基于混合算法的工业间歇生产与公用工程集成调度方法技术

本发明专利技术公开了一种基于混合算法的工业间歇生产与公用工程集成调度方法，包括：在调度前明确生产子系统和公用工程子系统的已知输入条件，通过集成调度确定生产子系统和公用工程子系统的输出指标；集成调度数学优化模型的建立；包括目标函数的模型建立和约束条件的模型建立；序贯调度数学优化模型建立；通过列队竞争算法和线性规划的混合算法对序贯调度后的数学优化模型进行求解，获得调度期总利润的优化控制方案，实现间歇生产调度子系统与公用工程子系统调度的有效集成，进而最大限度地发挥间歇生产的优越性。挥间歇生产的优越性。挥间歇生产的优越性。

【技术实现步骤摘要】
基于混合算法的工业间歇生产与公用工程集成调度方法


[0001]本专利技术属于工程调度
，更具体地，涉及一种基于混合算法的工业间歇生产与公用工程集成调度方法。

技术介绍

[0002]传统的间歇过程调度只注重生产系统的调度，事实上，除生产系统之外，流程企业一般都存在着复杂的公用工程系统以提供生产过程中所需的各种公用工程(如水、电和不同等级的蒸汽等)。在流程工业间歇生产过程中公用工程的供需必须时刻保持平衡，否则，如供给大于需求将造成能量的严重浪费，反之，将影响生产。因此，从整体而言，流程工业间歇过程的调度必须同步考虑生产系统的调度与公用工程系统的调度。
[0003]一直以来，在流程工业间歇过程中，生产系统与公用工程系统的关系类似于主—从关系，生产系统是排在第一位的，公用工程系统只是作为辅助系统。传统上解决生产与公用工程系统调度问题的方法，又称为序贯方法(Sequential approach)，如下图所示，包括以下三步：
[0004](1)生产系统根据得到的产品需求信息，以生产完成时间为目标(或其他目标)，对整个生产系统进行优化调度，以此得到在调度期内，原材料的使用量、各台设备的加工顺序和加工时间等优化调度方案；
[0005](2)根据得到的最优调度方案，来计算或者估计公用工程的需求量；
[0006](3)公用工程系统按照公用工程的需求量，以能源成本最少(或其他目标)为目标，对公用工程系统进行优化；
[0007]这种模式先不考虑公用工程的供给能力制定出生产计划与产品加工批次安排，预估生产过程中各阶段的公用工量需求量。然后，在生产过程中通过人工经验调节公用工程供给设备的运行状态及负荷分配，以满足公用工程需求。实际上，在企业生产过程中，生产子系统和公用工程子系统一般都存在多种可满足生产条件的调度方案。如何将两个子系统中所有调度方案进行有效的整合，使得给定的目标(如全厂总利润)到达最优，将是一个非常复杂的组合优化问题。因此在此背景下，思考将间歇生产调度子系统与公用工程子系统调度进行集成，最大限度地发挥间歇生产的优越性，同时又能有效减少能源成本。

