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第 22 卷第 3 期 系 系 统统 仿仿 真真 学学 报报 Vol. 22 No. 3 2010 年 3 月 Journal of System Simulation Mar., 2010 593 面向过程建模的选矿生产计划调度仿真系统面向过程建模的选矿生产计划调度仿真系统 余 刚 1，郑秉霖1,2，柴天佑1,2 （1.东北大学 教育部流程工业综合自动化重点实验室，沈阳 110004；2.东北大学 自动化研究中心，沈阳 110004） 摘摘 要要选矿生产作为钢铁企业生产的重要原料保障，其生产过程连续、原料处理量大、各个工艺 环节及管理环节相互关联制约， 导致选矿生产计划调度的各种智能优化方法在工程实际应用与验证 中具有一定的风险和难度。针对上述问题，提出了基于提出了基于 PMProduction Modeler的过程建模方法， 建立面向 的过程建模方法， 建立面向UML对象和对象和PM过程的可视化生产流程与智能优化方法相结合的选矿生产计划调度仿真 系统平台， 过程的可视化生产流程与智能优化方法相结合的选矿生产计划调度仿真 系统平台， 开发了相应的软件， 为快速研究开发选矿生产计划调度方法提供有效的集成化仿真测试 环境，系统具有较好的重用性和扩展性。 关键词关键词生产计划调度；PM 过程建模；选矿；业务流程；智能优化方法 中图分类号中图分类号TP391.9 文献标识码文献标识码A 文章编号文章编号1004-731X 2010 03-0593-08 Process Modeling Oriented Production Planning and Scheduling Simulation System for Mineral Processing YU Gang1, ZHENG Bing-lin1,2, CHAI Tian-you1,2 1. Key Laboratory of Process Industry Automation, Ministry of Education, Northeastern University, Shenyang 110004, China; 2. Research Center of Automation, Northeastern University, Shenyang 110004, China Abstract Mineral Processing production is an important raw material supply insurance for steel enterprise, and the process with features such as continuous, massive raw material and restriction in process segments make the application of planning and scheduling optimization s in mineral process plant online hard. To deal with this problem, a process modeling approach based production modeler PM was proposed, and a visual production process oriented planning and scheduling simulation system for mineral processing was established based on UML object and PM process modeling combined with optimization s, and the corresponding software was developed. The system has reusability and expansibility and can supply the integrated simulation test environment for s research of mineral processing planning and scheduling. Key words production planning and scheduling; process modeling based on production modeler; mineral processing; business processing; intelligent optimization 引引 言言1 选矿生产是整个钢铁生产的重要组成部分， 是对各种原 矿石进行加工的基础工业。