活动频率会直接影响所需的液体储存容积：在年度吞吐量相同的情况下，更频繁且更短的活动通常会减少生产与需求之间累积的最大容积。其基本关系近似为 (V_{\text{storage}}=(r_p-r_d)t_{\text{campaign}})，其中 (r_p) 为生产速率，(r_d) 为需求速率，(t_{\text{campaign}}) 为活动持续时间。
持续时间长且频率低的活动会产生更大的液体库存峰值；持续时间短且频率高的活动则会降低这些峰值。如果将年度产量划分为每月活动，而不是一次年度活动，并且速率和运行假设保持可比，则所需的净储存容积大约可以减少至原来的 1/12。
活动频率为何会改变储存需求
储存必须缓冲两种不同的时间模式
生物工艺中试工厂通常将批次生产与相对连续或按计划进行的消耗结合起来。因此，需要储存来吸收物料生产时间与需求时间之间的不匹配。
这同时适用于原材料库存和产品库存。原材料可能会在加工前积累，而在生产活动进行期间，成品的积累速度可能快于下游需求。
基本容积关系
净累积速率为：
[ r_{\text{net}}=r_p-r_d ]
活动期间相应的储存需求为：
[ V_{\text{storage}}=r_{\text{net}}t_{\text{campaign}} ]
其中，(r_p) 根据批次产出量除以活动运行小时数确定，而 (r_d) 则基于总需求容积除以完整周期时间范围确定。
因此，关键的排程变量是：在累积库存被消耗或转移之前，生产将持续多长时间。
年度活动与每月活动的比较
低频年度活动
年度活动会将生产集中在一个较长的运行窗口内。如果在该窗口期间生产量超过需求量，库存就会在整个活动期间持续累积。
由于 (t_{\text{campaign}}) 较大，即使生产速率与需求速率之间只有中等程度的正差值，也可能产生相当大的液体容积。因此，设施可能需要大型储罐、额外的储罐容量，或为多个容器提供更多地面空间。
高频每月活动
每月排程会将年度生产目标划分为持续时间更短的生产活动。每次活动的持续时间缩短，因此累积周期也会缩短。
如果生产与需求关系保持可比，则储存需求几乎会与活动持续时间的缩短幅度成比例下降。将一次年度活动划分为约 12 次每月活动，可以使所需的峰值净储存容积减少约 12 倍。
重要区别：年度吞吐量与峰值库存
更频繁的活动并不一定会减少年度生产或消耗总量，而是减少同一时间所持有的最大数量。
这一点对中试工厂尤其重要。在较短活动以及活动间的消耗或转移步骤具备可操作性的前提下，设施可以在保持相同年度吞吐量的同时使用更小的储罐。
这对中试工厂设计意味着什么
更小的实体占地面积
教学和研究型中试工厂通常面临严格的空间限制。降低峰值液体库存可以让设计人员选用更小的储罐，并减少相关占地面积。
即使这会增加启动、停止、清洁活动和排程事件的次数，高频活动运行仍可能具有吸引力。
降低与储存相关的资本需求
较小的容器可以降低原材料和产品缓冲所需的设备规模，也可能简化安装并改善单元操作周围的通行条件。
评估经济效益时，应将其与更频繁活动所带来的额外人工、清洁、准备和质量控制工作进行比较。
更好地适配共享设备
中试工厂通常使用共享的混合器、反应器、分离器和其他单元操作设备。活动频率和排序会影响这些资产的可用时间，以及必须在储存中等待的物料数量。
优化后的顺序可以减少闲置时间并缩短整个工厂周期，从而进一步减少中间液体或成品液体需要保持储存的时间。
如何计算实际排程的影响
步骤 1：确定年度生产量和需求量
确定规划周期内生产和需求的总容积。需求速率应反映完整周期时间范围，而不仅仅是批次实际运行的小时数。
这样可以避免在工厂存在闲置、转移或周转时间时，高估或低估需求。
步骤 2：确定活动生产速率
计算：
