改进OA算法及其在流程工业生产调度的应用研究

摘要

典型流程工业包括有色冶金和石油化工等支柱产业。流程工业生产调度问题的数学模型通常是MINLP模型，包含离散、连续变量及非线性函数关系，其求解算法一直是研究热点和难点。OA算法作为求解MINLP模型的方法之一，其求解效率有待进一步改进。
　　本文的主要工作集中于求解MINLP模型的OA算法改进策略的研究，经过Benchmark问题有效性验证，将其应用于典型流程工业生产优化调度问题。数值实验显示出改进OA算法策略明显有效性。
　　1)搭建柔性的改进OA算法实现平台。选择合适的子问题求解模块，将其集成到统一的平台，用于灵活实现改进OA算法。
　　2)针对一般OA算法的每次迭代引进一个CUT而导致算法效率低的缺点，本文提出了同时加入多个cut的改进策略，同时又进一步提出了改进OA算法策略，包括子问题是否可行的快速判断策略和构造初始可行解策略。将改进策略应用于求解经典工业周期调度模型，数值实验显示改进OA算法策略的主循环次数明显减少，并且部分算例可以得到更好的解。
　　3)改进OA算法应用于实际乙烯生产调度问题和油井生产与维修集成调度优化问题，二者模型均为伪凸MINLP，具有问题规模大，求解时间长等特点。与OA算法标准软件包DICOPT++作对比分析，改进OA算法在最优解和主循环次数方面均有明显的改善。
　　4)针对建立的铝电解与连铸生产调度问题MINLP模型，应用改进OA算法求解。该调度结果可以有效减小铝液的等待时间，降低能耗损失。以建立的MINLP模型和改进OA算法为核心开发了铝生产决策支持系统，管理生产数据的同时，提供铝生产优化调度方案，并增加人工调整功能。
　　OA算法改进策略明显提高该算法求解实际流程工业生产调度问题的求解效率，对求解实际规模的MINLP问题有一定的应用意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 流程工业生产调度问题

1．1．1 问题背景

1．1．2 MINLP模型及OA算法

1．2 国内外研究现状

1．2．1 OA算法研究现状

1．2．2 铝生产调度问题研究现状

1．3 本文主要工作及技术路线

1．3．1 主要工作

1．3．2 技术路线

1．4 本章小结

第2章 基本OA算法及平台搭建

2．1 OA算法概述

2．1．1 NLP子问题

2．1．2 MILP主问题

2．1．3 OA算法具体步骤及流程

2．1．4 OA算法的特点

2．2 OA平台设计与搭建

2．2．1 OA平台介绍

2．2．2 OA算法混合编程具体实现

2．3 数值实验

2．4 本章小结

第3章 OA算法改进策略

3．1 构造初始解

3．2 NLP子问题可行判断

3．3 并行子问题

3．3 数值实验

3．4 本章小结

第4章 应用改进OA算法求解流程工业生产调度问题

4．1 乙烯周期生产调度优化问题

4．1．1 乙烯周期生产调度优化问题

4．1．2 数学模型

4．1．3 改进OA算法求解乙烯周期生产调度优化问题

4．2 油井生产与维修集成调度优化问题

4．2．1 油井生产与维修集成调度优化问题

4．2．2 数学模型

4．2．3 改进OA算法求解油井生产与维修集成调度优化问题

4．3 本章小结

第5章 铝生产调度优化及系统开发

5．1 铝问题背景描述

5．2 铝生产调度优化问题

5．2．1 优化目标

5．2．2 约束条件

5．3 数学模型

5．4 改进OA算法求解铝生产调度问题

5．5 系统开发

5．5．1 系统框架

5．5．2 登陆界面

5．5．3 系统主界面

5．5．4 数据管理界面

5．5．5 参数设置界面

5．5．6 图形显示界面

5．5．7 数据结果显示界面

5．6 本章小结

第6章 结束语

参考文献

致谢