Tối ưu hệ thống tự động hoá điều khiển quá trình sản xuất

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - TRẦN NGỌC DŨNG TỐI ƯU HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA ĐIỀU KHIỂN QUÁN TRÌNH SẢN XUẤT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA Hà Nội - 2008 Tối ưu hệ thống điều khiển tự động hóa q trình sản xuất MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN CHUNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HOÁ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT 1.1 TỐI ƯU TRONG TỰ ĐỘNG HỐ Q TRÌNH SẢN XUẤT 1.1.1 Cấu trúc chung hệ thống điều khiển nhà máy sản xuất 1.1.2 Các nguồn lực hệ thống tự động hố q trình sản xuất 1.1.3 Nhu cầu tối ưu nguồn lực Viện Dầu khí Việt Nam 11 1.2 MỤC ĐÍCH LUẬN VĂN 12 1.3 PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG 13 CHƯƠNG II 14 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 14 2.1 BÀI TỐN TỐI ƯU Q TRÌNH SẢN XUẤT 14 2.1.1 Vài nét tối ưu 14 2.1.2 Các bước xây dựng tốn tối ưu hố q trình sản xuất 15 2.1.3 Phân loại toán tối ưu 18 2.1.4 Giải toán tối ưu: “quy hoạch tuyến tính“ 20 2.1.5 Các phương pháp tuyến tính hố đưa tốn quy hoạch tuyến tính 21 2.2 VAI TRÒ CỦA TỐI ƯU VÀ CÁC PHẦN MỀM HỖ TRỢ TỐI ƯU TRONG HOẠCH ĐỊNH CÁC NGUỒN LỰC DOANH NGHIỆP – GIỚI THIỆU HỆ THỐNG MRP II 22 2.2.1 Hoạch định nguồn lực sản xuất MRP 25 2.2.2 Điều độ sản xuất chủ 27 2.2.3 Quản lý lực 29 2.2.4 Quản lý vật tư 30 2.2.5 Quản lý hoạt động sản xuất 31 2.2.6 Quản lý Mua - bán 34 2.2.7 MRP tích hợp kế tốn quản lý giá 35 2.2.8 Hệ thống thông tin nhà máy 36 2.2.9 Các hệ MRP II 39 2.2.10 Quản lý Hệ thống kho 39 CHƯƠNG III 50 XÂY DỰNG MỘT SỐ MƠ HÌNH BÀI TỐN TỐI ƯU 50 Ở VIỆN DẦU KHÍ VIỆT NAM 50 3.1 HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG SẢN XUẤT VÀ ĐẦU TƯ Ở VIỆN DẦU KHÍ 50 3.1.1 Hiện trạng 50 3.1.2 Phân tích nguồn lực Viện Dầu khí Việt Nam 52 3.2 MỘT SỐ MƠ HÌNH TỐI ƯU Ở VIỆN DẦU KHÍ VIỆT NAM 55 3.2.1 Bài Toán lập kế hoạch nguyên liệu sản xuất 55 Trần Ngọc Dũng – CH – TĐH – 2006 - 2008 Page Tối ưu hệ thống điều khiển tự động hóa q trình sản xuất 3.2.2 Bài toán đầu tư vốn 57 3.2.3 Bài toán vận tải 61 3.3 XÂY DỰNG THUẬT TOÁN VÀ LỜI GIẢI CHO CÁC BÀI TOÁN TỐI ƯU Ở VIỆN DẦU KHÍ VIỆT NAM 63 3.3.1 Bài tốn điều độ nguồn lực để chi phí nhỏ lợi nhuận cao 63 3.3.2) Lớp tốn chi phí vận tải tối ưu 68 CHƯƠNG IV 73 PHẦN MỀM QUẢN LÝ TỐI ƯU CHO MUA SẮM VẬT TƯ 73 4.1 YÊU CẦU CHUNG CỦA CHƯƠNG TRÌNH 73 4.2 GIỚI THIỆU C# 73 4.3 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM 75 4.3.1 Xây dựng thuật toán 75 4.3.2 Xây dựng giao diện 77 4.3.4 Kết 80 4.3.5 Nhận xét 81 KẾT LUẬN 82 Tài liệu tham khảo 83 Phụ lục 84 TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN 85 Trần Ngọc Dũng – CH – TĐH – 2006 - 2008 Page Tối ưu hệ thống điều khiển tự động hóa trình sản xuất LỜI MỞ ĐẦU Nước ta hội nhập WTO, hội mở nhiều mà khó khăn thách thức ngày lớn Sự cạnh tranh doanh nghiệp trở nên khốc liệt, điều kiện nguồn lực có hạn ngày khan Để tổ chức, nhà máy, xí nghiệp đứng vững phát triển được, khơng vấn đề sản xuất gì, tiêu thụ đâu mà quan trọng để cạnh tranh thắng lợi chi phí nhỏ đối thủ lợi nhuận cao đạt – hay hiệu mang lại hệ thống Thế giới bước vào kỷ nguyên tri thức, Cơng nghệ Thơng tin Tự động hố ngày ứng dụng rộng rãi Các phần mềm mô hệ thống tự động hoá ngày sát thực giúp nhà quản lý hệ thống có đánh giá, tư vấn hiệu Trong lĩnh vực tự động hố q trình sản xuất, ta biết đến chương trình MRP II, ERP hay dạng khác cơng nghệ sản xuất tích hợp máy tính điều