12、连续过程集成规划、调度与最优控制：方法与应用

连续过程集成规划、调度与最优控制：方法与应用

在过程工业中，决策制定通常以分层方式进行，其中中期规划、生产调度和先进过程控制是至关重要的环节。传统上，这些问题是分开解决的，但它们之间存在着强烈的相互依赖关系。集成规划、调度和最优控制（iPSC）的出现正是为了解决这一问题，旨在提高过程运营的效率和盈利能力。

1. 过程工业决策层次与iPSC的兴起

过程工业的决策制定呈现出明显的层次结构，主要包括中期规划、生产调度和先进过程控制。中期规划的时间跨度通常从数周数月不等，旨在组织生产以满足长期需求，关键决策涉及销售、积压和库存水平的确定。生产调度则在规划决策之后进行，针对每个规划周制定详细的生产计划，重点关注资源的优化分配，如确定最佳生产和转换时间、任务顺序等。先进过程控制处于决策金字塔的较低层次，负责调节过程动态，确保在不同生产制度过渡期间的最优运行，并维持理想的稳态运行条件。

随着行业对高效和可靠运营的需求不断增加，以及并行计算和更高效IT基础设施的发展，企业范围优化（EWO）、智能制造和工业4.0等概念逐渐兴起，强调了在供应链相关功能之间有效利用信息的重要性。因此，将规划、调度和控制进行集成成为了必然趋势。

2. 过程运营与控制的集成现状

以往，过程运营与控制的集成研究主要从两个角度展开：一是中期规划与调度的集成，二是调度与控制的集成。

在规划与调度的集成方面，文献中提出了多种建模方法。一些研究者采用整体式建模，而另一些则使用聚合建模技术或替代模型。然而，由于时间尺度的差异，解决该问题所需的计算量会随着规划期的延长而迅速增加。为应对这一挑战，提出了拉格朗日松弛、滚动时域和双层分解等解决方案。

调度与