选矿生产处理多品种大批量原 料， 其产品铁精矿是保证钢铁企业后续工序平稳生产的重要 原料保障。随着选矿生产自动化程度逐步提高，基于三层结 构[1-3]ERP/MES/PCS的选矿生产制造执行系统将选矿企业 管理信息系统和选矿生产控制系统有效地集成在一起, 对 于在具有各自处理逻辑、数据类型和通信机制的一个个“信 息孤岛”之间建立信息交互的桥梁具有重要作用。选矿生产 计划调度系统是选矿企业制造执行系统MES中的重要组 成部分， 对于保证生产系统的正常运转并使系统处于最佳的 生产状态起着非常关键的作用。 选矿生产制造执行系统起初侧重于选矿生产过程关键 生产数据的采集分析。然而选矿生产管理的要求也越来越 收稿日期收稿日期2008-09-17 修回日期修回日期2008-11-13 基金项目基金项目国家自然科学基金重点项目60534010；国家 863 计划 2006AA040307；高等学校学科创新引智计划B08015. 作者简介余刚作者简介余刚1980-，男，湖南岳阳人，博士生，研究方向为流程工 业制造执行系统，生产计划调度系统与智能优化方法等研究；柴天佑柴天佑 1947-，男，甘肃兰州人，教授，博导，中国工程院院士，研究方向为 自适应控制，智能解耦控制与复杂工业过程综合自动化系统。 高， 选矿企业对其生产管理系统不只要求数据采集与信息交 互的功能， 并且要求提供快速响应市场外部环境与车间生产 内部动态环境变化、 优化选矿企业综合生产目标和合理分解 选矿生产计划、 以节能增效为目的有效安排设备运行和协调 选矿生产水电气能源供应等管理功能。 目前有一些关于选矿 生产计划调度方法的研究， 如文[4]把选矿综合生产指标作为 约束条件， 将周精矿品位违反惩罚量与选矿生产成本之和表 示成目标函数， 通过求取目标函数极值优化每周的原矿投入 量， 文[5]建立了以精矿品位、 精矿产量及精矿成本等指标偏 差量最小为优化目标的多目标规划模型， 并应用改进的多目 标粒子群算法对其进行了求解。 由于选矿生产作为钢铁企业生产的重要原料保障， 且其 生产过程连续不可间断、能耗高、原料处理量大，各个工艺 环节相互关联制约、生产控制实时性要求高。这决定了选矿 生产计划调度的各种智能优化方法的工程实际应用与验证 具有一定的风险和难度。 针对上述问题。 本文提出建立面向对象建模和过程建模 的选矿生产计划调度仿真系统并结合选矿生产过程控制系 统，为测试或应用不同选矿生产业务管理与生产执行流程、 各种选矿生产计划调度优化或智能方法、提供仿真系统平 台。 第 22 卷第 3 期 Vol. 22 No. 3 2010 年 3 月 系 统 仿 真 学 报 Mar., 2010 594 1 选矿工艺流程选矿工艺流程 铁矿石选矿生产过程分为原矿生产、竖炉焙烧、磨矿与 磁选、精矿生产和尾矿处理五个作业流程，如图 1 所示。 原矿 处理 精矿 处理 过程 尾矿 处理 过程 尾 矿 坝 烧 结 厂 焙烧 过程 磨矿 过程 矿仓 矿槽 磨矿 过程 矿仓 强磁选 过程 脱水 过程 弱磁选 过程 精 矿 库 废石山 粉矿堆 取料场 原矿 块矿 粉矿 焙烧矿 废石 精矿 尾矿 精 矿 尾矿 尾矿 尾矿 精 矿 精 矿 粉矿 图 1 选矿生产过程工艺流程图 原矿经过原矿处理筛分出块矿和粉矿。 块矿经竖炉焙烧 产生培烧矿，焙烧矿通过磨矿、弱磁选过程产生弱磁精矿和 弱磁尾矿。粉矿通过磨矿、强磁选过程产生一定品位的强磁 精矿和强磁尾矿。 强磁精矿和弱磁精矿都进入精矿大井进行 浓缩脱水处理后输送到精矿库，作为烧结厂原料。强磁尾矿 和弱磁尾矿都进入尾矿大井，进行浓缩脱水后运往尾矿坝堆存。 2 选矿生产计划调度过程描述选矿生产计划调度过程描述 选矿生产计划调度主要任务是将选矿企业中综合生产 目标通过生产计划的一体化编制、 计划分解与详细生产排程 等转化为选矿生产实际操作指令与数据并传递给 PCS 系统 完成，对生产过程进行监控，根据选矿车间实际生产状况对 生产计划与调度安排进行调整。同时对各种原矿消耗量、铁 精矿产量与关键质量指标、设备运行参数等进行采集，对各 种水、电、气等能源资源消耗进行统计和分析，将选矿生产 过程中的生产实际状况、生产计划完成情况、资源消耗情况 等及时反馈给选矿企业或上层 ERP 系统。 其过程主要由三大部分组成，如图 2 所示选矿生产运 行设备的计划调度；选矿生产用水、电、气能耗等资源的计 划调度；选矿综合生产指标的分解与转换。 