基於差分進化的流程工業生產過程操作最佳化

《基於差分進化的流程工業生產過程操作最佳化》是依託東北大學，由唐立新擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於差分進化的流程工業生產過程操作最佳化
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：唐立新
• 依託單位：東北大學

中文摘要

針對以鋼鐵生產為代表的典型流程工業生產過程中提煉出的一系列帶有高度非線性特徵的新型生產過程操作最佳化問題，探索生產過程操作最佳化理論、建模方法與求解問題的數學規劃方法和智慧型最佳化方法，並以鋼鐵生產過程為背景進行套用研究。研究內容包括：新型生產過程操作最佳化的分類和理論框架與特徵研究；基於幾何規劃的生產過程操作最佳化理論研究；差分進化算法改進及其混合算法研究以及在求解操作最佳化中問題中的套用研究；基於數學規劃模型的生產過程穩態操作最佳化研究；基於微分-代數最最佳化模型的動態操作最佳化研究；基於子空間數據驅動的穩態操作最佳化研究；基於最優學習和知識梯度的動態操作最佳化研究。將所提出的生產過程操作最佳化理論與方法在熱軋、冷軋、煉鋼、加熱爐等典型生產過程中進行套用研究，開發具有我國自主智慧財產權的生產過程操作最佳化軟體系統，為解決流程工業生產過程操作最佳化難題提供新的解決方案，並形成系統的操作最佳化理論與方法。

結題摘要

該項目以流程工業的生產過程為背景，從生產實際中提煉出一系列新型操作最佳化問題，在操作最佳化理論、基於機理的操作最佳化、基於數據解析的操作最佳化、工程套用研究四個方面進行了系統的研究。 針對生產過程操作最佳化共性科學問題，提出如下操作最佳化理論：1、基於幾何規劃與凸最佳化的靜態操作最佳化；2、基於計算智慧型和自由導數的黑盒操作最佳化；3、基於群論的帶有時空動態特徵的操作最佳化；4、基於凸最佳化的隨機魯棒操作最佳化；5、基於矩陣幾何的離散事件動態系統操作最佳化；6、基於馬爾可夫決策過程的動態操作最佳化。 針對典型生產過程，提出基於物理化學反應機理的操作最佳化方法：1、考慮燒損和能耗的加熱爐操作最佳化；2、考慮板型的熱軋操作最佳化；3、考慮負荷分配的冷軋操作最佳化；4、考慮燃氣消耗的連退操作最佳化；5、考慮安全的多目標連退操作最佳化。 針對機理模型難以獲得的生產過程，提出基於數據解析的黑盒操作最佳化方法：1、基於卡爾曼濾波的高爐料面預測解析；2、基於機理與數據融合的鐵水溫度預測解析；3、基於數據補償機理的加熱爐操作最佳化；4、基於最小二乘支持向量機的轉爐煉鋼操作最佳化；5、基於數據子空間的冷軋操作最佳化；6、基於時間序列的全流程績效操作最佳化。 針對鋼鐵、有色、石化工業典型生產過程，進行了工程套用研究：1、連退帶鋼跑偏監測與診斷解析；2、高爐布料操作最佳化；3、連退生產過程操作最佳化；4、有色金屬鍺品位預測解析與操作最佳化；5、石化熱裂解操作最佳化。 圍繞以上研究內容，在IEEE Transactions on Evolutionary Computation、Computers & Chemical Engineering、Computers & Operations Research、Information Science等國際期刊發表和錄用論文17篇。項目負責人擔任7個國際控制與最佳化領域SCI期刊副主編。獲授權國家發明專利12項。主要成果獲國家技術發明二等獎、教育部技術發明獎一等獎、國際運籌學IFORS Prize提名獎、國際工業與系統工程旗艦期刊IIE Transactions “最佳套用論文獎”。 在國際合作與交流方面，與9名海外學者進行合作，舉辦2個國際學術會議，項目組成員14人次出國合作交流和參加國際會議。培養了8名博士和20名碩士。