khiển ứng dụng rộng rãi chừng mực mang lại hiệu cao cho nhiều cơng ty, xí nghiệp Viện Dầu khí Việt Nam thuộc biên chế Tập Đồn Dầu khí Quốc gia Việt Nam Xuất phát từ sở nghiên cứu khoa học, làm việc tập trung, bao cấp theo chế nhà nước gần 30 năm để lại đặc điểm thiếu động không hiệu Trước chế thị trường biến đổi nhanh chóng, Tập đồn Dầu khí Quốc gia Việt Nam định từ 01 tháng 01 năm 2007, Viện Dầu Khí Việt Nam thức trở thành Doanh Nghiệp Khoa học sản xuất, dịch vụ – tự hoạch toán tự kinh doanh Từ đây, Viện phải độc lập việc đầu tư, phát triển lĩnh vực, dự án mang lại lợi nhuận cao cho để khơng trì hoạt động Viện mà cịn đẩy mạnh phát triển nâng lên tầm cao Vì vấn đề tính tốn, lựa chọn phương án đầu tư quan trọng Hiểu vấn đề trên, qua luận văn em xin tập trung vào khâu mơ tả q trình hệ thống tự động hố q trình Viện, giải tốn tối ưu cấp quản lý trình hệ thống, sở áp dụng giải tối ưu trình quản lý đầu tư thiết bị Viện; áp dụng phương pháp tối ưu hố, tìm kết Trần Ngọc Dũng – CH – TĐH – 2006 - 2008 Page Tối ưu hệ thống điều khiển tự động hóa q trình sản xuất tối ưu làm sở ban đầu cho định giúp giảm thiểu rủi ro, tăng hiệu cho hệ thống Phương pháp giải cho vấn đề là: tập trung xây dựng phần mềm, dựa phương pháp mô để đánh giá hiệu đầu tư dự án Từ đưa cấu hợp lý, đặt phương án phân tích tối ưu cho dự án để tư vấn cho cấp quản lý hệ thống để kịp thời đánh giá đưa phương án tối ưu Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy giáo TS.Nguyễn Huy Phương, tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi giúp em hoàn thành luận văn tốt nghiệp Em xin chân thành cám ơn thầy cô giáo phản biện đọc đóng góp cho em nhiều ý kiến quý báu để em phát triển hồn thiện luận văn Nhân dịp này, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thày cô giáo môn Tự động hố Xí nghiệp Cơng nghiệp thuộc khoa Điện trường đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện giúp đỡ em trình làm luận văn Hà Nội, ngày tháng năm 2008 Học viên thực Trần Ngọc Dũng Trần Ngọc Dũng – CH – TĐH – 2006 - 2008 Page Tối ưu hệ thống điều khiển tự động hóa q trình sản xuất CHƯƠNG I TỔNG QUAN CHUNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HOÁ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT 1.1 TỐI ƯU TRONG TỰ ĐỘNG HỐ Q TRÌNH SẢN XUẤT Trong năm gần phương pháp tối ưu hoá ngày áp dụng rộng rãi vào ngành kinh tế, kỹ thuật, …và ngành khoa học khác Trong ngành Tự động hố điều khiển q trình nhà máy, xí nghiệp hay cơng ty tiến hành kế hoạch hoá sản xuất, điều khiển hệ thống, trình thiết kế kỹ thuật mà biết dựa nguyên tắc tối ưu ta tìm “điểm” - trạng thái, điều kiện, cấu sản xuất có hiệu q trình cơng nghệ, ngồi hệ thống quản lý, giúp ta có định “tốt” hơn, nhờ tiết kiệm vật tư, tiền vốn, tài nguyên, sức lao động, thời gian tăng hiệu giải vấn đề đặt Muốn hiểu vai trò tối ưu trình điều khiển nhà máy sản xuất, ta tìm hiểu mơ hình chung hệ thống điều khiển nhà máy sản xuất sau: Trần Ngọc Dũng – CH – TĐH – 2006 - 2008 Page Tối ưu hệ thống điều khiển tự động hóa q trình sản xuất 1.1.1 Cấu trúc chung hệ thống điều khiển nhà máy sản xuất Điều khiển xí nghiệp Kế hoạch hóa nguồn lực sản xuất Hệ thống điều hành sản xuất Điều khiển QTCN Giao diện người máy Điều khiển cục Điều khiển riêng OLAP MRP, MRP II, ERP MES - Manufacturing Execution System HT TĐH HT ĐK TĐH XN MMI, HMI (DCS, ĐK SCADA) HT QTS TĐH X PLC, PID,CNC ĐK HT QTC ĐKTĐ N Cảm biến, CCCH, Hình 1.1: Cấu trúc chung hệ thống điều khiển nhà máy sản xuất Mơ hình chung hệ thống điều khiển nhà máy