1 选矿生产运行设备的计划调度。目的是通过对选矿 生产设备的合理安排，提供选矿生产设备能力资源的保障。 选矿厂运行设备的计划调度最终的结果为选矿生产主体设 备的启停指令和相关检修计划。 设备检修与运行计划是选矿 生产产量、质量、物耗计划编制过程中生产组织平衡（金属 与产能平衡）的重要依据，当产能平衡不满足要求时，需要 重新调整检修计划与运行计划。 2 选矿生产用水、电、气能耗等资源的计划调度。选 矿厂作为用能单位进行水、电、气等能耗资源的计划调度的 主要目标是通过对选矿生产必须的生产用水、电、气等能耗 资源进行合理的规划， 在保证选矿生产产能与产品质量需求 的基础上尽量降低能耗。 主要分为能源单耗制定与能耗计划 编制。 不同时期内能耗资源的使用约束是编制设备运行计划 与合理分配综合铁精矿产量计划的一个重要依据。 公司月主体设备 定检修 计划 公司月产品产量 质量计 划 公司月物料消耗 计划 公司月能源消耗 计划 公司月 生产经营计划 月生 产计划 周生产计 划 日生 产计划 公司月 生产经营计划 月生 产计划 周生产计 划 日生 产计划 抽取 月主体设备定修时间 边界条件 编制生 产运 行计 划 月运行 时间 停紧时 间 故障时 间 其他时 间 停产天 数 计划员计划员 B1 选矿厂月主体设备 定检修 计划 表 月生产 运行 计划 表 边界条 件 周检修 计划 编制 编制周 生产 运行 计 划 边界条件 计划员 周运行 时间 B2 选矿厂周主体设备 定检修 计划 表 周生产 运行 计划 表 边界 条件 日检修计 划编制 编制日 生产 运行 计 划 停紧时 间 故障时 间 其他时 间 停产天 数 边界条件 计划员 选矿厂日主体设备 定检修 计划表 日生产 运行 计划 表 日运行 时间 B3 抽取 抽取 月精矿产量 月精矿品位 月全选比 月吨精成本 选厂月 原料 消耗计 划 边界条 件 调整原矿 消耗量 金属平 衡 金属 平衡目 标满意 边界条 件 组织 平衡 组织平 衡目 标满 意 Y N 生产组 织平 衡表A Y N 设备台 数 原矿消 耗量 计划员 月综精 产量 计划 月产品 质量 计划 月产品 产量 计划 月物料 消耗 计划 A 周产量 计划 K系列 日产 量参 考 调整 后K系 列日产 量 金属平 衡 金属 平衡目 标满意 边界条 件 边界条 件 周各原矿 消耗量 计划员 Y N 周综精 产量 计划 周产品 质量 计划 周产品 产量 计划 周物料 消耗 计划 A 日产量 计划 K系列 日产 量参 考 调整 后K系 列日产 量 金属平 衡 金属平 衡目 标满 意 边界条 件 边界条 件 日各原矿 消耗量 计划员 Y N 日综精 产量 计划 日产品 质量 计划 日产品 产量 计划 日物料 消耗 计划 精矿品位、强弱 磁精、 尾矿 品位 精矿产量、强精 弱精产 量 各种原矿量、选 矿比及 块矿 率 B1 月生产 运行 计划 （运行 方式 与时 间 ） 月水、 电、 气 能源供 应情 况 能源助 理工程 师 边界条件 月水、 电、 气等 能源 单耗 （定额 ） 计算月 水 、 电 、 气 等能 源 消耗量 计划 月能源 消耗 计划 周生产 运行 方式与 时间 B2 周水电 气能 源供 应情 况 能源助 理工 程师 边界条 件 周水、 电、 气等 能源 单耗 计算周 水、 电、 气等 能源 消耗量 计划 周能源 消耗 计划 日生产运 行 方式与时 间 B3 日水电 气能 源供 应情况 （ 可供量与 能源 质量 情况 ） 能源助 理工 程师 边界条 件 日水、 电、 气等 能源 单耗 计算日 水、电、 气等 能源 消耗量 计划 日能源 消耗 计划 热电厂、动力厂等热电厂、动力厂等 图 2 选矿生产计划调度过程 3 选矿厂综合生产指标的分解与转换。主要是选矿产 量、质量与物料消耗的计划调度。一是确定选矿厂的综合生 产指标，即确定选矿厂的年月度精矿产量、精矿品位、选矿 比、金属回收率。另一方面是将选矿厂的综合生产指标在时 间周期上层层分解成周日产量、质量与物耗能耗计划，最终 将选矿生产日综合生产指标包括日精矿产量、精矿品位、金 属回收率等， 同时结合生产运行设备与能耗资源的计划调度 将最终得到的选矿设备包括竖炉、球磨机、磁选机等的运行 指令与处理原矿、 水电气能耗资源调配指令下达给过程控制 系统与选矿生产车间。 从总体上看选矿生产计划调度是一个具有多目标、 多阶 段、多约束和多扰动特征的一系列决策过程，如何管理这一 具有柔性可变并与选矿生产过程密切交互的业务过程本身 是一个关键问题。 