流程工業(yè)生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化方法

前言

　　隨著流程工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的大型化、激烈的市場競爭和市場需求的多樣化，現(xiàn)代企業(yè)不但對過程控制的要求越來越高，而且對優(yōu)質(zhì)、高效的生產(chǎn)管理的要求也越來越強(qiáng)烈。自動化孤島模式已不再適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)要求，國內(nèi)外企業(yè)界已把注意力轉(zhuǎn)移到節(jié)能降耗、少投人多產(chǎn)出的高效生產(chǎn)模式上，即集直接數(shù)字控制、監(jiān)控優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)度、經(jīng)營決策等功能于一體的綜合自動化模式。　　生產(chǎn)管理與調(diào)度是綜合自動化系統(tǒng)的核心，直接關(guān)系到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。隨著綜合自動化的實(shí)施，人們已認(rèn)識到，單純提高個別生產(chǎn)裝置的控制水平，尋求局部最優(yōu)的投入產(chǎn)出比遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于提高整體調(diào)度水平的投人產(chǎn)出比。因此，調(diào)度優(yōu)化技術(shù)在企業(yè)的應(yīng)用必將進(jìn)一步推動我國企業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，給國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。　　人們?yōu)槭裁磳φ{(diào)度如此感興趣，而且不遺余力地研究各種方法去解決調(diào)度問題？最根本的原因除調(diào)度能帶來很大的經(jīng)濟(jì)效益外，調(diào)度優(yōu)化還是一個NP完全問題，也就是說，隨著調(diào)度問題規(guī)模的增加，求解調(diào)度問題所花費(fèi)的時間是呈指數(shù)性增加的，而非多項(xiàng)式性的增加。另外，幾乎每一個生產(chǎn)環(huán)境都是唯一的，很難用一個生產(chǎn)環(huán)境的調(diào)度方案去解決另一個生產(chǎn)環(huán)境的生產(chǎn)調(diào)度問題。所以，人們期望尋找一種調(diào)度方法，在類似的生產(chǎn)環(huán)境中，只需做一些較為簡單的修改，就可適用到另一生產(chǎn)環(huán)境中?！　”緯饕槍α鞒坦I(yè)中的間歇過程和連續(xù)過程介紹生產(chǎn)調(diào)度的建模方法、優(yōu)化算法以及調(diào)度軟件的設(shè)計(jì)方法。在建模方面，首先介紹了本書的基本調(diào)度模型——間歇過程生產(chǎn)調(diào)度的確定型混合整數(shù)線性規(guī)劃模型，然后討論了幾種考慮不確定因素和利用經(jīng)驗(yàn)規(guī)則的生產(chǎn)調(diào)度建模方法；在優(yōu)化算法方面，本書主要介紹了智能搜索算法和模型的求解策略；最后提出了一種調(diào)度優(yōu)化軟件的設(shè)計(jì)方法供大家參考。希望本書能夠進(jìn)一步推動流程工業(yè)生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化的研究和應(yīng)用。

內(nèi)容概要

本書以流程工業(yè)生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化問題為研究背景，介紹了流程工業(yè)生產(chǎn)過程的特點(diǎn)以及生產(chǎn)調(diào)度在綜合自動化系統(tǒng)中的地位和作用；并且較為系統(tǒng)地討論了間歇過程和連續(xù)過程生產(chǎn)調(diào)度的建模方法和相應(yīng)的數(shù)學(xué)規(guī)劃模型，介紹了相應(yīng)的啟發(fā)式求解策略和求解算法，最后對生產(chǎn)調(diào)度軟件的設(shè)計(jì)作了簡要說明。為了便于讀者進(jìn)一步的研究和理解，書中還給出了一些典型的仿真實(shí)例。    本書可作為系統(tǒng)工程專業(yè)的研究生和高年級本科生的教材，也可供從事生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化研究的教師和工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

