【正文】 單元設(shè)備的負(fù)荷進行優(yōu)化；若各級用冷點所需冷凍水參數(shù)作為優(yōu)化變量，模型一般歸結(jié)為一個復(fù)雜的非線性規(guī)劃問題，可以對流程結(jié)構(gòu)基本確定的系統(tǒng)進行設(shè)計參數(shù)和操作參數(shù)的優(yōu)化[3,4]。LP模型比較成熟和簡單，但它只是對非線性問題的一種近似。NLP模型更能反映問題的實際情況，而且可用于新系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化和已有系統(tǒng)的操作優(yōu)化[5,6]。(2) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化包括流程方案和操作參數(shù)兩方面的同時優(yōu)化，因為結(jié)構(gòu)和參數(shù)這兩者是密不可分的，既相互聯(lián)系又相互制約。例如，制冷機組本身是屬于制冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的組成單元。不同機組的臺數(shù)或取舍可以用整形變量或0—1變量表示；制冷機組又通過冷卻水系統(tǒng)的水溫、流量和機組做功的大小等連續(xù)變量與系統(tǒng)中其他單元相聯(lián)系。因此，這樣的系統(tǒng)綜合問題一般可歸結(jié)為一個大型混合整數(shù)非線性規(guī)劃（MINLP）模型。(3) 整體系統(tǒng)同步最優(yōu)綜合對整體系統(tǒng)綜合問題，傳統(tǒng)的分步設(shè)計方法是先進行過程系統(tǒng)和各制冷系統(tǒng)的設(shè)計，然后再對各種公用工程的參數(shù)和需求量已定的條件下設(shè)計所需要的公用工程系統(tǒng)。這種方法往往難以進行各子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)和達(dá)到整體最優(yōu)化。Grossmann等人首先提出了整體系統(tǒng)聯(lián)合優(yōu)化的綜合策略，并建立了公用工程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的MILP模型[7,8]。但其策略步驟實際上還是分步的，線性化公用工程系統(tǒng)模型也過于簡化。朱世才、聶秀榮[9,10]等人提出了先確定連接各子系統(tǒng)的核心決策變量或連接變量，再分別進行各子系統(tǒng)設(shè)計的分解方法；Petracci[11,12]等人的MINLP模型只能在過程系統(tǒng)和蒸汽管網(wǎng)的參數(shù)固定時對驅(qū)動方案和流量分配進行優(yōu)化。因此，現(xiàn)有這些模型大都是分步的策略或局部的優(yōu)化，其根本原因就是目前對大規(guī)模超結(jié)構(gòu)混合整數(shù)非線性規(guī)劃同步聯(lián)合優(yōu)化模型的求解十分困難，甚至是對公用工程本身的結(jié)構(gòu)和參數(shù)的同步優(yōu)化模型也只能做偏重一個方面的簡化。系統(tǒng)綜合和能量集成優(yōu)化的目標(biāo)是用能費用最小。由于各子系統(tǒng)的復(fù)雜性，進行全局能量集成優(yōu)化就成了一件繁瑣而復(fù)雜的工作。以過程工業(yè)為例，一般只求解其三個子系統(tǒng)—工藝過程、換熱網(wǎng)絡(luò)和公用工程系統(tǒng)中的一個或兩個。換熱網(wǎng)絡(luò)作為比較單一的均質(zhì)系統(tǒng)，已有多種有效的綜合方法。對比較復(fù)雜的公用工程系統(tǒng)，也己開發(fā)出一些比較成熟的優(yōu)化方法。但對于工藝過程子系統(tǒng)，由于其流程結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備種類繁多，很難用一種通用方法進行優(yōu)化綜合，以前的研究大多限于改進工藝和單臺設(shè)備的性能，流程綜合基本憑經(jīng)驗進行，近年來才發(fā)展了一些流程綜合方法。