炼油厂氢气网络系统调度方法研究

论文摘要

生产调度是流程工业综合自动化系统的关键环节,是连接生产经营管理和生产过程控制的纽带。氢气网络系统是炼油厂典型的生产过程,规模庞大,工艺复杂,数学模型的建立是调度研究的重点。根据炼油行业的实际情况,用数学规划方法建立双目标规划模型。先给出了氢气网络系统的计划模型,由于建立的是双目标优化模型,对于双目标优化问题不易直接求解,根据实际问题,本文先把双目标优化模型通过一个命题转化为两个独立的单目标优化模型,然后运用CPLEX优化工具进行求解,得出了计划模型的最优解。根据计划模型给出了氢气网络系统的调度模型,由于调度模型需要调度时间刻度的划分,而计划模型则不需要,所以调度模型比计划模型复杂的多。对于双目标的计划模型可以转化为单目标问题求解,然而建立的双目标调度模型不能转化为单目标问题进行求解,鉴于此,本文采用了带有精英策略的非支配排序的遗传算法（NSGA-Ⅱ）进行求解,得出了调度模型的非支配解集。用NSGA-Ⅱ算法得到的解是Pareto最优解,而不是真正的最优解。本文还研究了系统考虑氢气系统和不考虑氢气系统的情况下,对于整个生产系统的总利润的影响情况。通过对两种情况比较,得出考虑氢气得到的总利润要比不考虑氢气时系统的利润要大。最后,本文给出了自己的Pareto最优解评价标准,即基于DEA模型的非阿基米德无穷小C2R模型。对算法所得的解建立非阿基米德无穷小C2R模型,找出了相对较好的Pareto最优解。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 生产计划与调度
• 1.2.1 流程工业生产计划
• 1.2.2 流程工业生产调度
• 1.2.3 计划与调度的关系
• 1.3 连续生产过程调度问题国内外研究现状
• 1.3.1 生产调度问题描述
• 1.3.2 连续生产过程调度关键问题
• 1.3.3 调度建模和求解方法
• 1.3.4 炼油厂氢气网络系统调度现状
• 1.4 CPLEX优化求解工具
• 1.5 本课题的主要内容
• 1.6 小结
• 第2章 多目标优化问题
• 2.1 多目标优化问题的数学描述
• 2.2 基本概念
• 2.2.1 Pareto支配关系
• 2.2.2 Pareto最优解定义
• 2.3 多目标优化算法
• 2.4 带有精英策略的非支配排序的遗传算法（NSGA-Ⅱ）
• 2.4.1 约束处理方法
• 2.4.2 快速非支配排序方法
• 2.4.3 确定拥挤度
• 2.4.4 拥挤度比较算子
• 2.4.5 NSGA-Ⅱ算法主流程
• 2.5 本章小结
• 第3章 氢气网络系统生产计划模型研究
• 3.1 引言
• 3.2 生产计划数学模型
• 3.2.1 目标函数
• 3.2.2 约束条件
• 3.2.3 模型转化
• 3.3 实例仿真
• 3.3.1 实例说明
• 3.3.2 实例数学模型
• 3.3.3 模型求解
• 3.4 本章小结
• 第4章 氢气网络系统生产调度模型研究
• 4.1 引言
• 4.2 生产调度方案模型概述
• 4.2.1 目标函数
• 4.2.2 约束条件
• 4.2.3 调度时间尺度的划分
• 4.3 生产调度数学模型
• 4.3.1 目标函数
• 4.3.2 约束说明
• 4.3.3 参数与变量
• 4.4 仿真研究
• 4.4.1 生产调度方案
• 4.4.2 目标函数
• 4.4.3 约束条件
• 4.4.4 计算结果
• 4.4.5 考虑氢气系统和不考虑氢气系统得调度方案比较
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于DEA的调度解集有效性评价
• 5.1 DEA模型概述
• 2R'>5.2 DEA模型C²R
• 2R模型'>5.3 具有非阿基米德无穷小的C²R模型
• 5.4 几个基本概念和定理
• 5.5 Pareto解集的有效性评价
• 5.5.1 算法所得最优解的评价标准概述
• 5.5.2 NSGA-Ⅱ算法Pareto解集的有效性评价
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论和建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