第 22 卷第 3 期 Vol. 22 No. 3 2010 年 3 月 余刚, 等 面向过程建模的选矿生产计划调度仿真系统 Mar., 2010 595 3 选矿生产计划调度策略选矿生产计划调度策略 针对选矿生产计划调度过程的特点， 本文采用如图 3 所 示的选矿生产计划调度策略，在预计划调度阶段，根据选矿 综合生产指标与生产约束条件， 利用选矿生产计划调度员的 经验，采用案例推理、规则推理等智能技术，同时结合选矿 生产计划调度优化模型如线性规划、 非线性多目标规划等方 法，在选矿综合生产指标目标区间范围内以最大化品位 βmax、最大化产量Qmax、最大化金属回收率εmax、 最小化选矿比Kmin、 最小化精矿单位成本Cmin等为目标， 将选矿年月综合生产指标逐步转换成选矿周、日生产计划。 精矿 产量 * Q 精矿 品位 * β 金属 回收 率 * ε 全厂 选矿 比 * K 精矿 单位 成本 * C 周精 矿产 量 ww Q 周精 矿品 位 ww β 周金 属回 收 率 ww ε 周全 厂选 矿 比 ww K 周各 原矿 处 理量 w u wQ i 周生 产设 备 运行 时间 w wTk 周能 耗计 划 wEQq 日精 矿产 量 dd Q 日精 矿品 位 dd β 日金 属回 收 率 dd ε 日全 厂选 矿 比 dd K 日各 原矿 处 理量 du dQ i 日生 产设 备 运行 时间 d dTk 日能 耗计 划 dEQq 计划 调度 逐级 分 解 案例 推理 、规 则 推理 模 型优 化 综合评价 运行 优化 过 程控 制 系统 生 产过 程 SPC 模型 校正 反馈 分析 预报 分析预 报仿 真 - - [Q*L ,Q*H] [β*L , β*H] [ε*L , ε*H] [K*L ,K*H] 选 矿综 合生 产 指 标目 标范 围 边界 条件 选 矿生 产预 计划 调度 Q,β,ε,K Q,β,ε,K 图 3 选矿生产计划分解与指标转换 预计划指标设定在下达前经过预报仿真进行预测， 如果 偏离目标重新调整，最终得到的日综合生产指标如日精矿产 量、精矿品位、金属回收率等下达给综合工序指标优化系统， 进一步将日综合生产指标转化各工序的工艺指标，如磨矿工序 的磨矿粒度、竖炉焙烧工序的一次溢流回收率等，然后转化为 选矿过程控制系统设定值，过程控制系统所控制的底层设备如 球磨机等均为模拟现场设备的数学模型，控制系统使输出跟 踪设定值，从而将综合工序生产指标控制在目标值范围内。 采用图3所示策略， 选矿生产计划调度是一个具有人工 智能、模型优化以及人机交互特征的决策过程，这种过程本 身需要进行有效衔接、灵活配置等管理，本文采用基于对象 与过程建模的方法来解决这类问题， 并且基于这种方法设计 与开发选矿生产计划调度仿真系统。 4 对象建模与基于西门子对象建模与基于西门子 PM 的过程建模的过程建模 系统与过程建模方法很多， 文[6]列出了超过上100种的 系统与过程建模方法。通常分为形式化方法和描述性方法 [7]。比较普遍的过程建模工具包括 IDEF3, Petri Nets, UML, ARIS等[8]，这些建模工具侧重不同目的和使用不同规范， 因此各有利弊。具体差异见表1。 根据实际情况可以结合使用不同方法。鉴于UML对象 建模简洁、 易操作及对象建模领域事实上的标准以及PM过 程建模具有易用、仿真支持、与过程控制层实时交互、避免 对象与过程脱离以及克服大规模实际工程中模型过于复杂 等特点。本系统在分析与设计阶段采用UML建立对象类模 型， 而在系统实现和实施阶段基于PM（Production Modeler） [10]建立业务过程模型BPM或业务流程。 4.1 基于基于 UML 的对象建模的对象建模 如图4所示为选矿生产计划调度UML对象模型包，大 致分成3类选矿MP--Mineral Processing产品定义信息类 模型、选矿生产能力信息类模型、选矿生产信息类模型。这 些模型是组成选矿生产计划调度功能模块的基本元素， 如设 备对象模型MP Equipment Model包含了各种选矿生产物理 对象，过程段（或工段）MP Process Segment Model模型是 用来执行生产步骤所需设备、 物料、 人力资源的逻辑组合[11]， 与产品段Product Segment对应。采用面向对象方式构建系 统模型组件是建立可重用、可扩展仿真系统平台的重要基 础，同时这些基本对象模型也是建立选矿业务过程模型 MP-BPM的基本单元。 