前言第1章  緒論  1.1  引言  1.2  流程工業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)  1.3  流程工業(yè)綜合自動化與生產(chǎn)調(diào)度    1.3.1  流程工業(yè)綜合自動化    1.3.2  流程工業(yè)的生產(chǎn)調(diào)度  1.4  流程工業(yè)生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化模型  1.5  調(diào)度優(yōu)化算法  1.6  流程工業(yè)生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化軟件    1.6.1  調(diào)度模型的優(yōu)化求解軟件    1.6.2  流程工業(yè)調(diào)度軟件  參考文獻(xiàn)第2章  流程工業(yè)優(yōu)化調(diào)度模型  2.1  引言  2.2  流程工業(yè)生產(chǎn)調(diào)度建模的基礎(chǔ)知識    2.2.1  流程工業(yè)的生產(chǎn)流程描述    2.2.2  流程工業(yè)的基本調(diào)度框架    2.2.3  調(diào)度模型分類    2.2.4  調(diào)度模型的時間劃分和表達(dá)  2.3  間歇過程調(diào)度模型    2.3.1  間歇過程生產(chǎn)調(diào)度特點(diǎn)    2.3.2  混合整數(shù)規(guī)劃    2.3.3  基于離散時間表達(dá)的間歇過程MILP優(yōu)化調(diào)度模型    2.3.4  基于連續(xù)時間表達(dá)的間歇過程MILP優(yōu)化調(diào)度模型    2.3.5  考慮不確定性的魯棒調(diào)度模型    2.3.6  考慮不確定性的模糊規(guī)劃調(diào)度模型  2.4  連續(xù)過程調(diào)度模型    2.4.1  連續(xù)過程生產(chǎn)調(diào)度特點(diǎn)    2.4.2  基于離散時間表達(dá)的連續(xù)過程MINLP調(diào)度模型    2.4.3  連續(xù)過程廣義析取規(guī)劃調(diào)度模型  參考文獻(xiàn)第3章  模型優(yōu)化求解算法  3.1  粒子群優(yōu)化算法    3.1.1  粒子群優(yōu)化算法的基本原理    3.1.2  粒子群優(yōu)化算法的基本流程    3.1.3  粒子群優(yōu)化算法的改進(jìn)算法  3.2  分組比較遺傳算法    3.2.1  基本遺傳算法    3.2.2  分組比較遺傳算法  3.3  極值進(jìn)化算法    3.3.1  極值優(yōu)化    3.3.2  個體搜索性能分析    3.3.3  組合優(yōu)化問題解的模式    3.3.4  基于模式的極值進(jìn)化算法    3.3.5  收斂性  3.4  人工魚群算法    3.4.1  魚群行為分析    3.4.2  人工魚模型    3.4.3  算法描述    3.4.4  魚群算法的改進(jìn)機(jī)制    3.4.5  算法特點(diǎn)  3.5  調(diào)度模型優(yōu)化求解實(shí)例分析及軟件介紹    3.5.1  調(diào)度模型優(yōu)化求解實(shí)例分析    3.5.2  優(yōu)化求解軟件介紹  參考文獻(xiàn)第4章  模型優(yōu)化求解策略  4.1  兩階段粒子群優(yōu)化策略    4.1.1  算法的設(shè)計(jì)思想    4.1.2  算法的描述    4.1.3  算法小結(jié)  4.2  基于空間收縮的并行演化策略    4.2.1  算法的主要思想    4.2.2  算法小結(jié)    4.2.3  調(diào)度模型求解實(shí)例分析  4.3  基于空間劃分的分解算法    4.3.1  混合整數(shù)規(guī)劃模型的空間自然劃分    4.3.2  生產(chǎn)調(diào)度模型的分解算法    4.3.3  算法小結(jié)    4.3.4  調(diào)度模型求解實(shí)例分析  4.4  基于網(wǎng)格劃分的混合搜索策略    4.4.1  算法主要思想    4.4.2  用網(wǎng)格來實(shí)現(xiàn)空間的劃分和收縮    4.4.3  算法小結(jié)    4.4.4  調(diào)度模型求解實(shí)例分析  4.5  基于區(qū)域限定與約束指導(dǎo)的模擬退火求解策略    4.5.1  模擬退火算法    4.5.2  半限定數(shù)學(xué)方法與決策變量的限定    4.5.3  具有約束指導(dǎo)的模擬退火算法    4.5.4  算法小結(jié)    4.5.5  調(diào)度模型求解實(shí)例分析  4.6  基于分解協(xié)調(diào)的人工魚群策略    4.6.1  從人工魚到魚群生態(tài)系統(tǒng)    4.6.2  系統(tǒng)的分解與魚群的分類    4.6.3  有協(xié)調(diào)和約束的魚群算法描述    4.6.4  算法小結(jié)  參考文獻(xiàn)第5章  流程工業(yè)生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法  5.1  流程工業(yè)生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)的功能和數(shù)據(jù)需求    5.1.1  流程工業(yè)生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)的特點(diǎn)    5.1.2  流程工業(yè)生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)的功能需求    5.1.3  流程工業(yè)生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)需求  5.2  生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)    5.2.1  生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)    5.2.2  生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)與模塊劃分  5.3  人機(jī)界面設(shè)計(jì)    5.3.1  人機(jī)界面設(shè)計(jì)基礎(chǔ)    5.3.2  流程工業(yè)生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計(jì)  5.4  模型庫設(shè)計(jì)    5.4.1  模型庫系統(tǒng)的重要性和功能    5.4.2  模型庫系統(tǒng)的構(gòu)成    5.4.3  模型庫的設(shè)計(jì)方法  5.5  算法庫設(shè)計(jì)    5.5.1  算法庫系統(tǒng)的重要性和功能    5.5.2  算法庫和模型庫之間的關(guān)系    5.5.3  算法庫和數(shù)據(jù)庫之間的關(guān)系  5.6  數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)    5.6.1  數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)基礎(chǔ)    5.6.2  流程工業(yè)生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)  5.7  流程工業(yè)生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例    5.7.1  流程組態(tài)    5.7.2  模型數(shù)據(jù)錄入    5.7.3  調(diào)度模型生成    5.7.4  模型優(yōu)化計(jì)算    5.7.5  結(jié)果輸出    5.7.6  小結(jié)  參考文獻(xiàn)縮略詞注釋表

