有效的工艺计划和调度

与电子表格相比，集成计划和调度已经为烯烃生产商带来了令人印象深刻的结果，但这种做法可以为过程工业中的几乎任何组织带来巨大的利益。我们与主要烯烃生产商的合作经验表明，潜在的经济效益是巨大的:生产商在调度方面从“行业平均”性能提高到“最佳实践”水平，可降低乙烯成本高达20美元/吨。通过简化或建立执行特定日常任务的能力，可以节省美元，例如:

• 实时收集和可视化所有相关数据、信息和计划;

• 准确建模原料质量，考虑到制造的复杂性和可变性;

• 协作评估场景，平衡冲突的kpi，并制定最佳和可执行的计划;

• 每天调整计划与实际的绩效差距，并对变化做出快速有效的反应。

这一挑战在整个烯烃行业引起了广泛的共鸣:在考虑市场、制造、物流、资本和风险等关键领域存在的各种动态约束的同时，实现利润最大化。行业内驱动因素的复杂性增加了挑战，这必须由买家、营销人员、规划人员、调度人员和工程师等一系列职能团队每天面对。

日益增长的全球化和商品化，加上不断上涨和更不稳定的原料价格，要求加强领导，以维持和提高利润率。因此，重点是更加灵活和高效的运营，使生产商能够更好地适应市场的动态。这样做的生产商将使自己在竞争中脱颖而出，并取得一流的表现。

提高操作敏捷性的关键一步是通过基于软件的决策支持工具来改善生产和后勤过程的规划和调度。

组织中的每个级别都有自己的控制范围和时间意识，因为它寻求优化生产。

现行规划实务

在整个供应链中，有许多商业驱动因素是烯烃生产商每天都必须考虑的。开发和集成业务流程来处理这些驱动因素会增加供应链的复杂性。然而，如果有效地进行，这些好处可以显著提高盈利能力。

供应链中固有的复杂性的一个例子是原料选择。买家不仅要决定购买什么类型的原料，还必须决定何时以及如何购买。通常，可以加工不同种类的原料，包括液体原料(例如，石脑油和凝析油)、丙烷、丁烷和乙烷。在原料的情况下，买家不仅必须决定购买的数量，而且还必须决定性质(硫，比重，PONA)。他们还必须充分了解与计划和原料采购相关的风险。

同时，运营必须将注意力集中在供应链中的三个关键要素上:原料管理、工厂运营和产品管理。

管理职责

原料管理包括接收、储存和转移原料，这些原料通常通过船舶和管道输送。在一个月的基础上，一个典型的烯烃生产商可能会收到20或更多的交货。主要职责包括安排管道和船舶到达，分配储罐和将原料转移到工厂的加料罐。

工厂操作包括确定炉操作的顺序，给料顺序和每个给料的开裂严重程度。烯烃生产商必须决定如何努力运行熔炉，何时计划炉罩和维护。当工厂是网络的一部分时，这些责任扩展到多个资产，要求为整个资产网络而不是单个工厂考虑最佳的工厂操作。由于原料管理和工厂运营之间的协同作用，原料调度员和工厂操作员必须密切协调才能最有效。

产品管理包括协调各种裂化产品的流动和库存。除了主要的烯烃产品(乙烯和丙烯)外，还必须考虑重要的副产物，如C4馏分和汽油馏分。这涉及到平衡供应和需求，以管理产品现场流程，以及存储和物流设施。因此，准确的产量预测变得至关重要。

一般来说，大多数烯烃生产商在预测和管理乙烯和丙烯生产方面没有问题。然而，挑战在于预测和管理较重的副产物(C5+)。考虑到巨大的产量和下游加工设施的大容量，一个小的三角洲可能是相当重要的。例如，汽油生产中的一个小三角洲很容易使必须销售、储存和运输的汽油数量翻倍。由于运输/接收设施(如码头和轨道车装载)可能在多个产品之间共享，这个问题变得更加复杂。

在正常的操作过程中，所有这些因素都必须考虑到，但是如果出现了与计划严重偏离的意外事件，该怎么办呢?企业可以多快做出反应，这些反应是否会导致最有利可图的决策?

