钢铁生产流程的系统动力学建模与动态仿真

论文摘要

本研究的目的是在当前资源严重短缺,环境严重恶化,国家环境政策日益严格的情况下,企业系统如何实现节能减排的目标,进一步提高自身的适应性和国际竞争能力,实现资源的循环利用和企业的可持续发展。物质流分析(SFA)是在一个国家或一个地区范围内,对特定的某种物质(如铝、铜等)或物质组合(如重金属)进行工业代谢研究的有效手段。物质流分析的目的是找到节省天然资源、改善环境的途径,以推动工业系统向可持续发展方向转化。做好物质流分析,才有可能在资源和环境方面提出供决策者参考的建议。通过对钢铁生产流程物质流的分析,找出整个生产过程物质流的流动情况,可以发现在整个流程中,物质流的关键部位,“瓶颈”所在,有利于我们进一步对系统的物质流动进行优化,确保生产的顺利进行；通过对钢铁生产过程能量流的分析仿真,可以搞清楚能量流的流动情况,进一步发现能量的主要消耗点,为节能减排打下良好的基础；把物质流和能量流模型进行耦合,可以动态的反应出能量流随物质流变化的情况,为实现节能找到突破口,实现整个系统的优化,合理的组织生产,实现资源和能源的可持续发展。本文在对钢铁生产流程进行详细调查研究的基础上,建立了钢铁生产流程的各种情况的物流和能流的系统动力学模型,并就不同模型的不同条件情况进行动态的仿真研究,模拟出各种情况下的物流和能流的关系,以及影响因素之间的制约关系,为实现系统的优化,找出改进的突破口提供理论和实践的指导。以系统动力学理论为基础,创建了区域钢铁产品生命周期系统的物质流模型,并对不同生产模式和情景下区域钢铁产品生命周期系统的物质流进行了详细讨论,动态展示了铁流在系统中的流动情况,特别是在不同的生产模式下,回收废钢和投入铁矿石量的变化情况；引入资源效率的概念,分析三种不同生产模式和情景下铁资源效率的不同。为国家制定关于钢铁产品的分类回收和有效利用政策提供决策依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 企业系统节能概述
• 1.2.1 企业系统节能理论的发展
• 1.2.2 企业系统节能研究的方向、途径
• 1.2.3 企业系统节能研究的方法
• 1.3 复杂系统理论和方法概述
• 1.3.1 复杂系统与复杂性的定义
• 1.3.2 复杂系统的特点
• 1.3.3 复杂系统的研究方法
• 1.4 研究内容与方法
• 1.5 本文的创新点
• 第二章 钢铁生产流程和系统动力学方法
• 2.1 钢铁生产流程是一个复杂的过程系统
• 2.1.1 钢铁生产流程系统特点
• 2.1.2 钢铁生产流程的复杂性
• 2.1.3 钢铁生产流程中的“流”与“序”
• 2.2 钢铁生产流程的本质
• 2.2.1 钢铁生产流程中的基本参数和派生参数
• 2.2.2 钢铁生产流程系统的运行方式
• 2.3 系统动力学概述
• 2.4 系统动力学的基本原理
• 2.4.1 系统、模拟和模型
• 2.4.2 反馈系统与反馈回路
• 2.4.3 系统的结构与功能
• 2.4.4 系统的整体性和层次性
• 2.5 系统动力学在钢铁生产流程系统中应用的可行性
• 2.6 系统动力学模型
• 2.7 系统动力学建模工具Vensim介绍
• 第三章 钢铁生产流程建模与仿真
• 3.1 钢铁生产流程物质流分析
• 3.1.1 引言
• 3.1.2 生产工序的物质流图
• 3.1.3 钢铁生产流程的基准物流图
• 3.1.4 钢铁生产流程的铁流图
• 3.2 钢铁生产流程能量流分析
• 3.2.1 引言
• 3.2.2 生产工序能量流图
• 3.2.3 钢铁生产流程能量流分析
• 3.2.4 钢铁生产流程物质流和能量流的耦合
• 3.3 钢铁生产流程系统动力学建模与仿真分析
• 3.3.1 不合格产品或废品返回本工序内部重新处理
• 3.3.2 不合格产品或废品返回上游工序重新处理
• 3.3.3 不合格产品或废品或其他含铁废料从工序直接向外界排出
• 3.3.4 含铁物料从外界输入流程的某中间工序
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于系统动力学区域钢铁产品生命周期物质流分析
• 4.1 引言
• 4.2 钢铁产品生命周期物质流因果关系分析
• 4.3 钢铁产品生命周期物质流系统动力学模型
• 4.4 仿真结果分析
• 4.4.1 钢铁产品生命周期系统中不同生产模式下铁流分析
• 4.4.2 钢铁产品生命周期系统中铁的资源效率分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文