章節(jié)摘錄

　　流程工業(yè)是以連續(xù)或間歇物質(zhì)流或能量流為主要對象，以化學(xué)反應(yīng)、物質(zhì)交換、能量交換、分離、混合等為主要生產(chǎn)和加工方式的工業(yè)。涉及的行業(yè)包括在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要經(jīng)濟(jì)地位的石油、化工、電力、冶金、制藥、橡膠、建材、輕工、食品、造紙、采礦、環(huán)保、塑料、陶瓷等。流程工業(yè)不僅是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的一個多品種、多層次、服務(wù)面廣、配套性強(qiáng)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，也是在國民經(jīng)濟(jì)中占主導(dǎo)地位的行業(yè)。　　與國外先進(jìn)水平相比，我國流程工業(yè)在不同程度上存在生產(chǎn)工藝落后、自動化水平低、管理水平低、綜合競爭力弱等問題。而隨著國民經(jīng)濟(jì)的增長，面對經(jīng)濟(jì)發(fā)展的巨大需求，我國的流程工業(yè)正在經(jīng)歷著一輪巨大的增長和變革，其特點(diǎn)是在擴(kuò)大產(chǎn)能、優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的同時，加強(qiáng)企業(yè)信息化建設(shè)，提高綜合自動化應(yīng)用水平。流程工業(yè)綜合自動化系統(tǒng)就是將先進(jìn)控制與優(yōu)化技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)、先進(jìn)工藝裝備技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)集于一體，將企業(yè)的生產(chǎn)過程控制、優(yōu)化、運(yùn)行、計(jì)劃與管理作為一個整體進(jìn)行控制與管理，提供整體解決方案，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)的優(yōu)化運(yùn)行、優(yōu)化控制、優(yōu)化管理和科學(xué)決策，從而成為提高企業(yè)競爭力的核心技術(shù)?！　≡诰C合自動化系統(tǒng)中，全面、合理的生產(chǎn)調(diào)度方法不僅有助于提高企業(yè)的綜合自動化水平，而且可以為企業(yè)部門帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益，是提高企業(yè)綜合收益的最有利手段。那么，如何研究流程工業(yè)的生產(chǎn)調(diào)度問題？與其他系統(tǒng)優(yōu)化問題類似，建立完整、有效的數(shù)學(xué)模型是進(jìn)行科學(xué)調(diào)度的第一步，現(xiàn)代發(fā)展起來并逐步繁榮的最優(yōu)化方法則可以幫助我們尋找最好的、滿意的調(diào)度方案或策略。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)，在數(shù)學(xué)模型和優(yōu)化算法的基礎(chǔ)上為決策者提供決策支持，則是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化的關(guān)鍵。本書所要介紹的就是流程工業(yè)生產(chǎn)調(diào)度問題的建模、優(yōu)化和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。

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