目前的做法是什么?日复一日，世界各地的烯烃生产商在经历具有挑战性的计划和调度业务流程时都面临着这样的问题。具体细节因公司而异，但通常会出现共同的挑战:

1.跨职能小组(商业、物流、制造、计划)使用不同的数据和工具(主要基于电子表格)，必须合作进行日常计划和调度流程的优化。每一天都不一样:

• 外部限制，饲料的可用性和不同的库存情况;

• 没有时间分析;而且,

• 如果有太多和频繁的计划更改，可能很难保持同步的实施。

2.目前的工具并不能反映工厂和物流的真正复杂性、灵活性和限制。有很多自由度:

• 运行条件(乘以机组数量);

• 原料种类和混合物(乘以植物数量乘以饲料头数量);

• 何时将炉下线进行除焦或维修;

• 可循环利用的溪流替代品:储存、出售、用作燃料气体;而且,

• 多个工厂之间的装载(加上单元间的流传输)。

3.通常很难在个人和部门之间平衡相互冲突的关键绩效指标(kpi):

• 整个过程是相互关联的;孤立地考虑每个问题/决定是不能做出最佳计划的;

• 今天做出的决定会影响到今天能做什么、不能做什么，以及明天必须做什么。例如，如果我们今天拿出一个熔炉去除焦，我们使用饲料a，明天我们可能会被限制只使用饲料B。焦化和库存等累积限制因素也会影响到可以做什么和什么时候做。

4.通过定期会议协调整个业务的运作，通常是一周一次，但不够频繁，以避免与计划的分歧。

5.商业领袖希望看到的是计划与实际表现的清晰对比。大多数烯烃生产商发现很难调和计划与实际之间的差距。

所有这些因素加在一起揭示了当今当前进程中的弱点和可能的故障。这些弱点会影响公司应对计划外事件的能力，而这些事件最终会影响公司的利润。

但烯烃生产商几十年来不是一直以这种方式经营他们的设施吗?为什么我们要关注计划和日程安排?如果您仔细考虑烯烃工厂的日常活动，然后考虑有效的计划和调度可以完成什么，这些业务流程的重要性就变得清晰起来。这些功能成为触及所有其他流程的焦点。为了充分了解计划和调度对整个供应链的重要性，我们将仔细研究这些业务流程。

计划和调度功能是制造设施的核心，涉及所有其他功能领域。

规划

传统上，计划需要更长远的眼光，并基于大量时间的平均。规划通常与决策支持工具相关联，也应该被视为风险管理，因为规划者必须处理预测价格、需求、工厂可用性等方面的不确定性。所有这些投入都是成功规划和原料选择所必需的。

原料的选择涉及到在考虑风险的情况下找到一个经济的最优解决方案，将提供最大的利润。这是改善供应链的第一步。然而，该计划没有足够的粒度在操作级别上执行。此外，当使用平均值时，计划与实际很快开始偏离。必须有一个更有限的观点，这是时间表的功能。

调度

调度是制定和维持最佳战术和作战计划(每日和每周)的过程，其目标是从可用选项的范围中提取最大值(可变边际)。所有这些都必须考虑到市场、制造工厂和物流的真正限制。这样做提供了企业规划和工厂运营之间的关键联系。

烯烃生产商的调度和执行能力直接关系到管理的敏捷性，支持供应链的扩展。它强调了计划、调度和执行活动与运营、采购和销售之间的必要合作。

现实情况是，传统上支持计划和调度的是不同的电子表格和数据、孤立的工作流程和有限的决策支持工具。管理敏捷性很难实现，分析多个备选方案的能力通常不是当前工作流程的一部分。

计划评估是有效绩效管理的下一步。一旦时间表完成并执行，工厂的表现如何?日程安排有多好?这个计划有多好?协调每天的计划和实际情况对于推动持续改进和在当今市场中保持竞争优势是必要的。

围绕性能管理值得考虑的一些元素是:实时可见性和反馈、KPI跟踪、设备监控、模型准确性和约束分析。然而，由于整个行业的计划和调度框架有限，大多数公司没有基础设施来支持严格的绩效管理活动。

典型的供应链场景

考虑一个常见的例子:烯烃生产商在正常条件下运行，到达的原料被送到适当的进料罐中，炉组生产线已经设置好，炉膛和焦炭操作已经安排好，产品流量、库存、出货和收入已经安排好，以平衡供需。计划和调度已经完成。然后，突然之间，其中一种产品的需求减少(或产品发货延迟)，例如丙烯。突然间，丙烯库存开始迅速上升，造成了库存问题，现在必须迅速处理。

通常情况下，工厂会做出一系列操作上的改变，例如:

• 增加开裂严重程度;