系統(tǒng)綜合可有幾種不同的分類方法，按照系統(tǒng)綜合方法的性質(zhì)可以分為經(jīng)驗規(guī)則法、熱力學(xué)目標(biāo)法和數(shù)學(xué)規(guī)劃法。(1) 經(jīng)驗規(guī)則法：它是應(yīng)用一些經(jīng)驗積累下來的直觀推斷規(guī)則，剔除一些不可能和不合理的方案，迅速縮小搜索空間，得到一個較優(yōu)的結(jié)果。這些規(guī)則沒有經(jīng)過嚴(yán)格的證明，但基本上都是正確的。盡管它不能保證一次得到最理想的結(jié)果，但可以此為基礎(chǔ)采用一些調(diào)優(yōu)規(guī)則反復(fù)改進方案，得到滿意的或近優(yōu)的結(jié)果。這種直觀推斷調(diào)優(yōu)法是在工程實際中應(yīng)用最多，也是最為公用工程系統(tǒng)能量綜合與優(yōu)化設(shè)計方法研究成熟的一種方法，它可以充分發(fā)揮設(shè)計者的實踐經(jīng)驗。隨著計算機人工智能技術(shù)的發(fā)展，這些經(jīng)驗規(guī)則可以形成一個知識庫，由此建立起基于知識的專家系統(tǒng)，在一定的推理策略指導(dǎo)下來進行系統(tǒng)綜合。由于對不同的系統(tǒng)對象，經(jīng)驗規(guī)則完全不同，因而這種方法通用性差，亦難于進行不同子系統(tǒng)之間的同步協(xié)調(diào)綜合。(2) 熱力學(xué)目標(biāo)法：這類方法是基于熱力學(xué)原理的分析方法，將系統(tǒng)的能耗最少或能量利用效率最大作為系統(tǒng)綜合的一個重要目標(biāo)。其中有代表性的方法有Goggioli[13]等人的有效能分析法，華賁[14,15]等人的熱經(jīng)濟優(yōu)化綜合法，Umeda[16]等人的有效能圖分組綜合法，Linhoff[17,18,19]等人的夾點技術(shù)與能量集成方法。特別是有效能分析法和夾點技術(shù)法已在實用中取得了巨大的成就，可用于不同系統(tǒng)的優(yōu)化綜合與能量集成。但這類方法主要追求系統(tǒng)的熱力學(xué)目標(biāo)，不能同時考慮能耗與費用之間的同步優(yōu)化權(quán)衡，所得到的系統(tǒng)流程可能出現(xiàn)明顯的不合理方案，需要進一步進行能量松弛和調(diào)優(yōu)。因而這種分步設(shè)計法所得到的最終流程不能保證為全局最優(yōu)。(3) 數(shù)學(xué)規(guī)劃法：數(shù)學(xué)規(guī)劃法是把系統(tǒng)綜合問題歸結(jié)為一個純數(shù)學(xué)的有約束多變量最優(yōu)化模型，然后采用適當(dāng)?shù)乃惴ǖ玫絾栴}的解。對這種方法有人持懷疑態(tài)度，主要爭論在于數(shù)學(xué)規(guī)劃法需要掌握嫻熟的建模技術(shù)和必要的算法；對大規(guī)模系統(tǒng)綜合問題其求解效率較低；對嚴(yán)重非凸非線性混合離散模型的求解算法尚不成熟，往往只得到局部最優(yōu)解；運算過程不透明，無助于對其物理本質(zhì)的理解。但Grossmann等人認(rèn)為，盡管經(jīng)驗規(guī)則法和熱力學(xué)目標(biāo)法已在系統(tǒng)綜合中，特別是換熱網(wǎng)絡(luò)綜合中取得了巨大進展，但這些方法既不能提供一個求解不同類型問題的通用結(jié)構(gòu)化方法，一般并不能保證最優(yōu)；同時也不能明確的考慮總體系統(tǒng)綜合時各子系統(tǒng)之間的相互影響和同步聯(lián)合優(yōu)化。采用數(shù)學(xué)規(guī)劃法，特別是混合整數(shù)非線性規(guī)劃法，可回避這些局限性，不僅對不同的系統(tǒng)綜合問題具有通用性，還可以進行各子系統(tǒng)之間的同步聯(lián)合優(yōu)化和能量集成，通過對不同目標(biāo)的權(quán)衡得到最優(yōu)的系統(tǒng)流程結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)。這種方法的研究一直與前兩種方法并行發(fā)展，特別是由于計算機技術(shù)的進步和新算法的開發(fā)，對大規(guī)模優(yōu)化問題計算速度將不再成為最嚴(yán)重的瓶頸環(huán)節(jié)，因而這種方法越來越引起人們的興趣。