技术实现思路

[0008]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供一种基于混合算法的工业间歇生产与公用工程集成调度方法，通过将流程工业间歇过程中生产与公用工程看成一个整体，进行集成调度；通过建立集成调度模型和序贯调度模型，采用混合算法对其求解，求解结果证明序贯模型虽然求解困难，但具有较好的目标函数，证明了集成调度模型的优越性和可行性；本专利技术将间歇生产调度子系统与公用工程子系统调度进行集成，使得总利润最优化，最大限度地发挥间歇生产的优越性，同时又能有效减少能源成本；本专利技术的集成方法与序贯方法相比，在节约企业总成本的同时，还能减少污染物的排放，能够有效解决流程工
业生产与公用工程集成调度问题的有效性。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术提供一种基于混合算法的工业间歇生产与公用工程集成调度方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0010]S1：在调度前明确生产子系统和公用工程子系统的已知输入条件，通过集成调度确定生产子系统和公用工程子系统的输出指标；
[0011]S2：集成调度数学优化模型的建立；包括目标函数的模型建立和约束条件的模型建立；
[0012]S3：序贯调度数学优化模型建立；包括如下步骤：
[0013]S31：以投资量最小为目标，以步骤S2建立的约束条件模型对生产系统进行优化调度；
[0014]S32：在步骤S31生产系统优化调度的基础上，计算生产所需公用工程的消耗量；
[0015]S33：根据步骤S32获得的生产所需公用工程的消耗量，对公用工程系统进行优化操作，获得序贯调度数学优化模型；
[0016]S4：通过列队竞争算法和线性规划的混合算法对序贯调度后的数学优化模型进行求解，获得调度期总利润的优化控制方案，实现间歇生产调度子系统与公用工程子系统调度的有效集成，进而最大限度地发挥间歇生产的优越性。
[0017]进一步地，步骤S2中目标函数的模型建立通过式(1)实现：
[0018][0019]其中，min COST表示调度期内的总成本最小值；cf
m
表示燃料的价格；I
n,k,m
表示在事件点n，设备k消耗燃料的量；ELP
n
表示事件点n的买电量；CEL表示买电单价；XSOX
n,k
表示在事件点n，设备k的氧化硫气体排放量；PSOX表示氧化硫气体的排放单价；XGHG
n,k
表示在事件点n，设备k产生的温室气体的量；PGHG表示温室气体的排放单价；K1表示锅炉集合；m表示燃料；M表示燃料集合。
[0020]进一步地，步骤S4包括：
[0021]S41：随机产生K组0
‑
1变量，由K个家族得到K组线性规划问题，通过线性规划分别计算K个家族的目标函数值；
[0022]S42：按照目标函数值的大小，对K个家族进行排列，若为最大化问题，则目标函数值最大的排在最前，目标函数值最小的排在最后；反之，则相反；
[0023]S43：根据每个家族在列队中的位置，确定若干组0
‑
1变量的变异次数；通过变异，由K组父代得到K组子代；通过线性规划计算K组子代的目标函数值；
[0024]S44：比较每个家族子代与父代，保留优秀的个体，并作为下一代的父代；
[0025]S45：重复步骤S42～S44直到达到预先设定的终止条件。
[0026]进一步地，步骤S2中约束条件的模型建立包括物料资源平衡的约束、设备加工能力的约束、存储容量的约束、加工顺序的约束、调度期时长的约束、锅炉燃料消耗与高压蒸汽产生的约束、锅炉在运行过程中的启动和停止的约束、污染物排放的约束、汽轮机物料平
衡的约束、汽轮机能量平衡的约束、汽轮机进汽量的约束、汽轮机损失蒸汽量的约束、不同等级蒸汽量和电量的约束以及公用工程消耗量的约束模型建立。
[0027]进一步地，锅炉燃料消耗与高压蒸汽产生的约束模型通过式(12)表示：
[0028][0029]其中，K1表示锅炉集合；q表示分段效率曲线；XHP
n,k,m
表示锅炉燃烧燃料产生的高压蒸汽的量；A
q,n,k,m
表示在事件点n,设备k燃烧燃料m的第q条产汽系数；表示在事件点n，设备k的第q
‑
1条产汽量；x
q,n,k,m
表示在事件点n，设备k燃烧燃料m的第q条产汽效率；表示在事件点n，设备k的第q段产汽量。
[0030]进一步地，对汽轮机能量平衡的约束模型通过式(21)实现，
[0031][0032][0033]其中，XEL
n,k
表示在事件点n汽轮机的发电量；η
k
表示汽轮机的效率；TXHP
n,k
表示在事件点n进入汽轮机的高压蒸汽量；h
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于混合算法的工业间歇生产与公用工程集成调度方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：在调度前明确生产子系统和公用工程子系统的已知输入条件，通过集成调度确定生产子系统和公用工程子系统的输出指标；S2：集成调度数学优化模型的建立；包括目标函数的模型建立和约束条件的模型建立；S3：序贯调度数学优化模型建立；包括如下步骤：S31：以投资量最小为目标，以步骤S2建立的约束条件模型对生产系统进行优化调度；S32：在步骤S31生产系统优化调度的基础上，计算生产所需公用工程的消耗量；S33：根据步骤S32获得的生产所需公用工程的消耗量，对公用工程系统进行优化操作，获得序贯调度数学优化模型；S4：通过列队竞争算法和线性规划的混合算法对序贯调度后的数学优化模型进行求解，获得调度期总利润的优化控制方案，实现间歇生产调度子系统与公用工程子系统调度的有效集成，进而最大限度地发挥间歇生产的优越性。2.根据权利要求1所述的基于混合算法的工业间歇生产与公用工程集成调度方法，其特征在于：步骤S2中目标函数的模型建立通过式(1)实现：其中，minCOST表示调度期内的总成本最小值；cf
m
表示燃料的价格；I
n,k,m
表示在事件点n，设备k消耗燃料的量；ELP
n
表示事件点n的买电量；CEL表示买电单价；XSOX
n,k
表示在事件点n，设备k的氧化硫气体排放量；PSOX表示氧化硫气体的排放单价；XGHG
n,k
表示在事件点n，设备k产生的温室气体的量；PGHG表示温室气体的排放单价；K1表示锅炉集合；m表示燃料；M表示燃料集合。3.根据权利要求2所述的基于混合算法的工业间歇生产与公用工程集成调度方法，其特征在于：步骤S4包括：S41：随机产生K组0
‑
1变量，由K个家族得到K组线性规划问题，通过线性规划分别计算K个家族的目标函数值；S42：按照目标函数值的大小，对K个家族进行排列，若为最大化问题，则目标函数值最大的排在最前，目标函数值最小的排在最后；反之，则相反；S43：根据每个家族在列队中的位置，确定若干组0
‑
1变量的变异次数；通过变异，由K组父代得到K组子代；通过线性规划计算K组子代的目标函数值；S44：比较每个家族子代与父代，保留优秀的个体，并作为下一代的父代；S45：重复步骤S42～S44直到达到预先设定的终止条件。4.根据权利要求3所述的基于混合算法的工业间歇生产与公用工程集成调度方法，其特征在于：步骤S2中约束条件的模型建立包括物料资源平衡的约束、设备加工能力的约束、存储容量的约束、加工顺序的约束、调度期时长的约束、锅炉燃料消耗与高压蒸汽产生的约束、锅炉在运行过程中的启动和停止的约束、污染物排放的约束、汽轮机物料平衡的约束、
汽轮机能量平衡的约束、汽轮机进汽量的约束、汽轮机损失蒸汽量的约束、不同等级蒸汽量和电量的约束以及公用工程消耗量的约束模型建立。5.根据权利要求4所述的基于混合算法的工业间歇生产与公用工程集成调度方法，其特征在于：锅炉燃料消耗与高压蒸汽产生的约束模型通过式(12)表示：其中，K1表示锅炉集合；q表示分段效率曲线；XHP
n,k,m
表示锅炉燃烧燃料产生的高压蒸汽的量；A
q,n,k,m
表示在事件点n,设备k燃烧燃料m的第q条产汽系数；表示在事件点n，设备k的第q
‑
1条产...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈超，陈国辉，鄢烈祥，周力，
申请(专利权)人：汉谷云智武汉科技有限公司，
类型：发明
国别省市：