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考虑环境影响的间歇过程多目标 最优化遗传算法
赵博,袁希钢,罗祎青
(化学工程联合国家重点实验室(天津大学) ,天津大学化学工程研究所,天津 300072) 摘 要: 针对同时考虑设备及原料费用和有效废物量(EQW)的间歇化工过程最优化设计问题,建立了
多目标遗传算法和线性规划相结合的求解方法,以给出问题的 Pareto 最优解集.并与权重访法计算结果进 行比较.结果表明,用多目标遗传算法求解间歇化工过程是有效的.这为设计者在间歇化工过程最优化研 究考虑环境因素的决策提供了充分的依据. 关键词: 间歇化工设计;环境影响;多目标优化;遗传算法
A GAs Approach to Multi-objective Optimization for Batch Plant with Waste Minimization
Zhao Bo, Yuan Xi-gang, Luo Yi-qing
(State key laboratory of Chemical Engineering (Tianjin University), Chemical Engineering Research Center, Tianjin University. Tianjin 300072, China)
Abstract: This work addresses the multi-objective optimization of batch process with minimization of investment cost and effective quantity of waste (EQW). A combined genetic algorithms (GAs) and linear programming (LP) approach is developed to get a Pareto solution set of the multi-objective optimization problem. The results are compared with those obtained with a weight factor approach. The comparisons demonstrate the validity of the proposed GAs based method for multi-objective optimization. The optimization results provide a foundation for decision-making of for the trade-off between the cost and the environmental effects in the design. Key words: Batch plant design, Environmental impact, Multi-objective optimization, genetic algorithm
化学产品的生产可以按间歇和连续两种方进行.灵活,敏捷的技术企业是 21 世纪制造 技术发展的核心, 具有较高生产灵活性和操作柔性的间歇过程在化工生产中的重新兴起是化 工制造业发展的必然趋势. 与连续过程相比, 间歇过程有较高的环境影响和单位产品的能量 消耗, 这是由间歇过程的操作特点所决定的,比如频繁的加料,出料及清洗过程等.化工生 产应在具有一定的经济性的同时尽可能减少对环境的影响,以保证经济与环境的协调发展, 因此,同时考虑设备及原料费用和环境影响的间歇化工过程多目标优化具有重要的意义. 以往的考虑废物最小化的间歇过程多目标优化设计[1]是采用权重系数法, 这种方法依赖 581
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于决策者提供的权重系数的值, 在某种程度上仍然取决于决策者对问题的把握程度, 其人为 性较大. 近年来,随着计算机技术的高速发展,出现了一种求解多目标优化问题的新方法,即多 目标遗传算法. 该方法克服了经典多目标算法的局限性, 利用遗传算法强大的全局搜索能力, 找出可能的最优解, 供决策者参考. 本文采用多目标遗传算法和线性规划相结合对问题进行 求解,基于问题的分解策略,多目标遗传算法采用最优保存策略来求解主导问题,而用线性 规划求解子问题.该算法在保持遗传算法(GA)优点的同时还结合了线性规划(LP)可直 接处理连续变量和约束方程的优点, 求解出了 Pareto 最优解集[2], 并与文献[1]使用权重系数 法求解该问题的结果进行比较, 结果表明该方法的可行性, 这为决策者进行目标折衷决策提 供了充分的依据.

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