很多對公用工程系統(tǒng)的優(yōu)化綜合都是通過建立和求解數(shù)學(xué)模型進行的。以公用工程系統(tǒng)年總費用作為優(yōu)化目標(biāo)時，可以有以下兩種情況：簡化的公用工程系統(tǒng)模型，即不考慮公用工程系統(tǒng)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，只考慮設(shè)備以計算公用工程介質(zhì)成本的模型；復(fù)雜的公用工程系統(tǒng)模型，以實際消耗的動力量為基礎(chǔ)，為獲得這些數(shù)據(jù)，必須對公用工程系統(tǒng)進行詳細(xì)剖析。Nishio和Johnson[20]在1977年首先提出用建立和求解數(shù)學(xué)模型的方法求解此類問題，他們編制了采用迭代法求解的線性規(guī)劃程序，用線性成本估算法計算投資，取得了良好的節(jié)能效果。Grossmann和Santibanez用混合整數(shù)線性規(guī)劃求得了不同形式的蒸汽動力系統(tǒng)設(shè)計方案。1983年P(guān)apoulias和Grossmann對該模型進行了修正，兼顧了公用工程系統(tǒng)熱能優(yōu)化及蒸汽透平和電機之間的優(yōu)化選擇，使該設(shè)計方案更具實用性。1987年Colmenares和Seider[21]采用非線性規(guī)劃方法求解實際工業(yè)過程中的公用工程匹配。Grossmann等提出了聯(lián)合優(yōu)化的超結(jié)構(gòu)法，建立了混合整數(shù)線性規(guī)劃模型，后來又發(fā)展為混合整數(shù)非線性規(guī)劃模型。朱世才提出了聯(lián)立優(yōu)化問題的核心決策模型法，比較嚴(yán)格細(xì)致的考慮了網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備費用，更接近實際。此后，Doldan[22]等也對同一問題進行了數(shù)學(xué)模型分析、使求解所需的時間大大減少。1995年Maia[23]等學(xué)者提出了采用模擬退火算法來進行系統(tǒng)的綜合分析。他們的這種方法處理了裝置負(fù)荷不連續(xù)的問題并且使用了不連續(xù)的費用函數(shù)。1998年，Mavromatis和Kokossis[24]提出了一個嶄新的概念性工具一硬件合成。該方法是建立在描述單一抽氣式透平運行情況的總耗汽量曲線和出力圖的基礎(chǔ)上的。使用這種工具可以對透平網(wǎng)絡(luò)進行非常全面的闡述以及達(dá)到運行的最優(yōu)化?？傊?，公用工程系統(tǒng)的優(yōu)化綜合問題一般可以歸結(jié)為線性規(guī)劃和非線性規(guī)劃兩類模型。如果各級管網(wǎng)的工藝介質(zhì)參數(shù)固定，模型一般可歸結(jié)或簡化為線性規(guī)劃，再對系統(tǒng)各物流流量的分配及各單元設(shè)備的容量進行優(yōu)化；若工藝介質(zhì)參數(shù)也作為優(yōu)化變量，由于工藝介質(zhì)參數(shù)計算關(guān)系式的復(fù)雜性及管網(wǎng)的能量平衡的非線性，模型一般可歸結(jié)為一個復(fù)雜的非線性問題，再對結(jié)構(gòu)基本確定的公用工程系統(tǒng)進行設(shè)計參數(shù)和操作參數(shù)的優(yōu)化。線性規(guī)劃模型比較簡單和成熟，但它只是對非線性問題的一種近似，而非線性規(guī)劃模型更能反映實際情況，而且可用于新系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化和已有系統(tǒng)的操作優(yōu)化。國內(nèi)有些學(xué)者也提出了一些分解方法和非線性規(guī)劃方法。陳元鵬等人提出了以公用工程系統(tǒng)年總費用最小為目標(biāo)的非線性規(guī)劃模型，對既定流程結(jié)構(gòu)的大型乙烯裝置蒸汽動力系統(tǒng)的設(shè)備操作參數(shù)及蒸汽分配實施最優(yōu)設(shè)計。沈幼庭[25]等人提出了確定煉油廠大型蒸汽動力系統(tǒng)最優(yōu)改造方案優(yōu)化方法。