gồm cấp Sự tham gia hệ thống tự động hố điều khiển q trình cơng nghệ từ cấp đến cấp 3, hệ thống tự động hố điều khiển q trình sản xuất xác định từ cấp đến cấp hệ thống tự động hố điều khiển xí nghiệp xác định vai trị cấp Trong đó: Cấp cấp điều khiển riêng (individual control) để giao tiếp trình cơng nghệ với cấp điều khiển phía Cấp điều khiển riêng bao gồm thiết bị cảm biến để thu nhận thơng tin q trình cơng nghệ biến đổi thành tín hiệu điều khiển truyền lên cấp bao gồm cấu chấp hành để thực lệnh điều khiển từ cấp đưa xuống Đây gọi cấp Trường, thông thường cấp liên kết với qua mạng thiết bị ProfileBus, FieldBus, ModBus, Yêu cầu truyền thơng tốc độ đáp ứng phải nhanh tức thời Trần Ngọc Dũng – CH – TĐH – 2006 - 2008 Page Tối ưu hệ thống điều khiển tự động hóa q trình sản xuất Ở cấp vai trò tối ưu chưa rõ rệt Cấp cấp điều khiển cục (local control) bao gồm thiết bị điều khiển tự động PLC, PID cài đặt thông số, chương trình để điều khiển q trình cơng nghệ riêng rẽ từ trước Ở cấp khơng có tham gia người, người khởi động, hay thay đổi chương trình thiết bị cài đặt cần thiết Các thiết bị cấp nối với thiết bị điều khiển PLC, PID So với cấp 0, cấp 1,ta thấy rõ vai trò tối ưu Nhờ vòng điều khiển cục bộ, mà hệ thống điều khiển truyền động làm việc thông số ổn định – thơng số chọn nhờ hệ thống đạt trạng thái tối ưu cho trình làm việc Cấp cấp điều khiển trình công nghệ Cấp bao gồm giao diện người - máy (HMI, MMI) để người vận hành trung tâm điều khiển theo dõi diễn biến, thơng tin trạng thái q trình cơng nghệ can thiệp vào hệ điều khiển cần thiết Ở người phần hệ thống, thực nhiệm vụ giám sát, ghi nhận liệu điều khiển chung hệ thống TĐH ĐK QTCN DCS, SCADA Cấp 0, 1, giải toán kỹ thuật: theo dõi chế độ hoạt động trình cơng nghệ, chế độ vận hành thiết bị đắn Việc hệ thống Tự động hoá đảm bảo ổn định thơng số q trình, đạt tối ưu hiệu suất sử dụng thiết bị điều kiện cho trước Ở mức sử dụng hệ thống cục điều chỉnh thơng số q trình, sử dụng phần thiết bị máy tính, tín hiệu cảnh báo tự động, chế độ bảo vệ, khóa chế độ hoạt động ghi nhận Cấp cấp điều hành sản xuất MES Tại cấp thực việc liên quan trực tiếp đến sản xuất phân bổ nhiệm vụ, khối lượng cho công đoạn sản xuất, ca sản xuất, phân bổ nhiệm vụ cho trưởng nhóm phần cơng việc điện, khí, cơng nghệ, cấp sử dụng máy tính để xử lý liệu sản xuất cấp đưa lên từ đưa lịch làm việc cách phù hợp, tối ưu tương ứng Trần Ngọc Dũng – CH – TĐH – 2006 - 2008 Page Tối ưu hệ thống điều khiển tự động hóa q trình sản xuất Cấp cấp kế hoạch hóa nguồn lực sản xuất ERP bao gồm công việc liên quan đến tài chính, kế tốn, tổ chức nhân sự, Quy mô nhà máy lớn, cấp 3, ngày quan trọng, quy định hiệu chung hệ thống sản xuất nhà máy Vì tối ưu cấp này, giúp phân bổ nguồn lực hợp lý, từ hệ thống sản xuất q trình cơng nghệ khơng đáp ứng vai trò sản xuất “đúng” mà sản xuất mang lại hiệu thực sự, mà cao nhờ mang lại hiệu cạnh tranh Một nhân tố then chốt cho trì phát triển doanh nghiệp, nhà máy, công ty Đây cấp em quan tâm, để xem xét giải pháp tối ưu, áp dụng phương pháp tối ưu cho nguồn lực, đó, xuất phát từ mơ hình thực tế nhà máy, xí nghiệp, cơng ty phương pháp tốn học, giả thiết xây dựng mơ hình định tính, ước lượng mà phương pháp tối ưu đưa lời giải Khi đạt lời giải tối ưu cho trình cấp 4, hệ thống tự động hố điều khiển q trình sản xuất có định hướng lựa chọn hiệu thực phân tích Cấp cấp điều khiển Xí Nghiệp OLAP Tại nơi thống kê, hoạch định chiến lược phát triển tồn xí nghiệp ngắn hạn dài hạn Ở Cấp này, nhân tố