以设备对象模型MP Equipment Model为例进行描述， 建立选矿厂对象模型的主要目的是了解工厂的结构和不同 的对象， 在进行选矿生产任务时将会用到特定的生产流程和 工厂对象，物理工厂对象模型分为不同层次，本文根据 表表 1 IDEF3，，Petri Nets，，UML，，ARIS过程建模方法比较过程建模方法比较[8,9] 标准 IDEF3 Petri Nets UML ARIS 方法简易性 非常容易 相当容易取决于版本 相当容易 容易 模型复杂性 非常简单 相当简单但大模型复杂 简单 简单 模型易懂性 非常简单 大多困难 简单 简单 标准化 强 非常弱 相当强 强 一般特征 形式化 不存在或很少 存在很强形式化 部分存在如 OCL 不存在或非常少 可表达性 不是很大 很大 相当大 相当大 动态性 有限 强 有限 有限 协作性 不能 能但模型变得非常复杂 有限协作图 能 多参与者 不能 能但模型变得非常复杂 有限 能 模型验证 不能 强形式化 不能 不能 协作过程建模 模型仿真 不能 能 不能 能 第 22 卷第 3 期 Vol. 22 No. 3 2010 年 3 月 系 统 仿 真 学 报 Mar., 2010 596 哪些资源可用 如何生产 生产的信息 MP Production Capability Model MP Production Definition Model MP Process Segment Capability Model MP Production Plan Model MP Production Schedule Model MP Production Perance Model MP Process Segment Model MP Personnel Model MP Equipment Model MP Material Model 图 4 选矿生产计划调度 UML 对象模型包 ISA-95标准[11]建立物理工厂对象模型，如图5所示。依次 将选矿厂的物理层结构划分为单位Unit、单元Cell、区 域Area和地点Site。 图6所示为建立的选矿工厂物理层次对象。 是执行特定 功能的设备或生产线，具有各自的属性和方法，如焙烧单元 的原矿炉台数、球磨机的启停时间、台时处理量等，对象元 素在其运行过程中响应相应的命令，发布警报和事件，并通 过技术接口如PLC、DCS等描述在工厂模型中。与物理对 象相对应的是逻辑对象或称逻辑对象元素， 用来协作完成整 个制造周期的所有软件组件，可以是计划编制与生产排程 器、物料管理器，数学模型和图形接口等。逻辑单元同样可 以执行功能，响应相应的命令，发布警报和事件。其它对象 模型的结构与功能描述略。 ENTERPRISE SITE AREA PROCESS CELL PRODUCTION UNIT PRODUCTION LINE UNIT WORK CELL May contain 1 or more May contain 1 or more May contain 1 or more May contain 1 or more May contain 1 or more May contain 1 or more Low level equipment used in batch operations Low level equipment used in continuous operations Low level equipment used in repetitive or discrete operations 图 5 ISA-95 工厂模型对象层次结构 钢铁企业 选矿厂 企业 地点/区域 单元 单位 原矿筛分单元 竖炉焙烧单元 球磨磁选单元 精矿尾矿单元 矿槽 振动筛 竖炉 圆筒矿仓球磨机 磁选机 浓缩池过滤机 图 6 选矿工厂物理模型 4.2 基于西门子基于西门子 PM 的过程建模的过程建模 为描述工厂行为，必须同步和协调对象模型元素，包括 物理的或逻辑的对象元素， 以支持代表工厂日常操作的操作 步骤。一旦定义了选矿生产过程的所有对象、生产和管理活 动，必须控制流程包括生产与业务活动执行的顺序、对象活 动间的联系等， 这也是生产过程相对应的业务过程管理的主 要职能，因此有必要进行业务过程建模。 PMProduction Modeler是能建立对象模型与过程模型 的生产模拟环境，本文将基于PM的过程模型定义为 ΣP,RI,O,T,f,F 1 其中P是对象集，即资源集合，包括场所、设备、物料、逻 辑业务等，具有属性Property、方法和事件Event 等；RI, O, T, f表示规则Rule或规则集Rules，其中输入 I是R的前置条件，输出O为后置条件，I/O可以是P的属 性，T是规则R中的动作（变迁）或活动，F是流关系， RRPRRPPPF⊆∪∪∪，表示对象P与P之间， 对象P与规则R之间，规则R与R之间的各种有向连接弧 集合。 