解，最后通过仿真研究证实了该方法的有效性和鲁棒性。4)研究了带方案切换数据校正新方法的工业应用。整个工厂包括30套装置和184个罐，由于每天生产方案的变动会导致所建立的测量网络拓扑图与生产实际有偏差。为了解决这个问题，按照测量网络重构、显著误差检测、数据协调三个步骤对全厂物流数据进行了校正。并且通过相同的模型和过程数据，将该方法与国外典型商用数据校正软件作比较，应用结果表明该方法不但解决了由于系统冗余度不够而无优化解的难题，而且具有较高的运算效率，得到的协调结果也更加合理。5)设计了一个基于工厂模型和统计分析方法实现企业物流数据调理的装置校正及物料平衡软件系统——ESP-SupPlant DataPro，可以实现工厂建模、全厂物流数据集成、单装置数据校正、全厂统计平衡、公用工程管理、报表统计等工作。该系统已经在扬子石化芳烃厂投入运行，达到设计目标。最后在总结全文的基础上，指出了数据校正技术有待深入研究的若干个问题。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢
• 目录
• 表格
• 插图
• 英汉术语及符号一览表
• 第1章 绪论
• 1.1 过程数据的集成和校正
• 1.2 数据校正技术的重要性
• 1.3 数据校正技术研究现状
• 1.3.1 数据协调算法
• 1.3.2 显著误差检测
• 1.3.3 测量网冗余性分析和设计
• 1.4 数据校正工业应用介绍
• 1.5 数据校正发展趋势
• 1.6 本文研究内容及各章节介绍
• 1.7 小结
• 第2章 流程工业物流平衡模型建模方法研究
• 2.1 引言
• 2.2 分层建模的依据
• 2.3 几个假设
• 2.4 固定分层非时变物料平衡模型分层建模
• 2.4.1 分层模型的描述
• 2.4.2 分层模型建模算法
• 2.5 固定分层时变物料平衡模型分层建模
• 2.5.1 时变模型的分类描述
• 2.5.2 调度事件的准稳态处理
• 2.5.3 调度事件的层内检测
• 2.5.4 分层模型建模算法
• 2.6 混合层模型
• 2.7 结论与展望
• 第3章 检测算子可靠度研究
• 3.1 引言
• 3.2 检测算子分类定义
• 3.3 检测算子协方差估计研究
• 3.4 显著误差对估算结果的影响
• 3.5 工程应用中检测算子协方差矩阵的估算
• 3.6 仿真计算
• 3.6.1 检测算子线性无关的例子
• 3.6.2 检测算子线性相关的例子
• 3.7 结论
• 第4章 一种混杂系统数据校正新方法
• 4.1 引言
• 4.2 混杂系统的定义
• 4.3 时变模型的跟踪和处理
• 4.4 一种不确定模型的协调算法
• 4.5 仿真研究
• 4.5.1 第一种情况:估计的调度方案执行时间与实际偏差不大
• 4.5.2 第二种情况:估计的调度方案执行时间与实际偏差较大
• 4.5.3 两种情况的比较分析
• 4.5.4 与传统方法的比较分析
• 4.6 结论
• 第5章 带方案切换数据校正新方法的工业应用
• 5.1 引言
• 5.2 过程描述和物流测量网络
• 5.3 生产过程数据仿真
• 5.4 新方法应用介绍
• 5.4.1 测量网络重构
• 5.4.2 显著误差检测
• 5.4.3 数据协调计算
• 5.5 应用结果比较分析
• 5.6 结论
• 第6章 数据校正系统设计及软件构架
• 6.1 引言
• 6.2 系统结构设计和方法
• 6.2.1 软件体系结构
• 6.2.2 体系结构设计采用的思路和方法
• 6.3 系统开发平台
• 6.3.1 运行环境
• 6.3.2 开发工具简介
• 6.3.3 .NET主要开发模式
• 6.4 软件系统功能模块介绍
• 6.4.1 工厂模型组态
• 6.4.2 全厂物流数据集成
• 6.4.3 单装置数据校正
• 6.4.4 全厂统计平衡
• 6.4.5 公用工程管理
• 6.4.6 统计报表
• 6.5 工业应用
• 6.6 结论
• 第7章 结束语
• 7.1 研究工作的总结
• 7.2 数据校正技术展望
• 参考文献
• 附录A 矩阵Kronecker 乘积和vec（.）算子
• 附录B 作者简介
• 附录C 作者攻博期间发表论文和参加的工程项目