người lãnh đạo đóng vai trị quan trọng hàng đầu, nhiều phương pháp, quan điểm lãnh đạo định nhất, phương pháp tối ưu cơng cụ có với người khơng với người khác, khơng quan trọng thiết yếu cấp Ngày nay, hệ thống điều khiển không đáp ứng công nghệ đặt để tạo sản phẩm, mà cịn phải tối ưu q trình để từ mang lại khơng chất lượng mà cịn hiệu sản xuất mà cao quan tâm hiệu kinh tế cuối nhà máy Muốn hệ thống tự động hoá điều khiển trình sản xuất cần phải quan tâm mức, hệ thống không phản ánh tất khâu, q trình từ q trình cơng nghệ trình sử dụng nguồn lực Trần Ngọc Dũng – CH – TĐH – 2006 - 2008 Page Tối ưu hệ thống điều khiển tự động hóa q trình sản xuất Tóm lại từ mơ hình Tháp Cấu trúc chung hệ thống điều khiển nhà máy sản xuất, ta thấy từ cấp đến cấp việc kế hoạch hố nguồn lực đóng vai trị quan trọng, hệ thống hoạch định nguồn lực hỗ trợ doanh nghiệp giúp doanh nghiệp: - Đảm bảo mức hiệu tối đa cho nguồn lực - Giảm chi phí tối thiểu mà doanh nghiệp bỏ 1.1.2 Các nguồn lực hệ thống tự động hố q trình sản xuất Hệ thống sản xuất q trình thiết kế mà nhờ phần tử đầu vào biến đổi thành sản phẩm đầu Quá trình tổ chức để thực biến đổi đầu vào thành đầu Một hệ thống cấu thành từ thành phần liên quan lẫn Một hệ thống sản xuất bao gồm thành phần vật lý không vật lý Các thành phần vật lý máy móc, cơng cụ, vật tư, người phương tiện khác Các thành phần không vật lý bao gồm liệu, thơng tin, kế hoạch phân tích, số phương pháp kiểm tra, cấu trúc tổ chức v.v… thành phần kết hợp đồng với tạo công việc Đầu vào: Vật tư, Lao động, Vốn, Chuyển hố: Máy móc, cơng cụ , thiết bị phương pháp Đầu ra: Sản phẩm, Dịch vụ Kế hoạch, Phân tích, Kiểmhệtra, phương pháp … Hình 2.7: mơ hình chung thống sản xuất Hình 1.2: Tổng quan hệ thống sản xuất Kế hoạch, phân tích kiểm tra bao gồm: điều độ nguồn lực, huy động nguồn lực, điều hành, dự án, quản lý số lượng, nâng cao suất… chức khác hệ thống Tự động hóa điều khiển trình sản xuất Trần Ngọc Dũng – CH – TĐH – 2006 - 2008 Page Tối ưu hệ thống điều khiển tự động hóa q trình sản xuất Ta phương án X’ tốt với tập ô sử dụng G’=G / (is,js) ∪ (i*,j*) chu trình K bị phá vỡ Quay trở lại bước Chú ý : Nếu gặp phương án X thối hố, nghĩa G khơng đủ số phương trình để xác định vị Khi ta thêm vào (n+m-1) - G Ơ có tải lượng = cho khơng tạo thành chu trình ( để đỡ phải phá chu trình) coi chúng sử dụng để tìm cho đủ vị Trần Ngọc Dũng – CH – TĐH – 2006 - 2008 Page 72 Tối ưu hệ thống điều khiển tự động hóa q trình sản xuất CHƯƠNG IV PHẦN MỀM QUẢN LÝ TỐI ƯU CHO MUA SẮM VẬT TƯ 4.1 YÊU CẦU CHUNG CỦA CHƯƠNG TRÌNH Ổn định số hiệu tính tốn: Các phần mềm giải tốn QHTT phải làm việc máy tính, phép tính số học làm trịn, tốn khơng thoả mãn điều kiện ràng buộc (ví dụ ma trận ràng buộc khơng có hạng số hàng) Ngồi phần mềm phải giải tốn khơng có dạng chuẩn Phần mềm mô tả số ý tưởng kĩ thuật phát triển số phần mềm cho phương pháp đơn hình Chúng ta khơng thể nói cách dùng tốt nhất, mà lớp toán việc áp dụng kỹ thuật đem lại hiệu ta sử dụng kỹ thuật khác, lớp tốn khác lại đem lại hiệu Hai tiêu đánh giá hiệu thuật tốn thời gian tính trung bình bước lặp số bước lặp trung bình cần thiết để giải toán Xét thấy để giải tốn thì: Các thuật tốn điểm phức tạp nhiều so với phương pháp đơn hình, bước lặp cần tốn thời gian nhiều để tìm phương án chấp nhận Vì thời gian tính tốn bước lặp theo thuật toán điểm lâu gấp nhiều lần so với thuật tốn đơn hình 4.2 GIỚI THIỆU C# Mục tiêu C# cung cấp ngôn ngữ lập trình đơn giản, an tồn, đại, hướng đối tượng, đặt trọng tâm