复杂工业生产全流程工艺设计与操作一体优化基本理论与方法研究

With the rapid development of technology as well as the emergency of the resource problems, production technology and process is becoming more and more complicated. It trends to become continuous and large-scale. Therefore, it is of great significance to implement integrated optimization of plant-wide process design and operation to achieve high efficiency, low consumption and improved economic benefit. Currently, in the field of the traditional design mode for complex industrial process, it is difficult to achieve the matching and coordination of process design and operation, which results in long debugging period, frequent alteration of technology, high operating cost and deficient control of the plant-wide process optimization. In order to solve these problems, an integrated optimization technique of process design and operation for the plant-wide process of complex industry is proposed in this project, including: 1) research on the overall structure and framework of integrated optimization of process design and operation, 2) establishment of the design models for plant-wide process and corresponding simulation platform, 3) theory and approach for optimizing and restructuring technological process based on knowledge and qualitative reasoning, 4) solving method for integrated optimization of design and control based on layered and decomposed optimization strategy, 5) debugging method of optimal operation for the plant-wide process of complex industry based on priori decomposed and data-driven approach. The project will provide novel theory and approach for process design and operation optimization of the plant-wide process in the complex industry with multiple procedures, which may break through the traditional process design and transform mode for the production process and provide theoretical and technical foundation for its application.

随着资源问题日益突出与科学技术进步，生产工艺和工序越来越复杂，向连续化和大型化发展，通过全流程工艺设计与操作一体优化实现高效低耗具有重要意义。针对目前我国传统复杂生产流程设计模式难于实现工艺设计与操作的匹配与协调，导致调试周期长、工艺改动频繁、运行成本高、难以充分而有效发挥全流程优化控制作用等问题，本项目提出复杂工业全流程工艺设计与操作一体优化方法，包括：复杂工业生产全流程工艺设计与操作一体优化总体结构与框架；复杂工业生产全流程设计模型与模拟研究平台的建立；基于知识与定性推理的工艺流程工序优化重组理论与方法；基于分层与分块优化策略的全流程工艺与操作一体优化设计问题求解方法；基于先验分块与数据驱动的复杂工业生产全流程优化运行调试方法等研究。本项目将为多工序复杂工业全流程工艺设计与操作优化提供新的理论与方法，以期突破传统的生产流程工艺设计和工程转化模式，并为其实际应用奠定理论与方法基础。

随着资源问题日益突出与科学技术进步，生产工艺和工序越来越复杂，向连续化和大型化发展，研究如何实现全流程工艺设计与操作一体优化，对于复杂工业生产过程提高资源利用率、实现高效低耗具有重要意义。本项目对复杂工业全流程工艺设计与操作一体优化相关理论与方法进行了研究，并取得如下主要研究进展：首先，确定并建立复杂工业生产全流程工艺设计与操作一体优化总体结构与框架；在总体结构框架下，为体现原料属性、设备参数、操作变量对生产流程的影响，提出了基于多领域模型集成的复杂工业生产全流程设计模型建模方法；针对传统试验摸索方式的原则流程设计方法存在的问题，提出了基于设计知识与设计数据的复杂工业原则流程设计决策方法；针对大规模生产流程涉及的复杂工艺设计与操作优化问题，在全流程设计模型基础上，提出了基于分层分块策略的面向大规模复杂工业生产全流程确定性工艺设计与操作一体优化方法；针对复杂工业生产流程设计中不确定因素对设计方案可行性与鲁棒性的影响问题，提出了基于模糊不确定理论和决策变量灵敏度分块的复杂工业全流程工艺设计与操作一体优化方法。.本项目突破传统的生产流程工艺设计和工程转化模式，凝炼出一系列更高层次的科学与技术问题，为多工序复杂工业全流程工艺设计与操作优化提供了新的理论与方法；进行了部分成果的应用基础研究，为复杂工业全流程工艺设计与操作优化的实际应用与推广奠定理论与方法基础。项目达到预期研究目标，并较好地完成了预期研究成果，为该领域进一步研究与发展具有重要作用。.本项目经过四年的研发工作，取得了一系列研究成果，共发表学术论文43篇，其中，SCI检索源期刊论文39篇，EI检索38篇，并全部标注国家自然科学基金资助；出版学术专著2部；申请或授权发明专利6项；获得科研奖励4项；培养博士研究生2名，硕士研究生7名；参加包括CAC、CCDC、CCPC等学术会议与学术交流32人次；邀请外籍专家学术交流20余人次，邀请国外访问学者交流1人次。