如图7表示了一种基本PM过程模型的对象、 规则和流 关系形式， 其中对象P1, P2表示生产资源如图5中的各种工 厂和设备层次对象模型、图4中的物料对象模型等。物理对 象P1与P2之间可以根据实际生产流程进行物料流和信息流 有向连接，规则R1, R2代表不同的业务逻辑，如计划编制、 能力平衡等逻辑过程，R与R、R与P互相之间都能进行信 息流有向连接。 对象P不局限于物理对象， 可以为逻辑对象。 {P1, P2, R1, R2, F}能封装成更高一层的对象P0，可以代表 某个子过程， 利用这种方式避免了一些建模工具将对象和过 程脱离的缺陷，通过基本的对象P、规则R和流关系F可以 进一步组成复杂的实际生产过程和业务流程。 对象P可以包 含规则R，这与Petri网P, T, F中的φTP∩不同，但PM过 程模型中的规则RI, O, T, f相当于三元组Petri网P, T, F， 其中I/O集合相当于Petri网模型库所P集，R中的T, f分别 与Petri网中的T, F相当。因此规则或规则集R可认为是一 个封装的三元组Petri网，φTOI ∩∪, φ≠TOI ∪∪, OI TTOIf∪∪∪⊆。 R1 Logical P1 physical P2 physical R2 Logical 物料流有 向连接弧 信息流有向连接弧F 可封装成上一层P0 图 7 PM 过程模型中的对象、规则和流关系 第 22 卷第 3 期 Vol. 22 No. 3 2010 年 3 月 余刚, 等 面向过程建模的选矿生产计划调度仿真系统 Mar., 2010 597 PM过程模型中的规则RI, O, T, f定义一系列业务对象 执行的活动。使用规则定义业务将语言规则图形化、语义图 形化， 如图8所示为控制业务流程规则结构的部分基本控制 元素以及对应的图形化语义表示。 图9所示为规则R的图形化表示， 规则的入口为根元素 Root，PM过程模型有事件驱动（event-driven）和任务驱 动（task-driven）方式，如订单/工单下达、能力平衡、任务 分派、物料就绪、成分波动等，其基本原理是通过对象P的 事件event或方法来触发相应规则，而规则的输入 输出为对象P的属性参数或变量， 规则中的内部变迁动作T 可以是一个逻辑操作（如条件、分支、循环等） ，也可以是 嵌套的其它规则（如图9中T1-R1、T2-R2所示） 。 为了在生产流程中有效使用业务规则，可以封装并且 “暴露”规则和方法，“显式”表示驱动组件功能的规则， 用“显 式规则”[10]方法，制造活动被清晰定义和程序化，一定程度 减少了复杂性并保持组件的通用性。 对象P的属性含有与过 程控制系统或实际对象相联的变量cube variable或参数时， PM过程模型P, R, F可通过实时数据管理实现与实际生产 过程和控制系统的交互集成，这是PM过程建模的一个优 点。 4.3 面向对象和面向对象和 PM 过程模型的可视化计划调度流 程管理 过程模型的可视化计划调度流 程管理 根据ISA95标准[11]，生产过程必须以一种通用的、参 数化的方式定义，流程管理采用框架的形式，通过预先灵活 配置处理流程的控制逻辑将各种组件组织在一起， 开发与使 用过程不用或尽可能不用再编写控制逻辑来组织组件之间 的交互， 而是通过图形的方式和显式规则方法将选矿工厂物 理对象如实际的装置、设备和逻辑对象如功能组件、软件包 及应用程序等组织协调起来完成对选矿工厂与业务模型的 创建、计划调度流程的设计、生产操作的执行等。而采用面 向对象和PM过程建模的选矿生产过程MP-Production Process管理满足这些需求。 选矿生产流程图10所示为与图1中选矿生产工艺流 程相对应的基于PM对象与过程建模的某选矿厂的工厂与 生产流程管理示例，采用面向对象的方法建立了与图5-6相 对应的选矿物理工厂层次对象， 并参照选矿现场实际生产过 程基于PM过程建模组装成模拟流程， 整个生产流程划分为 多个区域与单元如矿石筛分单元、 焙烧单元、 强磁磨选单元、 弱磁磨选单元、精矿处理单元、尾矿处理单元等。加工对象 PUnit之间或生产单元之间PCell既包含物料流数据传递 PP ⇒，也包含信息流数据传递P→P。 选矿生产业务流程 本文所指的选矿生产业务流程是相 对选矿生产工艺流程而言， 是指围绕选矿生产过程跨时间和 地点的一系列工作活动，活动包括开始、结束和清晰定义的 输入输出以及参与者。 