vào Internet, có khả thực thi cao cho môi trường NET C# ngôn ngữ mới, tích hợp tinh hoa ba thập kỷ phát triển ngơn ngữ lập trình Ta dể dàng thầy C# có đặc trưng quen thuộc Java, C++, Visual Basic, … Trần Ngọc Dũng – CH – TĐH – 2006 - 2008 Page 73 Tối ưu hệ thống điều khiển tự động hóa q trình sản xuất C# ngơn ngữ đơn giản, với khoảng 80 từ khoá mười kiểu liệu dựng sẵn, C# có tính diễn đạt cao C# hỗ trợ lập trình có cấu trúc, hướng đối tượng, hướng thành phần (component oriented) Trọng tâm ngôn ngữ hướng đối tượng lớp Lớp định nghĩa kiểu liệu mới, cho phép mở rộng ngơn ngữ theo hướng cần giải C# có từ khoá dành cho việc khai báo lớp, phương thức, thuộc tính (property) C# hỗ trợ đầy đủ khái niệm trụ cột lập trình hướng đối tượng: đóng gói, thừa kế, đa hình Định nghĩa lớp C# khơng địi hỏi tách rời tập tin tiêu đề với tập tin cài đặt C++ Hơn thế, C# hỗ trợ kiểu sưu liệu mới, cho phép sưu liệu trực tiếp tập tin mã nguồn Đến biên dịch tạo tập tin sưu liệu theo định dạng XML C# hỗ trợ khái niệm giao diện, interfaces (tương tự Java) Một lớp kế thừa lớp cha cài đặt nhiều giao diện C# có kiểu cấu trúc, struct (khơng giống C++) Cấu trúc kiểu hạng nhẹ bị giới hạn.Cấu trúc thừa kế lớp hay kế thừa cài đặt giao diện C# cung cấp đặc trưng lập trình hướng thành phần property, kiện dẫn hướng khai báo (được gọi attribute) Lập trình hướng component hỗ trợ CLR thông qua siêu liệu (metadata) Siêu liệu mô tả lớp bao gồm phương thức thuộc tính, thơng tin bảo mật … Assembly tập hợp tập tin mà theo cách nhìn lập trình viên thư viện liên kết động (DLL) hay tập tin thực thi (EXE) Trong NET assembly đon vị việc tái sử dụng, xác định phiên bản, bảo mật, phân phối CLR cung cấp số lớp để thao tác với assembly C# cho truy cập trực tiếp nhớ dùng trỏ kiểu C++, vùng mã xem khơng an tồn CLR khơng thực thi việc thu dọn rác tự động đối tượng tham chiếu trỏ lập trình viên tự giải phóng Trên đặc điểm để em chọn C# để lập trình cho tốn Trần Ngọc Dũng – CH – TĐH – 2006 - 2008 Page 74 Tối ưu hệ thống điều khiển tự động hóa q trình sản xuất 4.3 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM 4.3.1 Xây dựng thuật toán 1) Một số khái niệm + x = (x1, ,xn) ∈ D gọi phương án (lời giải chấp nhận được) + x’ = (x*1, ,x*n) ∈ D gọi phương án tối ưu f(x’) ≥ f(x) ∀ x ∈D với toán Max ≤ f(x) ∀x ∈ D với toán + Giá trị f(x*) gọi giá trị tối ưu hàm mục tiêu Bài tốn có phương án tối ưu gọi toán giải Bài toán không tồn phương án tối ưu gọi tốn khơng giải Có khả xảy ra: - Khơng tồn phương án - Có phương án giá trị hàm mục tiêu không bị chặn tập phương án: f(x) → ± x với x ∈ D Trong tập rang buộc (1.2) ⊂ D có m ràng buộc - Nếu phương án x thoả mãn ràng buộc thứ i với dấu đẳng thức n ∑ aijxj = bj j =1 ta nói phưong án x thoả mãn “chặt” ràng buộc thứ i, hay ràng buộc i chặt phương án x - Nếu phương án x thoả mãn ràng buộc i với dấu bất đẳng thức thực sự: n ∑ aijxj > bj ta nói phương án x thoả mãn “lỏng” ràng bộc thứ i, hay ràng buộc i lag j =1 “lỏng” phương án x Phương án cực biên phương án thoả mãn nhiều ràng buộc chặt 2) Sự tương đương toán max toán Để thuận tiện quán lập luận, ta xét tốn Max: tìm cực đại n ∑ cjxj → max (4.1) j =1 Trần Ngọc Dũng – CH – TĐH – 2006 - 2008 Page 75 Tối ưu hệ thống điều khiển tự động hóa q trình sản xuất n ∑ aijxj (≤, =, ≥)bi Thoả mãn miền ràng buộc D  j =1  xj ≥  (4.2), (4.3) Nếu gặp tốn (tìm cực tiểu) n f(x) = f(x) = ∑ cjxj → (4.4) j =1 x∈D (4.5) Ta chuyển toán Max tương đương sau: {f ( x) = − f ( x) = −∑ cjxj → max (4.6),(4.7) x∈D Nếu