• 减少丙烯的升级(例如，炼油厂级丙烯升级为化学级丙烯或化学级丙烯升级为聚合物级丙烯);而且,

• 降低进给速度。

请记住，特定事件(在这种情况下是高丙烯库存)的操作更改集通常是固定的。此外，偏好的顺序是固定的。通常，从经济角度来看，降低投料速率是最不可取的，因为它通常会导致最大的利润下降。有时，降低投料速率仍然是工厂首选的解决问题的最安全的方法。如果是这种情况，炉膛和/或维护通常向前移动，以利用降低的进料速率。

但停下来问问，这些是对植物最好的举动吗?还有其他更好的吗?有什么选择，他们应该做其中的一个，两个，所有的，还是某种组合?这些选项应该以什么顺序执行，对底线有什么影响?使用传统方法，由于数据收集和分析所需的工作，在可用的时间内只能实际考虑少数选项。在这个例子中，处理丙烯高库存问题的其他选项(除了上面列出的选项之外)可以包括:

• 考虑原料采购和供应的特殊变化;

• 改变石脑油质量;

• 改变物料回收策略(例如c4, C5切割，C6切割，丙烷和乙烷);

• 考虑C3s的存储灵活性(例如丙烷和各种等级的丙烯- PGP, CGP, RGP);而且,

• 考虑产品的特殊销售。

找到最优的期权可以减少甚至消除对利润的负面影响。根据事件的不同，每个事件的改善潜力可能从数万美元到100多万美元不等。

这只是计划外事件的一个例子，它比大多数企业想象的要普遍得多。小事故每天发生，而大事故可能每月发生。生产者反应越快越好。

总的来说，这些转移导致的利润损失每年通常超过1000万美元。除了在计划外事件中有改进的机会外，通过更好的计划和调度，在正常操作中也有改进的机会。潜在的经济节省在规模上是相似的。

改进计划和调度流程

计划和调度过程是非常复杂的，但是进行改进会带来显著的利润。烯烃生产商需要支持这种改进的能力。在非常高的级别上，这些功能包括数据收集、分析、场景比较、协作和通信以及性能反馈。

• 数据收集——在单个数据库中“按需”收集并实时可视化所有相关数据、信息和计划(如库存、质量、最新和未来的物流/制造限制、收据/发货等)。当计划外事件发生时，计划人员和调度人员可以随时访问准确的数据，使他们能够快速做出反应，评估最佳行动方案。

• 分析-在单一环境中准确地模拟从原料供应到产品运输的材料的流动、存储和转换。在模型中，还定义了原料质量和混合的跟踪，以及真正的制造复杂性(自由度和约束)和可变性(例如，焦化效应)，并为计划人员和调度人员提供了前瞻性的可视性。

• 场景比较——开发、模拟和比较不同的场景。这种能力使您能够平衡相互冲突的kpi(例如，产量、吞吐量、效率、滞期费和库存水平)，并且在开发和更新最佳且可执行的计划和进度表时至关重要。

• 协作和通信—在多用户协作环境中生成集成计划和时间表，并随着业务变化快速重新优化时间表。

• 绩效反馈——通过每天对实际绩效进行调整，建立最佳实践，提高计划和调度模型的准确性。

这些组合能力将实现最佳的原料选择和灵活的时间表和计划同步，确保有利可图的烯烃生产和交付。

综合规划、调度

阿斯彭科技与烯烃生产商在工艺工程、工厂设计、实时优化和先进工艺控制领域合作超过20年。通过与烯烃生产商的广泛讨论，很明显，集成软件解决方案可以帮助缩小计划和调度业务流程中存在的差距，特别是调度，从而实现显著的底线节约。

Aspen的调度平台使烯烃生产商能够基于实时性能数据在单一环境中建模和优化从原料供应到产品运输的材料流动、存储和转换。能够清楚地了解采购和生产决策对财务的影响，可以使公司显著提高经营利润率。专为整个企业的多个部门使用，烯烃生产商能够:

• 购买最佳原料;

• 以最佳的方式管理原料收入和库存，在正确的时间向正确的工厂和正确的熔炉提供最佳的原料混合;而且

• 在最佳条件下加工原料。

采用复杂的计划和调度实践的用户可以指望在波动的市场、不断变化的物流和激烈竞争的约束下实现利润最大化。

本文部分内容已在TCE，化学工程师协会英国拉格比

作者信息

埃莉诺·普莱斯是阿斯彭科技公司产品营销总监。与她联络:elinor.price@aspentech.com．

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