尹洪超[26]等人用遺傳進化算法對流程結(jié)構(gòu)基本固定的蒸汽動力系統(tǒng)參數(shù)進行了優(yōu)化。本文在參考大量的公用工程系統(tǒng)優(yōu)化文獻(xiàn)和繼承前人關(guān)于公用工程系統(tǒng)的優(yōu)化研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合本人在山東海龍公用工程專業(yè)方面十幾年的實踐經(jīng)驗和技術(shù)水平的積累，還多次對國內(nèi)生產(chǎn)粘膠纖維的其它公司的各生產(chǎn)現(xiàn)場及設(shè)備配置情況進行調(diào)研，就公用工程系統(tǒng)中（特別是制冷系統(tǒng)的布局情況）存在的主要問題與生產(chǎn)現(xiàn)場技術(shù)人員進行了廣泛的探討，積累了豐富的制冷工程系統(tǒng)方面的知識和經(jīng)驗，為本課題的開展打下了堅實的基礎(chǔ)。本項研究主要開展了以下工作:國內(nèi)外公用工程系統(tǒng)改造與網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化資料的收集分析，典型性公用工程系統(tǒng)改造優(yōu)化的案例分析，從而以現(xiàn)代系統(tǒng)理論的觀點重新認(rèn)識和理解公用工程系統(tǒng)優(yōu)化的基本概念及其相互關(guān)系。根據(jù)山東海龍公司的特點，參照國內(nèi)外其它粘膠生產(chǎn)企業(yè)的實際情況，通過與多家專業(yè)生產(chǎn)廠家和中國紡織設(shè)計院的專業(yè)工程師們的交流，本著科學(xué)、系統(tǒng)、實用的原則，分析與繼承前人關(guān)于公用工程系統(tǒng)改造與網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法的研究成果，根據(jù)公用工程系統(tǒng)優(yōu)化的基本原則，選擇確定本文采用經(jīng)驗規(guī)則法對海龍公司公用工程中制冷系統(tǒng)進行全局優(yōu)化。本文將通過對山東海龍公司現(xiàn)有制冷系統(tǒng)設(shè)備布局情況和各生產(chǎn)分廠的現(xiàn)有制冷系統(tǒng)的使用情況進行分析，依據(jù)近年來公司各制冷子系統(tǒng)設(shè)備的運行記錄，參照同行業(yè)的設(shè)備運行管理水平，結(jié)合公司對公用設(shè)備管理的總體思路以及公司未來規(guī)劃發(fā)展的需要，對海龍公司駐地現(xiàn)有制冷設(shè)備系統(tǒng)的布局進行整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)綜合與運行優(yōu)化處理。 本文研究的方法和技術(shù)路線本文采用經(jīng)驗規(guī)則法、專家打分法、加全評分法及對比分析的方法綜合運用后得出對海龍公司駐地現(xiàn)有公用工程設(shè)備系統(tǒng)的布局進行整體系統(tǒng)同步最優(yōu)綜合優(yōu)化處理。本文對海龍公司的公用工程系統(tǒng)中制冷系統(tǒng)進行優(yōu)化配備。根據(jù)粘膠企業(yè)生產(chǎn)對公用工程系統(tǒng)的需求，確定制冷系統(tǒng)優(yōu)化改造的目標(biāo)，本著理論研究與實際調(diào)研相結(jié)合的原則，對海龍公司制冷系統(tǒng)現(xiàn)狀進行詳細(xì)的調(diào)研，并對收集到的數(shù)據(jù)進行匯總和分析，得出現(xiàn)有系統(tǒng)存在的問題。采用經(jīng)驗規(guī)則法、專家打分法、加全評分法及對比分析的方法綜合運用后，得出了海龍公司夏冬兩季的優(yōu)化方案，并在實際生產(chǎn)中進行了實施，得到了滿意的效果。技術(shù)路線如圖11所示。圖11技術(shù)路線2 項目優(yōu)化設(shè)計理論依托及項目優(yōu)化方法選擇項目定義與決策階段的評估工作被稱為項目前評估，也有人簡單地稱其為項目可行性研究，它是在項目尚未實施前對項目及其備選方案所進行的綜合論證與評估。