x* = (x1*, ,xn*) phương án tối ưu tốn Max (4.6)-(4.7) x* phương án tối ưu toán Min (4.4)-(4.5) fmin = - f max Giả sử x’ phương án tối ưu toán Max(4.6)-(4.7) ⇒ f n max =- ∑ j =1 n n j =1 j =1 n cjx*j ≥ - ∑ cjxj ∀ x ∈ D j =1 ⇒ ∑ cjx*j ≤ ∑ cjxj ⇒ x* phương án tối ưucủa toán (4.4),(4.5) n fmin = - f max (= ∑ cjx*j ) j =1 Vì vậy, ta có tương ứng 1-1 toán Max toán Min 3) Sự tương đương dạng chuẩn dạng tắc Người ta thường xét tốn quy hoạch tuyến tính dạng sau (dựa vào miền D) Bất kì QHTT đưa dạng chuẩn dạng tắc nhờ phép biến đổi tương đương sau: ∑ aijxj ≥ bi ⇔ ∑ (-aij)xj ≤ -bj ( ∑ a’ijxj ≥ b’j) Chuyển ràng buộc đẳng thức (chặt) thành ràng buộc bất đẳng thức (lỏng) Trần Ngọc Dũng – CH – TĐH – 2006 - 2008 Page 76 Tối ưu hệ thống điều khiển tự động hóa q trình sản xuất ∑ ∑ aijxj ≤ bi aijxj = bi ⇔  ∑ (−aij ) xj ≤ −bi Một biến xj khơng bị ràng buộc dấu, thay hiệu biến không âm cách đặt: xj = xj’ – xj’’ với xj’,xj’’≥ (chuyển ràng buộc dấu) Một ràng buộc n ∑ j =1 n ∑ aijxj + yj = bi ) aijxj ≤ bi thay  j =1  yi ≥  yi gọi biến phụ (chuyển ràng buộc lỏng → chặt): thực hành nên đánh số tiếp xk Về nguyên ắc, áp dụng nhiều lần phép biến đổi & ta đưa tốn QHTT dạng chuẩn Sau áp dụng nhiều lần phép biến đổi 4, ta đưa dạng tắc Như vậy, hồn tồn giải tốn đầy đủ trường hợp - Dạng chuẩn, dạng tắc - Dạng Min, dạng Max - Phi tuyến tuyến tính 4.3.2 Xây dựng giao diện Giao diện chương trình sau: Trần Ngọc Dũng – CH – TĐH – 2006 - 2008 Page 77 Tối ưu hệ thống điều khiển tự động hóa q trình sản xuất Hình 4.1 Form Với function là: tối ưu – toán vận tải Khi nhấn vào file sổ mục: open exit để chọn chuột Hình 4.2: Form ấn vào Function chọn cực tiểu chi phí Dữ liệu đầu vào cho dự án, định form u cầu khảo sát tính tốn theo kế hoạch: Trần Ngọc Dũng – CH – TĐH – 2006 - 2008 Page 78 Tối ưu hệ thống điều khiển tự động hóa q trình sản xuất TẬP ĐỒN DẦU KHÍ QUỐC GIA VIỆT NAM CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh Phúc Viện Dầu khí Việt Nam Hà Nội, Ngày tháng Năm 2008 số: ID Mat_hang TiVi YÊU CẦU DANH MỤC THIẾT BỊ Nhu cầu Duyệt Duyệt Duyệt (chiếc) tỉ lệ 2007 2008 (chiếc) (chiếc) (chiếc) Đơn giá ($) Tổng chi phí ($) Ghi TuLanh MayGiat 4 Aptomat Contctor Monitor PLC Camera Tổng ngân sách Nơi Nhận: 9200 Ban kế Hoạch Bảng 4.3: Bảng đầu vào liệu cho chương trình Bảng input data, hồn tồn chỉnh để nhập, xuất theo form chuẩn thuận tiện cho công việc quản lý văn chuẩn isoo cho doanh nghiệp Toàn giới hạn cấu hình sau lưu sở liệu tổng kết qua excel đưa bảng chương trình Hình 4.4: cấu hình mục tiêu cho mơ hình Trần Ngọc Dũng – CH – TĐH – 2006 - 2008 Page 79 Tối ưu hệ thống điều khiển tự động hóa q trình sản xuất 4.3.4 Kết Hình 4.5: chạy xuất kết dạng form CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh Phúc Hà Nội, Ngày tháng Năm 2008 TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ QUỐC GIA VIỆT NAM Viện Dầu khí Việt Nam số: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH DANH MỤC THIẾT BỊ ĐẦU TƯ CHO DỰ ÁN ID Duyệt 2008 (chiếc) Nhu cầu Mat_hang (chiếc) CPU HDD camera Aptomat Contactor Monitor PLC sensor tổng ngân sách (chi phí tối thiểu) Nơi Nhận: BP dự án Lưu Đơn giá ($) 890 120 365 Tổng chi phí ($) 4450 840 2920 8210 Ban Quản Lý Đầu Tư Khoa Học Kỹ Thuật Bảng 4.6: Bảng đầu liệu cho chương trình Trần Ngọc Dũng – CH – TĐH – 2006 - 2008 Page 80 Tối ưu hệ thống điều khiển tự động hóa q trình sản xuất Bảng dạng form biểu mẫu quy chuẩn để thuận lợi cho in trình lãnh đạo có thẩm quyền xem xét Như vậy, phần mềm đã: 1) Đưa lời giải cho tốn