[ r_p=\frac{\text{批次产出容积}}{\text{活动运行小时数}} ]
对于包含多个批次的活动，应使用该活动适用的总产出量和运行时间。
步骤 3：确定净累积速率
计算：
[ r_{\text{net}}=r_p-r_d ]
如果 (r_p>r_d)，库存会在生产期间累积。如果 (r_p<r_d)，活动会消耗库存，而不是建立库存。
步骤 4：乘以活动持续时间
使用：
[ V_{\text{storage}}=(r_p-r_d)t_{\text{campaign}} ]
对于设施设计，相关数值通常是最大库存变化量，其中包括初始库存、转移时间以及任何所需的安全裕量。
步骤 5：对每种排程重复计算
使用相同的生产和需求假设，比较年度、季度、每月或其他活动频率。这样可以直观看到排程的影响，同时避免将频率变化与总吞吐量变化混淆。
了解其中的权衡
12 倍的减少并非必然发生
约 12 倍的比较假设每月排程将有效累积持续时间大致缩短至原来的 1/12，同时保持可比的速率和运行条件。
如果每月活动需要较大的最小批量、较长的准备时间，或活动之间需要保留大量库存，实际储存量的减少可能会小于这一数值。
更频繁的活动会增加运营工作
较短的活动通常意味着以下工作更加频繁：
- 设备准备和清洁
- 物料准备和转移
- 取样和质量检查
- 切换和文件记录
- 排程协调
这些活动可能降低有效生产速率，或产生额外的设备需求。
储存需求可能只是转移，而不是消失
减少一种储存需求可能会产生另一种储存需求。例如，更频繁的活动可能需要为原材料、中间体储罐或临时容器提供准备空间。
因此，完整的物料流模型应考虑所有储存点，而不仅仅是主要产品储罐。
共享设备可能成为限制因素
高频排程可能降低储罐容积需求，但同时增加共享加工设备的压力。如果混合器、反应器或分离器无法在所需时间窗口内使用，则可能无法实现预期的活动频率。
活动排序应与设备能力、闲置时间和所需周期时间结合进行评估。
较小的储罐并不能消除缓冲容量需求
意外延误、批次失败、转移中断或需求变化仍可能造成库存峰值。中试设施应保留适当的应急容量，而不应仅根据理想排程确定储罐尺寸。
根据目标做出正确选择
活动频率应通过平衡储存容量、运营复杂性和设备可用性来确定。
- 如果您的首要目标是最小化设施占地面积：采用持续时间更短、频率更高的活动，以缩短液体累积时间并降低峰值储存量。
- 如果您的首要目标是最大化年度吞吐量：应结合设备排序、切换时间和共享单元的可用性评估活动频率。
- 如果您的首要目标是最小化运营工作量：优先选择较少的活动次数，但应为较长的累积周期提供足够的储存空间。
- 如果您的首要目标是验证中试工厂排程：针对每种拟议频率计算 (r_p)、(r_d) 和 (t_{\text{campaign}})，然后比较所得的峰值库存和运营工作量。
正确的活动频率应在满足吞吐量目标的同时，将峰值库存、设备利用率和运营复杂性控制在实际可行的范围内。
总结表：
| 活动排程 | 对峰值储存量的影响 | 主要优势 | 关键权衡 |
|---|---|---|---|
| 年度或低频 | 库存累积量最高 | 清洁、准备和排程事件较少 | 需要更大的储罐、占地面积和资本投入 |
| 季度 | 中等库存累积量 | 在减少储存量与运营工作量之间取得平衡 | 比年度活动需要更多切换 |
| 每月或高频 | 当速率保持可比时，峰值库存最低 | 储罐更小，空间利用率更高 | 需要更多清洁、转移、质量检查和排程工作 |
| 任何存在延误或最小批量的排程 | 可能需要额外的应急容量 | 对中断具有更强的适应能力 | 理论上的储存节省可能会减少 |
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