項目前評估的根本任務(wù)是對項目的必要性和可行性進行分析研究和論證評估。項目前評估最終目標(biāo)包括兩個，第一是分析和確認(rèn)項目的必要性和可行性，第二是給出各種可替代項目備選方案中的評估結(jié)果和優(yōu)先序列以供項目決策者選擇。項目前評估的關(guān)鍵工作是對項目以及項目各備選方案的經(jīng)濟、技術(shù)、運行支持和環(huán)境影響等方面進行全面的分析和研究。任何項目的評估都必須從成本和效益兩個方面進行全面的評估。單純強調(diào)或過度突出一個項目的效益而忽視項目的成本，或是單純強調(diào)或過度突出一個項目的好處而弱化一個項目的壞處和風(fēng)險都是十分片面的，都是違背事實求是和客觀公正的原則的。任何項目的效益都是以成本為前提和代價的，只有認(rèn)真比較和衡量項目的成本和效益兩個方面才能客觀地評估一個項目。項目的成本效益原則是項目評估的根本原則是因為實際上成本效益原則是我們?nèi)祟惤?jīng)濟生活中的一個最根本原則，即任何人類活動最終都是要以較小的成本去獲得更大的利益。任何項目是否可行最終是以能否通過該項目取得經(jīng)濟效益及其經(jīng)濟效益的高低作為判斷標(biāo)準(zhǔn)。在項目評估中需要考慮項目的成本和效益必須涉及微觀和宏觀兩個方面，任何一個項目的評估都必須堅持全面評估項目的微觀和宏觀成本與效益的原則。其中微觀方面是指項目業(yè)主或項目承包商等組織的成本和效益，而宏觀方面是指考慮到整個國民經(jīng)濟的成本和效益。任何單純強調(diào)項目的微觀或宏觀成本和效益的評估都是錯誤的，因為這樣有可能造成項目的總體成本和效益評估的失真或片面，從而做出錯誤的項目決策。另外，按照我們國家的要求，如果這兩個方面的成本效益評估結(jié)果相互矛盾，項目最終的取舍決策應(yīng)該以宏觀的國民經(jīng)濟成本和效益評估為準(zhǔn)，不允許出現(xiàn)為了某個組織的私利而損害整個國家利益的項目出現(xiàn)。在堅持項目評估的成本效益原則中，還必須強調(diào)項目微觀成本效益必須服從項目宏觀成本效益的原則。 比較擇優(yōu)的原則任何項目的評估應(yīng)該包括對應(yīng)多個項目備選方案比較分析和優(yōu)化選擇的工作。雖然它屬于廣義的項目決策范疇，必須為狹義的項目決策提供可供“抉擇”的“方策”，因此項目評估不能是對于單個項目的評估，而必須是對于多個項目備選方案的評估和對各個項目備選方案的優(yōu)化工作。即使是一些小而相對比較確定的項目也應(yīng)該對“干”和“不干”兩種項目方案進行必要的分析與評估，然后為項目決策提供支持。項目備選方案的擇優(yōu)包括兩方面的內(nèi)容，一是項目方案本身的不斷優(yōu)化，二是各備選方案的比較和優(yōu)選。前者是在項目評估中隨著項目信息增多和對于項目認(rèn)識的深入而對各個項目備選方案的不斷修訂和改進，這將為項目決策者提供經(jīng)過優(yōu)化后的各種“方策”。后者是對最終的項目備選方案所作的評估分析和比較排序，這將給項目評估者提供有關(guān)各個“方策”優(yōu)劣的信息，以供他們進行選擇。因此在項目評估中必須堅持這種比較擇優(yōu)的基本原則，必須提供多個項目備選方案的評估信息和各個項目備選方案優(yōu)先序列信息。項目評估的規(guī)范化原則是指整個項目評估所使用的方法和程序應(yīng)該符合同樣規(guī)范的基本原則。這包括在項目評估中用國家和地方政府以及組裝自殺的各種規(guī)范化的評估辦法、規(guī)范化的評估參事和指標(biāo)以及規(guī)范化的項目評估程序和步驟三個方面。其中任何組織事業(yè)的項目評估規(guī)范化方法都需要參照相關(guān)權(quán)威部門發(fā)布的具體方法和規(guī)定。另外，任何組織的項目評估方法還必須符合國家和政府的相應(yīng)法律和規(guī)定。對于規(guī)范化的項目評估參數(shù)和指標(biāo)而言，首先是指任何項目評估都需要采用相對規(guī)范的統(tǒng)一評估指標(biāo)進行評估，其次是指任何項目的評估要適應(yīng)國家或地方主管部門發(fā)布或規(guī)定的評定參數(shù)。項目評估的規(guī)范程序是指項目評估所必須包括的環(huán)節(jié)和步驟。