tối ưu hố chi phí tối đa hố lợi nhuận với nguồn lực hữu hạn Làm cứ, sở để lựa chọn phương án tối ưu 2) Bài tốn tìm đường v chi phí cịn có nhiều vướng mắc nên em chưa hoàn thành 3) Kết xuất file text excel 4.3.5 Nhận xét Với phương pháp chung giải thuật toán, biện pháp sử dụng phần mềm hồn tồn biến đổi các: - Ràng buộc - Hàm mục tiêu - Toán học hoá lĩnh vực khác Để giải lớp toán tối ưu nguồn lực, lựa chọn so sánh phương án, khâu quan trọng tầng hệ thống tự động hố điều khiển q trình sản xuất Do thời gian trình độ cịn có hạn, nên phần mềm giải số hàng nghìn tốn tối ưu, nhiên lĩnh vực tối ưu vô đa dạng, nên việc tuyến tính hố, mơ hình hố cịn gặp nhiều khó khăn chưa đảm bảo độ xác, em mong có thêm thời gian, phát triển thuật toán, phương pháp khảo xác độ xác mơ hình Ngày nay, khơng giải phương pháp tuyến tín hố, nhờ máy tính phát triển, việc giải tốn phi tuyến hồn tồn thực được, hướng phát triển luận văn ứng dụng phi tuyến, quy hoạch lồi… thành tựu toán học tối ưu để đưa lời giải sát cho hệ thống Trần Ngọc Dũng – CH – TĐH – 2006 - 2008 Page 81 Tối ưu hệ thống điều khiển tự động hóa q trình sản xuất KẾT LUẬN Trong thời đại ngày khoa học công nghệ phát triển nhanh Dựa thành tựu công nghệ điện tử, tin học, tự động hóa có tốc độ phát triển cao Hệ thống ĐK TĐH QTSX khơng góp phần làm giảm nhẹ sức lao động chân tay mà cịn giảm nhẹ sức lao động trí óc người Hệ thống ĐK TĐH QTSX giúp nâng cao suất lao động, nâng cao chất lượng sản phẩm đưa lại hiệu kinh tế to lớn Vì hệ thống ĐK TĐH QTSX ngày ứng dụng rộng rãi trở thành tiêu để đánh giá trình độ tự động hóa nhà máy, doanh nghiệp Luận văn này, em xin trình bày hướng vơ vàn vấn đề giúp tối ưu cho hệ thống doanh nghiệp Đối tượng đề tài nghiên cứu dựa tảng MPR II quản lý nguồn lực Viện Dầu khí Việt Nam Đưa phương án tối ưu để có giá trị tham khảo tư vấn nhân tố đảm bảo thành công cho doanh nghiệp Luận văn không tránh khỏi vấn đề tồn tại, hạn chế lực than việc làm thí nghiệm thực tế cịn chưa có nên khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong dẫn ý kiến đóng góp thầy cơ, anh, chị đồng nghiệp để nội dung luận văn hoàn thiện Một lần em xin chân thành cảm ơn thày giáo T.S Nguyễn Huy Phương thầy giáo giúp em hồn thành luận văn này./ Trần Ngọc Dũng – CH – TĐH – 2006 - 2008 Page 82 Tối ưu hệ thống điều khiển tự động hóa q trình sản xuất Tài liệu tham khảo Bùi Minh Trí - Tốn Tối Ưu – nhà xuất Khoa học Kỹ thuật GS.TS Nguyễn Cơng Hiền - Giáo trình Hệ thống điều khiển tự động hóa Q trình sản xuất – mơn tự động hóa ĐHBK Hà Nội GS.TS Vũ Văn Khiêm - Giáo trình “ Quy Hoạch Tuyến Tính” – trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội ” Hệ thống Hoạch định nguồn lực doanh nghiệp, Hà Nội, tuyển tập thông báo khoa học hội nghị tồn quốc lần thứ V tự động Hóa 414 – 418 Anh Quang Phan Hoàng - Tự Học Lập Trình C# - Nhà xuất Văn hóa Thơng tin Trần Ngọc Dũng – CH – TĐH – 2006 - 2008 Page 83 Tối ưu hệ thống điều khiển tự động hóa q trình sản xuất Phụ lục Trần Ngọc Dũng – CH – TĐH – 2006 - 2008 Page 84 Tối ưu hệ thống điều khiển tự động hóa q trình sản xuất TĨM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN NỘI DUNG Chương I: Tổng Quan Chung Nêu khái quát cấu trúc chung Hệ thống Tự động hố Điều khiển q trình sản xuất tìm hiểu nguồn lực hệ thống tự động hố q trình sản xuất, sau phân tích vai trò tối ưu nguồn lực Viện Dầu khí Việt Nam Chương II: Cơ Sở Lý Thuyết Giới thiệu lịch sử tối ưu, phân loại tốn tối ưu, bước để xây dựng mơ hình tốn tối ưu hố q trình sản xuất phương pháp