复杂流程系统的实时模拟与优化

　　邵之江、方学毅、王可心、陈曦、陈伟锋编著的《复杂流程系统的实时模拟与优化》围绕复杂流程系统的模拟与优化，从非线性规划算法内核、模拟与优化技术、流程对象的优化应用三个层面论述相关理论和方法。本书汇集了作者在鲁棒优化算法构造、收敛性增强、先进初值策略、高效实时算法、优化求解器参数整定等多方面长期的理论和技术研究成果，系统地阐述了提高流程模拟与优化收敛性和实时性的新思路和新方法。结合PTA装置、空分装置的流程模拟与优化实践，对软件开发、系统实施等进行了介绍。
　　由于流程对象的特征，本书关注的是处理大规模、复杂、连续的优化问题。相应地，本书偏重于大规模优化技术，例如内点法、简约空间方法、序列二次规划方法；针对复杂系统模型存在的线性相关／病态／奇异等特征带来的优化求解局限性和收敛困难、非线性系统模拟／优化的初值敏感性、刚性收敛准则对计算效率的负面影响、优化求解器在计算实践中的性能瓶颈等问题，分别提出了相应的解决方法。虽然本书的讨论范畴是流程系统的稳态模拟与优化，但是所述理论与方法同样适用于联立策略下的动态系统求解。
　　本书可以作为运筹学、应用数学、系统工程等领域的科研参考，了解大规模非线性规划技术的应用基础理论现状；也可供化学工程等相关应用领域的研究人员和工程技术人员参考。

　　近几年，国内外对MES的研究和应用已经取得一定成果，尤其在钢铁、化工等行业，MES的应用已经对整个行业的生产过程产生了重要影响。但在轮胎行业，MES的研究仍然处在探索阶段，邵之江、方学毅、王可心、陈曦、陈伟锋编著的《复杂流程系统的实时模拟与优化》通过对轮胎生产流程数据采集技术、轮胎生产过程计划调度技术、轮胎生产全过程追溯体系和轮胎生产过程的MES集成等MES关键技术的研究，探讨了MES在轮胎企业的应用。

　　第1章绪论
　　流程工业或称过程工业（processindustry），是形成人类物质文明的基础工业。流程工业主要通过物理变化和化学变化，实现大宗原料型工业产品的生产、加工、供应、服务。流程工业包括石化、化工、冶金、制药、电力、建材、轻工、造纸、采矿、环保、电力等，是国民经济中占有主导性的行业。目前有超过70家流程工业企业位于全球500强的行列，占15%左右。我国流程工业占全国企业年总产值的60%以上。流程工业的发展状况直接影响到国家的经济基础，是国家的重要基础支柱产业。
　　流程系统（processsystem）是指由被加工的物流或能量流经过的诸单元工序所构成的系统，是一种各单元间根据生产工艺要求互相联结形成的复杂网络。其主要生产过程为连续生产。其相应原料和产品多为均一相（固、液或气体）的物料，而非由零部件组装成的物品。其产品质量多由纯度和各种物理、化学性质表征。
　　流程工业的具体特点可以表述如下。
　　(1)大批量连续生产：在生产过程中，过程工业的物流和能流都相对连续、稳定，生产装置各工序间通常以管线、储罐连续衔接，工艺流程及产品相对稳定。由于采用大批量生产的模式，流程企业的订单通常与生产无直接关系。企业只有满负荷甚至超负荷生产，才能降低单位产品成本，在市场上具有竞争力。因此，流程工业企业一般按年度决定当年的生产计划和销售计划，并以此决定企业的物料平衡，即物料采购计划。一般情况下，企业按月份签订供货合同以及结算货款。每日、每周生产计划的物料平衡依靠原材料库存来保证和调节。流程企业的这一特点使得生产计划在企业全年度的生产经营中具有十分重要的地位，这也对生产计划的合理决策提出了很高的要求。
　　(2)过程操作复杂、控制精度要求高：过程工业的开车、停车程序十分复杂而且代价巨大，一般不允许非计划停车。工段、设备、操作变量之间存在十分严重的耦合现象。这使得对某一参数进行调节往往会引起其他参数以及后续流程产品质量的变化，甚至可能引发生产事故。所谓“牵一发而动全身”。因此，过程工业产品质量的控制要从全过程的角度，基于工艺机理对过程中所有的单元设备进行协调控制，同时必须确保测量、控制的精度和稳定性，才能保证生产过程的安全、平稳、高效、优质。相比之下，离散制造业虽然也要求控制的精确性和稳定性，但工序内部操作条件的变化一般不会...