智能工程与过程系统

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1、智能工程与过程系统的集成优化*联系人及第一作者：钱宇，男，41岁，教授、博士导师。E-mail:ceyuqian@scut.edu.cn国家自然科学基金资助项目(No.29576239).钱宇张培荣王克峰(华南理工大学化学工程研究所，广州，510641)摘要系统科学和信息技术的迅速发展为工业过程的计算机集成系统提供了基础，而以模糊专家系统和神经网络为代表的人工智能技术为解决过程工程中许多技术难题开辟了道路。本文着重讨论过程系统集成优化的概念，并重点论述人工神经网络、模糊专家系统、进化算法等智能辅助的系统优化技术。关键词计算机集成过

2、程系统(CIPS)智能辅助过程工程(IAPE)系统优化引言随着过程工业企业向大型化、集成化和连续化方向发展，人们对生产过程优质、高产、低消耗、安全和环境等方面提出了更高的要求，特别是在当前能源和资源紧缺，国际市场竞争激烈的情况下，如何实现生产过程的最优化，最大限度地提高生产效率，是过程工业面临的严峻挑战。经典的化学工程学以单元操作和“三传一反”为基础，着重研究各个单元过程和设备的特性，积累了丰富的知识和经验。而对由多种单元过程和装置组成的综合系统，如大型石油化工企业和多品种牌号的精细化工过程的整体综合特性，则研究较少。二十世纪科学

3、技术发展的一个重要特征，是各个学科领域的相互渗透和相互支撑。过程系统工程作为化学工程中的一个新兴交叉子学科，是在系统工程、化学工程、过程控制、信息技术、计算机技术等学科发展的基础上萌生并发展起来的。一方面，它对化工流程中化学反应、分离过程、能量交换过程等各单元子过程追求集成和优化，寻求最佳的技术经济目标；另一方面，它采用数学模拟和物理模拟相结合的方法，从信息、9任务、和方法等多种角度的集成对过程系统进行最优设计，实施最优操作、最优控制，实现过程系统的综合整体优化。其中，工艺设计与过程控制已相对较为成熟，而对企业生存和发展至关重要的

4、经营管理技术和生产运行的全过程全生命周期的集成优化，是目前过程系统工程领域的最新研究前沿，有待于深入开拓。1过程系统集成优化八十年代初期，在计算机、自动化、信息技术迅速发展的推动下，工业系统工程界提出一种新的组织企业生产的哲理和运行模式¾计算机集成制造系统(ComputerIntegratedManufacturingSystem,CIMS)，利用计算机进行信息集成，对生产过程的各子系统实施综合集成，以缩短新产品研制、产品生产和交货周期，提高产品质量，降低成本。国际学术界和工程界将此视为21世纪占主导地位的新型生产方式。过程工业大

5、多属连续式物料反应和加工过程，与机电行业的工件型离散生产模式有所不同，其生产的组织和调度也有很大差别。与优质低耗有关的优化操作问题，以及与安全生产和环境风险控制有关的过程运行控制问题，是过程系统工程中两大特点和难点。为此，过程工业界引入CIMS概念时提出了一种分级分布式自动化管理和计算机控制一体化的综合性过程系统，称为计算机集成过程系统(ComputerIntegratedProcessSystem,CIPS)。CIPS的目标就是要将从基础的过程控制和操作直到公司高层管理决策集成在一起，形成一个管理¾控制一体化的高效能高柔性的智能

6、生产系统[1],这将成为二十一世纪过程系统工程领域最具活力的研究方向之一。其基本方法是：从生产运营整体出发，将企业的生产、营销和管理的各种信息集成起来;将人员、设备、材料、资金及信息等资源合理组织、有效利用，同时综合分析系统内部和外界因素的变化，借此不断地调整企业内部的活动以适应这些变化，使过程系统达到设计、运行和经营管理的最优目标。9近二十年来，人们开发了化工过程运行中各种局部功能的计算机辅助运行(Computer-AidedProcessOperation,CAPO)系统[2]，如调度排产、数据采集和校正、在线模拟、故障诊断、

7、运行调优等。CAPO介于最基础的过程控制和最上层的计算机管理信息系统(MIS)以及决策支持系统(DSS)之间的广大领域，是连接过程控制和决策管理之间的桥梁。它们分别对局部层次的运行优化起到了积极的作用。然而，CAPO的加和不等于系统集成，局部优化不一定全局最优。故此有必要将各CAPO功能块集成起来，形成计算机集成过程运行系统(ComputerIntegratedProcessOperationSystem,CIPOS)[3]。这里所强调的“集成”包括以下三个方面：(1)信息集成：信息集成是CIPOS的关键。能对过程工业这一复杂大系

8、统进行准确和完整的信息应该包括过程数据、模型和经验等多种表达形式的知识。信息分为局部信息和全局信息两种。为保持系统的一致性，并使不同的管理。开发和使用人员共享信息，必须对全局信息实现集成，保证系统的开发效率和运行性能。(2)任务集成：CIPOS中各