其中跨时间体现在业务活动需要处理 不同周期内的选矿生产目标、计划编制、指标转换和调度执 行等问题，跨地点体现在需要明确各选矿生产作业区、车间 职责以及调度室、办公室、指挥中心生产协调及任务准则等 问题。其中参与者不仅仅是指参与人员，在仿真环境下可以 是参与模型如决策、扰动及优化求解软计算等模型。 False False output True True output Caller and ornot Condition Multi-Condition Switch case LoopLoop in LoopParallel/Switch 事件驱动event driven 任务驱动task driven 规则嵌套 方法调用 局部变量local variable 显式规则 组件 Root set variable T1 T2 R1 R2 f1 f2 f3 f4 f5 f6f7 f8 fn 图 8 PM 流程控制结构基本图形元素 图 9 规则 R 的图形化表示 图 10 选矿工厂与生产流程管理 图 11 选矿生产业务流程管理 第 22 卷第 3 期 Vol. 22 No. 3 2010 年 3 月 系 统 仿 真 学 报 Mar., 2010 598 如图11所示为与图2对应的基于PM业务过程建模的 选矿生产计划调度流程PL0的一个简单示例，此流程或其 子过程可简略描述为如下形式 ProcessΣ Parameters Arguments variables such as *** ,,Qβε Local variable Output variables such as , , , ix Qβ Rules ID Ri, represent rule i I/O the property value of object Pj T Ti or Stepi in rules, which call event-type action or -type action such as LP, NLP model and GA, PSO , and rule can be exposed as flow fi,j, from Stepi to Stepj Objects Pj Materials /Output materials ID i mat, i fmat Quantity ix,iy Equipments ID {,,,} jjjjj equnit cellpsenterprise∈ Property capability of j eq Runtime t Event i event i Flows Material flows , i jF ⇒ , material flow from i eq to j eq Ination flows , i j f 将选矿生产计划编制与调度执行等管理过程划分成不 同粒度易于嵌套，调整，拆分合封装的多个子过程或子PM 业务过程模型PL1-PL9，PL0可视为一个“大”封装的业 务逻辑规则R0，是基于目标或任务驱动的一个业务流程， 其输入I是选厂企业综合生产目标（如精矿产量、品位、回 收率等） 以及边界条件 （如选矿石种类、 属性、 设备定检修、 能源限制等） ， 即R0是由企业对象PEnterprise的目标驱动 的。 子过程或业务模型PL1-PL9是规则R0的各步动作 （或 变迁）T1-T9，动作T可进一步嵌套和“小”封装更细粒度的 业务规则或多个子业务规则流程，活动T既可以通过事件 event或任务task驱动，也可以在活动T中调用其它方法， 如活动T2即PL2为一个封装的选矿生产月计划编制子过 程，可在T2中进一步调用被封装的数学模型如LP,NLP或 方法如GA,PSO等对选矿生产计划进行优化， 这样在过程中 灵活和动态调用人工智能或模型优化组件将显著增加生产 能力及计划调度决策支持能力[12]。 业务流程R0的输出O是 经过选矿生产子业务模型PL1-PL9得到的日综合生产指 标设定、设备运转方案、运行时间、原矿选取方案、能耗设 定等信息，选矿生产业务流程服务于并驱动选矿生产流程。 这样通过PM业务过程模型将不同级别的工厂生产对象 PEnterprise-PUnit以及选矿企业的生产目标和车间响应有 机结合在一起。 最终形成的选矿生产工厂对象、方法、生产流程、业务 规则等可以封装成知识库KBKnowledge Base的形式， 能满 足灵活扩展、复制重用与更新调整等需求。 5 智能优化方法在仿真系统中的应用智能优化方法在仿真系统中的应用 通常流程管理本身并不完