多维模型驱动下流程工业能流物流平衡分析方法研究

Static,isolated material and energy balance are lack of the concept of dynamic input-output and upstream-downstream, which will affect the integration and procedure coordination of energy flow and material flow caused by the one-sided pursuit of 'local balance'. Comprehensively considering the cross-coupling effect of energy flow, material flow and information flow in process industry, the multi-dimensional model of process industry energy transfer system, under the cross-coupling effect of three flows, will be researched from the overall and systemic perspective. Meanwhile, the model dynamic evolution and analysis methods will be deeply researched, which can realize the balance analysis of energy flow and material flow for process industry. The main research work will focus on: 1) The reconfigurable energy transfer structure model will be studied, which is independent of energy types and energy consuming equipments, as well as can embody the coupling relation between the above three flows. 2) In view of the different equipments with the different energy-consuming characters, paying attention to the input-output relations of three flows on equipment, the input-output model of complex nonlinear energy-consuming unit will be researched, and then the multi-dimensional sub-models will be constructed and integrated with energy transfer structure model. 3) After studying the dynamic evolution algorithms of energy transfer structure model, the dynamic and structure properties of the model will be deeply researched, which can realize the balance analysis of energy flow and material flow coexisting in the energy transfer system of procee industry. So, the overstock and consumption of material and energy can be revealed. This research subject will benefit the rational distribution of material flow and the efficient integration of energy flow. It is also significant to realize the compact and efficient,dynamic and orderly operation of process industry.

静态、孤立的物料平衡和能量平衡，缺乏动态运行与上下级概念，会造成因片面追求“局部平衡”而影响流程工业能流与物流的高度整合和程序化协同。本课题综合能量流、物料流、信息流三种流的耦合效应，研究三流耦合作用下流程工业能量传递系统多维模型，并通过模型演变与性质分析方法的研究实现流程工业能流物流平衡分析。拟开展的研究工作包括：1）研究独立于能源类型和用能设备，体现三流耦合关系的可重构性能量传递结构模型；2）针对用能特性各异的单元设备，关注三流在设备界面的输入输出关系，研究复杂非线性生产单元基于能量传递的输入输出模型，进而研究系统多维子模型的有效集成，3）研究能量传递结构模型运行解算方法，通过对模型动态与结构性质的分析，实现网系统物料流和能量流的平衡分析，从而揭示物料和能量在各环节的积存与消耗。课题研究有利于物料流的合理分配与能量流的有效集成，对流程工业高效紧凑、动态有序运行目标的实现具有重要意义。

本项目综合能量流、物料流和信息流的耦合作用，研究了流程工业能量传递系统多维模型及其动态演变与优化分析、能流物流平衡分析方法，并在面向能耗特性的聚类分析以及复杂生产数据的预处理方面取得了相关研究成果，为流程工业全面分析其能效状况、掌握其物料与能量的积存与消耗提供了支持。主要研究工作及研究成果包括：1)研究了独立于能源类型和用能设备，体现三流耦合关系的可重构性能量传递结构模型，考虑复杂混合流程不确定信息的影响，建立了不确定因素作用下连续型企业能耗过程模型；2）结合复杂非线性能耗单元模型辨识的需求，针对复杂流程工业生产数据的冗余、噪声及信息不完整等特性，研究了增量式数据预处理方法以及混合数据的约简方法；提出了基于双重粒化准则的邻域多粒度粗集快速约简算法，以及基于正域和差别矩阵的不完备信息系统增量式属性约简算法；3)以不确定因素作用下流程工业能耗过程模型为主线，构建了能耗系统不同视角子模型及多维模型的集成框架；4)研究了流程工业能量传递模型的动态演变方法，提出了不确定因素作用下连续型企业能耗过程的仿真与优化分析方法；5)研究了面向能耗特性分析的粗糙k-means聚类方法，提出了基于边界区域局部模糊增强的πRKM聚类和基于区间2-型模糊度量的粗糙k-means聚类，为挖掘影响流程工业生产能效的关键因素提供了方法支持；6)研究了流程工业能量传递模型的动态与结构性质，给出了动态平衡量、有界性、加权守恒性等的判定方法，以动态平衡量的波动趋势反映物料平衡状况，基于网结构加权守恒性判定能量在网系统中的分配与聚集状况。相关研究成果在离子膜固碱等生产中进行了应用验证。.课题达到了预期研究目标。出版学术专著1部；在国内外核心期刊和国际学术会议发表论文14篇，录用论文3篇，其中SCI期刊论文3篇、EI检索6篇、其它中文核心7篇；另有2篇已投SCI国际期刊；申请发明专利1件；培养研究生4名，已毕业2名，即将毕业2名。