Overview of Planning and Scheduling for Enterprise-wide Optimization of Process Industries (Übersicht über Planungs- und Feinplanungssysteme für die unternehmensweite Optimierung in der verfahrenstechnischen Industrie

Abstract

Enterprise-wide optimization (EWO) is a new emerging area that lies at the interface of chemical engineering and operations research, and has become a major goal in the process industries due to the increasing pressures for remaining competitive in the global marketplace. EWO involves optimizing the operations of supply, production and distribution activities of a company to reduce costs and inventories. A major focus in EWO is the production optimization, which often requires the use of nonlinear process models. Major operational items include production planning, scheduliOverview of Planning and Scheduling for Enterprise-wide Optimization of Process Industriesng, real-time optimization and control. This paper provides an overview of major challenges in the development of deterministic and stochastic linear/nonlinear optimization models and algorithms for the optimization of entire supply chains that are involved in EWO problems. We specifically review two major challenges: (a) modeling of planning and scheduling, (b) multiscale optimization. We consider two major applications in batch scheduling and crude oil scheduling. We conclude with a brief discussion on future directions. Unternehmensweite Optimierung (Enterprise-wide optimization, EWO) ist ein neues Gebiet an der Schnittstelle zwischen chemischer Verfahrenstechnik und Operations Research. Wegen steigender Wettbewerbsanforderungen auf den globalen Märkten hat es sich zu einem bedeutenden Ziel in der Prozessindustrie entwickelt. EWO umfasst die Optimierung des Betriebs von Versorgungs-, Herstellungs- und Verteilungsaktivitäten von Unternehmen mit dem Ziel der Verringerung von Kosten und Lagerbeständen. Ein wichtiger Bereich von EWO ist die Optimierung der Herstellung, wozu häufig nichtlineare Prozessmodelle erforderlich sind. Produktionsplanung und -feinplanung, Echtzeitoptimierung und Regelung gehören zu den wichtige operativen Aufgaben. Dieser Beitrag liefert eine Übersicht über die wesentlichen Herausforderungen in der Entwicklung von deterministischen sowie linearen/nichtlinearen stochastischen Optimierungsmodellen und Algorithmen zur Optimierung der gesamten Versorgungskette (supply chain), die Teil der EWO-Problemstellung sind. Insbesondere werden zwei wesentliche Herausforderungen besprochen: (a) Die Modellierung von Planungs- und Feinplanungsaufgaben, und (b) die Optimierung auf verschiedenen Zeitskalen (multiscale optimization). Dazu werden zwei Anwendungen der Feinplanung im Bereich Chargenprozesse sowie Mineralölverarbeitung vorgestellt. Eine kurze Diskussion und ein Ausblick auf zukünftige Arbeiten beschließen den Beitrag.