đưa mơ hình tối ưu tuyến tính Giới thiệu hệ thống hoạch định nguồn lực doanh nghiệp MRP II xác định vai trò hỗ trợ phần mềm trình bày luận văn hệ thống Chương III: Xây dựng mơ hình số tốn tối ưu cho Viện Dầu khí Việt Nam Trên sở phân tích thực trang tình hình đầu tư thiết bị Viện, xây dựng mơ hình số tốn tối ưu để tìm lời giải Chương IV: Phần Mềm quản lý tối ưu Chọn giải toán tối ưu chương III để viết chương trình ngơn ngữ C # II, KẾT QUẢ 1) Đã thực - Xây dựng số mô hình tối ưu cho Viện Dầu khí - Lập trình phần mềm cho lời giải toán tối ưu hố chi phí sản xuất 2) Hạn chế - Chưa đủ thời gian phương pháp kiểm chứng độ sát thực mơ hình đưa - Phần lập trình cho tốn tối ưu chi phí vận tải xong phần thuật tốn - Chưa hồn chỉnh form giao diện cho chương trình 3) Hướng phát triển - Tiếp tục hoàn thiện form giao diện chương trình - Mở rộng điều kiện ràng buộc,hàm mục tiêu mở rộng lĩnh vực tối ưu - Kiểm tra phù hợp, lựa chọn mô hình tốn phù hợp với thực tế I) Trần Ngọc Dũng – CH – TĐH – 2006 - 2008 Page 85 Tối ưu hệ thống điều khiển tự động hóa q trình sản xuất Content summarizes I) MENU Chapter I: General Overview Essential to the structure of the system of Automatic Control the production process and studying the basic resources in the system automating the production process, then analyzing the role of optimal resources for the Institute of Petroleum Viet Nam Chapter II: Organization Theory Introduction history optimization, classification of accounting items optimization, the steps to build models of items accounting for optimizing the production process, and methods of bringing about the optimal model of linear equations introduced MRP II, and define the role of supporting software presented in this text with the system Chapter III: Building a model some items accounting for optimal of VPI Based on analysis of sites on the investment in equipment Institute, building models of some accounting items to find the optimal oil Chapter IV: Software management optimization Select items and accounting at the optimal III to write programs in C # language II, RESULTS 1) has been implemented - Build a number of models optimized for Viet Nam Petroleum Institute - Programming software for oil accounting items optimize production costs 2) Limit - No full-time and tested method of the model of giving - Due to the limited time, the programming items accounting for optimal transportation costs to finished part algorithms - Not yet complete the form and interface for the program 3) Development - Continue to improve the form and interface program - Expanding the conditions binding, function goals and expand the areas of optimization - Check the suitability, and selected mathematical model more suitable for real Trần Ngọc Dũng – CH – TĐH – 2006 - 2008 Page 86 ... Page Tối ưu hệ thống điều khiển tự động hóa q trình sản xuất CHƯƠNG I TỔNG QUAN CHUNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HỐ Q TRÌNH SẢN XUẤT 1.1 TỐI ƯU TRONG TỰ ĐỘNG HỐ Q TRÌNH SẢN XUẤT Trong năm gần phương pháp tối. .. Page Tối ưu hệ thống điều khiển tự động hóa trình sản xuất 1.1.1 Cấu trúc chung hệ thống điều khiển nhà máy sản xuất Điều khiển xí nghiệp Kế hoạch hóa nguồn lực sản xuất Hệ thống điều hành sản xuất. . .Tối ưu hệ thống điều khiển tự động hóa trình sản xuất MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN CHUNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HOÁ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT 1.1 TỐI ƯU TRONG TỰ ĐỘNG